浅孔留矿法采矿方法设计.docx

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浅孔留矿法采矿方法设计

浅孔留矿法采矿方法设计

摘要

本设计针对山东某矿山进行开采毕业设计，主要是针对该矿山V-1矿体和V-4矿体的开采方法设计。

根据矿体的地质和赋存条件选择竖井开拓作为本设计的开拓方案；采矿方法选用浅孔留矿法；通风系统为抽出式通风，新鲜风流从阶段运输巷道经人行天井及联络道进入采场内部到达上回风平巷排出地表。

关键词：

竖井开拓；浅孔留矿法；抽出式通风

Abstract

ThisdesignforamineinShandongmininggraduation,mainlydesignedforthemineminingmethodsV-1andV-4orebodiesorebody.Selectshaftdevelopmentasapioneeringprograminaccordancewiththedesignofgeologicalandoreoccurrenceconditions;miningmethodselectionshrinkagestopingmethod,dividedalongstrikeruleroomandpillarmining,roomandpillarminingarrangedalternately;ventilationsystemexhaustventilation,freshairflowfromthestagebythepeople'sBankofhaulageaccessroadintotheinteriorpatioandstopereachesbacktothewinddriftonthesurfacedischarge.

Keywords:

shaftdevelopment,shrinkagestopingmethod,exhaustventilation

1.

矿山概况

1.1.矿区的位置、交通及气候条件、隶属关系及企业性质

本金矿位于山东省某市下一村镇。

矿区某市市约12Km，交通便利，均有公路相接，交通方便，见图1-1。

采矿证范围共有四个个拐点圈定，面积0.271km2，开采深度：

160m～260m标高，矿区范围拐点坐标见表1-1。

表1-1

点号

X坐标

Y坐标

1

4094862.00

21371244.00

2

4095782.00

21371372.00

3

4095746.00

21371595.00

4

4094802.00

21371596.00

1.2.自然地理与经济概况

区内地形起伏不大，为低山丘陵区，山丘多呈北北东向分布，矿区西高东低，最高海拔标高+182.0m，最低处标高+67.0m，相对高差115m。

本区基岩裸露情况较好,第四系覆盖面积较少,厚度一般小于2m，局部厚度达10m；区内多为季节性河流及冲沟。

本区属暖温带季风型大陆性气候，多年平均气温11.8℃，年最高气温35.2℃，多年平均降水量858.4mm，年最大降水量1211.4mm。

区内人口、居民点密度中等，自然地理条件较好，农业发达，机械化程度高。

工业主要有机械工业、化工业、建筑业；农业以小麦、玉米等农作物以及花生、苹果、梨、葡萄等经济作物为主；区内矿产资源主要以金为主，次为建筑石材、建筑砂等，其中金矿是区内最主要的矿产开发业，是乳山市经济支柱产业。

