金属矿开采设计(铀矿)

1 目录目录 1 采矿地质条件采矿地质条件 2 2 采矿方法选择采矿方法选择 2 2 1 采矿方法初选 4 2 3 采矿方法的结构参数 8 2 4 采矿方法图 8 3 矿块采准和切割矿块采准和切割 9 3 1 采准巷道布置 9 3 2 采准巷道断面形状和规格 12 3 3 采准切割工程量 15 3 4 采准切割施工顺序和时间 15 3 5 采准切割成本 16 4 回采计算回采计算 16 4 1 凿岩爆破 16 4 2 矿石的运搬和放矿 17 4 3 采场地压管理 18 4 5 矿块通风 19 4 6 回采工作组织 19 5 采矿方法技术经济汇编采矿方法技术经济汇编 20 参考文献参考文献 21 2 1 采矿地质条件采矿地质条件 矿体赋存条件如下 1 矿石和矿床名称 中低温热液充填铀矿床 2 矿体产状 矿脉走向长 400m 矿体埋深 50 350 平均厚度为 8m 矿体倾角为 75 3 上下盘围岩名称及性质 矿石不稳固 f 3 4 上下盘岩石极不稳固 f 3 5 4 矿石的品位 0 5 体重 4 0m3 t 5 地貌 地表允许崩落 2 采矿方法选择采矿方法选择 1 采矿方法选择的原则 1 工作安全 2 矿石贫化小 满足加工部门对矿石质量的要求 3 矿石回采率高 4 生产率高 5 经济效率高 6 遵守有关法规要求 2 影响采矿方法选择的因素 1 地质条件的影响因素 矿石和围岩的稳固性 矿石和围岩的稳固性是直接影响地压管理方法和矿块结构 1 参数的因素 对确定采矿方法起着极为重要的作用 如果矿石稳固而围岩不稳固 采用 崩落法 充填法较为有利 如果矿石稳固性较差而围岩稳固 其他条件允许 可以考虑 采用阶段矿房法 当矿岩都不稳固时 可以考虑崩落法或下向分层充填法 矿体产状 矿体产状主要指矿体倾角 厚度及形状等 矿体的倾角主要影响矿石 2 在采场内的运搬方式 而且倾角对运搬的影响还与厚度有关 矿体厚度采矿法和落矿方 式的选择以及矿块的布置方式都有很大影响 矿石品位及价值 3 矿体内有用成分的分布及围岩矿物成分 如矿体内有用成分分布不均匀而有差别 4 很大时 应考虑使用分采的采矿方法 同时还可将品位低的矿石或废石留下作为矿柱 如 3 表表 2 1 采矿方法选择参考采矿方法选择参考 矿 岩 稳 固 性 矿体倾角 矿体厚度 矿石稳固 围岩稳固 矿石稳固 围岩不稳固 矿石不稳固 围岩稳固 矿石不稳固 围岩不稳固 薄和极薄 全面法 房柱法 单层崩落法 垂直分条充填法 垂直分条充填 发法 全面法 单层崩落法 垂直分条充填 法 单层崩落法 中厚 分层矿房法 房柱法 分段矿房法 分层 崩落法 有底柱分 段崩落法 分层充 填法 分段矿房法 上 向进路充填法 垂直分层充填法 有底柱分段崩落法 分层崩落法 垂直分 条充填法 极 倾 斜 厚和极厚 阶段矿房法 分 段阶段崩落法 上向分层充填法 分段阶段崩落法 上向分层充填法 上向进路充填法 分段崩落法 阶 段崩落法 分段阶段崩落法 讽 刺崩落法 下向充填 法 上向进路充填法 薄和极薄 全面法 房柱法 垂直分条充填法 上向分层充填法 单层崩落法 上向进路充填法 分段矿房法 有 底柱分段崩落法 分层崩落法 上向进 路充填法 下向分层 充填法 分段崩落法 中 厚 分段矿房法有底柱分段崩落法 上向分层充填法 上向进路充填法 分段矿房法 有 底柱分段崩落法 有底柱分段崩落法 下向分层充填法 上 向进路充填法 分层 崩落法 倾 斜 厚和极厚 阶段矿房法 分段矿房法 分段阶段崩落法 上向分层充填法 上向进路充填法 分段矿房法 分 段阶段崩落法 下向分层充填法 分层崩落法 上向进 路充填法 下向分层 充填法 分段阶段崩 落法 薄 崩落充填法 留矿法崩落充填法 上向进路充填法 下向分层充填法 下向分层充填法 上 向进路充填法 极 薄 留矿法 