第4章 矿床开拓.doc

柿竹园多金属矿床开采设计 第4章 矿床开拓第4章 矿床开拓4.1 矿山现有开拓系统评述4.1.1 现有开拓系统矿床开拓现为平窿-斜坡道-溜井开拓。已有558m、490m、385m三个中段，1条由490m中段通往558m中段的斜坡道，4条由385m中段通往490m中段的主溜井。其中558m中段为回风中段，490m中段为回采中段，385m中段为主运输中段。回采中段内有514m水平、536m水平二个分段，矿房内每间隔11m布置有凿岩腰分段平巷。人员、设备和材料由平窿进入中段，再经斜坡道进入各分段工作面。由于选矿厂分散，水平距离和高差大，矿石运输复杂而且不经济。矿区采用上下分区抽出式通风系统。采区新鲜风流从富矿段南端进入，污风分别由富矿段490m水平西口和558m水平北面总回风道排出。385m主运输中段新鲜风流从北面窿口进入，经运输平巷和装矿硐室集中，由12km措施口或野鸡尾铅锌老窿排出地面。490m水平以下，除4条通往385m中段的主溜井和385m主运输平巷外，尚无其它工程。已形成的开拓系统将490m和558m中段之间的富矿段从西到东划分成4个盘区，盘区走向南北，编号依次为14，每个盘区宽79m，长315m。其中掘有分段盘区联络平巷和通风、人行天井。4.1.2 存在的问题1、大体积采空区群下大规模连续采矿，国内外尚无先例，没有系统性的成功经验。2、柿竹园多金属矿床矿岩节理裂隙被岩脉和矿脉所充填，胶结性好，稳固到极稳固，采用自然崩落法崩落顶板，处理大体积采空区群，崩落难度大。3、大规模阶段落矿，爆破规模大，爆破地震效应和冲击波危害大，工艺复杂，技术要求高。4、采场内预留矿石作缓冲层，放矿过程中需保持高品位矿石和低品位矿石之间的斜接触面，存窿矿石多，采下矿石不能及时放出造成资金积压。5、崩落法在覆盖层下放矿，尽管覆盖层为低品位矿石，但仍然存在贫化损失，控制较差时，贫化损失相当大。6、矿柱回收在大体积空区群中进行，限制回采的因素复杂，安全隐患多。4.1.3 矿区开采范围柿竹园多金属矿床地下开采的范围是：490m水平以上315m313m范围内矿柱及外围高品位矿段；558m水平以上矿带中较富部分；490m水平以下矿带较富矿段，即315m313m范围内和315m313m正南较富的矿段。分前期和后期开采，前期开采490m水平以上，后期开采490m水平以下。本设计的开采范围为：柿竹园多金属矿III矿带300m300m富矿段。矿体平面范围为横排1624线，纵排VII-VI线，平面尺寸为300m300m（南北向东西向），开采标高为490m558m，高差68m。4.1.4 矿山企业组成湖南柿竹园有色金属有限责任公司于2001年8月8日由湖南柿竹园有色金属矿依法整体改制而成，是集采矿、选矿、冶炼于一体的国有大二型联合企业。其多金属系统现有380窿口500t/d选矿厂，野鸡尾800 t/d选矿厂和200t/d试验选矿厂，梅子垅1500 t/d选矿厂，选矿总处理能力3000t/d。公司土地面积17km2、采矿权面积34.8km2，现拥有资产3.09亿元，净资产1.65亿元。公司辖7个生产单位，5个分公司，是湖南省有色金属行业中矿产资源最为丰富、发展潜力最为巨大的企业。矿山采用二级管理，矿下辖若干车间及科室，具体车间及职能机构设置矿山自定。4.1.5 原有生产能力：矿山原有生产能力是22002500t/d；本设计矿山生产能力为3000 t/d。4.1.6 矿山工作制度：矿山工作制度采用连续工作制，每年工作为330天，每天3班，每班工作8小时。4.2 矿山设计年产量的校核4.2.1 矿山设计年产量的计算 矿山设计日产量为3000 t/d，根据工作制度，取产量不均衡系数为1.1，计算矿山年生产能力，根据公式： (4-1)式中：矿山年生产量，万t/a；矿山设计日产量，取=3000 t/d；每年工作天数，=330d；不均衡系数，取=1.1；计算得：=108万t/a4.2.2年产量校核1. 