采矿方法矿井设计年产量15万吨课程设计

第一章 采矿地质条件某金矿为接触交代型矿床，矿体平均厚度 14m，矿体平均倾角 43，矿体走向 850m，埋藏深度为-50m-180m。矿石主要含有金属及品位为：Cu1.2%、S32.9%、Fe45%。矿石容重 3.75t/ m，围岩容重 2.63t/ m。上盘围岩为灰岩，下盘为砂页岩，上盘围岩坚固性系数 1416，下盘围岩坚固性系数 11-12，矿石坚固性系数 6-7，均很坚固，矿石与上下盘围岩均为稳固。矿石松散系数为 1.45，上下盘围岩松散系数为1.5。由于含有硫，矿石有自燃性，但无粘结性。矿区水文地质条件复杂，断层较多，局部有破碎带，地表有溪流。矿井设计年产量 15 万吨。第二章 采矿方法选择2.1 采矿方法选择2.1.1 选择依据（1）安全和良好的工作条件；（2）具有合理的、高的采矿强度，满足矿山生产能力要求；（3）采准工程布置灵活性大，对矿体的适应性强，采切工程量小，回采机械化程度高，劳动生产率高，能耗少，矿石损失贫化小，成本低；（4）采矿所需巷道布置在脉外，尽量避免留顶底柱，以提高矿石的回收利用率；（5）矿床水文地质条件复杂，地表不允许陷落，矿石价值高且含硫品位较高，有自燃的可能性，不宜选择大量崩矿或者留有大量矿柱和顶底柱的采矿方法，适宜选择通风条件好、防火条件好的采矿方法。2.1.2 采矿方法初选根据矿体地质条件和采矿技术条件选择合适的采矿方法，见表 2-1。表 2-1 采矿方法选择表主要的地质及开采技术条件序号 名称 特征 较适合的采矿方法排除的采矿方法1 地表允许崩落 的可能性 不允许崩落 空场法、充填法 崩落法2 矿石的稳固性 稳固 空场法、充填法 3 围岩的稳固性 稳固 空场法、充填法 4 倾角及厚度平均倾角 35、平均厚度 23m 上向水平分层充填法、分段（阶段）空场法、分段（阶段）空场嗣后充填法房柱法、留矿法5 矿石的品位 Cu 等贵重金属品位较高 上向水平分层充填法、分段（阶段）空场嗣后充填法 分段（阶段） 空场法、6 矿石自燃性 与粘结性 有自燃性无粘结性 上向水平分层充填法、分段凿岩分段出矿嗣后充填法3根据以上初步分析，可以初选出两种采矿方法：1）上向水平分层充填法；2）分段凿岩分段出矿嗣后充填法。1） 上向水平分层充填法（1）方案特征该方法适用于开采矿体上下盘岩石中等稳固以上或稳固性稍差，矿石中等稳固或中等稳固以上的倾斜至急倾斜的中厚至极厚矿的高品位或贵重金属的矿体；特点是将矿块划分为矿房和矿柱进行回采，先采矿房，后采矿柱，矿房或矿柱自下而上分层回采，依次按比例进行充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件，矿房回采到最后一个分层时，进行接顶充填。（2）矿块布置和结构参数矿房垂直矿体走向布置，长度为矿体水平厚度，宽度为 12m；矿房、矿柱交替布置，间柱宽度 8m；阶段高度 60m；阶段分为 7 个分段，分段高度9m，每个分段服务 3 个分层，每个分层高度 3m；先采矿柱，后采矿房，矿块底部构筑 5m 厚的人工混凝土假底，以保证下阶段的回采安全；矿柱采用较高灰沙比进行充填，矿房采用较低灰沙比进行充填，各分层待充填体渗水平场完毕厚后，铺设 0.3m 厚的砼地板，以利上分层回采时无轨设备的行走。（3）采准切割（图 2-1）采用下盘脉外阶段斜坡道采准方式，斜坡道为折返式，断面 3.5 3m，斜坡道的坡度为 1:51:7，斜坡道与分段平巷连接，分段运输平巷与采场分层进路连接。一个分段负责 3 个分层。（4）回采分层回采高度 3m，采用 YSP-45 型气腿式凿岩机挑采 2.0m，不出矿，炮孔倾角 75，炮孔直径 40mm，工人站在矿堆上打水平孔压顶回采到设计高度。每次爆破后通风时间不少于 40min，工作面炮烟排净后，安全工进入采场检查顶板，清除浮石。采用铲运机将崩落的矿石卸入溜井，由电机车经阶段运输平巷运往主溜井。崩落矿石出完后，按照配比要求，进行胶结充填。充填渗水通过预先布设的脱滤水管导出采场。4（5）方案评价该方案仅设溜井，运矿汽车在装矿平巷内装车，既简化采准工程，又提高运矿效率；采用先挑采、后压采的方式，有效地提高凿岩效率，也便于采场顶板的安全管理；使用无轨设备出矿，回采作业机械化程度高；采场布置灵活，便于不同矿种分采；采场形成贯穿风流，通风效果好。