分段 阶段矿房法 上向分层充填法 分层崩落法 分段 崩落法 上向进路充填法 分层崩落法 分 段崩落法 上向进路充填法 下 向分层充填法 分层 崩落法 分段崩落法 中 厚 分段矿房法 阶 段矿房法 分段 崩落法 分段矿房法 上向分层充填 法 分段崩落法 上向进路充填法 下向分层充填法 分层崩落法 分 段崩落法 分段 矿房法 下向分层充填法 上 向进路充填法 分层 崩落法 分段阶段崩 落法 极 倾 斜 厚和极厚 阶段矿房法 分 段阶段崩落法 分段矿房法 分段 阶段崩落法 上向 分层充填法 上向进路充填法 下向分层充填法 分层崩落法 分 段阶段崩落法 分段阶段崩落法 下 向分层充填法 上向 进路充填法 分层崩 落法 果围岩有矿化现象 则废石混入率的限制可适当放宽 当围岩矿物成分对选冶不利时 应用废石混入率小的采矿方法 4 矿体赋存深度 5 矿石和围岩的自然性 放射性 结块性和氧化性 6 2 矿床开采技术经济条件的影响 地面崩落的可能性 1 技术装备和材料供应 2 加工部门对矿石质量的技术要求 3 采矿方法所要求的技术管理水品 4 根据矿岩稳固性 矿体厚度和倾角可能采用的采矿方法 如表 2 1 2 1 采矿方法初选采矿方法初选 根据矿石与围岩的稳固性 矿体的产状 金属品位及其分布等地质因素及开采技术条件 可选出可用的采矿方法 见表 2 2 表表 2 2 采矿方法选择表采矿方法选择表 主要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地表崩落的可能性允许崩落空场法 崩落法 充填法 2矿石和围岩稳固性不稳固 下向分层充填法 分层崩落 法 空场法其他充填法 和崩落法 3倾角及厚度 倾角 75 平均厚度 7m 下向分层充填法 分层崩落 法 4矿石品位品位较低 35 下向分层充填法 分层崩落 法 根据上表的初步分析 可以选出二种采矿方法和方案 1 下向分层充填法示意图如 图 2 2 所示 2 分层崩落法 示意图如图 2 3 所示 1 下向分层胶结充填法的结构参数 采准切割和回采工艺 一般采用巷道回采 其高度为 3 4m 宽度为 3 5 4m 甚至可以达 7m 主要取决于充填体的 强度 巷道的倾斜度 4 10 应略大于充填混合物的漫流角 回采巷道间隔开采逆倾斜 掘进 便于运搬矿石 顺倾斜充填 利于接顶 上下相邻分层的回采巷道 应互相交错布置 防止下部采空时上部胶结充填体脱落 用浅眼落矿 采用轻型自行凿岩台机凿岩 自行装运设备运搬矿石 自行设备可沿斜坡 道进入矿块个分层 从上层充填巷道 沿管道将充填混合物送入充填巷道 以便将其充填至接顶为止 充填 5 尽可能连续进行 有利于获得整体的充填体 在充填体的侧部 相邻回采巷道 经 5 7 昼 夜 便可开始回采工作 而其下部 下一分层 至少要经过两周才能回采 对于深部矿体 500 1000m 或更大 或地压较大的矿体 充填前应在巷道底板上铺设钢轨或 圆木 在其上面铺设金属网 并用钢绳把底梁固定在上一分层的底梁 充填后形成钢筋混凝 土结构 可增加充填体的强度 1 矿块结构和参数 阶段高度为 30 50m 矿块长度为 30 50m 宽度等于矿体水平厚度 不留顶柱 底柱和 间柱 图 2 2 下向分层胶结充填法 1 人行井 2 溜矿井 3 穿脉充填巷道 4 充填巷道 5 充填井 6 回采进路 7 分层巷道 2 采准和切割工作 运输巷道布置在下盘接触线或下盘岩石中 天井布置在矿块两侧的下盘接触带 矿块中间布 置一个溜矿井 随回采分层的下降 行人天井逐渐为建筑在充填料中的混凝土天井所代替 而溜矿井从上往下逐层消失 每一分层回采前 先沿下盘接触带掘进切割巷道 当矿体形状不规则或厚度较大时 切割巷 6 道也可以布置在矿体的中间 3 回采工作 回采方式分为巷道回采和分区壁式回采两种 当矿体厚度小于 