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露天礦課程設計班級:2008級采礦工程設計人:學號:指導老師:設計日期:2011年10月13日目錄一礦區(qū)概況 3地理位置 3交通情況 3地形地貌、地質、水文條件 3二圈定境界 32.1確定邊坡角 3確定境界 312號煤層 32.2.28號煤層 32.3繪制露天礦開采終了平面圖 3三開采程序 33.1臺階結構 3臺階形式 33.1.2臺階高度 3坡面角 3首采區(qū)的選擇(開段溝) 33.2.1拉溝位置 3出入溝位置 33.3工作平臺與安全平臺 3四開采方法 3開采方法分類及特征 3全境界開采 3分期開采 34.2工作線布置形式 34.3工作幫結構 34.3.1工作幫構成 3工作幫推進 34.4工作面形式 3五、開拓運輸系統(tǒng) 35.1開拓方法選擇的主要原則 35.2影響本礦開拓方法選擇的主要因素 3開拓方案的選擇 35.4汽車的參數(shù)及數(shù)量的確定 3TL3400汽車的參數(shù)參數(shù)見表3-3-2。 3_Toc305850457六、掘溝工程 36.1掘溝參數(shù) 36.2掘溝工程量計算 36.3挖掘機選型及計算 3ZX670L液壓反鏟數(shù)量的確定 3一礦區(qū)概況地理位置新橋煤礦位于陳旗煤田新路礦區(qū)東部詳查區(qū)的東北部4-16勘探線間,行政區(qū)劃隸屬內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市新區(qū)謝爾塔拉鎮(zhèn)。地理坐標為:東經:119°52'13"—119°53'58"北緯:49°24'27"—49°25'27"圈定的礦區(qū)范圍由9個拐點組成。礦區(qū)東西走向長1.69km,南北傾向寬1.73km,面積2,儲量1646萬噸,工業(yè)儲量萬噸,可采儲量萬噸,服務年限年。交通情況新橋礦區(qū)至陳鎮(zhèn)有水泥公路相通,本區(qū)至李鎮(zhèn)有草原土路相通,301國道在本區(qū)以南約l5km處通過,濱洲鐵路在本區(qū)以南約20km處通過,濱州煤礦鐵路專用線在本區(qū)西南約8km處通過。交通較為便捷。地形地貌、地質、水文條件新橋礦區(qū)的地貌,其宏觀顯示為略有起伏的高平原北部及東北部與低山丘陵相接。南有南河谷,西北有西北河谷,地勢北東高而南西低,海拔標高最高,最低。本區(qū)內地形呈緩波狀,起伏不大,西北高,東南低,海拔標高在630-660m之間。地層及巖石的工程地質特征:1)第四系松散巖組:本區(qū)位于鎮(zhèn)東部詳查區(qū)東北部,屬高平原地帶,第四系松

散巖組厚度,平均,其變化規(guī)律由東向西、由北向南逐漸增厚。第四系底板起伏較大,與下伏含煤地層為不整合接觸。2)白堊系大磨拐河組碎屑巖巖組該組地層由砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質泥巖和煤層組成3)煤巖巖組本區(qū)煤具有光澤暗淡,含絲炭,木質結構,性脆的特征。由

于煤的節(jié)埋和層理發(fā)育,煤芯多呈短柱狀、碎塊狀或片狀??摄@性也較強,效率時,煤芯完整程度較差,中等級僅占20.2%,其他都為碎一很碎。煤的比重為,容重,含水率46.0-51.3%,孔隙率28.7-53.65%。煤的硬度較大,一般刀刻不動或刀刻有痕跡,軟煤刀進,抗壓強度一般為。4)各煤層頂?shù)装鍘r石工程地質特征2號煤層:由于該層位于中部,巖石強度逐漸增高,頂板泥巖的δ值一般為14-39kg/cm2,頂板砂礫巖的δ值一般在5-20kg/cm2,個別膠結好的部位可達60kg/cm2以上。但厚度很薄。底板泥巖、粉砂巖的δ值為28-61kg/cm2。