但是，压顶回采，凿岩效率相对较低，作业循环较多；无轨设备运行频繁，满足无轨设备通行要求的采准切割工程断面大。参考类似矿山实例，采场生产能力： 142.5td-1；矿石回采率 97.97%，矿石损失率 3.03%，矿石贫化率 5.17%。图 2-1 上向水平分层充填法2） 分段凿岩分段出矿嗣后充填法（1）方案特征该采矿法适用于开采矿石与围岩稳固倾斜和缓倾斜的高品位或贵重金属的矿体；特点是将阶段内矿体沿走向划分成矿块，矿块划分为分段，每个分段内划分为矿房和矿柱，每个矿房都有独立的崩矿和出矿巷道，可视为单独的回采单元。沿走向掘进分段运输平巷和凿岩平巷，沿分段运输每隔距离掘进装矿进路。回采过程中，采用扇形中深孔在凿岩平巷进行凿岩爆破，崩落5的矿石自装矿进路在分段底部的 V 型堑沟进行出矿，为了防止充填体坍塌引起较大的贫化，分段内留 3m 斜顶柱。矿块分段回采结束后按充填比例进行充填，密闭充填进路，回采上一分段。（2）矿块布置和结构参数矿块沿矿体走向布置，矿块长度 40m，间柱宽度 6m，矿房长度 34m，阶段高 60m，矿块宽度为矿体水平厚度，分段高度 15m，斜顶柱 3m，底部形成 V 型受矿堑沟，堑沟在矿体内的斜面倾角为 45，装矿进路间距11m。分段回采完毕后，从上分段进行一次充填，充填尽量接顶。（3）采准切割（图 2-2）采用下盘脉外阶段斜坡道采准方式。阶段和各分段间由采准斜坡道联通，斜坡道的坡度为 21%。自采准斜坡道掘进分段运输平巷、充填回风平巷，自充填回风平巷每隔 1112m 掘进装矿进路到矿体下盘，在矿体下盘与围岩边界处由装矿进路掘进 “V”型堑沟拉底平巷联通所有装矿进路，靠近矿快间柱位置，向上掘进切割天井，再由分段运输平巷，靠近间柱位置，掘进切割横巷达矿体上盘边界处，自切割横巷靠近矿体上盘掘进脉内凿岩平巷；在拉底平巷和切割横巷内分别打上向扇形和平行中深孔，以切割天井为自由面爆破切槽，进行多排同次爆破，爆破后形成立槽。参考类似矿山，标准米千吨采切比为 12.52m/kt。（4）回采全部采准切割工作完成后，矿房回采以切割槽为自由面，由矿房一直向另一侧回采崩矿。在分段凿岩巷道中钻凿扇形中深孔，崩矿孔与开沟孔同时起爆，一次崩落 35 排炮孔，每次爆破后通风时间不少于 40min，工作面炮烟排净后，安全工进入采场检查顶板，清除浮石。崩落矿石用铲运机将崩落的矿石卸入分段溜井，由电机车经阶段运输平巷运往主溜井。崩落矿石出完后，按照配比要求，进行胶结充填。充填渗水通过预先布设的脱滤水管导出采场。（5）方案评价工人在小断面巷道中工作，回采工作比较安全；回采强度比较大，在一个采场内，工作面比较多，因此，用这种采矿方法开采时，采场可以相对少一些；工作循环，比较简单，通风条件好；使用无轨设备出矿，生产能力大；6但是采准工作量大，在分段巷道内，不易实现巷道掘进的机械化；矿柱所占矿量比较大，且回采矿柱损失，贫化又比较大；采用中深孔落矿，大块率高，二次破坏作量大。参考类似矿山实例，矿石回采率 77.26%，矿石损失率22.74%，矿石贫化率 7.55%。采场生产能力 443.8t/d。1. 8.293045. .67 35714114 图 2-2 分段凿岩分段出矿嗣后充填法2.1.3 采矿方法技术比较根据以上初步设计计算并结合类似矿山，对所选采矿方法的技术经济比较见表 2-2。表 2-2 采矿方法方案技术比较表序号 项目名称方案 上向水平分层充填法方案 分段凿岩分段出矿嗣后充填法备注1采场生产能力（t/d） 142.5 443.82 矿石损失率(%) 3.03 22.743 矿石贫化率(%) 5.17 7.5574 方案灵活适应性 好 较差5 通风条件 好 好6 实施难易程度 容易 容易2.2 采矿方法终选考虑到厚大矿体，采用空场嗣后充填法，会增大矿石贫化损失率，而高阶段（或者高分段）空场嗣后充填法国内使用技术并不成熟，并根据 2.1 节采矿方法选择分析，本次设计采用上向水平分层充填法。