上向水平分层充填法课程设计教学文稿.docx
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上向水平分层充填法课程设计教学文稿
课程设计
课程名称：
金属矿床地下开采
设计题目：
某金矿，品味6g/t，矿体水平厚度9米，倾角45°，f=8~10，矿石体重2.7t/m3。
上向水平分层尾砂充填采矿法。
学院：
国土资源工程学院
专业：
采矿工程
年级：
2009级
学生姓名：
刘佶林（200910104134）
指导教师：
郭忠林周宗红
日期：
2012/9/10
教务处制
课程设计任务书
国土资源工程学院采矿工程专业2009年级
学生姓名：
刘佶林
课程设计题目：
上向水平分层充填采矿法
课程设计主要内容：
选择采矿方法的原则（要求），根据矿床地质条件和开采技术条件，结合实习收集资料，设计采矿方法。
包括：
采矿方法三面视图（1：
200或1：
500），采矿方法简述，结构参数，采准巷道布置，切割工作，采切工程量及采切比计算，采切费用计算；回采工作（落矿、出矿、通风、支护、损失贫化管理），回采顺序，地压管理，采掘进度计划，劳动组织形式和作业循环图表，成本计算与技术经济指标。
设计指导教师（签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年月日
前言············································1
第一章设计题目、地质条件
1.1设计题目······························2
1.2矿床赋存条件··························2
第二章矿块布置和采场结构参数的确定············5
第三章采矿方法三面图绘制·······················3
第四章采准切割工作····························3
第五章回采工作·······························5
第六章充填工作及地压管理····················8
第七章技术经济指标·························10
附录···································
结束语··········································12
前言
一、课程设计的目的
1.通过课程设计，使学生对所学国的金属矿床地下开采及其它专业课程的基础理论、基础知识和基本技能得到进一步系统地加深、巩固和提高。
2.理论联系实际，培养提高学生解决问题和分析问题的能力。
3.培养学生查阅和应用参考书，设计规范及其它设计资料的能力。
4.培养锻炼学生应用所得的专业理论知识去解决实际问题的本领。
设计中学生应遵循党和国家制定的各项方针、政策和法令，结合实际，合理地应用国内外的新技术、新成就和先进经验。
二、设计工作量和要求
1.设计深广度应基本上达到现场单体初步设计要求。
2.设计应着重于方案选择的论证。
3.设计应包括图纸和说明书两部分。
（1）.设计说明书文词力求通顺简练，计算部分必须列出式子，代入数据，写出结果。
（2）.图纸部分：
1：
200的采矿方法三面投影图各一张（手工、CAD）；图纸必须符合工程上的要求。
第一章设计题目、地质条件
1.1设计题目
某金矿，品味6g/t，矿体水平厚度9米，倾角45°，f=8~10，矿石体重2.7t/m3。
上向水平分层尾砂充填采矿法。
1.2矿床赋存地质条件
第二章矿块布置和采场结构参数的确定
2.1上向水平分层充填采矿法的特点
该方法特点是将矿块划分为矿房和矿柱进行回采，先采矿柱，后采矿房，矿房或矿柱自下而上分层回采，依次按比例进行充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件，矿房回采到最后一个分层时，进行接顶充填。
该方法一般适用于矿石稳固、围岩不稳固的倾斜和急倾斜矿体，能适应形态不规则、分枝复合变化大的矿体。