3號煤層:頂板以粉砂巖、砂礫巖、泥巖為主,大部分膠結較好,δ值10-43kg/cm2,底板泥巖、粉細砂巖的δ值一般為17-53kg/cm2。本區(qū)井田內可采煤層自上而下為2、3號煤層,2號煤層全區(qū)發(fā)育,煤層由南向北,由東向西呈變薄趨勢。煤層最厚17米,最薄米,平均米,煤層結構簡單,內含厚度在米之間的夾矸1到2層,埋深在米到米之間,平均埋深米;3號煤層最厚米,最薄米,平均米,埋深在米,平均米。二圈定境界目前,在我國的露天開采設計中,廣泛采用nj≤njh原則確定境界?,F(xiàn)將確定露天開采境界的步驟和作法分述于下。2.1確定邊坡角在設計中用類比法選取的邊坡角,應滿足礦山生產技術上的要求。為了保證礦山正常生產,露天礦邊坡通常由安全平臺、清掃平臺、運輸平臺及相應的坡面組成,如圖8-2-9所示。圖8-2-9露天礦的邊坡組成運輸平臺是指露天礦非工作幫上通過運輸設備的平臺。它設在與出入溝通側的非工作幫和端幫上,其位置以開拓系統(tǒng)地的運輸線路而定,寬度所采用的運輸方式和線路數(shù)目決定。我國金屬礦山采用單線鐵路運輸時,運輸平臺最小寬度一般為6~8m,采用單線汽車運輸時,載重154t汽車運輸平臺最小寬度一般為18m,32t汽車為10m。清掃平臺是指露天礦最終邊坡上用于阻截滑落的巖石并用清掃設備進行清理作業(yè)的平臺,通常是每隔2~3個臺階設一個清掃平臺,其寬度決定所使用的清掃設備。當平臺上設置排水溝時,還得考慮排水溝的技術要求。中國的大型露天礦清掃平臺寬度一般為7~10m。表8-4汽車運輸平臺最小寬度(m)車寬分類一二三四五六車身計算寬度(m)載重量(t)7203068100154運輸平臺寬(m)單線雙線89131012151826當各種平臺確定之后,露天礦最終邊坡角可按下式計算(8-21)式中β——最終邊坡角,(°);n——臺階數(shù)目,取7;h——臺階高度,取10m;——臺階坡面角,取65°;a——安全平臺的寬度,取19m;b——清掃平臺的寬度,取19m;c——水平運輸平臺的寬度,19m;d——傾斜運輸平臺的寬度,m。n1、n2、n3、n4——分別為安全平臺、清掃平臺、水平運輸平臺和傾斜運輸平臺數(shù)目。==0.487即=26°說明:露天礦境界內北部煤層底板深度為50米,只需劃分五個臺階;露天礦境界內南部煤層底板深度為70米,需劃分七個臺階。確定境界12號煤層根據(jù)礦區(qū)12線部分剖面圖,擬定4條設想邊坡線,見圖。擬定經濟合理剝采比為4:1。各邊坡線深度:n1H1=574mn2H2=580mn3H3=585mn4H4=589m計算剝采比:n1n2=(88.n3n4由圖可知最終合理剝采比點深度為580。礦區(qū)12線境界剝采比與深度的關系曲線在圖標出境界線,經測量地表境界距85-78鉆孔北207m,底部境界距85-78鉆孔北336m。.28號煤層根據(jù)8號煤層部分剖面圖,擬定8條設想邊坡線,確定3條邊界,見圖。擬定經濟合理剝采比為4:1。n1=(85.8+17.9)/(27.8+6.1)=3.05n2n3n4各邊坡線深度:n1H1=559mn2H2=565mn3H3=570mn4H4=574m礦區(qū)8線境界剝采比與深度的關系曲線在圖3.3標出境界線,經測量地表境界距85-67鉆孔北196m,底部境界距85-67鉆孔北322m。2.3繪制露天礦開采終了平面圖露天礦開采終了平面圖的繪制方法是:(1)將上述露天礦底部周界繪在透明紙上。(2)檢查和修改上述露天開采境界。由于在繪圖過程中,原定的露天開采境界常受開拓運輸線路影響而有變動,因而需要重新計算其境界剝采比和平均剝采比,檢查它們是否合理。假如差別太大,就要重新確定境界。此外,上述境界還要根據(jù)具體條件進行修改。例如,當境界內有高山峻嶺時,為了大幅度減小剝采比,就需要避開高山部位;又如,當境界外所剩礦量不多,若全部采出所增加的剝采比又不大,則宜擴大境界,全部用露天開采。