6m 时 沿走向布置两条 采矿巷道 先采下盘的 后采上盘的 当矿体厚度大于 6m 时采矿巷道垂直或斜交切割巷道 且采取间隔回踩 分区壁式回采是将每一分层按回采顺序划分为区段 以壁式工作面沿区段全长推进 回 踩工作面以溜井为中心按扇形布置 每一分区的面积控制在 100m2以内 如果上下分层矿体长度和厚度相同 用壁式工作面回采较为合理 反之则采用巷道回采 回采分层高度 一般为 2 2 5 3m 个别更高 回采巷道的高度为 2 2 4 3m 用浅眼落 矿 孔深 1 6 2m 我国多用 7 或 14kw 电耙出款出矿 2 分层崩落法的结构参数 采准切割和回采工艺 1 矿块结构参数 矿块尺寸一般取决于矿体产状 矿岩条件 矿石的运搬方法 分层回踩顺序以及所要求 的开采强度等 当矿体厚度小于 20 25m 时 一般沿矿体走向布置矿块 当矿体厚度大于 20 25m 时 则 矿块垂直矿体走向布置 阶段高度根据矿体倾角的大小和脉内或是脉外确定 倾斜矿体一般取 20 25m 急倾斜 矿体脉内采准布置时取 30 40m 而脉外采准布置时可增加到 50 60m 矿块长度一般不大于 50 60m 矿块宽度一般不大于 30m 分层高度是影响该采矿方法经济效益的重要参数 它主要根据地压大小和矿块支护方法 确定 当地压很大时可取 2 2 5m 一般条件下可取 3 3 2m 当条件较好时 且采用较宽 3 3 5m 的回采巷道 分层高度可采用 3 5m 进路宽度一般为 1 8 2 7m 当使用无轨自行设备时 取决于设备运行所需的宽度 2 采准切割工程 采准巷道布置与矿体厚度 矿块矿石运搬方法等有关 采准布置有脉内 脉外和联合三 种形式 矿体厚度 2 3m 时 一般采用单一脉内采准 分层用分层巷道一次回采矿体全厚 矿体厚度较大时 用脉内外联合采准 用分层横巷切割分层 自分层横巷开掘回采巷道 采 出矿石 矿块天井分为三格 放矿格 行人格 通风下料格 如果矿岩稳固性较差时 也可以掘进 2 3 条天井代替三格 7 3 回采工作 回采顺序 分层回踩可以从矿块天井的一侧或两侧开始 后者的矿块生产能力较大 为了避免破坏 假顶 邻接的矿块回采滞后不宜超过两个分层高度 同一矿块中 几个矿快可以同时回采 分层间回采工作面的滞后距离 根据假顶与覆岩 正常下降高度确定 一般小于 10m 回采工作包括落矿 运搬 支护回采巷道 铺设垫板和房顶等 落矿 一般采用浅眼落矿 炮眼深度一般不大于 1 5 1 8m 以免爆破破坏假顶 凿岩工作 面可以在回采巷道的正面或侧面 运搬 崩下的矿石通常用两台双卷筒的电耙或用一台三卷通电耙运搬 有的矿山用装运机出 矿 顶板管理 回采工作面支护 随着回采工作面的推进 每隔 1 1 5m 架设立柱或木棚 支在上分 8 层垫板的地梁下面 用以支护回采巷道 铺设垫板 铺设的垫板将作为下分层回采的假顶 因此必须要满足以下要求 有足够的承载能力和一定的连续性 允许工作面顶板有一定的暴露面积 以保证回采 工作安全 有效隔离废石 防止矿石贫化 表表 2 3 主要技术经济指标的比较主要技术经济指标的比较 分层崩落法下向分层胶结充填法 采场生产能力200t d94t d 采场工班效率80t d8 8t d 损失率5 10 5 贫化率20 30 7 8 炸药 0 35 0 5kg t炸药 0 366kg t 雷管 0 35 个 t雷管 0 36 个 t 木材 0 009m t 木材 0 0012m t 材料消耗 钎钢 0 004 0 023kg t钎钢 0 076kg t 从安全角度考虑 由于矿石和围岩的稳固性较差 所以采用下向分层胶结充填法比分层 崩落法安全系数比要大 从经济角度看 分层崩落法木材消耗量大 并且工作面通风条件差 另外因为矿石和围岩极不稳固 顶板不允许有暴露面积 而分层崩落法回采过程中是要求有 一定的暴露面积的 