某地下金矿采矿方法设计.doc

采矿学课程设计 山东理工大学采矿学课程设计题 目：某地下金矿采矿方法设计学 院：资源与环境工程学院 专 业：采矿工程 学生姓名： 指导教师： 课程设计时间：2012年6月19日2012年7月1日 目录1 开采范围及开采技术条件- 3 -2 采矿方法选择- 3 - 2.1 采矿方法初选- 3 - 2.2 综合经济技术比较- 5-3 采矿方法设计- 5 - 3.1采准工作- 5 - 3.2 回采工作- 7 - 3.3 采场顶板管理- 8 - 3.4 回采工作计算- 9 - 3.5 采场通风- 9 - 3.6 采场充填- 9 - 3.7 矿柱回采- 10 - 3.8 采矿方法技术经济指标的计算- 10 -4 采区的主要技术经济指标汇总- 10 -5 参考文献- 14- 1 开采范围及开采技术条件 某地下金矿,矿山设计设产能力为10万t/a, 矿区地面标高为+60+109m，本次设计矿体位于-400-650m水平。（1）矿体形态：多以脉状产出，矿体分支复合，表现出严格受断裂构造所控制的特征。（2）矿石自然类型：以细脉状黄铁绢英岩化花岗岩和细脉状黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩为主。矿石均为原生矿石。（3）围岩：矿体上盘为较为稳固的绢英岩化花岗岩和似斑状花岗闪长岩，下盘为绢英岩化花岗质碎裂岩，稳固性相对较差。（4）矿区水文地质条件：矿区的水文地质条件简单，含水层、透水层主要为构造破碎带及近地表的裂隙风化层，隔水层为黑云母花岗岩和花岗闪长岩。（5）矿区的裂隙水为基岩裂隙水，由大气降水直接补给，经构造破碎带同地表水构成联系。由于本区断裂构造、节理裂隙发育，大气降水随断裂裂隙及地表的塌陷区下渗入扩建开采地段，根据井下生产中段及钻孔推测的45m3/h左右的涌水情况，采用经验拟比法预测矿床-600m水平的涌水量为：正常涌水量10001300m3/d；最大涌水量20002300m3/d。矿体特征矿体平均厚度5.86m矿体平均倾角32矿石平均品位5.94g/t矿石体重2.70t/m3岩石体重2.65t/m3矿岩松散系数1.6普氏系数f913 2 采矿方法选择2.1采矿方法初选序号开采技术条件名称矿山开采技术条件特征可选用的采矿方法初选方案1矿石稳固性稳固1 房柱法2分层崩落法3 分段矿房法4 分段崩落法5上向水平分层充填法6下向水平分层充填法7上向进路充填1上向进路充填2上向水平分层充填法3下向水平分层充填法2围岩稳固性上盘围岩稳固，下盘围岩不稳固3矿体倾角324矿体厚度5.865矿石品位5.94g/t6矿体形态脉状，矿体分支复合，严格受断裂构造所控制产出7矿石价值 高8地表是否允许塌陷不允许（1） 方案一上向进路充填法1 方案特点：该方案实质是机械化的巷道进路回采，适用于矿岩比较破碎的情况，进路顶板暴露面积小，回采作业比较安全。进路巷道断面大，便于实现机械化作业。回采进路需要进行光面爆破，爆破质量要求高。回采巷道为独头掘进，通风效果较差。2采场构成要素：单进路回采，矿块沿走向布置，阶段高度30m，矿块长100m，宽度等于矿体厚度。回采进路尺寸为4m4m。3采准切割：包括采区斜坡道、回风井，溜矿井、分层巷道。4回采工作；采用液压台车凿岩，装药车装药，光面爆破。采完一条巷道后立即进行充填。5主要技术经济指标：参照类似矿山数据，矿块身产能力为300t/d，作面工班效率为30t，采切比50m/kt，矿石贫化率5%，回采率90%。（2）方案二 上向水平分层充填法1 方案特点：工作面上向分层推进，每层以采、出、充形式循环作业。分层回采和充填，采区高度小，两帮维护容易，适应矿体形状变化，贫化率低，回采率高。