露天地表境界拐點坐標點號X坐標Y坐標D1D2D340492175.605476D440492111.20547D540495475D640495475D740495475D840495475D940495470D10D11D12煤層底板境界拐點坐標表點號X坐標Y坐標1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’三開采程序3.1臺階結構臺階形式臺階可按水平面和傾斜面劃分,分別稱水平分層和傾斜分層。水平分層有利于采掘、運輸設備作業(yè),多采用此方式;在某些緩傾斜層狀礦床條件下,為了便于選采,減少頂?shù)装鍘r石的混入和礦石損失,提高礦石質量,可采用傾斜分層開采。在本設計中采用水平臺階形式。3.1.2臺階高度臺階高度是露天開采中最重要的幾何參數(shù)之一。影響臺階高度的因素有生產規(guī)模、采裝設備的作業(yè)技術規(guī)格以及對開采的選別性要求等。1、臺階高度確定的原則:礦巖的埋藏條件,盡力使礦巖分采;巖性盡量相同;滿足采裝要求(滿斗);穿孔爆破的要求(較好的爆破效果);生產能力:臺階的高度直接影響著水平推進速度和延深速度,最終決定生產能力;開拓(坑線長度的要求);主要決定于礦巖性質和挖掘機高度的倍(臺階高度應不小于挖掘機推壓高度的2/3),2、分類小型礦山(300萬噸):8~10米大型礦山:10~12米最大15米結合本礦情況臺階高度選擇10米。坡面角最終臺階坡面角與巖石性質,巖層的傾角、傾向、構造、節(jié)理,以及穿爆方法等因素有關。例如,當巖層傾角大于30°,并且?guī)r層層理較發(fā)育時,若選取的臺階坡面角大于巖層傾角,巖石容易滑落。這時應取臺階坡面角等于巖層傾角。露天礦設計一般采用的最終臺階坡面角資料見表8-5。表8-5臺階坡面角參考資料巖石堅固性系數(shù)f15~208~143~71~2臺階坡面角(°)75~8570~7560~6545~60結合本礦情況坡面角選擇65度。首采區(qū)的選擇(開段溝)3.2.1拉溝位置第一個臺階的開段溝位置為初始拉溝位置,一般選在覆蓋物薄、礦體厚度大、工程地質水文地質條件簡單的礦體露頭處,可設在礦體底板,也可設在礦體頂板。溝道可以平行礦體走向,也可以平行礦體傾向,如圖4-1中的(a)和(b)。溝道亦可呈圈形布置,如圖33-3中的(c)和(d)。圖4-1根據(jù)本礦煤層賦存條件,首采區(qū)位置及原采空區(qū)治理的露天坑實際情況,采用由東向西,由北向南方向,以點2(,)、D3(,)、D4(,)以及點(,)為基點拉首采區(qū)開段溝,優(yōu)點是得用原露天坑,基建量小、外排運距短、設備效率利用率高能夠保證盡快完成基建期。出入溝位置根據(jù)礦床地質條件及地面配套設施、排土場位置,確定出入溝形式為內外結合固定式溝道。根據(jù)礦區(qū)具體條件,本工程設二條出入溝:礦坑南側設一出入溝,為修筑道路和運煤專用;礦坑東北角設一條出入溝,為排土專用。出入溝長度為75米,溝道路面有效寬度10米??v向坡度為8%,橫斷面為中間高兩邊低,形成5%的坡度;邊坡坡面角為60°;出入溝與地面交接處坡道,要高于自然地面1米,以防地表水流入礦坑。首采區(qū)開段溝平面圖首采區(qū)開段溝剖面圖首采區(qū)開段溝剖面圖3.3工作平臺與安全平臺正在被開采的臺階稱作工作臺階(或工作平臺、工作平盤)。如圖15-4所示,工作臺階上正在被爆破、采掘的部分稱為爆破帶,其寬度HWWHWWcWsWs安全平臺爆破帶圖15-4工作平臺要素示意圖WWcWs采區(qū)寬度爆破帶安全平臺采掘方向臺階推進方向(Wc)為爆破帶寬度(或采區(qū)寬度),臺階的采掘方向是挖掘機沿采掘帶前進的方向,臺階的推進方向是臺階向外擴展的方向。