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
2014-2015学年秋季学期“采矿学I”课程
考试改革试题
题目：
浅孔留矿法采矿方法设计
学生：
班级：
11采3
学号：
4
专业：
采矿工程
2014年12月22日
1、所选题目及要求
某矿山年产铁矿石25万t，矿体埋深300m，地表为山地，地表允许崩落，矿体沿走向长度1000m，矿体平均厚度5-7m，矿体平均倾角70°，上盘围岩稳固，矿体稳固，下盘围岩稳固，试论述：
（1）该矿体开采采用的采矿方法，并指出所选采矿方法的地压管理方式；
（2）按1:
1000比例尺设计所选择采矿方法的标准矿块图；
（3）计算所选择采矿方法的采准系数；
（4）矿块技术经济指标相关计算；
（5）矿井生产能力与采场生产能力的关系；
（6）设计说明书一份，主要论述采准、切割、回采、（充填）、通风各项工艺，以及上述各项问题。
2、方案的选取
2.1、方案初选
首先矿石和围岩稳固，采空区在一定时间，允许有较大的暴露面积，故可以选用空场采矿法。
而本次设计的矿体属于急倾斜、中厚矿体，所以排除全面采矿法、房柱采矿法和阶段矿房法。
由于矿区地标允许崩落，可以采用崩落法，由于矿体为急倾斜、中厚矿体且矿体稳固，所以排除单层崩落法和分层崩落法和阶段崩落法。
充填采矿法里面：
单层充填采矿方法适用于水平或缓倾斜薄矿体、顶板围岩不允许崩落的矿体，而本次设计矿体厚度较大，且属于急倾斜矿体，故可以排除此开采方法；下向分层充填采矿法，用于开采矿石很不稳固或矿石和围岩很不稳固，矿石品位很高或价值很高的有色金属或稀有金属矿体，所以排除；分采充填采矿法适用于矿体厚度很小、急倾斜和极薄矿体，故也可以排除分采充填采矿方法。
详细可参考下表一。
表1采矿方法选择
组别
应用条件
备注
空场采矿法
全面采矿法
薄和中厚的矿石和围岩均稳固的缓倾斜矿体
排除
房柱采矿法
水平和缓倾斜的矿体、薄矿体及厚矿体
排除
留矿采矿法
矿岩稳固，矿石无自燃，不易结块的急倾斜矿床
选择
分段矿房法
矿石和围岩中等稳固以上的倾斜和急倾斜中厚、厚矿体
选择
阶段矿房法
矿岩稳固的厚和极厚急倾斜矿体
排除
充填采矿法
单层充填采矿法
水平或缓倾斜薄矿体、顶板围岩不允许崩落
排除
分层充填采矿法
围岩很不稳固、围岩和矿石很不稳固、地表岩层需保护
排除
分采充填采矿法
矿脉厚度很小，急倾斜和极薄矿脉
排除
崩落采矿法
单层崩落法
顶板岩石不稳固、厚度一般小于3m的缓倾斜矿层
排除
分层崩落法
矿石价值高、松散破，围岩不稳，倾角厚度能使假顶下移（产量低）
排除
分段崩落法
稳固在中等以上、急倾斜的厚矿体、可选性好需要剔除杂夹石的
选择
阶段崩落法
矿体厚度大、价值不高、不易结块、氧化、自燃、中稳
排除
经初步选择，能使用的方法有留矿法和分段矿房和分段崩落法。
2.2、方案确定
分段矿房法，由于有不少巷道布置在脉外采准切割工程量太大，费用高，矿脉太薄导致劳动生产率降低，并且该法主要对中厚矿体以上有利，并考虑到本矿山年产较小，不易投入较大资金引进设备，所以排除分段矿房法。
分段崩落法，分段崩落法和分段矿房法具有相似的缺点，切割工程量大，费用高，对于较薄矿体不易采用，本矿山年产量较小，不易进行较大投资，所以排除此法。
最终采用留矿法。
3、浅孔留矿法的地压管理办法及采空区处理
3.1、地压管理办法
浅孔留矿法是靠矿柱和矿岩本身强度去维护采空区，而崩落暂留的矿石不能做为支撑围岩的主要手段。
3.2、采空区处理
待矿柱回采完毕，用崩落围岩的办法处理采空区。