1.3.设计范围

本次设计范围为本金矿区范围内的所有矿体。

本次设计利用资源储量（122b+333+低品位）矿石量179353t，金平均品位2.81×10-6，金金属量504.80kg。

伴生铜金属量189t，铜平均品位0.11×10-2。

伴生纯硫量6600.75t，硫平均品位3.68×10-2，折合硫标矿18860t。

1.4.建设条件

（1）区内交通十分方便，供水、供电条件优越，当地材料供应充足，建设条件较好；

（2）矿山已生产多年，道路、供水、供电、生活福利设施等已形成，满足本次设计要求。

1.5.地区地质

该金矿床2003年核实报告圈定矿体14个，通过近几年矿山采矿、探矿，截止2008年底，矿区保有矿体9个，分别为V-1、V-3、V-4、V-4

（2）、V-4（4）、V-5、VI-1、VI-1

（1）、VI-2号矿体，其中V-4、VI-1号矿体规模较大，分别占保有矿体资源储量总量的29%和19%。

主要矿体特征叙述如下：

（1）V-4矿体

V-4矿体赋存在V-1号矿脉中，矿体分布在82～85线之间，保有矿体赋存标高+12～-125m。

矿体呈脉状，最大长度70m，最大斜深125。

走向20°，倾向南东，倾角52°～65°。

矿体厚度0.45-7.28m，平均厚度1.82m，平均品位2.85×10-6，属有用组分分布均匀类型矿石。

矿石类型为黄铁矿化石英脉型。

矿体内无夹石，为单一脉状，矿体内部结构简单。

（2）Ⅵ-1矿体

Ⅵ-1矿体赋存在Ⅵ-1号矿脉中，由南北两个矿体组成，矿体分布在68～72线之间，保有矿体赋存标高+70～-62m。

矿体呈脉状，最大长度130m，最大斜深112m。

走向30°，倾向南东，倾角53°～57°。

矿体厚度0.40～5.91m，平均厚度1.25m，矿体金品位在1.05～17.25×10-6，平均品位3.19×10-6，属有用组分分布均匀类型矿石。

矿石类型为黄铁矿化石英脉型。

矿体内无夹石，为单一脉状，矿体内部结构简单。

1.6.地质储量

根据矿床成矿规律、矿体规模，以及矿区地质勘探工作，通过进行补充地质探矿、基建探矿和生产探矿，既可提高资源量级别，又可增加矿床资源量。

根据矿床矿体特征及其分布并参照矿山实际情况，资源储量核实较上一次核实，矿石量减少2976t，负变1.31%，金金属量减少451kg，负变39.05%。

因此对控制的经济基础储量（122b）设计利用系数0.85，推断的内蕴经济资源量（333）设计利用系数0.75，低品位（333）设计利用系数0.6。

本次设计利用资源储量（122b+333+低品位）矿石量179353t，金平均品位2.81×10-6，金金属量504.80kg。

伴生铜金属量189t，铜平均品位0.11×10-2。

伴生纯硫量6600.75t，硫平均品位3.68×10-2，折合硫标矿18860t。

1.7.地质条件

矿区地处丘陵山区，主要地层为胶东群古老变原岩系和大面积和混合花岗岩，地表水系不发育，无大水体，地表沟谷发育，大气降水排泄条件好，矿区水文地质条件简单。

地下水主要为裂隙潜伏水面形成存在，地下水的补给主要是大气降水。

矿区主要含水岩层有第四系孔隙含水层、基岩风化裂隙含水层及构造裂隙含水层。

地表无大的水体，大气降水是主要补给源。

矿床主要充水因素是构造破碎带构造裂隙水。

预计井下正常涌水量为500m³/d，最大涌水量为800m³/d。

水文地质条件属简单类型。

1.8.开采技术条件

矿区矿体属含金黄铁矿石英脉型。

矿石结构有自形及半自形粒状结构，固熔体分离结构，压碎结构和角砾状结构，交代残余结构等。

矿石构造有块状构造、浸染状及细脉浸染状构造、蜂窝状构造角砾状构造等。

岩石普遍发育有不同强度的蚀变现象。

矿体顶底板围岩为硅化花岗岩、黄铁矿化硅化花岗岩、黑云斜长角闪片麻岩，其次为煌斑岩，岩石为中粗粒结构，斑状结构，块状构造及片麻状构造。

岩石致密坚硬。

矿体及顶底板围岩均属于相当硬的岩石，岩石质量等级属一般，岩体质量属中等。

从探矿坑道观察，除少量断裂发育的地段，特别是矿体上下盘破碎地段与煌斑岩沿北东向断裂出露地段，岩石较为破碎，需要进行支护，其它大部分巷道壁及顶岩石稳固，不需要支护。