经综合比较后 选择下向分层胶结充填法为本设计的方案 2 3 采矿方法的结构参数采矿方法的结构参数 1 矿块布置 矿块沿走向布置 2 阶段高度 50m 3 分层高度 3m 4 分段底柱高度 10m 5 矿块长为 30m 矿块宽为 10m 采 矿 方 法 比 较 项 目 9 2 4 采矿方法图采矿方法图 见大图纸 2 5 矿柱回采与采空区处理矿柱回采与采空区处理 3 矿块采准和切割矿块采准和切割 3 1 采准巷道布置采准巷道布置 3 2 采准巷道断面形状和规格采准巷道断面形状和规格 表表 3 1 生产能力与机车重量 矿车容积 轨距 轨型的一般关系表生产能力与机车重量 矿车容积 轨距 轨型的一般关系表 运输量 万吨 年 机车重量 吨 矿车容量 m3 轨 距 mm 轨道型号 kg m 20020 6 090033 机车型号按通过该巷道的运输量 电机车类型及矿车容积而定 可按表 3 1 选取 由 于矿块的生产能力为 65t d 若一年工作 330 天 则年产量为 65t d 330d 21450 吨 则根据 井巷工程 表 1 1 井下运输设备类型及规格尺寸选取 ZK1 5 100 型电机车选用 每米 8 公斤的钢轨选择直流架线式电机车 ZK1 5 100 运输 其尺寸为 长 宽 高 2100mm 920mm 1550mm 轨距为 600mm 矿车型号根据所选机车型号对应的矿 车容量范围选取 YCC0 7 6 型单侧曲轨侧卸式矿车 长 宽 高 1650mm 980mm 1050mm 轨距为 600mm 两者比较 取其最大值 故通过巷道 运输设备的宽 b 980mm 高 h 1550mm 则确定数据如下 人行道宽度人行道宽度 b2 电机车 人推车 14 吨 14 吨 人车停车处的巷 道两侧 矿车摘挂钩处的巷 道两侧 700 mm 800 mm 800 mm 1000 mm 1000 mm 10 由电机车重量小于 14 吨 查得 b2 800mm 表表 2 3 运输设备到支架间隙运输设备到支架间隙 b1 支架材料砖 石 混泥土及钢筋混泥 土砌璇 不支护木支护 预制钢筋混泥土及喷 锚支护 固定式矿车及小于 3 5 立方米 的侧卸式矿车 200 mm 250 mm 大于或等于 3 5 立方米的侧卸 式矿车 250 300 mm 300 350 mm 巷道净宽度的确定 B0 拱形巷道净宽度按下式进行计算 B0 b b1 b2 式中 b 运输设备或矿车的宽度 b1 运输设备到支架的间隙 按表 2 3 选取 b2 人行道的宽度 mm 则 b1 320mm b2 800mm b 980mm s0 600mm B0 b b1 b2 2100mm 2 三心拱计算 三心拱拱高 f0 B0 3 2100 3 700mm 大圆弧半径 R 0 692B0 0 692 2100 1454mm 小圆弧半径 r 0 262B0 550mm 3 轨道 轨枕和道渣铺设 轨道型号按通过该巷道的运输量 电机车类型及矿车容积而定 ZK1 5 100 型电机 车选用每米 8 公斤的钢轨 采用钢筋混凝土轨枕 查表 2 6 得 轨道铺设结构尺寸 巷道 底板到轨面的高度 h6 320mm 道渣厚度 h5 160mm 道渣面到轨面的高度 h4 160mm 轨道结构尺寸参考表轨道结构尺寸参考表 钢筋混凝土轨枕木轨枕轨道型号 kg m h6 h5 h6h5 8 320 260 160 100 300 250 140 100 11 320 270 160 100 320 260 140 100 15 350 200 320 160 18 350 200 320 160 24 400 250 350 200 33 420 250 360 220 4 墙高的确定 按电机车架线要求确定 设架线导电弓子宽度之半 K 400mm 