工作时直接顶需要维护。采准切割工作量小。拟采用无轨运输设备,铲运机出矿。2采场构成要素：矿体长轴沿走向布置，长度为100m，阶段高度18m，顶柱厚度3m，底柱厚度3m,间柱6m。3 采准切割：采准工作包括运输平巷、充填井、人行天井、溜矿井的掘进构筑，还有采区斜坡道、分段平巷、分段联络巷道等。充填井布置在矿房中央，采用人工假底，沿阶段平巷将矿体全部切开至切割水平，再架设钢筋混泥土人工假底。 溜井布置在脉外。4 回采工作:分层高度3m，采用浅孔凿岩设备，矿岩稳固，两采一充。出矿使用铲运机出矿。因矿床为金矿床，尾矿量大，故采用尾砂胶结充填。5 主要经济技术指标：矿块生产能力为100t/d，台班效率7t，矿石损失率5%，矿石贫化率7%，采矿直接成本20元/t。（3）方案三 下向水平分层充填法1方案特点：自上而下分层回采充填，以巷道进路方式在分层的人工假顶保护下进行作业。有利于实现机械化，但环节多，人工假顶强度要求高，因此生产成本高。2 采场构成要素：采用巷道下向进路式回采方法，矿块沿走向布置，阶段高度为20m，矿块长度50m，宽度10m。巷道回采，高度为3-4m。3 采准切割：运输巷道位于下盘接触线处，天井布置在矿块两侧的下盘接触带，矿块中间布置一个溜井。每一分层回采前，沿下盘接触线掘进切割巷道。回采工作：巷道回采，沿走向布置两条回采巷道，先采下盘，后采上盘。充填前要先清理底板，在回采巷道两端构筑混凝土模板。回采巷道间隔回采，逆倾斜掘进，便于运搬矿石，顺倾斜充填，便于接顶。上下分层的回采巷道交错布置。阶段间布置斜坡道以供无轨设备出入。4 回采工作：采用浅孔落矿，轻型凿岩台车凿岩，自行设备运搬矿石。从上分层充填巷道，沿充填管路将充填混合物送入充填巷道。5 主要经济技术指标：矿块生产能力50t/d，掌子面供销5t/班，损失率3%，贫化率5%。 2.2 综合经济技术比较表2.2方案比较表名称单位方案一方案二方案三矿块生产能力t/d30015080采矿工班效率t/工班40108矿石回采率%909597矿石贫化率%575万吨采切比m3/万t500200500m/万t5015-2030安全性很高较高较高 经过比较可知，上向进路法生产率高，回采安全，机械化程度高，生产能力大。但所需设备多，采切比高，并不适合该矿山年产10万吨的规模。下向分层充填的回采率高，矿石贫化率低，但生产能力低，采切比高，回采工序复杂，成本较高，因此，经过对比，决定选用上向分层胶结充填方案，与同样的水力充填比，虽然充填成本高，但工艺简单，充填体强度大，便于提高生产效率和矿块生产能力。 3 采矿方法设计3.1 采准工作（1） 采准工程是指为获得采准矿量，在开拓矿量的基础上，按不同采矿方法和工艺的要求，掘进的各类井巷工程。如沿脉和穿脉运输巷道，运输横巷，通风平巷，采场人行、设备材料，充填、通风天井等。按照采准巷道与矿体位置可分为脉内采准，脉外采准，以及脉内脉外联合采准。（2） 采准方案 ：根据该矿床赋存条件，以及所选用的上向分层充填法来确定采准方案。采准工作包括运输平巷，充填井、人行井、以及溜矿井。矿体为中厚矿体，矿石价值及品位较高，为减少矿石损失，运输平巷布置在脉外，充填井布置在矿房中央。人行井和溜矿井采用顺路架设，由于矿房长度较长，故每个矿块架设两个充填井。为尽可能的回采矿石，减少矿石损失，故架设人工假底。 人工假底的架设：先掘阶段平巷，沿平巷底板将矿体全部切开至切割水平，然后按要求将模板架好，充以混凝土当凝固强度达到要求时，即可进行第一分层的回采。 溜井布置在脉外，沿走向长度，在每个矿块中央布设一个溜井，布置在矿体上盘一侧，距离矿体3m，溜矿井倾角为65度。 充填井倾斜布置，与矿体倾角相同。沿走向每50m布置一个。