在開采過程中,工作臺階不能一直推進到上個臺階的坡底線位置,而是應留有一定的寬度(Ws)。留下的這部分稱為安全平臺。安全平臺的作用是收集從上部臺階滑落的碎石和阻止大巖石塊滾落。安全平臺的寬度一般為2/3~1個臺階高度。在礦山開采壽命期末,有時將安全平臺的寬度減小到臺階高度的1/3左右。工作平盤的寬度(W)等于采區(qū)寬度與安全平臺寬度之和。最小工作平盤寬度是剛剛滿足采運作業(yè)所需要的空間的寬度,其計算詳見后面第四節(jié)。沿工作平盤的外緣常用碎石堆筑一道安全擋墻(圖15-5),用于阻止石塊滾落到下面的臺階和防止汽車或其它設備駛落臺階。安全擋墻的高度一般等于汽車輪胎的半徑。其坡面角等于碎石的安息角(一般為35。左右)。圖15-5圖15-5安全擋墻四開采方法開采方法分類及特征按采剝工程在露天開采境界內空間、時間上的先后順序特征,開采程序可分為全境界開采、分期開采、分區(qū)開采和分區(qū)分期開采四大類。全境界開采全境界開采時指采剝工程按劃分的開采臺階,在水平方向連續(xù)擴展到最終開采境界,在垂直方向按開采全深范圍逐層連續(xù)向下降深,只道最終開采深度為止。全境界開采可以有較大的生產能力,生產組織管理工作比較簡單。由于工作幫坡角一般比最終境界幫坡角緩得多,所以全境界開采的初期生產剝采比高,大型深凹露天礦尤為如此。全境界開采法的缺點是基建時間長、初期投資多,故僅適用于埋藏較淺、初期剝采比低、開采規(guī)模較小的礦山。分期開采與全境界開采方法相對應的是分期開采,所謂分期開采就是將最終開采境界劃分成幾個小的中間境界(稱為分期境界),臺階在每一分期內只推進到相應的分期境界。當某一分期境界內的礦巖將近采完時,開始下一分期境界上部臺階的采剝,即開始分期擴幫或擴幫過渡,逐步過渡到下一分期境界內的正常開采。如此逐期開采、逐期過渡,直至推進到最后一個分期,即最終開采境界。由于第一分期境界比最終境界小得多,所以初期剝采比大大降低,從而減小了初期投資,提高了開采的整體經濟效益。說明:分期開采一般是指傾斜或急傾斜礦體露天境界內延傾斜方向劃分幾個期開采。4.1.3分區(qū)開采在露天礦境界內,在相同的開采深度條件下,根據(jù)每個區(qū)域開采條件和技術經濟需求,安一定順序分區(qū)劃分的采區(qū)。分區(qū)開采基本相同。根據(jù)露天境界內煤層的賦存條件情況,最淺部煤層(露天境界北部界限附近)底板深度為50米,最深部煤層(露天境界南部界限附近)底板深度為70米,屬于近水平煤層,所以采取分區(qū)開采。以點N(,)與4'(,)拉一條直線作為首采區(qū)和二采區(qū)的分界線。4.2工作線布置形式依據(jù)工作線的方向與臺階走向的關系,工作線的布置方式可分為縱向、橫向和扇形三種??v向布置時,工作線的方向與礦體走向平行。這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作面,之后依據(jù)溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝),自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。橫向布置時工作線與礦體走向垂直。這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝,垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面,或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴展,逐步擴成垂直礦體的工作面,沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時,爆破方向與礦體的走向平行,故對于順礦層節(jié)理和層理較發(fā)育的巖體,會顯著降低大塊與根底,提高爆破質量。