按合理开采顺序同时回采矿块数验证矿山年产量490m水平以上，采用分段凿岩分段或阶段落矿方式回采矿柱，同时用水平深孔崩落顶板品位较高的矿段。房间柱长64m，宽15m，阶段高68m，减去底柱矿量后，矿柱矿量约17万t。由于盘区间采用斜对角线回采工作面推进，同时回采的矿柱有3个，2个房间柱和1个与之相连的部分盘间柱。一个循环的时间为3个月，平均崩矿量4600 t/d。按留矿方式控制放矿，可供放出的矿石有3400 t/d。炮孔崩矿量按6.5t/m，凿岩效率按40m/台班计，完成一个房间矿柱的凿孔时间为2.4个月，加上停歇时间，3个月内能完成一个循环的作业。由于采场内留有部分矿石作缓冲层，可以多条出矿道同时作业，只要采用高效率的出矿设备，出矿也能保证3000t/d生产规模。2. 按矿床开采下降深度确定验证矿山年产量年下降速度与实际开采矿山的地质资料、回采工艺、机械化程度、技术管理水平以及操作工作人员的水平和素质均有很大的联系，是矿山综合水平的反映，它可用于长远规划阶段以估算矿山产量。下降速度的计算，在一般情况下应按一阶段回采时的平均下降速度来验证，可按下式计算： (4-2)式中： 矿山年生产能力，万t；回采工作年下降速度，取=20m/a； 矿体开采面积， 矿石体重，3.14； 矿石的回收率，取75%；矿石的贫化率，取3.76%； 地质影响系数，0.71.0；取0.9； 倾角和厚度修正系数，分别取0.9，0.8；计算得：万t3. 按及时准备新阶段验证矿山年产量当回采垂直下降速度大，矿山采掘比大和掘进技术水平不高时，用新阶段的准备时间验证矿山的生产能力，计算公式如下： (4-3)式中：矿山生产能力，万t/a； Q回采阶段设计采出的工业储量，取Q=1665万t； Tx新阶段准备时间，取Tx=7a； k准备超前系数，k=1.21.5； 地质影响系数，0.71.0； 矿石的回收率，取75%； 矿石的贫化率，取3.76%；计算得：4.3 矿山服务年限4.3.1 矿山计算服务年限 根据生产能力与其服务年限之间的关系通过公式4-4计算： (4-4)式中： 矿山服务年限，a； 矿山年生产能力，取=100万t；矿山工业储量，取=1665万t； 矿石的回收率，75%； 矿石的贫化率，3.76%；计算得：4.3.2 矿山实际服务年限考虑到矿山生产初期从投产到达产的年限 ，生产末期减产的年限，按设计规模的正常生产年限不小于整个服务年限的2/3，加之远景储量的升级或新工业储量的增加，矿山实际服务年限大于计算服务年限，并按下式4-5计算： （4-5）式中：矿山实际服务年限，a； 矿山自投产至达产的年限，=3a；将设计规模正常生产的年限，=10a；矿山末期减产年限，=3a；计算得：a4.3.3 根据远景矿量评述矿山服务年限柿竹园多金属矿床的矿带490m水平以上315m313m范围内矿房回采已基本结束，剩下1465.81万吨（包括未采矿房矿量）；490m水平以下富矿段尚未开采，仍有矿量1470.89万t。对于该部分矿体的开采，柿竹园有限公司多金属矿床的开采宜采用地下开采方式进行，近、中期开采范围为矿带的富矿段。采矿方法为490m水平以上采用连续阶段崩落法回收矿柱和进行采空区处理，490m水平以下采用盘区连续阶段崩落法回采富矿段，采用“崩落法”方案时，490m水平以上矿柱回采和采空区处理年限为16年，490m水平以下回采时间为16年；总服务年限为36年（包括基建期2年），之后转入露天开采。 “崩落法”方案开拓矿量为728万t，保有年限7.3 年，采准矿量120万t，保有年限 1.2年；备采矿量68万t，保有年限期0.6年。