1、采矿方法课程设计2课程设计学 院：资源与冶金学院专 业：矿物资源工程 姓 名：渡头藩篱 学 号： 指导老师： 2013年1月17日课程设计任务书有一矿床，开采深度350m，矿体倾角80，矿体平均厚度3m，矿体连续性好，形状较规则，地质构造简单。矿体和围岩的f810，原矿容重3.0t/m3，矿山设计年生产能力457500t，地表不允许陷落。要求：1、比较方案，选择最佳采矿方法；2、选择矿块参数，确定矿块落矿工艺；3、计算矿块采准、切割工程量；4、选择或计算矿块技术经济指标；5、制定采场落矿作业安全管理制度与措施；6、编制采场落矿施工组织计划；7、设计成果：（1）课程设计说明书一份（含附图、附表）
2、；（2）采矿方法标准（号图纸）； 第一章 矿床地质条件及设计要求1.1 矿山地质概述有一矿床，开采深度350m，矿体倾角80，矿体平均厚度3m，矿体连续性好，形状较规则，地质构造简单。矿体和围岩的f810，原矿容重3.0t/m3，矿山设计年生产能力457500t，地表不允许陷落。 1.2设计要求：1、比较方案，选择最佳采矿方法；2、选择矿块参数，确定矿块落矿工艺；3、计算矿块采准、切割工程量；4、选择或计算矿块技术经济指标；5、制定采场落矿作业安全管理制度与措施；6、编制采场落矿施工组织计划；7、设计成果：课程设计说明书一份（含附图、附表）；采矿方法标准（2号图纸）；第二章 采矿方法的选择2.
3、1采矿方法初选采矿方法选择的合理、正确与否，将直接关系到企业的经济效果及其成败。矿床地质条件对采矿方法的选择起控制作用，一般矿山根据矿体的产状、矿石和围岩的物理学力学条件就可以优选出23种采矿方法。矿石和围岩的f=8-10,属于中等稳定，可用采矿方法:充填法、崩落法、空场法。矿体倾角80，属于急倾斜矿体，可用采矿方法：分段崩落法、阶段崩落法、留矿采矿法、分段矿房法、阶段矿房法、上向分层充填法、分采充填采矿法。矿体平均厚度3m，属于薄矿体，可用采矿方法：留矿采矿法、分段矿房法、上向分层充填法。地表不允许陷落，充填法较适合，其他的崩落采矿方法可以排除。虽然地质资料有限，要尽可能排除可能存在的不利因
4、素，不宜采用易引起地表塌陷的方法；随着采矿对采矿工艺的研究和更广泛应用，对矿山安全和环境的更高要求，应注重对充填采矿方法的推广，故采矿空区尽量予以充填。充填法使用范围广，但要注意考虑成本的承受能力，综合考虑矿山效益。经过采矿工艺和采矿机械的进步，充填法工艺趋于成熟，成本可控性加强。表2-1采矿方法初选表项目编号主要的采矿技术条件按各种条件可以采用的采矿方法技术条件名称技术条件特征1矿石稳固性稳固（f=810）充填法、空场法、崩落法2围岩稳固性稳固（f=810）充填法、空场法、崩落法3矿体倾角80充填法、分段矿房法、留矿采矿法4矿体厚度薄矿体充填法、全面法、房柱法5矿石比重3t/m3充填法、空场
5、法、崩落法综上所述，可以考虑的较优的采矿方法有：分段矿房法、向上水平分层充填法。2.2 采矿方法比较采矿方法正确合理选择与否，直接关系到矿体能否安全采出及矿山企业的经济效益。分段矿房法以分段为独立的回采单元，灵活性大，围岩暴露较小，回采时间较小短。充填采矿法最突出的优点是矿石损失贫化小，而且应用水力充填和胶结充填技术，以及回采工作使用大功率无轨自行设备后，机械化上向分层充填法已进入高效率采矿方法行列，其适用范围不断扩大，已由矿石品位高、价值高的贵金属和稀有金属矿体扩大到品位较高、价值较大的普通金属矿体，而且有进一步扩展的趋势。2.2.1 分段矿方法分段矿房法是在矿体的垂直方向，在划分为若干段，