4、标准矿块图
附图
（1）
5、矿块的参数及相关工艺
5.1、矿块的参数
顶柱厚度5m，底柱高度12.5m，间柱宽度8m，矿房长度50m，阶段高度40m，阶段沿脉运输巷2.5m×3.5m，采场联络巷2m×2m，通风行人天井2m×2m，阶段联络到2m×2m，漏斗间距6m，斗颈2m×2m。
5.2、采准工艺
浅孔留矿法的采准工作主要包括：
阶段运输平巷，通风人行天井，联络道等。
5.2.1、阶段运输平巷
本矿体为中厚矿体，运输平巷可以掘进在下盘岩石中。
采用脉外布置时，平巷应尽量能布置在矿脉的下盘侧，这样有利于放出采场的矿石和减少下盘部位的平场工作量。
采用脉外采准时，使运输巷道比较平值，有利于运输工作。
尤其当运输繁忙时，更显示出它的优越性等。
5.2.2通风人行天井
将天井布置在间柱中，其目的是为将来回采间柱创造条件，并在采准的过程城中回收一部分矿石。
图1天井的布置
5.2.3、人行通风联络道
在垂直方向上，在人行天井两侧，每隔4米开一条联络道，使天井与矿房贯通。
联络道断面可为2m×2m米。
5.3、切割工艺
5.3.1、切割工作的目的
它是为正式回采工作创造自由面的。
5.3.2、切割工作包括的容
（1）开掘拉底巷道，形成拉底空间。
（2）开掘漏斗颈，在开好斗径的基础上，把漏斗劈开，形成喇叭状，以利出矿。
（3）一般沿走向每隔6米开凿一个，为减少平场工作量，漏斗应当尽量开在靠矿体下盘侧，以利减少平场工作量。
漏斗颈高度为2.0米，边坡角应在45°以上。
（4）拉底高度为2米，拉底的宽度一般应等于矿体厚度。
（5）拉底和劈漏工作往往是联系起来进行施工的。
5.2.3、切割方法
切割方法有薄矿脉拉底劈漏的方法、不打拉底平巷的劈漏拉底方法、打拉底平巷的拉底劈漏方法，三种切割方法。
本矿体采用不打拉底平巷的劈漏拉底方法，施工过程如下：
（1）在电耙巷的一侧，以40°—45°的倾角，打上向第一次炮孔，其下部炮孔的高度，由运输设备高度决定（矿车、机车）。
上部炮孔，在运输平巷的顶角线上与漏斗侧的钢轨在同一垂直面上。
（2）炮孔爆破之后，站在矿堆上一侧以70°倾角打上向第二次炮孔，将第二次打的炮孔爆破后，把矿石运走，然后架设好工作台，再打上向第三次炮孔，并装好放矿漏斗，最后再进行爆破，崩下第三次炮孔，矿石从漏斗中放出运走。
然后继续打第四次炮孔。
爆破以后的漏斗颈高为4.0米。
漏斗口形状为方形。
图2底部结构切割过程
（3）在漏斗颈上部以45°倾角向四周打炮孔，扩大斗颈，最终使相邻的斗颈连通，同时完成拉底和劈漏的工作。
5.4、回采工艺
回采工作有：
凿岩、装药爆破、通风、局部放矿、撬毛、平场和大量放矿等。
矿房回采是自下而上分层进行的，每一分层的高度一般为3米，采用浅孔崩矿。
5.4.1、凿岩
凿岩是在崩落的矿堆上进行。
凿岩设备选择：
根据矿石的坚固性系数和采矿方法，选用YSP45上向凿岩机，其主要技术指标如表2。
表2凿岩设备参数
型号
重量（kg）
长、宽、高（mm）
耗气量（l/s）
凿岩直径（mm）
凿孔深度（m）
台班效率（m）
YSP45
45
1465×379×196
113
34-42
6
40-60
5.4.2、爆破
根据所用采矿方法，爆破采用浅孔落矿。
（1）炮孔布置和起爆方法
炮眼排列方向为向上眼，倾角80°。
因为交错排列具有爆破效果好，大块率底等优点，所以炮眼采用交错排列。
图3炮孔布置方式
因为导爆管非电起爆法具有不受外界电源干扰，较安全、操作简单，使用方便、成本较低，导爆管爆音小，可用于多段微爆破等优点，采用导爆管非电起爆法。
