地下开采课程设计.docx

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地下开采课程设计

《金属矿床地下开采》课程设计

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一、矿床地质

1、矿体特征

广元市太阳坪金矿区地处川陕两省交界部位，属四川省广元市朝天区东溪河乡、白杨乡所辖，矿区位于广元市城区355°方向，直线距离36km。

与陕西省宁强县丁家林金矿区相邻，矿区中心点地理坐标：

东径105°47′30″、北纬32°45′40″，探矿权范围面积为30.87km2。

区内交通较发达，矿区距广坪镇约9km，有乡村砂石路相通，沿G212国道自广坪镇至阳平关49km与宝成铁路相通，交通较为便利。

9—1矿体：

赋存于9号脉内，出露于石板沟一带，分布于23—63线之间，由6个探槽、3个剥土、9个坑道、2个钻孔控制，矿体长480m，厚度0.43—1.13m，平均厚度0.86m，厚度变化系数为18.67％，属较稳定型。

地表至标高786.3m走向80—95°，南倾，倾角约70°，标高786.3m（PD64坑）以下北倾（如图2-1）。

转折端在PD64坑中可以清晰的看到。

单样品位0.18—497×10-6t/t，平均品位9.91×10-6t/t，品位变化系数113.46％（含特高品位变化系数为284.44％），属不均匀型。

矿体呈脉状、透镜状，脉状矿体为石英单脉，石英脉较连续，在PD69坑道5-6号点内出现有23m长的非工业矿化石英脉矿段，局部有分支复合现象。

矿石为含金石英脉，金属矿物主要为细粒黄铁矿、自然金、银金矿、褐铁矿、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等，脉石矿物主要为石英、绢云母、铁白云石、铁方解石等。

矿体在800m标高以上主要由石英脉组成，向下逐渐过渡为蚀变岩。

矿石类型主要为石英脉型，其次为蚀变岩型。

工程控制矿体标高657—903m，控矿斜深269m。

2、矿石特征

1、矿石矿物成分

矿石矿物成分比较简单,主要金属矿物有自然金、银金矿、含银自然金、黄铁矿，其次有褐铁矿、方铅矿、闪锌矿、铁菱镁矿、黄铜矿等。

非金属矿物主要为绢云母、石英、其次有铁白云石、铁方解石等，此外含有微量的绿泥石、长石类矿物及高岭石等。

主要矿物特征如下：

黄铁矿：

是金的主要载体矿物，可分为四期。

第一期呈草莓状，与生物作用有关，为成岩期产物；第二期为变草莓状黄铁矿，呈立方体，粒径0.01-0.03mm，多形成黄铁矿细脉；第三期为中粒黄铁矿、团块状黄铁矿，中粒黄铁矿粒径为0.05-2mm，草莓状黄铁矿多呈立方体晶形，集合体仍保留草莓状外形，团块状黄铁矿多由变草莓状黄铁矿、中细粒黄铁矿聚集而成，多呈团块或条带状分布，可见金矿物分布其中；第四期为粗粒黄铁矿，呈立方体晶形，粒度2-2.5mm，部分黄铁矿粒度可达10mm以上。

石英：

呈乳白色或烟灰色，可分四期，第一期，呈脉状，沿千枚理充填，含矿性差；第二期，呈团块状，结晶粗大，粒径2-5mm，最大可达10-13mm，其分布受断裂控制，与金矿化关系密切；第三期，呈单脉、复脉或网脉状，沿裂隙、节理或劈理充填，往往成带出现，与金矿体关系密切；第四期，石英与碳酸盐矿物呈细脉状、团块状，矿化弱、有低温矿物生成，标志着热液期的结束。