6、在每个分段水平上布置矿房和矿柱，各分段采下的矿石分别从各段的出矿巷道运出。分段矿房回采结束后，可立即回采本分段的矿柱，并同时处理采空区。（1）主要采准工程如图2-1所示，从阶段运输巷道掘进斜坡道连接各个下盘分段运输平巷1，以便行驶无轨设备、无轨车辆（运送人员、设备和材料）；沿矿体走向每个100米，掘进一条放矿溜井，通往各分段运输平巷。在每个分段水平上，掘进下盘分段运输平巷1，在此巷道沿走向每隔1012m，掘进运输横巷2，通到靠近下盘的堑沟平巷3，靠上盘接触面掘进凿岩平巷4。图2-1 分段矿房法（2）主要切割工程在矿房一侧掘进切割横巷6，联络凿岩平巷4和矿柱回采平巷5，从堑沟平巷3到分段矿房的最
7、高处，掘进切割天井9。在切割巷道钻环形深孔，以切割天井为自由面，爆破后便形成切割槽（图2-1中-）。（3）回采工作从切割槽向矿房另一侧，进行回采。在凿岩平巷中钻环形深孔，崩下的矿石从装运巷道用铲运机运到分段运输平巷最近的溜井，溜到阶段运输平巷装车运出（图2-1中-）。当一个矿房回采完过后，立即回采间柱和斜顶住。回采间柱的深孔凿岩硐室，布置在切割巷道靠近下盘的侧部（图2-1中7）；回采斜顶住深孔凿岩硐室，开在矿柱回采平巷的一侧（图2-1中8），对应于矿房的中央部位。间柱和斜顶住深孔布置如图2-1中的-剖面所示。回采矿柱的顺序是：先爆间柱并将崩下矿石放出，然后再爆顶柱，因受爆力抛掷作用，顶柱崩下的
8、矿石溜到堑沟放出。矿石总回采率80%以上，贫化率不大。沿走向每隔200m划为一个回采区段，每个区段有一个矿房正在进行回采，一个回采矿柱，一个切割。使用铲运机出矿时，矿房日产量均为800t，矿房月产量达到2.510t。2.2.2 上向分层充填采矿法上向分层充填采矿法一般将矿块划分为矿房和矿柱，第一步回采矿房，第二步回采矿柱。回采矿房时，自下向上水平分层，随工作面向上推进，逐步充填采空区，并留出继续上采的工作空间。充填体维护两帮围岩，并作为上采工作平台。崩落的矿石落在充填体的表面上，用机械方法将矿石运至溜井。矿房回采到最上面分层时，进行接顶充填。矿柱则在采完若干矿房或全阶段采完后，在进行回采。图2
9、-2 上向分层间隔回采充填法（1）主要采准工程如图2-2所示，1斜坡道是凿岩台车和铲运机在不同分层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，斜坡道应有一定规格要求，坡度应满足无轨设备最大爬坡能力要求。5分段平巷的布置是影响采准工程量和采准比的重要因素，也是采准优化设计最值得研究探讨的关键问题之一。分段平巷到采场的距离，应保证采场联络道坡度要求；采场联络道与分段平巷之间保证6m以上的转弯半径，并使铲运机有一定的直线铲装距离，在此前提下，尽量缩短采场联络道的长度。6采场联络道，每个分层均布置一条采场联络道，沟通采场和分段平巷。其中，下向采场联络道从分段平巷用普
10、通掘进方法形成，水平采场联络道则在向下的采场联络道顶板上挑顶形成，而上向联络道则由水平联络道上挑形成。挑顶崩落的废石，可用来充填该采场联络道。采场联络道布置在采场中央，以利于台车和铲运机作业，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，用木板封闭采场联络道。7充填井，为减少采准工程量，每两个采场共用一条通风充填上山。充填井布置在两采场交界处、第二步回采的矿房内。在保证上盘岩体稳定、顶板安全的条件下，通风充填上山尽量靠近上盘布置，以改善采场通风效果。9溜矿井，采用电耙出矿时，一般每个采场都要布置12个溜矿井，其溜矿井一般布置在脉内，随回采、充填工作进行，顺路架设。采用铲运机出矿时