坑道围岩稳固，多年来井下开采无大面积坍塌、冒顶现象，对采矿没有产生较大的影响。

属工程地质条件简单类型矿床。

2.开拓设计

2.1.开拓方案选择的原则

（1）确保安全生产、创造良好的劳动卫生条件，建立完善的通风、提升、运输、排水、充填等矿山服务系统；

（2）技术可靠，满足矿山生产能力的要求，以保证矿山企业的均衡生产并能顾及到矿山发展远景；

（3）基建工程少，投资省，经济效益好；

（4）不留和少留保安矿柱，以减少矿石损失；

（5）地表总平面布置应不占或少占农田。

2.2.开拓方案选择的要求

（1）要保证井口、平硐位置的构筑物不受地表塌陷等自然灾害的破坏，建造井口时其标高要高于历年水位2-3米左右。

（2）通常稳固的岩石中更适合主要井巷的选取，避免开凿在含水层、断层或受断层破坏的岩组中，特别是在岩溶发育的地层和流砂中更应避开。

竖井、斜井、长溜井等通常应打检查孔以查明工程地质情况。

长平硐、长斜井所通过的地段应有工程地质纵剖面图，以利更好确定主要井巷位置、方向和支护型式，同时应考虑有关施工方法和措施等问题；

（3）井筒（或平硐）位置尽量避开移动带，如果不可避开时要留保安矿柱。

（4）主要井巷出口位置的布置时要考虑到各种建筑物、构筑物、调车场、堆放场地和排弃场等设施的便利条件，同时不能占用农田或不用农田。

（5）井巷位置应选在地表或坑内，保证工程量少；建设快；和到选厂（破碎站）的总运输功小。

（6）每个矿井应有至少两个独立安全出口通往地表。

并且这俩个安全出口的距离要大于或等于100米；大型矿井、矿体条件复杂，走向超过1000m时，应在端部设安全出口。

（7）矿井的主要出口（平硐、竖井、斜井、斜坡道）一般应考虑留有一定的备用提升能力和运输能力，对于远景储量大的矿山，更应要保留有较大的空地。

（8）一般情况下为了保证长期使用主要井巷均应布置在矿体下盘，只有在下盘工程地质处于比较恶劣条件条件时，才考虑将主要井巷布置在上盘。

2.3.开拓方法的分类

依据矿床地质赋存特点、地表构造条件、主要井巷布置位置的选择和井巷的形状的不同等，开拓方法可按来年各种情况分类，见下表2-1：

表2-1各种开拓方法的情况分类

开拓方式分类

井巷型式

典型开拓方案

单

一

开

拓

法

斜井开拓法

斜井

脉内斜井开拓

下盘斜井开拓

侧翼斜井开拓

竖井开拓法

竖井

竖井多水平分层分区式开拓

竖井阶段分区式开拓

斜坡道开拓法

斜坡道

直线式斜坡道开拓

螺旋式斜坡道开拓

折返式斜坡道开拓

平硐开拓法

平硐

沿矿床走向平硐开拓

垂直矿床走向上盘平硐开拓

垂直矿床走向下盘平硐开拓

联

合

开

拓

法

平硐或井筒与斜坡道联合开拓法

平硐竖井斜井斜坡道

平硐与斜坡道开拓

斜井与斜坡道开拓

竖井与斜坡道开拓

明井与盲井联合开拓法

明竖井明斜井盲竖井盲斜井

明竖井与明盲竖井开拓

明竖井与盲斜井开拓

明斜井与盲斜井开拓

平硐与井筒联合开拓法

平硐与竖井或斜井

平硐与竖盲井或斜盲井。

平硐与斜井开拓

平硐与竖井开拓

平硐与盲竖井开拓

2.4.开拓方法初选

本矿区的整个矿体都位于基准面以下，矿体的倾角40°~70°之间，大多集中在在50°~70°之间，平均60°，由此我们可以初步得出两种可行的开拓方案：

方案1：

斜井开拓法方案2：

竖井开拓法

斜井开拓法

斜井开拓法就是以斜井为主要开拓巷道来开拓矿床的方法。

适用于开采缓倾斜或倾斜矿体（倾角15～45°），矿体赋存在当地侵蚀基准面以下，埋藏又不深的中小型矿山。

利用高强度胶带输送机和钢绳牵引胶带输送机作为斜井提升设备时斜井的适用范围更加广泛，矿体倾角为缓倾斜到急倾斜，开采规模可在中性以上的矿山，斜井设计为倾斜45度。

斜井开拓的主要优点分别是：

斜井初期经济人力等投资较少、开拓所需要的时间短、石门长度较短、运输的路程比较短等。

缺点主要是：