（2）爆破参数的确定
为保证每次崩矿高度为3m，炮孔超深0.1m，总炮孔深度取3.1m，炮孔采用平行交错布置，向自由面崩矿，抵抗线W=（0.25-30）D，取1m，孔距a=W，取1m。
堵塞长度l堵=0.5，W=0.5m。
爆破参数去表3。
炸药单耗的选取如表4。
表3爆破参数
炮孔直径（mm）
38
炮孔深度（m）
3
药卷直径（mm）
32
最小抵抗线（m）
1
炮孔间距（m）
1.2
炮孔排距（m）
1
表4炸药单耗
矿石坚固性系数
<8
8-10
10-15
单位炸药消耗量（kg/m3）
0.26-1.0
1.0-1.6
1.6-2.6
根据矿石的坚固性系数f=4～6,所以取0.3kg/m3。
①每米炮孔崩矿量
每米炮孔崩矿量：
q=Wa
（1）
=1×1×0.9×3.8×
=3.49t/m
式中：
—炮孔利用率，取0.9；
—矿石的体重，3.8t/m³；
K—损失率，6%；
—贫化率，8%；
a—炮孔孔距，1m。
②凿岩机台数的确定
（2）
=15×3.8/（3.49×40）
=0.4取1台
式中：
N—凿岩机台数；
A—每一工作循环的落矿量；
q—每米炮孔崩矿量；
p—凿岩机台班效率。
所以N=0.4台，取1台，备用1台，共2台。
③装药、爆破
落矿用的炸药为乳状铵油炸药，人工装药，起爆药包置于孔底起第二个药包处，炮眼中的装药系数不宜太小，最好能达到60—70%。
由导爆管和硝铵筒状药卷做成的起爆药包装在孔口，并用木楔塞紧固定，最后用炮泥堵塞20cm。
每循环装药时间：
（3）
=
式中：
K—炸药单耗量，0.3kg/m2；
V—每循环崩矿量；
a—装药速度，1.0kg/min。
5.4.3、通风
爆破以后要加强通风，使炮烟和粉尘能迅速排出工作面。
工作面的风量应当保证满足排尘，排烟的需要。
为此，要求在采掘工作面，空气的含氧量不低于20%，风速不应低于0.15m/s。
矿房的通风系统，一般是从上风流方向的天井进入新鲜空气，通过矿房工作面后，有下风流方向的天井排到上部回风巷道。
本设计采用的通风线路为：
中段平巷→沿脉运输巷道→上风流方向天井→联络道→采场→联络道→下风流方向天井→上阶段回风巷道。
5.4.4、出矿
由于本次设计矿体倾角为70°，采用重力放矿。
为减少平场工作量，各漏斗的放矿量应力求均衡。
在放矿过程中，要仔细观察各漏斗上部矿石堆表面的下降情况是否与放矿量相适应，以便及时发现并设法防止留矿堆形成空洞。
若发现留矿堆形成了空洞，必须及时加以处理，否则将有可能危及生产安全。
5.4.5、平场及撬顶与二次破碎
为便于工人在留矿堆上进行落矿的凿岩爆破作业，在局部放矿之后应将留矿堆表面整平。
在平场之前或同时，要进行顶板检查，撬落矿房顶板及两帮已松动但未脱落的矿石（或围岩），以保证后续作业的安全。
落矿产生的大块与撬顶（包括两帮）落下的大块，要在平场过程中进行二次破碎，以免放矿时堵塞漏斗及在留矿堆形成空洞。
5.4.6、最终放矿（或大量放矿）和矿房残留矿石的回收
矿房采完后，应及时组织最终放矿，也叫大量放矿，即放出存留在矿房的全部矿石。
放矿时，应避免存留矿石中出现空洞和悬拱现象。
所以应尽量保持每个漏斗放矿量均匀。
放矿时，应及时处理漏斗堵塞等，以提高放矿强度，防止围岩片落，减少二次贫化。
放矿时，由于矿房底板粗糙不平，常积存一部分散体矿石和粉矿不能完全放出，为降低矿石损失，应加强残留矿石的回收，一般采用水力冲洗法把残存在矿房顶板的散体矿石和粉矿冲洗下来。
6、采准系数的计算
6.1、矿块采准、切割工作量计算