此方法工作面循环作业，凿岩爆破、出矿、充填和护顶完成一个循环后，进行下一分层的循环；回采空间和范围可以控制，人员、设备在暴露的顶板下工作，需要有效的控制顶板。
2.2矿块布置及构成要素
矿体倾角45°，矿房沿矿体走向布置，阶段高度40m，阶段斜长56米；矿房、矿柱交替布置，矿房长度为50m，矿柱宽度8m，顶柱厚5m，底柱高5m；先采矿柱，后采矿房，矿块底部构筑5m厚的人工混凝土假底，以保证下阶段的回采安全；回采过程中，最小控顶高度2m，最大控顶高度5m，采用尾砂进行充填，各分层待充填体渗水平场完毕厚后，铺设0.3m厚的砼地板，以利上分层回采时无轨设备的行走。
第三章采矿方法三面图绘制（详见大图）
第四章采准切割工作
4.1采准切割工程
在矿体内掘进脉内运输巷道，在每个矿房中布置两个溜矿井、一个顺路人行天井（兼作滤水井）和一个充填天井。
溜矿井用混凝土浇灌，壁厚300mm，圆形内径为1.5m。
人行-滤水井用预制刚筋混凝土构件砌筑，或浇灌混凝土（预留泄水小孔）。
充填天井断面为2m×2.4m，内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为80°-90°。
在底柱上面掘进拉底巷道，并以此为自由面扩大至矿房边界，再向上挑顶2.5-3m，并将崩落下的矿石经溜矿井放出，形成4.5m-5m高的拉底空间后，即可浇灌钢筋混凝土底板。
底板厚0.8-1.2m，铺设双层钢筋，间距700mm。
切割工作主要是拉底，即以穿脉为自由面和补偿空间扩大到矿房底部全面积形成拉底空间，以穿脉为自由面用YSP-45向两边扩帮至采场两边边界，局部出矿后，向上一分层挑顶形成5.0m的控顶高度。
然后，砌筑3.0m高的高标号胶结体人工假底，剩2.0m作为继续上采的作业空间。
砌筑假底时，要预先铺设好滤水管，并根据实际情况考虑加一些钢筋。
4.2.1阶段运输平巷
位于溜矿井下端，其断面为3×3m的三心拱巷道，断面面积10.6m2。
4.2.2溜矿井
采用电耙出矿时，每个采场都要布置2个溜矿井，其溜矿井断面为2×2m,一般布置在脉内，随回采、充填工作进行，顺路架设。
4.2.3充填天井
充填天井断面为2×2.4m，内设充填管路和人行梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为80°，布置在采场中央，倾角与矿体倾角一致，为45°。
4.2.4人行滤水井
人行滤水井断面为2.2×1.2m,与溜矿井同时施工。
4.2.5沿脉巷道
穿脉布置在每个阶段的顶底柱中，并且位于矿房或矿柱的中央，起到探矿、通风的作用。
4.3矿块采准切割工作进行图表
工作项目
工程量
（m）
掘进进度（m/月）
完成时间（日）
进行顺序（月）
1
2
3
1、阶段运输平巷
50m
100
15
2、充填天井
56m
150
12
3、沿脉巷道
100m
100
30
4、拉底
50m
200
8
第五章回采工作
用浅孔落矿，回采分层高为3m。
采用电耙出矿。
矿石出完后，清理底板上的矿粉，然后进行充填。
充填前要进行浇灌溜矿井、砌筑人行-滤水井和浇灌混凝土隔墙等工作。
先用预制的混凝土砖砌筑隔墙的外层，然后浇灌0.5m厚的混凝土，形成隔墙内层，其总厚度为0.8m。
混凝土隔墙的作用，只要是为第二步回采间柱创造良好的条件，以保证作业安全和减少矿石损失与贫化。
使用选矿厂脱泥尾砂，沿直径100mm的管道水力输送到工作面，充填采空区。
充填料中的水渗透后经滤水井流出采场，充填料沉积在采场内，形成密实的充填体
为了防止崩落的矿粉渗入充填料以及为出矿创造良好的条件，在每层充填体的表面铺设0.2m的混凝土底板，1天后即可在其上凿岩，2-3天后即可进行落矿和行走各种设备。
5.1凿岩爆破
选用YSP-45型凿岩机打上向中深孔，具体参数如下：
孔深：
3m
钎头直径：
40mm；
钎头形式：
一字柱齿；
选用三台凿岩机，每台凿岩机配凿岩工人2名。
5.1.2炮孔直径