（3）采区构成要素：矿块长轴沿走向布置，长100m，阶段高度18m。不留间柱，回采工作沿走向推进，随采随充。顶柱厚度3m，底柱3m，间柱宽度6m。采用混凝土人工假底，以减少矿石损失。溜矿井布置在脉外。配合铲运机出矿。（3） 采准切割布置 布置方案 斜坡道：采用无轨运输设备进行矿石运般，因此，需要掘进斜坡道联接各分层出矿巷道，斜坡道布置在矿房一端的间柱里。坡度为20%，沿矿体倾向直线式布置。间隔6m设一联络道与采场联系。同时，斜坡道起到采场通风作用。如图3-1： 图3-1 人工假底：人工假底的架设 先掘阶段平巷，沿平巷底板将矿体全部切开至切割水平，然后按要求将模板架好，充以混凝土当凝固强度达到要求时，即可进行第一分层的回采。切割巷道尺寸为2.5m2.5m。 溜井 ：布置在脉外，沿走向长度，在每个矿块中央布设一个溜井，布置在矿体下盘一侧，因下盘围岩稳固性相对较差，因此溜井可采用混凝土进行支护。 充填井：倾斜布置，与矿体倾角相同。沿走向每50m布置一个。 出矿巷道：每隔20m布置一个出矿巷道。 采准切割巷道断面形状尺寸 溜矿井直径1.2m，斜坡道规格为2.5m2.5m。充填井直径为1m。矿块两侧的通风天井直径1.2m。出矿巷道尺寸也为2.5m2.5m，分层巷道尺寸为2.5m2.5m。 根据设计规格以及图纸计算所得采准切割工程量见下表：表 3.1 标准矿块采准、切割工程量表序号工程名称断 面（m2）长 度（m）数 量（条）总 长（m）工程量（m3）一采准工程1斜坡道6.2515011509382分层联络道6.25248503分段巷道6.25100440025004通风充填井1.136021401605矿石溜井1.1323123266装矿巷道6.259-30163121960小计5610二切割工程1分层平巷6.251001100625合计6235掘进主要技术经济指标。表3.2 掘进主要技术经济指标序号指 标 名 称单 位数 量备 注1气腿式凿岩机台效20m/台班63台备用2凿岩工工效16m3/工班33出碴工工效50m3/工班14爆破工工效50m3/工班15掌子面工效50m3/工班6主要材料消耗（1）炸药3kg/m3(2)雷管6个/m3(3)钎杆0.02根/m3.2回采工作（1）矿房的回采方式：采准工作：在矿体上盘侧距离矿体5m处掘进阶段运输巷道，沿阶段运输巷道在矿房一端以20度倾角掘进斜坡道，斜坡道为直线式，与矿体倾向相同。垂直高度上每隔6m掘进分层联络道与矿体相连接，为井下无轨设备出入创造条件。同时，斜坡道兼做入风井。在矿房中部，从阶段运输大巷向上掘溜井，溜井倾角为65度，垂直高度为18m，用于整个矿块的出矿。以溜井为中心，从矿房底板水平起，垂直向上每6m向两侧掘进分层巷道，断面为矩形，尺寸2.5m2.5m，共四条。用于出矿。以溜井为中心，在分层巷道中，自溜井两侧10m位置处，向矿体掘水平装矿巷道至矿体。装矿巷道每隔20m布置一条，共四条。充填井：在矿房中每隔50m设一个充填井，直径1.2m，共两个，倾角与矿体倾角相同。从阶段运输大巷掘小断面天井联接充填井，将充填管路布置在其中。切割工作：沿阶段运输平巷底板水平，从斜坡道向矿房底板掘进切割平巷，为开采底柱创造自由空间，然后将底柱部分矿石采出，随后按要求将模板架好，充以混凝土，当凝固强度达到要求时，假底架设完成。即可进行第一分层的回采。回采第一分层时从出矿巷道进入采场，将出矿巷道向矿体延伸，作为落矿自由面。第一分层回采完毕后，形成的空区作为自由空间，不需再进行另外的切割工程。回采：回采采用两采一充，铲运机出矿，下分层的回采工作和上分层的采准工同时进行。从而提高工效。 (2）采场凿岩爆破工作凿岩设备：回采分层高度为3m，适于浅孔凿岩，而且由于矿石价值高，矿体呈分支复合产状，为方便选别性回采和剔除夹石，页适于选用浅孔设备。