11、，溜矿井一般布置在脉外，且几个采场共用一套溜矿井系统。溜井底部由装矿平巷与主运输平巷相连。8人行脱水井，为降低充填成本，提高分层充填效率，越来越多的矿山使用PVC塑料脱水管滤水。在塑料管上钻凿泄水孔，周围包裹两层砂布。脱水管采用快速活动接头，每分层充填前首先接长脱水管。脱滤水通过布置在采场底部水平管导入底盘沿脉平巷水沟。（2）主要切割工程在采场底部掘进切割巷道，向两侧扩帮形成拉底空间；为提高爆破效果，除拉底外，还应形成垂直方向上的切割槽。当整个拉底空间形成后，再砌筑钢筋混凝土底板，底板厚度为0.81.2米（如图2-3）。到此切割工作室完成，可进行正式，回采工作了。图2-3钢筋混凝土底板结构（3
12、）回采工作在凿岩爆破方面，上向分层充填法在大型机械化作业时得到很好的应用，所以凿岩爆破一般采用台车爆破。在通风通风方面，新鲜风流经斜坡道、分段平巷及采场联络道进入采场，经充填回风井，排入上阶段回风巷。每次爆破，必须经充分通风（通风时间不少于40min）后，人员方能进入采场。在采场顶板地压管理方面，采场爆破并经过有效通风排除炮烟后，安全人员操作采场服务台车，清理顶帮松石，如顶板矿岩异常破碎，经撬毛处理后，仍无法保证正常作业，可考虑其它顶板支护方式，如悬挂金属网，布置锚杆等。第二步矿房回采，由于受相邻充填采场充填接顶不充分、充填质量难以保证、充填渗水等影响，矿岩稳固性比第一步矿柱采场要差，顶板安全
13、管理任务更加繁重。在出矿方面，一般采用铲运机，将崩落的矿石卸入溜矿井，装车运出，提高出矿效率。在充填方面，每分层出矿结束后，及时进行充填。充填前应做好如下准备工作：一是延长脱水管道，充填之前，首先利用活动接头，延长脱水塑料管；二是构筑与采场联络道间的密闭墙；三是接通采场充填管路，在延长脱水管道与构筑密闭墙的同时，从上中段充填回风平巷，通过通风充填上山，往采场接通充填塑料管，并将充填塑料管用木质三脚架固定在适当地方，以便采场均匀充填；四是检查地表充填制备站与充填采场之间的通讯系统；五是检查充填线路，确保线路安全畅通，保证充填正常进行。2.3 两种方案主要经济技术指标比较根据类似矿山的经验和有关研
14、究，可以作出如下的经济方案比较：表2-2采矿方案技术经济指标比较项目名称第一方案上向水平充填法第二方案分段矿方法1矿块生产能力（t/d）80901202矿石损失率(%)355.53矿石贫化率(%)4-710.74安全条件暴露在顶板下作业暴露面积不大，安全性较好暴露面积较大，回采矿柱困难5采切比（%）17.25226采矿设备与难易程度需要大型机械简单7采准工作量小小8采矿成本略高低9材料消耗水泥量大人工矿柱10资料来源某铜矿某铜矿11回采安全性安全较安全12对地表影响基本上无影响可能塌陷由以上的分析可知，上向分层水平充填法和分段矿房法的采矿总成本相差无几，回采的进程都是小分层向上推进，安全性很好