根据选用凿岩设备可钻孔径及矿石的坚硬性取炮眼直径为40mm，所选用的药卷直径为32mm。
5.1.3炮孔排距和深度
挑采设计孔距1m、排距1m，边眼眼距适当减小，边眼11q与采场轮廓线间距0.8m，各排孔之间错开呈梅花状布置，孔深3.0m.每个分层总炮孔为450个，总炮孔深度为450×3=1350m
5.1.4崩矿量
矿块分层崩落矿量Q=3×50×9×2.7=3645t，每米炮孔崩矿量为2.7t/m，
5.1.5炸药的选择与炸药单耗
炸药采用普通2号硝铵岩石炸药，并结合类似矿山炸药单耗取0.3kg/t，故每个炮孔装药2.4kg，装药系数为0.8，装药采用人工装药。
5.1.6起爆网络
将起爆药包靠近眼底进行反向起爆，堵塞长度为最小抵抗线W的一半左右，爆破网路采用塑料导爆管和豪秒雷管微差起爆网路联接，联线方式为串并连，为减小爆破震动，从下盘向上盘分次起爆，各排炮孔间微差起爆，一次起爆延续时间控制在200ms内。
起爆器材主要有雷管、导爆管、连接元件、激发器材等。
5.2采场搬运
每次爆破后通风时间不少于40min，工作面炮烟排净后，安全工进入采场检查顶板，清除浮石，采场内采用电耙搬运矿石，将崩落的矿石运至溜矿井。
选用2DPJ-55型电耙出矿，该设备的耙斗容积为0.5～0.6m3，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80～100t。
5.3矿柱回采
为减少矿石损失，金矿一般都要回采矿柱，待采场充填完并且已经彻底凝固后，再回采矿柱，矿柱厚8m，回采工作同上，回采一层充填一层。
5.4回采作业循环
5.4.1回采工作组织
回采工作包括凿岩、装药、爆破、通风、平场、出矿、充填。
其中凿岩工4人，装药工4人，爆破2人，通风1人，平场2人，出矿2人，充填4人。
5.4.2矿房回采作业循环
矿房分层作业循环如下表所示，整个矿房分13个分层回采，分册回采高度3米，最后一层回采4m。
回采作业名称
工作量
完成时间（天）
循环时间（天）
4
8
12
16
20
24
28
凿岩
1323m
4
装药
1093.5kg
2.5
爆破
通风
0.5
出矿
3645t
5
充填
1350m3
16
第六章充填工作及地压管理
每层崩落矿石出完后，按照配比要求，进行尾砂充填。
充填渗水通过泄水井流出采场。
回采一层，充填一层，待充填体凝固之后再回采上一层矿石。
6.1充填准备工作
（1）出矿完之后，将设备移出采场；
（2）架设泄滤水井。
泄滤水井布置在采场充填体内，用于充填体滤水，随回采、充填工作进行顺路架设，泄滤水井的断面尺寸一般为（1.2～1.5）m，负责面积为200m2左右；
（3）构筑与分层出矿进路间的密闭墙，在回风充填井中央设置隔墙；
（4）接通采场充填管路。
从上中段回风充填平巷，通过回风充填天井，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；
（5）检查地表充填制备站与充填采场之间的通讯系统
（6）检查充填线路
6.2采场充填
（1）根据地表充填料浆制备站充填材料储备情况，确定能连续充填的时间，进而确定每次连续充填的地点与高度；
（2）卸放充填料时，要由远而近地向泄滤水井处放砂，以有利充填水从泄滤水井排出；
（3）充填料填放面应低于泄滤水井道口50~100mm，以防止充填料从泄滤水井口溢流和跑砂；
（4）卸放充填料结后，用人工或铲运机的料浆扒平，再辅以厚度为0.3～0.4m的高灰比的胶结充填铺面，以提高无轨设备的运行效率且防止粉矿渗入充填体造成贫化；
（5）采场充填到位后，养护7d，方可进行下一分层的回采作业。
6.3每次充填量
矿房每次充填量为50×3×9=1350m3,矿柱每次充填量为8×9×3=216m3
6.4地压管理
采场爆破并经过有效通风排除炮烟后，安全人员进入采场清理顶帮松石。
如果顶板矿岩异常破碎，经撬毛处理后，仍无法保证正常作业，可采用锚杆支护。