可选用YT-23型气腿凿岩机。爆破参数：矿石围岩较稳固，采用了浅孔凿岩机，炮孔直径为38-42mm。因此选择40mm作为炮孔直径。最小抵抗线：依据 由于矿岩稳固，因此最小抵抗线取较大值，可得最小抵抗线为1.2m。炮孔距离：依据经验公式 由于矿岩比较稳固，因此炮孔距应该适当小一些，也取。排距：1.0m炮孔为垂直上向，炮孔深1.5m，为增加爆破效果，前后排炮孔交错布置（如图3-2）。每次崩落矿石厚度1.5m。 图3-2爆破器材确定：爆破采用乳化炸药，电雷管引爆，查表确定单位炸药消耗量为2.5kg/。凿岩爆破工作过程：由于回采时采用了两采一充工艺，凿低分层炮孔时，人员直接站立在下方的充填体上进行凿岩工作。当凿高分层炮孔时，人员设备可站立在已经崩落的矿堆或铲运机铲斗上进行工作。每个采场配备两台凿岩机，三班制。装药采用耦合装药，使用装药器进行装药。填塞炮孔时使用凿岩时产生的岩粉泥浆即可。爆破器材消耗量：按照凿岩时间占总工作时间50%计算，单个炮孔平均耗时20分钟，可知每个循环钻凿炮孔数24个，每班落矿量为30t。炸药单耗查表约为2.5kg/m。因此每班消耗炸药约为27kg，雷管24个。（3）二次破碎 由于采用了浅孔爆破，因此，大块率很少。在配用铲运机出矿的情况下，矿石块度一般满足要求，对于少量大块，在采场中进行二次爆破即可。溜井口处格筛规格按照一般要求取500mm。（4）出矿 在每个采场内配用一台1m铲运机出矿，铲运机从采场铲取矿石，通过出矿巷道进入分层巷道，将矿石运送至溜井，矿石卸载后即完成一次出矿。3.3采场顶板管理维护采场顶板的稳定性，对于保证工人设备安全有效的进行工作具有重要意义，因此，必须做好顶板维护工作。由于矿石很稳固，而且采用了胶结充填工艺，顶板暴露面积不大，因此采场顶板基本不需要支护，对于出现的破碎带采用喷射混凝土支护即可，若破碎较为严重，可采用锚杆加喷射混凝土联合进行局部支护。3.4回采工作计算回采工作循环：编制循环图表。 表3.3 回采作业循环图表序号作业名称作业时间（h） 班 班 班2468246824681凿岩4.02装药、爆破1.53通风0.54撬毛、支护1.05出矿3.8采矿工作面一个循环的出矿量,按照凿岩工效以及出矿能力计算，单循环出矿量为90吨。3.5 采场通风按排尘风量确定回采工作面所需风量：经查表可知，工作面所需风量为4-5m/s。按排尘风速计算回采工作面所需风量：按照经验公式 式中为工作面需风量，s为过风断面面积，v为风速。v取0.15m/s.计算可得所需风量为5.3m/s。按排除炮烟计算回采工作面需风量：根据苏联沃罗宁公式计算可得需风量为5.6m/s。采场通风利用斜坡道作为进风井，风流通过联络巷道进入采场。冲刷工作面后。经上部的通风充填井流入上阶段的运输平巷排出。3.6 采场充填在本设计中，采用了上向水平分层尾砂胶结充填，充填料主要来源为选矿厂尾砂，因金矿山尾砂量大。几乎等于采出矿量，因此，在配以一定量的水泥胶结物后，完全可以满足对采空区的充填。采场充填工艺设计：充填料为尾砂与水泥，在地面沙泵站制备后，通过管路输送至采场，开采阶段的充填管路布置在上一阶段的阶段运输巷道中，并通过开凿在运输大巷底板的充填井进入采场。充填的第一个分层为人工假底（详见回采工艺），回采两个分层的高度再进行一次充填，充填紧跟回采工作进行，充填区与回采区的距离以不影响回采为准。接顶充填时，为保证接顶完全，可以对充填料进行加压使其尽量接顶，或者人工立模板进行逐条浇筑。充填时，为方便矿柱的回采，因此，需要在矿房靠近间柱一端架设模板，为回采矿柱的出矿预留出矿巷道，如图3-3： 图3-3采场充填主要材料消耗：充填主要消耗材料为尾砂，水泥，用于制作模板的木材。