15、。但是分段矿房法的间柱回采困难，矿石的贫化、损失大，底部的漏斗采切工作复杂，矿块的生产能力相对较小，且平场工作量大，积压的矿量太大，影响资金的周转。上向分层水平充填法的矿石贫化、损失小，故选用上向分层水平充填法作为本矿山的采矿方法。2.4结构和参数沿矿体的走向在同一阶段，将矿体划分50m长一块的矿块，再将其分为20m和30m宽度的矿房、矿柱相间布置。采用两步骤回采的方式，即先采20m宽的矿房，用尾砂进行胶结充填，作为矿柱回采的保护体；在胶结充填体的保护下再回采矿柱，用尾砂和废石进行非胶结充填。相邻的矿块间，亦先采矿房后采矿柱。同时，相邻的矿块间不留间柱，只在回采过程中用砼浇灌隔墙，以隔离矿体和
16、充填料。同时，为了充分地回收矿量，不留底柱，只在阶段运输平巷上浇1m2m厚的钢筋砼人工底柱。主要结构参数如表2-3所示：表2-3 主要结构参数项目阶段高（m）矿块长（m)矿块厚（m）分层高（m）假底高（m）参数40503.532在充填的时候，应预先在胶结充填体内构筑溜井、人行泄水井；非胶充填时，在矿柱的两端顺路架设双格顺路天井，兼作放矿、人行及通风使用。第三章 矿块的切割与回采3.1采准巷道的布置及断面规格由于矿体的上下盘都稳固，且矿体厚度较薄为3.5m，故将阶段运输平巷沿矿体走向布置在矿体下盘。一方面，增强了运输平巷的稳定性；另一方面，加强探矿工作。充填井布置在矿体的中部，兼顾采场两端的充填
17、工作。在胶结充填的矿房中央掘进双格先行人行充填天井，并靠近下盘岩石边界，有利于探采结合；一格作为人行，另一格下放充填料。在充填的时候，在充填体内向上架设双格人行泄水井及放矿溜井。在非胶充填的矿柱的两端布置两条双格顺路天井，供人行、出矿及通风使用。以上的天井布置方式满足一个采场至少有两个人行和通风的安全出口的要求。采准巷道的断面形状及规格尺寸，根据采矿方法、矿山的生产能力以及通风的要求进行选取。阶段运输平巷布置在下盘，而围岩稳固，故采用三心拱断面以增大巷道断面的利用率；由于围岩及矿石都稳固所以一般不支护以节省成本，只在破碎带、断层地带等不稳固地带加以支护，将充填井、顺路天井布置为矩形，溜井布置为
18、圆形。由于放矿时，矿石对充填体的冲击很大，故采用厚度为300mm500mm的钢筋砼预制件进行支护。具体规格见表3-1。表3-1采准巷道的断面形状及规格采准巷道名称尺寸（mm）形状支护形式阶段运输平巷3.02.7三心拱不稳定地带支护人行充填井2.02.0矩形无双格顺路天井2.02.0矩形不稳定地带支护人行泄水天井1.51.5矩形不稳定地带支护溜井2.0圆形钢筋砼预制件3.2采准与切割工作采准工作有掘进阶段运输平巷、人行充填井、双格顺路天井、人行泄水井及溜井。切割工作主要有掘进拉底巷道。矿体厚度是3米，属于薄矿体，则沿矿体的走向掘进阶段运输平巷。掘进方法为普通的凿岩爆破方法，掘进的过程中，破碎地带
19、即使应用喷射机进行喷射砼支护，且在有必要的地方进行用锚杆支护。然后，掘进充填、行人双格天井。其是采用吊罐法掘进的，即由上阶段运输平巷，在矿块中间靠近下盘，用潜孔钻机打下向深孔达本阶段拉底空间；再在上水平安设绞车，绞车上的钢绳沿中心孔下放，钢绳下端吊挂一个吊罐；工人在吊罐上用普通的气腿式凿岩机打上向孔掘进天井。切割拉底工作比较复杂，关系着整个矿块回采的安全性。由于矿体很薄，故直接在阶段运输平巷内打上向浅孔，以运输平巷为自由面扩大到矿块底的全断面，并在其上形成3m高的拉底空间。拉底空间形成后，在阶段运输平巷顶铺设2m厚的钢筋砼作为人工假底。假底中的钢筋网度为300mm300mm，主筋12mm，副筋