斜井的提升速度较竖井慢、提升矿石量相对较少、其井巷的维护消耗较高、斜井中矿车安全系数比竖井小，导致事故相比之下较多等。

竖井开拓法

当矿体赋存在当地侵蚀基准面以下采用，是我国矿山开拓系统中使用最为广泛的开拓方法。

竖井开拓主要适用于矿体在地面以下的矿山，且当矿体埋藏比较深而矿体的倾角小于15°，或者矿体的倾角大于45°时，我们首先考虑使用竖井开拓。

一般竖井的提升能力比斜井大，且易于维护，故金属矿山广泛采用竖井开拓方法。

竖井开拓的主要优点是：

矿石的提升速度快、井巷中管道电缆等铺设相对较短。

缺点主要是：

工程初期的投入较大、开拓初期准备比斜井复杂、石门的开拓距离较长、施工所用人员设备多等。

开拓方案工程量比较见表2-2：

表2-2矿床开拓方案工程量比较表

工

程

项

目

竖井开拓

斜井开拓

工程量差

规格（m）

面积（m2）

长度

（m）

体积（m3）

规格（m）

面积（m2）

长度（m）

体积（m3）

开拓巷道

主井Φ4

副井Φ4.5m

28.47

300

8542

Φ4

12.57

710

8924.7

井巷工程

13.21

4000

13210

13.21

4000

13210

合计

21752

22134.7

-382.7

二种开拓方案经济比较见表2-3：

表2-3

指标名称

竖井开拓

斜井开拓

两者差

基本建设投资

开拓巷道（包括掘进和安装）（万元）

236.4

246

-9.6

地面工程（包括土石方）（万元）

40

30

+10

合计：

金额（万元）

276.4

276

0.6

百分比（%）

0.22

100

0.22

金额（万元）

750

780

-30

百分比（%）

96.2

100

-3.8

基建时间（月）

5

6

-1

2.5.开拓方法初选

通过斜井开拓与竖井开拓之间的比较，再结合本矿山的实际情况，从矿山生产能力、竖井的提升能力大小、运输的安全性等出发，再根据该矿山的设计生产能力为3.3万吨/年，所以在此选择竖井开拓法

在采用双翼竖井开拓方案时，矿体井下开采运输通风线路和各个阶段巷道的开拓就只能是单以方向的。

掘进及运输线路较长，掘进速度受一定限制。

此开拓法通常适用于下列情况:

（1）上下盘岩体工程地质条件较坏，不利设置竖井。

而侧翼工程地质条件较好。

（2）上下盘地表工业厂地或井口布置上受地形限制。

而矿体侧翼有合适的工业场地时。

（3）当地下矿体倾角比较平缓时适用。

因为竖井如果布置在上盘或下盘会导致石门的掘进量较大。

（4）当矿体在走向方向长度较短时适用，因为开拓的掘进量小，从而使运输费用降低。

（5）在矿体侧翼应该布置尾矿处理设施和选矿厂，需要注意的是地表矿石的运输应该与地下矿石运输方向相同。

2.5.1.中段

为完善矿区的开拓系统，确保矿区井下必需的安全出口，设计将原79线竖井的-10m中段与原69线竖井的+5m中段相贯通，-40m、-80m中段相贯通，形成统一的开拓系统。

2.5.2.提升

竖井采用2JTP-1.6/20提升机，2#轻型单层罐笼配平衡锤的提升方式，担负矿区矿、岩、人员、设备、材料等提升任务，井筒内设梯子间，作为井下安全出口。

2.5.3.运输

设计采用下盘脉外加穿脉运输方式，坑内采用电机车和人工推车相结合的运输方式。

-80m水平为集中运输中段，采用有轨运输，3t电机车牵引0.7m3翻斗式矿车运输矿、岩，重车下坡。

其它中段均采用人工推车运输方式。

-80m水平以上，采用人工推车将矿、废石运至矿、废石溜井内下放到-80m集中运输中段；-80m水平以下，采用人工推车将矿、废石运至79线竖井车场，然后由79线竖井提升至地表。

2.6.本章小结

本设计开拓方式：

69线井为地表明竖井开拓，79线、82线井采用明竖井+盲竖井联合开拓，根据矿山实际，经与矿方结合，本次设计推荐中央竖井（79线井），两翼风井（69线和82线）的开拓方式。