根据矿块图标准矿块图及相关参数来确定其采准、切割工程量。
（1）采准工程包括：
①阶段运输联络巷；
②采场联络；
③电耙巷；
④人行通风天井。
（2）切割工程包括：
①漏斗；
②拉底。
矿块采准、切割具体参数可在标准矿块图中量取，并按1：
1000比例转化成实际尺寸。
用长度和断面计算巷道所占体积，通过矿石的容重计算所占矿石和岩石的重量，为计算采准系数和采出矿量提供了数据。
计算表格如表5。
表5矿块采准切割工程量计算表
巷道名称
巷道数目
长度（m）
断面（m2）
体积（m3）
矿石容重（t/m3）
岩石容重（t/m3）
工业储量（t）
矿石中
岩石中
合计
矿石中
岩石中
合计
矿石中
岩石中
合计
单长
总长
单长
总长
采准巷道
电耙巷道
1
0
0
50
50
50
0
4
4
0
200
200
3.8
2.7
0
人行通风天井
1
40
40
0
0
40
4
0
4
160
0
160
3.8
2.7
608
采场联络道
8
3
24
0
0
24
4
0
4
96
0
96
3.8
2.7
365
阶段运输联络道
2
0
0
5
5
10
0
4
4
0
40
40
3.8
2.7
152
合计
12
43
64
55
55
124
8
0
16
1260
200
496
3.8
2.7
1125
切割巷道
漏斗
7
6
42
0
0
42
8
0
8
336
0
336
3.8
2.7
1277
拉底
1
42
42
0
0
42
10
0
10
420
0
420
3.8
2.7
1596
合计
8
48
84
0
0
84
18
0
18
756
0
756
3.8
2.7
2873
6.2、采出矿量计算
（1）矿块矿房矿柱矿石工业储量计算
表6矿房、矿柱的矿石工业储量
巷道名称
巷道数目
长度（m）
断面（m2）
体积（m3）
矿石容重（t/m3）
工业储量（t）
矿石中
合计
矿石中
矿石中
单长
总长
回采工作
矿房
1
42
42
42
113
4725
3.8
17955
矿柱
顶柱
1
50
50
50
25
1250
3.8
4750
间柱
1
24
24
24
40
940
3.8
3572
底柱
1
50
50
50
63
3125
3.8
11875
合计
3
166
166
166
240
10040
3.8
20197
（2）矿块采出矿量计算
表7矿块采出矿量计算表
项日容
矿石工业储量（t）
回收率（%）
贫化率（%）
采出工业储量（t）
采出毛矿量（t）
采出比率（%）
采准工作
1125
98
2
1103
1125
3
切割工作
2873
98
2
2816
2873
8
回采工作
矿房
17955
95
8
17057
18540
49
矿柱
20197
65
15
13128
15445
40
矿块总计
42150
81
10
34103
37983
100
6.3、采准比计算
（1）以掘进采准、切割巷道总长度表示采准比。
（4）
=
式中：
R—千吨采准比，m/kt；
T—矿块中采出总工业矿量，t；
∑
、∑
―采准、切割巷道总长度，m。
（2）一以掘进采准、切割巷道总体积表示采准比。
考虑巷道断面积不同，可用采准、切割巷道总体积除以标准断面积6m²来求取，即：
（5）
×
式中：
R—千吨采准比，m/kt；
Tto—矿块中采出总工业矿量，t；
∑VZ、∑VQ—采准、切割巷道总体积，m3。
7、矿井生产能力与采场生产能力的关系
该矿山属于小型矿山，矿井生产能力为25万t/年，采用浅孔爆破的方法进行回采。