20、8mm，设为双层，层距为1m。同时，为了增加假底的承载力，还在上下盘围岩中打2m长的锚杆，将假底钢筋扎在锚杆上。其它巷道均是在回采、充填时顺路架设。3.3采准与切割工程量由于本采准巷道都是布置在脉内的，故副产矿量比较大，为3491.6t。具体的采准切害工程量如下表：表3-2矿块采准切割工程量工作项目断面规格（mm）数量mm31阶段运输平巷9504502人行充填井2.02.03422723、拉底空间3.03.550525合计1681247矿块矿量（kt）Q=3.550402.8/1000=19.6长度采切比（m/kt）9.9体积采切比（m3/kt）73.2其中，采切比按长度的计算公式为：式中采切
21、巷道长度，m；矿块采出量，kt;代入数据得自然采切比： 取系数为1.15后得，采切比为9.9m/kt。采切比按体积的计算公式为式中采切巷道体积，m；矿块采出量,kt；代入数据得，取系数为1.15后，得体积采切比为73.2m3/kt。3.4 采准与切割循环图表根据采矿方法的构成要素和各种采准切割巷道布置，选择各种巷道掘进的平均先进水平速度编制了矿块的采准切割进行表如下：表3-3矿块采准切割工作进行图表工作项目工程量（米）掘进速度（米/月）完成时间（月）进行顺序（月） 0.2 0.4 0.6 0.8运输平巷502000.25人行充填井744000.20 拉底空间502000.25 由此表，可以看出
22、矿块的采切工程量较小，采切时间短。采准与切割共耗时0.70个月。3.5采准切割成本用下表的形式计算一个矿块所需的采准切割的费用，并算出每吨矿石的采准切割费用。其中掘进的单价是从有关手册和类似矿山选取的。表3-4矿块的采准切割费用表工程项目工程量，m3单价，元/m3金额，元1、阶段运输平巷45040180002、人行充填井27260163203、拉底空间5253015750合计50070采切成本（元/t）2.55第四章 矿块回采4.1 凿岩爆破矿体和围岩的f=8-10，属于坚固岩石，凿岩爆破的正确合理与否，将直接关系矿体能否成功采出，关系到矿山企业的经济效益问题。4.1.1凿岩设备及能力根据矿体
23、和围岩的坚固性系数、矿体厚度以及经济效益，选择选用YSP-45型凿岩机打上向浅孔，具体参数如下表4-1。凿岩机台数：式中 n凿岩机台数； A一工作循环内的崩矿量，t；q每米炮孔崩落矿量，t/m；P凿岩机台班效率，m；所以一个采场选用三台凿岩机，每台凿岩机配凿岩工人2名。凿岩机钎头直径选择40mm，钎头形式选择一字柱齿，凿岩机年作业率为70%，台班效率为50m。表4-1 凿岩机械设备工作参数项目凿岩机数（台）钎头直径（m）钎头形式凿岩机作业率（）台班效率（m）炮孔深度（m）参数30.04一字柱齿70500.54.1.2炸药及崩矿参数用普通的二号岩石炸药进行崩矿，采用半秒电雷管起爆的方式。爆破时注
24、意：炸药应妥善保管，最好能保证在1030的温度范围内，注意防火和灭火的问题；存放期不超过8个月；确保爆破安全，电雷管起爆应特别注意防止早暴事件，防止静电、杂散电流、雷电激辐射电流等影响。采用上向平行浅孔进行崩矿，为提高一次崩矿量，采用一次崩落整个矿房长度的矿量。同时，因上下盘围岩不稳固，故用一采一充的方式，即一次崩的矿石全部出完，立即进行充填。崩落的大块矿石在采场的矿堆上及时进行破碎，增加放矿速度。炮孔方式选择上向平行浅孔交错布置。表4-2 井下炮孔爆破单位炸药消耗量参考值矿石坚固性系数f3558812121616单位炸药消耗量kg/m30.20.350.350.50.50.80.81.11.