由于汽車運輸?shù)撵`活性,工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關系,而是呈扇形向四周推進(圖15-28)。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸?shù)撵`活性,可使開采工作面盡快到達礦體。 圖15-26扇形工作面布置示意圖由于本露天礦采用汽車運輸系統(tǒng),又因扇形布置可以快速見礦,所以才用扇形布置。4.3工作幫結構4.3.1工作幫構成露天礦通常以多個剝離臺階和采礦臺階進行開采,工作幫由一些開采臺階的坡面和平盤構成。工作幫形態(tài)決定于組成工作幫的各臺階之間的相互位置,亦即決定于臺階高度、平盤寬度等開采參數(shù),通??捎霉ぷ鲙推陆堑拇笮肀硎?。工作幫坡角為通過工作幫最上和最下一個臺階坡底線的平面與水平面的夾角,如圖(圖4-2),工作幫坡角可計算如下:

式中—工作幫坡角,(°);,,,——各臺階高度,m;,,,——各臺階工作平盤寬度,m;,,,——各臺階坡面角,(°)。圖5-1工作幫坡角工作幫推進工作幫為工作臺階的總體,其推進與臺階開采程序密切相關。工作幫的推進方式,體現(xiàn)了各工作臺階的推進和臺階之間相互配合相互制約的關系。1、工作幫推進的動態(tài)變化和約束條件工作幫正常推進時工作平盤寬度B不得小于最小工作平盤寬度Bmin,工作幫坡角ф不得大于最大工作幫坡角фmax。因此,工作幫正常推進的必要條件為:B≥Bmin或ф≤фmax工作幫可以平行推進或扇形推進,工作幫平行推進時,通常各臺階的工作線接近于平行,推進方向亦接近一致,使得工作幫上各臺階相互協(xié)調推進。2、工作幫推進方向工作幫的推進方向與礦山工程的起始位置有關,亦即與各臺階的開段溝位置有關。工作幫采用扇形(基坑延伸)。4.4工作面形式1、全層端工作面,(機械鏟、輪斗挖掘機、吊斗挖掘機);2、全層坡工作面;3、臺階分層工作面,(反鏟液壓挖掘機常用)由于本露天礦選用ZX670L液壓反鏟,所以工作面形式為臺階分層工作面。五、開拓運輸系統(tǒng)5.1開拓方法選擇的主要原則(1)礦山建設速度必須滿足國家的要求,保證投產早,達產快;(2)生產工藝簡單可靠,設備選擇應因地制宜,中小型礦山盡量采用本地區(qū)能制造的設備;(3)工程量少,施工方便;(4)不占良田,少占耕地,并有利于改地造田;(5)基建投資少,特別是初期投資少;(6)生產經營費用低。5.2影響本礦開拓方法選擇的主要因素(1)生產技術條件。本礦的生產規(guī)模為萬噸,礦體勘探程度較高;(2)自然地質條件。即本礦的地質、水文地質、地形、工程地質及氣候條件等;(3)經濟技術條件。即礦山的建設投資,礦石生產成本及勞動生產率等。開拓方案的選擇根據(jù)大木沖水泥石灰?guī)r礦的實際條件,地形復雜。因此對于露天礦山坡部分初步選取的開拓方式有:(1)汽車公路運輸開拓系統(tǒng);(2)鐵路運輸開拓系統(tǒng);(3)平峒溜井開拓。技術方案比較:對于方案(1),汽車公路開拓系統(tǒng)適用各種地形條件的山坡露天礦和礦坑呈各種不規(guī)則形狀、尺寸的凹陷露天礦;采礦場可設置多出入溝口進行分散運輸,分散排巖;便于多品級礦石選別開采;便于改變工作線推進方向,新水平準備速度快,能達到較高的開采強度。對于方案(2),鐵路開拓的運營費用低,鐵路運輸噸一公里費用約為汽車運輸?shù)?/4~1/3;運輸能力大;運輸設備堅固耐用;運輸工作可靠,受氣候條件影響較小。