4.4 阶段高度的确定4.4.1 开采技术条件矿石岩性为云英岩网脉矽卡岩，顶板和东、南侧面围岩围云英岩网脉矽卡岩和矽卡岩，底板和西、北侧面围岩为花岗岩，矿岩坚固，抗压强度80.9138.2MPa，f=814，含硫量1.19，无自燃性和结块性。裂隙虽然发育，但由于岩浆岩4次侵入矿区，岩脉及气液交代，使裂隙愈合率达81以上。矿体为云英岩网脉矽卡岩钨钼铋矿体，缓倾斜产出，倾向南东，倾角一般520，局部30。富矿段除西北角裂隙密度大，张裂隙发育外，岩体连续性、完整性好。由于矿区地形陡峭，大气降水很快排入甘港河；矿岩裂隙充填率高，为弱含裂隙水岩体，矿体与甘港河之间有花岗岩隔水层；富矿段开采标高位于侵蚀基准面以上，所以矿区水文地质条件简单，少量地下水可以从平巷自流排到地表。4.4.2矿山现状根据长沙有色冶金设计研究院的设计，在315m313m（南北向东西向）富矿段，490558m范围内，共划分为4个盘区，每个盘区9个矿块，每个矿块包含一个20m宽的矿房和一个15m宽的矿柱。该范围矿体地质储量1736万t，钨、钼、铋平均地质品位分别为0.559%、0.087%、0.171%。采用分段凿岩阶段出矿嗣后充填的采矿法开采。但是，矿山自1987年开采以来，由于矿体富集品位相对较低，加上世界钨产品价格偏低，以及原料工业比价不合理，矿山经营效益较低，经济实力不足，除保证采选正常运作外，无力按设计对采空区进行充填处理。因此矿山在回采矿房时，基本按长沙有色设计研究院设计的分段空场采矿法进行回采，但矿房采后未按设计要求进行嗣后充填，留下大量采空区。到2002年底，原规划地下开采的矿带富矿段490m水平315m313m范围内36个可采矿房已采动34个，剩余未开采的K19、K29两个矿块的钨、钼、铋的地质品位偏低，近期没有开采价值。矿山已试验开采了K34和K35之间的矿柱。富矿段490m水平以上共采下矿石量约600万t，剩余1465.81万t矿量未采。490m以下富矿段尚未开采。由于矿房采后未充填，留下大量矿柱（包括盘间矿柱、房间矿柱和底柱）支撑采空区顶板，维护采场的安全生产，矿块的实际回采率约42%。到2002年底，井下已形成200万m3的暴露空间，顶板累积暴露面积达3万m3。随着生产的持续进行，采空区每年以25万m3的速度递增。矿柱暴露时间长，矿山地压集中，大爆破振动破坏及矿岩本身稳定性等因素的综合作用，315m313m已开采范围内的矿柱多处垮落，累计长240m，最大顶板连续暴露面积达8000 m2，给矿山的安全生产构成严重威胁。其中破坏较大的位置及破坏情况见表41：表41 313m315m已开采范围内矿柱的主要破坏情况破坏地点破坏时间破 坏 原 因破 坏 规 模(m3)K11K21盘间矿柱1994.02.271） 大爆破炸药量（40t）较多2） 岩石节理发育201544=13200K11K12房间矿柱1995.10.271999.05.211） 1994.02.27大爆破的破坏2） 处于破碎带551544=36300K12K13房间矿柱1998.06.061999.05.291） 处于破碎带2） 大爆破121510=1800K22K23房间矿柱1995.04.011） 节理发育2） 大爆破151230=5400K21与K22盘间矿柱和P1 558m岩体破碎塌了一部分4.4.3 拟用采矿方法的特点本设计拟用连续阶段崩落法，即在原空场不充填条件下，用中深孔或深孔落矿，缓冲覆盖层下放矿回收敞空矿房矿柱，同时处理采空区的方法。在回采矿柱的同时，回采558m水平以上矿带品位较高的矿段和处理采空区。矿柱回采：首先在矿柱内按分段开掘分段凿岩巷道，然后在分段凿岩巷道内凿上向扇形炮孔，分段或阶段侧向小微差爆破。