二步回采的采场，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，顶板安全管理任务更加繁重。
除了上述安全技术措施外，在生产过程中，要加强适时安全监督，保证每个工作班组都有专职安全人员，在各生产工作面进行不间断安全检查，发现问题，及时处理。
第七章技术经济指标
7.1采准切割工程量
工作项目
断面规格
（m×m）
数量
长度m
体积m3
1．阶段运输平巷
3×3三心拱
50
450
2．充填天井
2.0×2.4
56
268.8
3、沿脉巷道
3×3三心拱
50×2
900
4、拉底空间
5×9
50
2250
合计
256
3868.8
矿块矿量（kt）
Q=9×50×40×2.7/1000=68.04kt
千吨采切比
m/kt
3.76
m3/kt
56.86
矿块采准切割工作进行图表
工作项目
工程量
m
掘进进度
m/月
完成时间
月
进行顺序（月）
1
2
3
阶段运输平巷
50
100
0.5
充填天井
2
200
0.28
沿脉巷道
100
100
1
拉底空间
2
100
0.5
7.2采准系数计算
每个矿房矿体工业储量：
Q1=50×9×56×2.7=68040t
采切巷道总长度L总=256m
脉内采切巷道矿石总体积：
V总=3868.8m3
用长度表示采准系数：
K1=256/（68040-3868.8×2.7）×1000=4.45m/kt
用体积表示采准系数：
K1=3868.8/（68040-3868.8×2.7）×1000=67.17m3/kt
长度表示采切比：
K2=3.76m/kt
体积表示采切比：
K2=56.86m3/kt
7.3采切成本
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
450
200
90000
2、充填天井
269
400
107600
3、沿脉巷道
900
200
180000
4、拉底空间
2250
100
225000
合计
602600
采切成本（元/t）
8.86元/t
7.4每顿矿石消耗主要材料的成本
序号
材料名称
单位
单价
（元）
每吨矿石消耗的材料
每吨矿石消耗的材料的费用
元
1
炸药
kg
20000/t
20/kg
0.3kg
6
2
爆破器材
1
3
钢筋
t
4000/t
0.0029
11.6
4
水泥
Kg/t
0.6
10
6
合计
24.6元/t
7.5一顿矿石所摊的工人工资
工种名称
完成时间（天）
每班工作人数
每个工人每班的工资（元）
每循环采出矿石量（吨）
每循环工人工资
每吨矿石摊销的工人工资
凿岩
4天×2班
6
200
3645
9600
装药
2.5天×2班
4
200
4000
爆破
2
500
1000
通风
0.5天
1
200
200
出矿
5×3班
2
200
6000
平场
2×3班
2
200
2400
充填
16×3班
4
200
38400
合计
61600
16.89元/t
7.6每吨矿石的主要电力消耗费用
用电单位
每循环平均用电时间h
用电功率（KW）
电价
费用总计
照明
28天×24=672小时
5
0.45
604.8
电耙
48
55×2=110
0.45
2376
充填机
200
22
0.45
1980
通风
28×24=672
20
0.45
6048
合计每吨矿石
2.85元/吨
10404
7.7每吨矿石用水成本
主要是尾砂充填时，消耗的水，约合1吨矿石消耗1吨水，即2.05元/t
7.8每吨矿石的压气消耗费用
主要是YSP-45型凿岩机和7655气腿式凿岩机消耗的费用，合计3元/t
7.9设备消耗及维修费用
包括钎头、钎杆、钎杆、钎尾，设维修费用，共计4元/t
7.10每吨矿石合计成本
8.86+24.6+16.89+2.85+2.05+3+4=62.25元/t
附：
参考文献
《采矿学》、《采矿手册》、《凿岩爆破》、《井巷工程》、《金属矿床地下开采》
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