消耗量详情见表4.3。3.7矿柱回采回采矿柱对于增加矿山的工业储量，提高矿山寿命，增加矿石采出量，减少矿石损失都有重要意义。间柱回采：由于所留间柱宽度较小，且已经存在斜坡道和联络道作为自由面，不需要在做切割工程，因此，仍采用上向分层充填法回采，利用分段巷道作为回采用的凿岩巷道和自由空间，每次崩落6m的高度，矿石崩落后，利用留在矿房里的出矿巷道出矿（见图3-6），每采完一个6m分层，进行充填，充填管路沿斜坡道布设。顶底柱回采：底柱在回采时采用了人工假底，已经采出，因此只需回采顶柱，顶柱厚度为3m，采用单层充填法回采即可，浅孔凿岩，边回采边充填，充填紧跟回采工作面进行。回采时的通风利用斜坡道作入风井，出矿巷道作回风井。3.8采矿方法技术经济指标的计算矿房回采储量：矿房尺寸矿石密度=945.86602.7=90889t。矿房回采日产量：根据回采的台班效率确定，每天进行两个回采循环。每次出矿90t，因此，回采日产量为180t。矿柱回采日产量：矿柱回采时一次崩落高度较大，因此，日产量大于矿房回采产量，参照相关数据可确定为300t/d。矿房回采时间：按照矿房回采储量，回采日产量，考虑进充填的因素，可以确定矿房回采时间为90889180=500d。采场采准切割时间：矿块的采切超前回采，但属于同时进行，因此，采切时间与回采时间基本相同。约为500d，只是存在一定超前量。超前系数：一般而言，采切工程超前于回采两个分层高度即可。吨矿石的直接成本：直接成本主要包括采切，凿岩爆破，充填过程中消耗的材料，电能费用。参照相关资料，确定吨矿石直接成本（详情见表4.4）。矿房的回收率、矿房贫化率、矿柱回采率，矿柱贫化率、整个采场的回收率、整个采场的贫化率、吨矿主要耗材用量等数值的计算确定详情见表4.1-4.4。4 采区的主要技术经济指标汇总储量指标：矿房回采储量。产量指标：矿房回采日产量，矿柱回采日产量。效率指标：回采工作效率包括凿岩工、放矿工、采矿工作面全员平均效率。凿岩工工效：根据岩石坚固性系数以及凿岩机性能、炮孔参数、以及采场人员设备配置等，参照相关资料，确定凿岩工工效。损失贫化指标：矿房的回收率%，矿房贫化率%；矿柱回采率%，矿柱贫化率%；整个采场的回收率%，整个采场的贫化率%。成本指标：一吨矿石的直接成本。各指标及计算详情见表4.1-4.4表4.1 矿块工业矿石储量计算表矿块部位几何尺寸（m）体积（m）工业储量采准出矿量实际矿量备注长宽高采准切割底柱1005.86317584835171931160人工假底间柱65.866021105803271603086顶柱1005.863175848350284807矿房945.866033051908890090889合计1063624435334498782表4.2 矿块采出矿石量计算表项目实际矿量（t）矿石采出率（%）矿石贫化率（%）采出纯矿石量（t）采出矿石量（t）采出矿量百分比（%）采准44359524259434693切割33449523113317793.1矿房90889985846188907193.1矿柱78939056748710385合计1063629549873810369792表4.3 采矿主要技术经济指标序 号指 标 名 称单 位指标备注1矿块生产能力t/d1802采矿凿岩台效t/台班453铲运机台效t/台班604凿岩工工效t/工班455出矿工工效t/工班606支护工工效t/工班 局部支护7爆破工工效t/工班608采场充填工工效t/工班459采矿掌子面工效t/工班6010采矿损失率%511采矿贫化率%412采切比m3/kt1613主要材料消耗(1)炸药kg/t0.8(2)雷管个/t0.4(3)导爆线m/t0.5(4)钎子钢kg/t0.1