矿柱顶板富矿回采：首先在矿柱上部平巷内开掘凿岩天井和硐室，凿水平扇形孔崩落顶板富矿。崩落矿石按留矿方式有控制地放出，在覆盖层形成之前留20m厚的矿石作缓冲层。顶板随着矿柱回采的进行，逐步自然崩落充填采空区。通常间柱和顶柱一次爆破，顶部矿岩随之崩落，有时顶部矿岩采用诱导崩落法或自然崩落法适当滞后崩落，但放矿过程中必须确保一定厚度的缓冲覆盖层为基本原则。该方法具有回采工艺简单，技术先进，回采强度大，劳动生产率高，回采作业安全，采矿成本低，矿柱总回收率高等优点，缺点是爆破规模大，放矿要求严，采矿的贫化损失较大，一般损失率为1530，贫化率1030。主要用于矿石品位不高，地表允许陷落的矿山。4.4.4 阶段高度的选择由于充填难以实施，柿竹园多金属矿采用分段凿岩阶段落矿的阶段矿房法，分矿房、矿柱来回采矿带315m313m范围内的富矿段矿体。仅回收了490m水平以上盘区矿块中的矿房部分。矿房垂直盘区走向布置，一个盘区划分为9个矿块，矿块走向东西，矿房长64m，宽20m，间柱宽15m，阶段高68m，分段高11m。矿房未充填，以敞空形式存在，留下大量矿柱（包括盘间柱、房间柱和底柱）支撑采空区顶板。故本设计选用现有矿山设计尺寸，阶段高度为：68m；矿块布置形式为：矿块垂直盘区走向布置；一个盘区划分为9个矿块，矿块走向东西，矿柱长64m，宽15m，中间采空矿房宽20m，阶段高68m，分段高11m。4.4.5 各阶段的标高及阶段服务年限本设计在原有开采范围内，且只研究490中段以上，因此存在4个阶段，分别为：380m、490m、558m、580m，其中380m中段为主要运输阶段，490m中段为主要回采阶段，558m中段为主要回风阶段，580m中段为558m上部富矿体的开拓及上部强制崩落掘进阶段。柿竹园多金属矿床继续地下开采的范围是：490m中段315m313m范围内矿柱以及558m水平以上315m313m范围内矿带品位较高的部分；490m中段315m313m外围和490m水平以下矿带品位较高的部分。本设计只研究开采范围内490中段以上的矿石回采，由于矿柱回收率75%，矿石贫化率3.76%，可回收矿石1665万t，根据生产能力其服务年限可达16年。4.5 开拓方法的选择4.5.1 开拓方法的选择 根据矿带矿体赋存条件、矿山地形、地表设施分布和矿山生产能力等，可选用技术上可行的三种开拓方案：平峒+盲斜井+溜井联合开拓；平硐+盲竖井+溜井联合开拓；平硐+斜坡道+溜井联合开拓。平峒+盲斜井+溜井联合开拓：该方案虽然开拓工程量小，容易接近矿体布置，施工容易，投产快；但提升能力小，提升费用高；材料耗量大，经营费用高；承受地压能力差，维护困难； 平硐+盲竖井+溜井联合开拓：该方案开拓工程量小，矿井通风集中，提升能力大，通风、排水费用低。但由于选厂位置的限制，矿石运输不方便，人员材料上下困难，且矿井通风不好。平硐+斜坡道+溜井联合开拓：该方案为现矿山采用的开拓方案，技术成熟，且基建和投产时间短，便于无轨设备运输矿石，有利于深部矿体及盲矿体的开拓，能充分利用原有开拓巷道和破碎、计量、装载系统，延长其服务年限。以上各方案比较认为，方案不合理，可予删除，余下的方案列转下步比较。4.5.2 各方案初步技术比较方案一：平峒+斜坡道+溜井联合开拓（如图41所示）1. 在380m标高，布置一条主运输平巷，内设环行井底车场；2. 在490m中段，该阶段为主要回采阶段，开拓一条阶段运输平巷，并由该阶段向下掘进斜坡道至430m中段，向上掘至558m标高，斜坡道采用折返式，与每个中分段514m、526m联接巷连接；3. 在开采范围南面布置2个溜井，北面布置2个溜井，且是对称布置的，溜井从490m中段通至380m水平，为主要的矿石流通道。