架线到轨面高度取 H1 2000mm 11 a b 2 b1 810mm 轨道中心线与巷道中心线距离 Z B0 2 a 2100 2 810 240mm 由于 r a K r 240 550 810 400 550 240 0 452 0 554 故导电弓子在大圆弧断面内 应按下公式计算巷道墙高 即 22 0613 250 hkzRRfHh 三心 mmh2055 400240 2501454 14547003202000 22 3 三心 3 按人行高度要求确定 22 53 100 h1800 rrh 三心 22 4505503201800 1804mm 以上两种情况的最大值为 2055mm 已能满足架线 和人行安全距离的要求 且运输 设备的最大高度为 1900 mm h h4 h5 比墙高低 则墙高最终取 2100mm 以 0 1m 为进级 即运输巷道规格 断面宽 高 2 1m 2 1m 开掘断面面积为 对于三心圆拱 断面面积 S B h 0 157 B 5 10m2 12 2bb1b H1 f B 6h h5 3h0 S0 0 Z 3 3 采准切割工程量采准切割工程量 采准切割工程见表 3 3 表表 3 1 采切工程量表采切工程量表 巷道长度 矿石中 工作阶段 及项目名称 单 长 总 长 巷道 断面 m2 体积 m3 矿石 体 积 工业 矿量 t 采出 矿量 t 标准 掘进 米数 m 占矿块 采出矿 量的比 例 运输巷道50505 125564 溜矿井50501 0505012512531 人行通风天 井 503501 0 5050 12512531 掘进工程量126 采准与切割 采切合计 2502501260 5 回采回采工作49750 4975099 5 总 计 矿 块 5000050000100 由表 3 1 可计算采切比为 126 0 250 504m 103t 采掘比为 126 0 250 504 m 103t 3 4 矿块中采准切割工程施工顺序和时间矿块中采准切割工程施工顺序和时间 13 表表 3 2 矿块采准切割工程进行图表矿块采准切割工程进行图表 工程项目 工程 量 m 或 m2 掘进 速度 m 掘 月 完成时 间 进行顺序 月 运输巷道64900 7 溜矿井36900 4 人行通风井36 900 4 3 5 采准切割成本采准切割成本 见表 3 3 表表 3 3 矿块采准切割工程进行图表矿块采准切割工程进行图表 工程项目工程量 m 单价 元 m 金额 元 运输巷道64 溜矿井36 人行通风井36 4 回采计算回采计算 4 1 凿岩爆破凿岩爆破 4 1 1 凿岩设备和工具选择凿岩设备和工具选择 采场凿岩主要用 7655 或 YSP45 型凿岩机 4 1 2 炮孔布置与崩矿参数的选择和设计炮孔布置与崩矿参数的选择和设计 崩落层的厚度 H 为 3 0m 宽为 3 5m 炮孔按三角形布置 采用 2 岩石炸药 炮眼直径 d1 34mm 药卷直径 d2 27mm 眼深 1 2m 最小抵抗线 W 25 30 d1 取 1 0m 孔距 a 1 1 5 W 取 1 4 m 排距 b 0 4m 14 炮泥填塞长度 0 2m 周边眼最小抵抗线 W 10 20 d1 由于矿岩不稳固 取上限 0 6m 周边眼孔距 a 0 6 0 8 W 矿岩不稳固 取上限取 0 5 m 炮孔布置见图 4 1 图图 4 1 围岩部分的炮孔布置图围岩部分的炮孔布置图 注 图中单位为 cm 4 1 3 凿岩工作的组织和施工要求凿岩工作的组织和施工要求 由矿块的生产能力为 65t d 凿岩工为 4 7 m3 工班 矿岩 2 3 m3 工班 矿石 可计 算出每采场配备 2 台凿岩机 每台凿岩机配备 1 人 工作时间约为 8 小时 4 1 4 爆破材料的选择及起爆方法爆破材料的选择及起爆方法 采用 2 