采用一昼夜三班为一个循环，即一个班凿岩，一个班爆破通风，第三个班放矿，平场及其他准备工作。
配备凿岩工人3名，助手1名，平场工2名，放矿工2—4名，支柱工1名等。
矿块生产能力为114t/d，为了保证该矿山的年设计生产能力，必须同时回采2个矿块才能完成要求。
7.1、班产量
（1）正常生产时期班产量
（6）
=
式中：
Aa—矿山年产量,ｔ/班；
td—年工作日数，d；
ts—日工作班数，d。
7.2、班产量分配
（1）采准出矿量Asz：
252×0.03=8t/班（7）
（2）切割出矿量AsQ：
252×0.08=20t/班（8）
（3）矿房出矿量AsR：
252×0.49=123t/班（9）
（4）矿柱出矿量AsP：
252×0.40=101t/班（10）
式中nsz、nsq、nsr、nsp分别为采准、切割、矿块回采采出矿石占采出总毛矿量比重。
7.3、同时生产矿块数及矿柱数
（1）同时回采矿房数。
（11）
=
=
式中：
NR—同时回采矿房个数，备用10%—30%；
qsR—矿房平均班产量，57t/班。
经计算，同时回采的矿房数
=3个，按30%备用，总的矿块数为4个。
（2）同时回采矿柱数。
（12）
式中：
qsP—矿柱平均班产量，57t/班。
所以同时回采矿柱数为2个。
8、矿块技术经济指标相关计算
8.1、采掘设备
（1）上向凿岩机的型号及相关参数，如表8。
表8上向凿岩机具体参数
型号
重量
长、宽、高、
耗气量
凿岩直径
凿孔深度
纤尾规格
配套气腿
（kg）
（mm）
（l/s）
（mm）
（m）
（mm）
YSP45
45
1465×379×196
113
34-42
6
22×108
FT160BC/FT160BD
（2）上向凿岩机的配套情况，如表9。
表9上向凿岩机配套设备参数
配套注油器
重量
储油量
工作压力
耗气量
推进行程
纤尾规格
配套气腿
（kg）
（ml）
（MPa）
（l/s）
（mm）
（mm）
FY500
2.5
500
0.63,0.5,0.4
113,100,92
720
22×108
FT160BC/FT160BD
（3）气腿式凿岩机的型号及相关参数，如表10。
表10气腿凿岩机具体参数
型号
重量
耗气量
凿岩直径
凿孔深度
纤尾尺寸
工作压力
配套气腿
重量
气腿长度
推进行程
（kg）
（l/s）
（mm）
（m）
（mm）
（MPa）
（kg）
/mm
/mm
YT24
24
≤67
34--42
5
22*108
0.63
FT140B
15.6
1687
1250
FT140BD
13.9
1400
965
8.2、运搬设备
（1）电耙绞车的型号及主要参数，如表11。
表11电耙绞车型号及参数
型号
钢绳直径（mm）
容绳量（m）
电动机
外形尺寸（mm）
总重量（kg）
主卷筒
副卷筒
主卷筒
副卷筒
功率
（kw）
转速
（r/min）
重量
（kg）
长
宽
高
2JP30
16
14
85
100
30
1470
272
1650
820
695
1153
（2）电耙耙斗的型号及参数，如表12。
表12电耙耙斗和滑轮的型号及参数
绞车型号
耙斗
滑轮
容积（m3）
直径（mm）
2JP30
0.4
200
8.3、矿块技术经济指标
表13矿块技术经济指标
指标名称
计算单位
指标值
千吨采掘比
m/kt
4.6
凿岩台效
t/工班
40
采场平均日出矿能力
t/d
171
矿石贫化率
%
10
矿石损失率
%
19
9、参考文献
[1]采矿设计手册[M].，1998.