方案说明：该方案根据实际情况充分利用矿区场地布置，矿石运输方便。人行、材料、运输方便，有利于通风安全。缺点是斜坡道开拓工程量较大。方案二：平峒+盲竖井+溜井联合开拓（如图42所示）1. 在380m标高，布置一条主运输平巷，内设环行井底车场；2. 在490m中段，分别布置两个竖井，1#竖井用于提升矿石，2#竖井用于提升人员和材料，并与每个中分段连接；3. 在开采范围南面布置2个溜井，北面布置2个溜井，且是对称布置的，溜井从490m中段通至380m水平，为主要的矿石流通道。方案说明：该方案与方案一比较大致相同，只是盲竖井开拓和斜坡道开拓的比较。虽然竖井掘进工程量虽然不大，但是掘进难度大，要求高，施工不便，矿井通风不好，设备投资大，且后期维护费用高。4.5.3 各开拓方案技术经济比较（见表4-2）表4-2 开拓方案技术经济比较表序号项目单位方案一：平峒+斜坡道+溜井联合开拓方案二：平峒+盲竖井+溜井联合开拓工程量投资（万元）工程量投资（万元）一可比井巷工程1竖井井筒及硐室m/m3196/4270.4216.42斜坡道及硐室m/ m3798/12346.56424.463溜井系统m/ m3440/8831.2580.57440/8831.2580.574各中段平巷及联络道m/ m32540/28376.3852.53560/405841276.345竖井井底车场m/ m3424/4541.78136.40424/4541.78136.40三可比设备投资1提升设备及设施253.422地表及斜坡道运矿汽车台560.003380运输设备127.00127.004电控设备32.6110.40四可比总投资1713.532200.53五优缺点比较优点受地形及其他因素影响小，矿井布置简单；运输方便，可同时运输矿石和人员、设备、材料；施工方便，可进一步探明矿体；方案灵活，运输集中，运输成本低；井巷维护简单，费用低。充分发挥斜坡道的功能和作用。投资较省开拓施工工程量小；矿井通风集中；提升能力大；没有井下汽车运输，大大改善了井下通风条件。通风、排水费用低缺点基建工程量大；开拓深度受到影响；大量使用汽车井下运矿，坑内通风条件较差，通风费用高；一次性投资高，设备维修量大。运营维护费用高；设备投资费用高，投资最大；安全管理难度大；井巷施工困难。从上表对各开拓方案的技术经济对比可以看出：平峒+斜坡道+溜井联合开拓方案，虽然开拓工程量大，但是一经投入使用，基本无需维护，工程维护费用和人员的工资支出少，用无轨运输更机动灵活，还能充分利用原有的开拓巷道和破碎、计量、装载系统，延长其服务年限，技术和经济优势明显。 因此，本设计选用平峒+斜坡道+溜井联合开拓方案。本设计只对原有的开拓巷道和破碎、计量、装载系统进行补充完善。新布置的开拓工程有：1. 385m中段至490m中段的斜坡道和558m 至580m分段的斜坡道及其各分段和中段的斜坡道联络平巷；2. 385m中段至490m中段的主风井、490 m至558 m主风井及其各分段和中段的回风平巷；3. 在中段上部设置电耙道联络平巷；4. 在主溜井与各分段联络平巷和电耙联络道平巷之间设置主溜井联巷；5. 在580m水平布置分段平巷，并开掘通往地表的回风平巷。本设计的开采范围主要为490中段以 上的矿带富矿体，故在490m水平以上，为了回收矿柱和有效地处理采空区，还应该增加：卸压天窗、558m中段至580m中段的主通道、580m中段平巷及其回风平巷、切帮天井和切帮平巷以及放顶的药室和联络道、专用回风天井等开拓工程。