25、115由于此矿石的坚固性系数f=810，则由表4-1取单位炸药的消耗量q=0.8 kg/m3，代入数据后得Qh=6.912kg/m；一次爆破的装药量：331.78kg；一次崩矿量：2.83183.5=529.2t。预计装药爆破时间达4小时，即0.5个班。4.2 通风全矿通风确保全天24小时不停，派专人看管，通风工作人员“三八”制工作，矿井局部通风机根据具体情况调用。由于采用上向水平分层充填法进行采矿属于无耙道型或硐室型采场，凿岩、充填、出矿等作业都在采场内进行，通常采用贯穿风流通风即可满足安全生产的需要。同时，本采矿方法满足一个采场有两个通风及安全出口，且采空区及时充填，通风效果比较好。新鲜风
26、流从本阶段运输平巷，经顺路架设的放矿人行双格天井（干充的矿房内）及泄水井（胶充的矿柱内）到达采场清洗工作面，污风从充填人行井到达上阶段的运输平巷，最后排到地表。设一个回采进路的需风量为qhrm3/s，则按排除炮烟计算工作面风量，根据“中南工业大学公式”：式中：L 采场长度，m；S 采场过风断面积，m2；t 爆破后排烟通风时间，s，对采场一般取1200s-2400s；N 采场中炮烟达到允许浓度时，风流交换倍数，试验得N=10-12，建议取大值。根据上式，取N=10；t=1800s；又整个采场都为过风断面，则S=60平方米，L=30m,代入得：一个采场的风量为10m3/s。4.3 出矿回采崩落的矿
27、石，要从工作面搬运到运输水平，矿石运搬生产率决定着回采的大小以及回采作业的集中程度，所以尽可能提高生产效率，降低生产费用。根据矿体倾角80，属于急倾斜矿体，可采用重力运搬和机械运搬，其中机械运搬分为电耙运搬、振动给矿机和输送机运搬与自行设备运搬。4.3.1出矿设备选用2DPJ-55型电耙出矿，该设备的耙斗容积为0.50.6m3，耙运矿岩的块度应小于650mm，耙运距离小于40m，台班生产能力达80100t。4.3.2出矿方式及能力采用上述电耙在采场内多点不固定耙运矿石，设备随回采工作面得上升，不断变更，灵活轻便。耙落的矿石经布设在胶结充填体中的溜井或架设在矿房两端的顺路井溜进本阶段运输平巷。在
28、溜井的放矿口处，设置振动放矿机，以保证矿石均匀、连续放出。但是，本采矿方法是采用浅孔落矿，大块的产出率较低，一个出矿点的矿量也较小，故采用一个外形尺寸都较小的轻型振动机，相应的底部结构也较简单。由于，采场的长度为30m或20m，远小于40m，又根据类似矿山的经验，选取其台班生产能力为100t。在采场内布设一个电耙进行出矿，则一次崩落的矿石要3.024个班才能耙完。4.4充填4.4.1充填材料制备由于先采的部分是矿房，进行的是尾砂胶结充填。充填料的直接来源即为选厂排出的尾砂，但考虑到全尾砂不易输送且排水困难，故采用脱泥分级后的分级尾砂。胶结材料用水泥及粉煤灰。尾砂胶脱泥胶结充填料的制备工艺如下：
29、将来自选矿厂浓度约为18%20%的混合料浆，通过分配池和给矿槽供给两台3550mm3550mm搅拌槽，然后用6/4D-AH渣浆泵从搅拌槽输送到250mm8mm的旋流器组，得到+37m的分级尾砂。经过分级后的尾砂用砂泵送入500m3的立式砂仓，仓面装有料位探测仪。高压水喷嘴造浆的尾砂浆由仓底卸料管上装的电动阀控制放出，由电磁流量计控制流量。用浓度计调节浓度系统的加入量。根据生产需要确定给量值控制砂浆流入搅拌桶。水泥及粉煤灰由弹性叶轮给料机供料，经螺旋电子称计量加入搅拌桶。最终，制备出灰砂比为1:41:6水泥尾砂胶结材料，强度为34Mpa。搅拌桶内设有液位检测调节系统，使胶结充填料浆保持在一定的高度上，混合物后充填料浆通过充填管自重输送到采场。4.4.2充填方法及工艺为了提高采场的生产能力，为充填体的养护挣取时间，可以采用以充填天井为界分区充填的方式，即先耙运有泄水井的一侧矿石，待此分区矿量出完后，就立即进行充填，与另一侧的出矿同时进行。充填工艺比较复杂，大致经过充填准备、充填泄料、充填接顶及充填体的养护等，具体为：1.充填准备1)出矿完毕后，清理采场地板和边角处的残矿，将设备移出采场或移至采场一端或悬吊在工作顶板上。2)顺路架设溜矿井及泄水井，其中溜井采用四块弧形的钢筋砼预制件，