3.采矿方法（专题）

3.1.矿床开采技术条件

主要矿体V-4矿体、Ⅵ-1矿体的倾角大致在50°~70°之间，矿区矿体属含金黄铁矿石英脉型。

矿石结构有自形及半自形粒状结构，固熔体分离结构，压碎结构和角砾状结构，交代残余结构等。

矿石构造有块状构造、浸染状及细脉浸染状构造、蜂窝状构造角砾状构造等。

岩石普遍发育有不同强度的蚀变现象。

矿体顶底板围岩为硅化花岗岩、黄铁矿化硅化花岗岩、黑云斜长角闪片麻岩，其次为煌斑岩，岩石为中粗粒结构，斑状结构，块状构造及片麻状构造。

岩石致密坚硬。

矿体及顶底板围岩均属于相当硬的岩石，岩石质量等级属一般，岩体质量属中等。

从坑道围岩稳固，多年来井下开采无大面积坍塌、冒顶现象，对采矿没有产生较大的影响。

属工程地质条件简单类型矿床。

矿石主要技术参数：

松散系数：

1.6硬度系数：

f=8～14

矿石体重：

3.00t/m³岩石体重：

2.70t/m³

金平均品位：

2.81×10-6

3.2.选择采矿方法的准则

选择一个合理的采矿方法必须满足下列条件：

（1）首要条件是工作条件满足安全生产的要求。

矿石开采过程中，当发生地下地质灾害时要全力保证工人以及设备的安全；保证地下设备与人员的安全；需要保护的地标建筑和构筑物不因采矿而受到破坏等。

（2）具有合理的、高的采矿强度。

（3）满足选矿工艺要求，并要求贫化损失小。

应尽可能地提高矿石回收率，降低贫化率。

（4）满足矿山产量要求，要求生产能力大，劳动效率高。

采准切割工作量小，生产率高，消耗低、成本少。

（5）达到良好的经济效果，尽量采用高效率、低成本的采矿方法。

考虑采矿技术合理性，积极采用新的采矿方法，最新开采掘进设备。

（6）合理利用并开发矿产资源，坚持“贫富兼采、厚薄兼采、大小兼采”的原则。

3.3.采矿方法初选及确定

根据采场方法选择的因素条件和分析统计的资料及矿体条件和回采工艺条件，分析研究选择的否决条件和控制条件，就可以优选出二种或三种可行的方案，在按其倾角和厚度就容易进行采矿方法的分组而分组一般又与辅助条件有某些对应性的关系。