开拓基建工程量见表43：表4-3 柿竹园多金属矿开拓基建井巷工程量及费用计算表序号工程名称断面（m2）长度（m）体积（m3）单价(元/ m3)金额(万元)一空区处理工程1卸压天窗15.00901350446.98602558580斜坡道15.861802855307.82883斜坡道联巷5.7630173294.9854580分段平巷4.844602226294.98665580分段回风巷4.8460290320.9496切帮天井4.0060240446.98117切帮平巷3.604601656320.94538药室及联道2.8810503024320.94979小计239011814389二采准工程1凿岩联络巷5.76237013651320.944382凿岩平巷6.769006084320.941953凿岩天井4.845402614446.981174凿岩硐室(22m3)(108个)2376294.98705小计381024725820三其他工程1827331.0260合计383661270该方案基建井巷工程量为：38366 m3，7251m（含1051标m）；其中开拓工程（即空区处理工程）为：2390m，11814 m3；采切工程为：4404m（含594标m），24725 m3；其它工程：1827m3。4.6 主副井位置的确定及断面尺寸4.6.1主井位置的确定1. 主平峒在380m中段的主平峒为主要运输平巷，其断面为三心拱，断面尺寸为4.03.5m，规格尺寸如图43所示。该平峒主要用于运输矿石，矿石通过该平峒可直接运输至选矿厂。在490m的主平峒为开采主平峒，其断面为三心拱，断面尺寸也为4.03.5m。该平峒主要是用来运输人员、设备材料，它与斜坡道口连通，承担汽车及其他无轨设备进出的通道功用。不需支护。2. 斜坡道斜坡道布置在开采范围的南面，井口标高为490m，斜坡道口与490m中段平峒相通，采用折返式布置，坡度为12%，在510m水平设一长为20m的会车道。斜坡道路面要求平整，在坑道一侧开掘0.30.3m的排水沟。斜坡道和主运输平巷的断面尺寸为：宽高：43.5m；会车道加宽2m，为宽高：63.5m。与斜坡道相联的弯道转弯半径为15m，分别与上下各分段连通，作为无轨设备的主要通道，兼主要通风巷道。其规格尺寸如图44所示： 图43 主平峒断面示意图（单位：mm）图44 斜坡道断面示意图（单位：mm）4.6.2 副井位置的确定1. 主溜井490米中段为开采水平，根据铲运机的合理运距，间距120140m，设计了1#、2#、3#、4#四个溜井，互相对称布置。矿石由铲运机运至溜井，通过四个溜井组成的溜井系统，下放的380m主运输平峒，在1#、2#、主溜井南端上部布置有1#、2#、副溜井，直到558m中段，副溜井与主溜井在490中段用斜溜道相连，在主溜井上部均布置有通风平巷、天井及专用卸矿平巷，主溜井工程均布置在花岗岩及全矿矽卡岩中，岩石稳固、坚硬、致密，构造不发育，水文地质条件简单，周围基本无水，花岗岩f=1416；溜井断面半径R=2.5m，其断面规格尺寸如图45所示：图45 主溜井断面示意图（单位：mm）2. 辅助盲竖井盲竖井布置在开采范围的南面，标高从380m580m，盲竖井主要用于辅助提升矿石，满足560m选厂的矿石供应，跟每个开采分段相通，采用单罐笼提升，能力不大，矿石先提升到580m矿仓，然后溜放至560水平运至选厂。3. 通风平巷主进风巷道位于开采范围的南面共两条，总回风巷道及回风天井（生产后期）均位于开采范围的北面，污风汇集到558m回风总巷道排出，558m中段为回风中段。进风巷断面规格尺寸：4.0m3.2m；如图46所示：回风巷断面规格尺寸：3m2.5m；如图47所示：图46 进风巷断面示意图（单位：mm）图47 回风巷断面示意图（单位：mm）4. 通风天井阶段回风天井断面规格尺寸：4.0m3.5m；如图48所示：图48 回风天井断面示意图（单位：mm）采场通风天井断面规格尺寸：2.5m1.5m；如图49所示：图4