铁菱镁矿：

具褐铁矿化，呈褐色或褐红色，在岩石或矿石中呈大小不等的斑点，粒径多为0.5-3mm，有的可达5mm以上，常见菱面体晶形或半自形晶。

铁白云石：

新鲜者呈灰白色，氧化后呈褐色，多为菱形，粒径0.05-1mm。

褐铁矿：

呈黄铁矿假象，多分布在地表。

二、开采技术条件

1、矿区水文地质条件

地表水

矿区内有两条地表水，汇水面积约10km2，这两条地表水为常年性流水。

其中李家沟地表水是矿区唯一能影响矿床开采的地表水，汇水面积约40km2，流量一般为5.0l/s，洪峰流量30l/s，要防止其直接灌入矿坑而影响矿床开采。

扬家湾地表水流量一般为2.5l/s，洪峰流量10l/s，其远离矿体，没有直接入灌的条件。

广坪河在矿区外围，且为最低侵蚀基准面，首采坑道位于当地侵蚀基准面以上，地表水对矿床的开采影响不大。

地下水

矿区地下水贫乏，富集不均匀，主要呈带状富集在构造蚀变带上盘裂隙发育地段，一般通过岩石的裂隙涌人矿坑，据矿坑长观资料：

PD64坑最大涌水量为0.15l/s，平均涌水量为0.09l/s；PD82坑最大涌水量为0.82l/s，且都在矿坑自然排泄面标高以上，故地下水对矿床影响不大。

未来矿坑涌水量初步分析

区内地下水贫乏，涌水量最大的PD82坑最大涌水量为0.82l/s，平均涌水量为0.26l/s,不能满足施工需要。

矿区地表水李家沟平均流量为6.36l/s，也不能满足矿区未来的建设需要，目前生活饮用水可在李家沟上游的泉水和各支沟谷底的松散沉积物中开采，但均受大气降水的季节性影响，只能满足现状。

因此生产用水只能在广坪河中引水，其最大流量为17743l/s，最小流量为892l/s，平均流量为5711l/s。

未受氰化物的污染，细菌总数和大肠菌群虽超标，但作为工业用水水源可以满足矿山建设的需要。

同时可在李家沟底附近选坝截流以丰补缺，满足工业用水。

如作为生活饮用水水源则需要经过处理。

2、矿区工程地质

矿内地处秦岭褶皱系摩天岭加里东褶皱带阳平关褶皱束内。

在矿区北侧通过的阳平关断裂的分枝断裂燕子砭—花石沟断裂，走向50°，北西倾向，倾角78°左右，该断裂在区内表现为一条破碎蚀变带，同时伴随挤压片理化，宽50—200m，走向40°—60°，倾向北西，倾角78°左右，太阳坪矿区发育数条与之平行的蚀变破碎带，其中1号蚀变破碎带，自赵家梁延伸至陕西省宁强县丁家林矿区，长7600余米，宽20—100m，走向50°—60°，倾向北西，倾角50°—80°，以挤压剪切为主，断裂带为硅质胶结和泥质充填，加之围岩稳定坚硬，因此对矿床开采影响不大。

矿区地形地貌条件简单，地形有利于自然排水。

岩体以整块状的千枚岩为主，岩体构造致密、坚硬。

近地表裂隙发育（70%以上被泥质等充填），残坡积物及风化层普遍存在，厚度在2—24m，据岩石力学试验结果显示，蚀变千枚岩饱和抗剪强度为4.2MPa左右，软化系数5.7±，饱和抗压强度为43.0Mpa，内擦角为40°左右。

地质构造复杂程度为中等型。

矿区边坡在重力和其它地质应力作用下不断的发展变化，形成了稳定的地形特征。

部分地段有人工造成的滑坡和坍塌现象。

经过对探矿坑道进行系统调查，绝大部分地段无脱邦、冒顶现象，无需支护，只有在风化裂隙发育的坑口地段作少量支护即可。

较为有利。

地表容许塌陷。

3、矿区环境地质

矿区位于松潘—甘孜褶皱系摩天岭加里东褶皱带阳平关褶皱束，北侧有勉县—阳平关大断裂的分枝断裂燕子砭—花石沟断裂穿过，地质构造比较复杂。

据有关文献资料，解放前260余年间，广元地区记录有感地震18次，其中本地区发生的仅11次。

解放后1957—2006年7月，地震仪测得本地区地震21次，仅两次达4级，无破坏或破坏很轻。

从区域上看，本区为地震基本烈度小于Ⅶ度的次稳定—次不稳定区。

太阳坪矿区范围，出露地层主要为志留系黄坪组地层，其岩石类型主要为千枚岩、斑状千枚岩、（方解石）石英岩、大理岩，，岩石稳定性尚好；地层倾向北北西，倾角一般在50°-65°，坡面多倾向北西或南东，局部倾向南东，坡角一般在30°-40°，地形较陡，冲沟较发育，但植被发育，年降雨量一般。