对照有代表的方案，绘制采矿方法方案标准图，并选定有关技术经济指标。

根据各项指标采矿方法初选比较见表3-1。

表3-1

序号

主要地质及开采技术条件

较适合的采矿方法

可排除的

采矿方法

主要考虑因素

该矿床特征特征

1

地表允许崩落的可能性

允许

空场法；

崩落法

2

矿石和围岩的稳固性

矿石稳固

围岩稳固

空场法；

充填法

崩落法

3

矿体的厚度和倾角

平均厚度1.5m,倾角50-70°属急倾斜薄矿体；,

浅孔留矿法；

沿矿体走向布置的上向水平分层充填法

房柱法；

全面法；

分段矿房法；

阶段矿房法；

矿房垂直矿体走向布置的上向水平分层充填法；

分采充填采矿法；

单层充填采矿法；

方框支架充填采矿法；

4

矿床及矿石类型及产量

黄铁矿化石英脉型，日产量100t

留矿法；

沿矿体走向布置的上向水平分层充填法

经过上面采矿方法的初步比较，从中选出了两种较为可行的方案，分别是浅孔留矿法和分沿矿体走向布置的上向水平分层充填法。

并将这两种方法再进行系统的比较。

3.3.1.浅孔留矿法：

留矿法广泛适用于有色金属矿山，该采矿方法应用历史久远，开采技术成熟。

它适用于开采矿体产状稳定，形状比较规整；不具氧化性，结块性和自燃性等物理性质；矿石和围岩均稳固的倾斜或急倾斜薄矿脉。

该采矿方法具有如下特点：

（1）浅孔留矿法可分为空场法中，矿块划分成矿房和矿块两部分，先将矿房回采完成后，再对矿柱进行回采；

（2）浅孔留矿法采矿方法采矿工人可以直接在矿房中大暴露面下工作；

（3）浅孔留矿法是自下而上分层回采矿房，使用浅孔崩薄矿石；

（4）矿房中每次采切下的矿石，将其中大约1/3的矿石从矿房底部的放矿漏斗放出，所剩下的矿石不放出而是作为下一次工作的平台。

最后再将所剩矿石一次性放出。

（5）凿岩工人是站在留矿堆上进行作业的。

主要优点为：

（1）浅孔留矿法结构简单，工程管理方便，开采工艺简单，生产技术易掌握；

（2）不需要使用机械设别进行放矿，直接利用矿石自身重力达到放矿目的。

（3）无论矿体地薄厚，采场中采切量都比较小，生产能力大；

（4）矿石损失贫化比较低，无粉矿损失，采矿成本低。

主要缺点为：

（1）所留矿柱的矿量占的比重较大；

（2）矿块中所进行的工作量较大，而且不容易进行机械化操作，在留矿法回采工艺中，象凿岩、平常、顶板管理、出矿等都难以全部实现机械化。

由于这个原因许多国家的留矿法仅用于采用机械化开采较难、品味矿极高的薄矿脉的开采；

（3）对于那些矿体较薄以及围岩不稳固的矿体时，矿石的贫化率较大；

（4）工人直接在暴露的矿石下工作，安全性较差；

（5）出矿受到薄矿等作业的限制，日出矿能力低；

（6）矿石要进行合理破碎块度要求不大于350mm，不然方矿漏斗会容易卡堵。

（7）机械化水平较低，应推广放矿机的应用，以及爬罐法掘天井等技术的应用。

浅孔留矿法采矿方法如图3-1：

1：

上阶段运输巷道2：

炮孔3：

崩落的矿石4：

间柱

5：

放矿漏斗6：

底柱7：

阶段运输巷道8：

拉底巷道

9：

天井10:

天井人行联络道

图3-1

3.3.2.上向水平分层充填采矿法

上向水平分层充填采矿法属于干式充填法的一种。

它也是两步骤回采，向下而上分层回采。

随着工作面以向上推进，逐层充填采空区，用以支撑上、下盘围岩并造成不断上采的作业条件。

当矿房采到最后一个分层后，要进行接顶充填。

矿房采完后，再有计划地回采矿柱。

上向水平分层充填采矿法的特点是：

将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱；回采矿房时，自下向上水平分层进行，随工作面推进，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间；充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台；崩落的矿石用机械方法将矿石运至溜井中；矿房回采到最上分层时，进行接顶充填。

优点是：

（1）矿石损失贫化小；可使用无轨设备。

采用充填法能保证实现降低损失贫化的各种措施，其损失率一般只有在4%~10%，贫化率只有在10%~15%。

（2）防护条件较好。

能够加强通风，减少辐射物质对人体的危害。

缺点是：

充填成本高；充填系统复杂；矿柱回采困难；效率较低，劳动强度大。

上向水平分层充填采矿法采矿方法如图3-2：

1：

沿脉平巷2：

天井3：

联络通道4：

充填井5：

矿块放矿溜井

矿房的宽度50m长度44m

顶柱4.4m底柱6m

图3-2

3.3.3.初选采矿方法具体综合对比

（1）采准切割量比较

a.典型的浅孔留矿法采准切割布置包括运输巷道、人行通风天井、天井联络道、漏斗颈、拉底、扩漏。

运输巷道一般沿矿脉靠下盘掘进。

矿块人行通风天井通常设在间柱内，从阶段运输巷道开始，沿矿脉下盘接触面掘进回风平巷。

联络道用来联络矿房和天井，一般从天井内每个5米到6米垂直高度掘进一条，矿块俩侧的人行联络道彼此交错布置。

拉底平巷位于底柱之上，俩个间柱内的最下一个联络道相向掘进形成，漏斗颈自阶段运输平巷向上开掘，每隔5~7米布置一条。

切割包括拉底和辟漏，它的作用是为回采工作开辟自由面，为爆破创造有利条件，同时形成受矿漏斗。

在留矿柱的矿块中，拉底的高估为2米，面积与矿房一致。

浅孔留矿法采切工程量表如图3-2：

表3-2浅孔留矿法采切工程量表

项

目

名

称

工作阶段

巷

道

数

目

巷道长度

巷道断面

（m²）

体积（m3）

工业矿量（t）

采出矿量（t）

标准掘进米数（m）

单长

岩

石

矿

石