[2]于润沧编.采矿工程师手册[M].冶金工业,2009,3,1.
[3]王运敏编.中矿设备手册[M].科学，2007，1.
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[11]浑宝炬，郭立稳.矿井通风与除尘[M].：
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[12]建筑材料工业学院编.非金属矿床床地下开采[M].社，1984，12.
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电子科技大学，2009.
10、附录
10.1、试题题目
题目一、某矿山年产铁矿石25万t，矿体埋深300m，地表为山地，地表允许崩落，矿体沿走向长度1000m，矿体平均厚度5-7m，矿体平均倾角70°，上盘围岩稳固，矿体稳固，下盘围岩稳固，试论述：
（1）该矿体开采采用的采矿方法，并指出所选采矿方法的地压管理方式；
（2）按1:
1000比例尺设计所选择采矿方法的标准矿块图；
（3）计算所选择采矿方法的采准系数；
（4）矿块技术经济指标相关计算；
（5）矿井生产能力与采场生产能力的关系；
（6）设计说明书一份，主要论述采准、切割、回采、（充填）、通风各项工艺，以及上述各项问题。
题目二、某矿山年产铁矿石200万t，矿体埋深300m，地表为农田，第四系表土厚度40-100m不等，下部为砾石层，水文地质条件复杂，矿体沿走向长度2000m，矿体平均厚度40m，矿体平均倾角65°，上盘围岩稳固，矿体稳固，下盘围岩稳固，试论述：
（1）该矿体采用的采矿方法，并指出所选采矿方法的地压管理方式；
（2）按1:
1000比例尺设计所选择采矿方法的标准矿块图；
（3）计算所选择采矿方法的采准系数；
（4）矿块技术经济指标相关计算；
（5）矿井生产能力与采场生产能力的关系；
（6）设计说明书一份，主要论述采准、切割、回采、（充填）、通风各项工艺，以及上述各项问题。
试题三、题目二、某矿山年产铁矿石200万t，矿体埋深300m，地表为平原农田，地表无尾矿库，第四系表土厚度40-100m不等，矿体沿走向长度2000m，矿体平均厚度10m，矿体平均倾角75°，上盘围岩稳固，矿体稳固，下盘围岩中等稳固，试论述：
（1）该矿体采用的采矿方法，并指出所选采矿方法的地压管理方式；
（2）按1:
1000比例尺设计所选择采矿方法的标准矿块图；
（3）计算所选择采矿方法的采准系数；
（4）矿块技术经济指标相关计算；
（5）矿井生产能力与采场生产能力的关系；
（6）设计说明书一份，主要论述采准、切割、回采、（充填）、通风各项工艺，以及上述各项问题。
10.2、考试要求
（1）以上三题中任选一题，题目以所选采矿方法的设计为准，例如“**采矿方法设计”；
（2）要求在设计说明书后面附上参考文献；
（3）正文字号小四，宋体，行距1.3；
（4）公式、图、表的标号、标题格式正确
（5）
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