据历史记载，滑坡和泥石流灾害比较频繁，破坏性较大。

目前，因无序民采，局部地表已有崩塌现象，但无滑坡和泥石流发生。

在今后矿山开采过程中，有可能因废渣堆放不规范和突发洪水而引起泥石流发生，冲毁下游便道，但对河道两侧高处居民影响不大。

4、矿床开采工业指标

参照《矿产工业要求参考手册》和同类矿床的有关一般工业要求，确定出该矿锂辉石矿床工业指标如下：

矿石边界品位：

Li2O0.5%；

最低工业品位：

Li2O0.7%；

最小可采厚度：

1.8m；

夹石剔除厚度：

≥2.0m。

三、采矿方法选择

1、采矿方法初选

根据给定的矿体地质条件，开采技术条件，选择出在技术上可以，经济上合理，保证工人安全生产的全部采矿方法，对于这些初选的3～5个采矿方法，即不能遗漏，也不能将明显不合理的采矿方法选进来。

如遗漏有可能丢掉最优方案，如将明显不合理的采矿方法选进来，增加了方案比较的工作量，初选采矿方法要求确定好采矿方法各部分的结构和参数，主要凿岩、出矿设备型号，并按比例做出采矿方法草图。

根据上述提供的矿床地质及开采技术条件资料，综合分析可以总结出该矿床有如下特点：

1该矿床属急倾斜矿床（矿体倾角70°左右）、薄矿体（厚度0.43—1.13m，平均厚度0.86m）。

2就全矿区而言，大部分岩、矿石呈致密块状，质地坚硬，裂隙不发育，多数地段岩石稳定性较好，对采矿施工较为有利。

可以知道该矿岩均较稳固。

根据矿床条件：

急倾斜、薄矿体、矿岩均较稳固可以初步选择采矿方法：

留矿采矿法、分段矿房法、垂直深孔落矿阶段矿房法、上向倾斜分层充填采矿法。

2、采矿方法技术经济分析

参考类似矿山的技术经济指标，对下列指标进行选取并比较：

矿块生产能力，矿石损失贫化指标，劳动生产率，主要材料消耗，采切比，劳动强度，安全程度，工作环境等，通过比较以上指标，删去一些较差和相对较差的采矿方法，在删减的过程中，各采矿方法的优缺点要分清主次，具体矿床具体考虑，最后剩下2~3个难以区别优劣的采矿方法参加下一步的比较。

初步进行简要的技术经济分析，分析指标见下表一，

表一:

适用条件

优点

缺点

留矿采矿法

围岩和矿石均稳固；矿体厚度以薄和极薄矿脉为宜；矿脉倾角以急倾斜为宜；矿石无结块和自燃性。

留矿法具有矿块结构及生产工艺简单，管理方便，可利用矿石自重放矿，采准切割工程量小等优点。

安全性较差；平场作业难于实现机械化，劳动强度大；积压大量矿石，影响资金周转。

分段矿房法

矿石和围岩中等稳固以上的倾斜和急倾斜厚矿体

使用高效率的无轨装运设备，应用时灵活性大，回采强度高。

可立即回采矿柱和处理采空区

采准工作量大；每个分段都要掘分段运输平巷、切割巷道、凿岩平巷等

水平深孔落矿阶段矿房法

急倾斜的厚大矿体或中厚矿体；急倾斜平行极薄矿脉组成的细脉带

回采强度大，劳动生产率高，采矿成本低，坑木消耗

少，回采作业安全

矿柱矿量比重较大（35-60%），回采矿柱的贫化损失大，采准工作量大

上向倾斜分层充填采矿法

矿体形态规整，中厚以下矿体，倾角应大于60°-70°

矿石损失贫化低，保持岩层稳定，可机械化充填。

充填系统复杂且成本高，阶段间矿柱回采困难，劳动强度大，生产效率低。

从分析比较表一中对各种采矿方法的评价可以得出以下结论:

首先上向倾斜分层充填采矿法上向倾斜分层充填法除了采准工作量大，同时是多间断循环作业，需建立充填系统，充填系统复杂且成本高，阶段间矿柱回采困难，劳动强度大，生产效率低，它所使用的条件较严格，矿块生产能力受到限制，并且随着现代机械化程度的提高，这种方法越来越少被采用，故不宜采用。

其次对于分段矿房法，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，故在此也不宜采用。

最后留矿采矿法和垂直深孔落矿阶段矿房法相对以上所述两种方法都具有一些优越性。

综上所述，把留矿采矿法和垂直深孔落矿阶段矿房法进行下一步的比较：

第一方案为有间柱和顶底柱留矿法，采用YSP45型气腿式凿岩机，钎头直径：

40mm，炮孔深度：

2m，凿岩机效率：

40m;第二方案为水平深孔阶段矿房法，采用YG40型气腿式凿岩机，钎头直径：

50mm，炮孔深度：

15m，凿岩机效率：

40m。

两个方案的技术经济比较如下：

A．有间柱顶底柱留矿法：

确定其结构参数为：

阶段高度为50m，矿块长度为48m,底柱高6m，先行天井，顺路天井尺寸为2×3m,间柱6m，漏斗间距6m，斗劲2×2m回风巷道，阶段运输巷道尺寸2×3m.联络道2×2×3m，采切工程量计算如下：

表二

采矿方法综合分析比较：

采准工程量：

（

（1）天井工程量：

2×2×50=200m3

（2）巷道工程量：

2×3×48=288m3

（3）联络道工程量：

2×2×2×21+2×1×2=172m3

（4）斗劲工程量：

2×2×2×7=56m3

采准工程量=天井工程量+巷道工程量+联络道工程量+斗劲工程量=200+288+172+56=716m3

切割工程量：

（1）拉底巷道工程量：

2×48×3.8=364.8m3

（2）劈漏工程量：

16（劈漏量/个）×7=112m3

切割工程量=拉底巷道工程量+劈漏工程量=364.8+112=476.8m3

采准比:

采准工程量/矿块采出体积=716/（42×43×3.67+21×3×2+22×3×2+2×2×2×7+2×3×48）=0.09

切割比：

切割工程量/矿块采出体积=476.8/（42×43×3.67+21×3×2+22×3×2+2×2×2×7+2×3×48）=0.07

采切比：

（采准工程量+切割工程量）/矿块采出体积=（716+576.32）/（42×43×3.67+21×3×2+22×3×2+2×2×2×7+2×3×48）=0.156

损失率：

q=Q1/Q=（48×50×3.67-42×43×3.67+21×2×2+22×3×2+2××2×7+2×2×48）/（48×50×3.67）=0.19

B．水平深孔阶段矿房法：

确定其结构参数为：

阶段高度为50m，矿块长度为40m,底柱高8m，顶柱厚6m，间柱10m，先行天井，顺路天井尺寸为2×3m,回风巷道，阶段运输巷道尺寸2×3m.漏斗间距6m，斗劲2×2m，拉底巷道2×3.67m，采切工程量计算如下：