2.2.1 参数确定依据（1）安全和良好的工作条件；（2）矿体为倾斜（平均倾角 35）厚大（平均厚度 23）矿体，矿体走向长度（300m）较长，埋藏深度（-50-180m） ；（3）矿石稳固（f=6-7） ，上盘围岩稳固（ f=14-16） ，下盘围岩稳固（f=11-12） ；（4）采切工程量小，回采机械化程度高，劳动生产率高，能耗少，矿石损失贫化小，成本低；2.2.2 矿块布置与结构参数矿块垂直于矿体走向布置，长度为矿体水平厚度，阶段高度 60m；矿房、矿柱交替布置，矿房宽度为 12m，矿柱宽度 8m；将阶段划分为分段，分段高度 9m，每个分段负责 3 个分层，分层高度 3m；先采矿柱，后采矿房，矿块底部构筑 5m 厚的人工混凝土假底，以保证下阶段的回采安全；回采过程中，最小控顶高度 2m，最大控顶高度 5m，矿柱采用较高灰沙比进行充填，矿房采用较低灰沙比进行充填（降低充填成本） ，各分层待充填体渗水平场完毕厚后，铺设 0.3m 厚的砼地板，以利上分层回采时无轨设备的行走。8第三章 矿块采准与切割工作3.1 采切巷道的布置由于矿石品位高、有自燃性，为了减少矿柱损失且满足机械化上向水平分层充填法的工艺要求，采用下盘脉外阶段斜坡道采准方式。3.1.1 采准巷道的布置主要采准工程有斜坡道、分段运输平巷、分层出矿进路、充填回风井、溜井及穿脉等矿石回采工作必不可少的巷道。（1）斜坡道斜坡道采用折返式布置，它是铲运机及人员、材料设备在不同分段，不同阶段之间实现自由快速移动的重要通道，因需要布设必要的管线电缆，且要考虑行人需要。因此，其规格 3.5m3.0m，转弯半径取 10m15m，坡度取 20%。（2）分段运输平巷分段平巷沿矿体走向布置，负责分段矿房的出矿。每个分段平巷负责三个分层的回采，垂直距离为 9.0m。为保证分层出矿进路坡度满足无轨设备爬坡能力要求，分段平巷距矿体下盘 19.5m 左右，且与分层出矿进路之间的内侧转弯半径保证 3.4m 以上，断面尺寸与斜坡道（3.5m3.0m ）相同。（3）分层出矿进路每个分层均布置一条分层出矿进路，沟通采场和分段平巷。其中，下向分层出矿进路为运矿重车上坡，坡度取 2；上向分层出矿进路为重车下坡，坡度取 18。下向分层出矿进路采用普通掘进方法形成，水平分层出矿进路则在向下的分层出矿进路顶板挑顶形成，而上向出矿进路则由水平出矿进路上挑形成。挑顶崩落的废石，可用来充填该分层出矿进路。分层出矿进路断面规格同样要求满足无轨设备运行安全、方便，与斜坡道相同（3.5m3.0m） 。分层出矿进路布置在采场中央，以利于铲运机作业，且采场开口阶段作业效率高，采场两侧边界易于控制。采场充填时，用木板封闭分层出矿进路。9（4）充填回风天井充填回风井是采场通风和下放充填料的重要通道，位于靠近下盘的矿体中，一方面，可以用来下放充填料浆及回风使用，另一方面，可以实现探采结合，充分摸清阶段上部的矿体分布情况；断面尺寸为 2.0m2.0m，沿矿体倾向布置，倾角为矿体倾角。（5）放矿溜井考虑到铲运机有效运输距离 150m，放矿溜井间距 140160m，同时服务于78 个矿块，断面尺寸为 2.0m，为了减少卸矿横巷的长度，采用倾斜溜井，倾角为 75；为了防止上下分段卸矿相互干扰，卸矿横巷与放矿溜井间用分支溜井连通。（6）卸矿巷道卸矿横巷连通分段平巷和放矿溜井，供多个矿房使用，断面尺寸与分段运输平巷同（3.5m3.0m ） 。（7）穿脉穿脉位于矿房或矿柱中央，起到探矿、连通相邻矿脉、通风及铲运机运行的作用，断面要求与斜坡道断面相同（3.5m3.0m） 。3.1.2 切割巷道的布置切割工作主要是拉底，不另外打巷道，以采准工程中的穿脉（采准切割合二为一）为自由面和补偿空间扩大到矿房底部全面积形成拉底空间，以穿脉为自由面用 YSP-45 上向式凿岩机向两边扩帮至采场两边边界，局部出矿后，向上一分层挑顶形成 5.0m 的控顶高度。然后，砌筑 3.0m 高的高标号胶结体假底，剩 2.0m 作为继续上采的作业空间。砌筑假底时，要预先铺设好脱滤水管，并根据实际情况考虑加一些钢筋。3.2 主要运输设备（1）铲运机由 SANDVIK TAMROCK 公司生产的 TORO 系列铲运机有着安全、可靠、舒适和高效的优点，为了满足矿山生产能力要求，本设计中选用 TORO400E 型铲运机，103 台正常生产，2 台备用，该型号电动铲运机的主要技术参数见表 3-1。表 3-1 TORO400E 型铲运机主要参数最小转弯半径（mm）外形尺寸（mm）斗容（m3）额定载重（t）铲取力（KN） 内侧 外侧 长 宽 高最大卸载高度（mm）最小卸载距离（mm）理论生产能力（万 t/台年）3.8 9.6 204