岩石炸药 同排同段来实现微差控制爆破 采用导爆管雷管起爆 7 4 1 5 爆破网络的设计及计算爆破网络的设计及计算 连线方式为闭合起爆网络 雷管 80 个 爆破网络见图 4 3 图 4 3 闭合起爆网路连接示意图 4 1 6 单孔装药量及一次爆破所需要的炸药量单孔装药量及一次爆破所需要的炸药量 单孔装药量 Q1 q a W H kg 一次爆破所需要的炸药量 Q q Bm Lj L 式中 15 q 单位炸药消耗量 kg m3 B 分层高度 3m Lj 采矿回路款 3 5m L 平均炮眼深度 1 2m 根据围岩的坚固性系数 可取 q 为 0 6 kg m3 则 Q1 0 84 kg Q 7 56kg 爆破的矿 石量 3 5 3 1 2 5 26 25t 2 5 为矿石密度 4 1 7 计算每米炮孔崩矿量计算每米炮孔崩矿量 每米炮孔崩矿量 q Wa 0 1 K 1 1 式中 W 炮孔最小抵抗线 1m a 炮孔间距 1 4m 0 炮孔利用率 一般利用率为 80 95 取为 85 矿石体重 2 5t m3 K 矿石损失率 5 1 矿石贫化率 10 于是 q 3 14t 4 2 矿石运搬和放矿矿石运搬和放矿 4 2 1 出矿和矿石运搬设备选择出矿和矿石运搬设备选择 利用矿石自身重力以溜井出矿 用 7 5KW 电耙运搬矿石 辅以耙子 簸子和独轮小 推车等工具 4 2 2 放矿制度和放矿管理放矿制度和放矿管理 1 放矿制度 严格控制矿石中的粉矿量及含水量 尽量快的运出矿石 严格控制地表水和地下水流入溜井 溜井中有漏水时及时疏水或堵水 2 放矿管理 16 放矿方式 采用人溜矿井自重放矿 放矿计划 根据采场的产量 溜井容纳能力确定合理的放矿时间 放矿的控制和调整 防止溜井堵塞 4 2 3 二次破碎二次破碎 通常采用覆土爆破法 浅孔 20 30cm 爆破法 机械 人工破碎 4 3 采场地压管理采场地压管理 本设计的矿体由于胶结采矿法 边采边充的工艺可避免大面积采空区地压的显现 不 需要对采场地压进行特别管理 4 4 矿块通风矿块通风 4 4 1 通风系统通风系统 按工作面进回风巷道的布置方式和数量 工作面通风系统为 Z 型通风系统 工作 面通风系统只有一条进风巷道和一条回风巷道 通风系统见图 4 4 1 2 3 4 6 5 污风 新鲜风流 1 运输平巷 2 人行通风天井 3 回采工作面 4 人行通风天井 5 回风井 6 风门 图图 4 4 矿块通风示意图矿块通风示意图 4 4 2 通风方式通风方式 矿井通风方式有上向式与下向式通风 本设计选用上向式式通风 17 4 4 3 通风时间通风时间 一次爆破后 排烟与排尘的集中通风时间为 15min 4 5 充填工艺设计充填工艺设计 4 5 1 充填系统充填系统 充填系统直接在矿块内 进行边采边充 4 5 2 充填材料和设备充填材料和设备 用制备的胶结充填料进行采场充填 小型电耙运输充填料 4 5 3 采场充填工艺采场充填工艺 采用巷道回采 其高度为 3m 宽度为 3 5m 巷道的倾斜度 4 10 应略大于充填混合物 的漫流角 回采巷道间隔开采逆倾斜掘进 便于运搬矿石 顺倾斜充填 利于接顶 上下相 邻分层的回采巷道 应互相交错布置 防止下部采空时上部胶结充填体脱落 4 6 回采工作组织回采工作组织 4 6 1 回采工作组织的人员 设备安排回采工作组织的人员 设备安排 1 凿岩 两台 YSP45 型凿岩机 凿岩工为 4 7 m3 工班 1 人 选 2 人 钻孔 钻孔工作时间 3 1 2 3 5 6 2 1 05 班 8 小时 2 装药 人工装药 2 人工作 1 小时 3 通风 15min 0 25 小时 4 放矿 2 m3 工班 1 人 部分工作利用了小型电耙 选 4 人 放矿时间 3 3 5 1 2 4 1 31 班 10 5 小时 5 充填