但開拓坑線受鐵路的平面曲線半徑大和縱向坡度小的影響,開拓坑線展線長度大,使露天采礦場的附加剝巖量增加,基建工程量大,基建時間長;在日常生產中的線路移設和維修工作量大;開拓系統(tǒng)和工作組織復雜;新水平開拓延深工程緩慢。對于方案(3),采用平峒溜井開拓,投資省、運輸設備少、節(jié)省能源、經營費用低、生產能力大,適用于相對高差大于100米的山坡露天礦。但溜井宜堵塞赫跑礦,放礦時,空氣中的粉塵影響作業(yè)人員的健康,對礦石塊度也有所限制。結合新橋露天礦的實際地形及氣候條件,故采用公路運輸。對于露天礦深凹部分,初步選擇的開拓方案有:(1)汽車公路開拓;(2)鐵路開拓;(3)聯(lián)合開拓。上部用鐵路開拓,下部用汽車開拓。根據(jù)新橋露天礦的實際情況,露天礦的深凹部分采場尺寸較小,布置鐵路線路時,工程量大,需設較多的車站;采場開采深度較小,運距不大,采用公路開拓運輸能夠滿足生產需要,因此排出方案三。為了盡快達產,減少基建時間和基建投資,充分發(fā)揮電鏟的效率,選用汽車公路開拓系統(tǒng)。5.4汽車的參數(shù)及數(shù)量的確定TL3400汽車的參數(shù)參數(shù)見表3-3-2。TL3400汽車的參數(shù)毛煤破碎站巖石破碎站每車實際裝載斗數(shù)斗55卡車容積立方米1616松散系數(shù)汽車數(shù)量的確定運輸煤和巖的能力基本一樣,所以下面一起計算了TL3400自卸汽車的能力和臺數(shù)。式中:-卡車裝載容積,查表3-3-2取=16-時間利用系數(shù),查伊敏礦年度設計取-汽車實動率,取論文中數(shù)據(jù)得-松散系數(shù),查表3-3-2取T–一年時間,525600mint–汽車運行周期,查表3-3-2取t=20min-一臺汽車的年運輸能力,單位萬/臺年計算得:萬/臺年式中:n–計算汽車臺數(shù)-一臺汽車年運煤量的實方體積,取上次計算值331/年計算得:設計臺數(shù)26臺,實際投入使用27臺。六、掘溝工程由于采裝與運輸設備是在工作臺階的坡底面水平作業(yè),所以,必須在新臺階頂面的某一位置開一道斜溝,使采運設備到達作業(yè)水平,而后以溝端為初始工作面向前、向外推進。因此,掘溝是新臺階開采的開始。按運輸方式的不同,掘溝方法可分為不同的類型,如汽車運輸掘溝、鐵路運輸掘溝、無運輸掘溝等。掘溝工作一般分為兩階段進行:首先挖掘出入溝,以建立起上、下兩個臺階水平的運輸聯(lián)系;然后開掘段溝,為新臺階的開采推進提供初始作業(yè)空間。出入溝的坡度取決于汽車的爬坡能力和運輸安全要求?,F(xiàn)代大型露天礦多采用載重100噸以上的大噸位礦用汽車,出入溝的坡度一般在8%~10%左右。出入溝的長度等于臺階高度除以出入溝的坡度。6.1掘溝參數(shù)最節(jié)省空間的調車方式是汽車在溝外調頭,而后倒退到溝內裝車(圖15-8和15-9)。這種調車方式下的溝底寬度只取決于電鏟的作業(yè)方式和采裝方式。最常用的采裝方式是中線采裝,即電鏟沿溝的中線移動,向左、右、前三方挖掘(圖15-8)。這種采裝方式下的最小溝底寬度是電鏟在左、右兩側采掘時清底所需要的空間,即WDmin=2G (15-1)式中,G為電鏟站立水平挖掘半徑。另一種更節(jié)省空間的采裝方式是雙側交替采裝(圖15-9)。電鏟沿左右兩條線前進,當電鏟位于左側時,采掘右前方的巖石,裝入停在右側的汽車;而后電鏟移到右側,采裝左前方的巖石,裝入停在左側的汽車。這種采裝方式下的最小溝底寬度為: WDmin=G+K (15-2)式中,K為電鏟尾部回轉半徑。雙側交替采裝所需的作業(yè)空間雖然小,但電鏟移動頻繁,作業(yè)效率低,一般用于境界最底部作業(yè)空間有限的幾個臺階上的掘溝。實際采用的溝底寬度應適當大于最小溝

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