采准工程量：

（1）天井工程量：

2×3×50=300m3

（2）巷道工程量：

2×3×40=240m3

（3）联络道和凿岩硐室工程量：

2×2×3×20+3×3×4×20=960m3

（4）斗劲工程量：

2×2×2×5=40m3

采准工程量=天井工程量+巷道工程+联络道和凿岩硐室工程量+斗劲工程量=300+240+960+40=19000m3

切割工程量：

2×40×3.67+32（劈漏V/个）×5=501.6m3

采准比：

采准工程量/矿块采出体积=1900/（32×30×3.67+2×2×3×20+3×3×4×20+2×3×50+2×3×40+2×2×2×5+32×5）=0.41

切割比：

切割工程量/矿块采出体积=501.6/（32×30×3.67+2×2×3×20+3×3×4×20+2×3×50+2×3×40+2×2×2×5+32×5）=0.1

采切比：

（采准工程量+切割工程量）/矿块采出体积=（1900+501.6）/（32×30×3.67+2×2×3×20+3×3×4×20+2×3×50+2×3×40+2×2×2×5+32×5）=0.5

q=Q1/Q=40×50×3.67-（0×3.67+2×2×3×20+3×3×4×20+2×3×50+2×3×40+2×2×2×5+32×5）/（40×50×3.67）=28.8%

（3）每米炮孔崩矿量

Q=waη0γ（1-k）/（1-γ1）

式中：

w－炮孔最小抵抗线，m。

a－炮孔间距，m。

η0－炮孔利用率，%。

γ矿石体重，t/m3。

k－矿石损失率，%。

γ1－矿石贫化率，%。

方案一：

Q1=waη0γ（1-k）/（1-γ1）=0.95×0.95×0.8×3.128×（1-0.05）/（1-0.403）=4.33t/m

方案二：

Q2=waη0γ（1-k）/（1-γ1）=1×2×0.8×3.128×（1-0.184）/（1-0.559）=9.26t/m

因此方案一的炸药消耗较少，从而直接成本更低。

综上所述，浅孔留矿法的回收率更高，贫化率更低，直接成本更低。

所以选择浅孔留矿法。

表二：

法

方

矿

采

标

指

济

经

术

技

损失率

（%）

贫化率

（%）

矿块生

产能力

（%）

炸药

单耗

kg/t

矿块工人劳

动生产率（吨/工班）

木材消耗量

m3/t

留矿法

2.6

——

128.7

0.88

8.2

——

水平深孔阶段矿房法

29.28~

49.55

——

273

0.574

21.31

——

四、留矿法采矿方法的单体设计

1、结构和参数

矿块结构主要参数包括阶段高度、矿块长度和宽度、矿柱尺寸及底部结构等。

阶段高度应根据矿床的勘探程度、围岩稳固情况、矿体倾角等因素来确定。

总结我国应用留矿法的经验，确定阶段高度为50m，矿块长度为50m，间柱宽为6m，顶柱厚2m，底柱高5m

2、采准工作

采准工作主要是掘进阶段运输巷道、先进天井（作为行人、通风之用）、联络道、拉底巷道和漏斗颈等。

先进天井布置在间柱中，在垂直方向上每隔5m掘联络道，与两侧矿房贯通。

在矿房中每隔6m，设一个漏斗，部放矿结构为2m×2m，漏斗面倾角为45°。

为了减少平场工作量，漏斗应尽量靠近下盘。

由于采用浅孔落矿，一般不设二次破碎水平，少量大块直接在采场工作面进行破碎。

3、切割工作

切割工作比较简单，以拉底巷道为自由面，形成拉底空间和辟漏，它的作用是为回采工作开辟自由面，并为爆破创造有利条件。

拉底高度确定为2m，拉底宽度等于矿体厚度。

拉底和辟漏的施工，根据该矿体的厚度，采用有底柱拉底和辟漏同时进行的切割方法，其步骤如下:

（1）在运输巷道一侧以40°～50°倾角，打第一次上向孔，其下部炮孔高度距巷道底板1.2m，上部炮孔在巷道顶角线上与漏斗侧的钢轨在同一垂直面上;（图二中1）

（2）爆破后站在矿堆上，一侧以70°倾角打第二次上向孔（图二中2）。

第二次爆破后将矿石运出，架设工作台再打第三次上向孔。

装好漏斗后爆破（图二中3）并将矿石放出，继续打第四次上向孔（图二中4），爆破后漏斗颈高可达4～4.5m。

（3）在漏斗颈上部以45°倾角向四周打炮孔，扩大斗颈，最终使相邻斗颈连通，同时完成辟漏和拉底工作（图二中5、6、7）。

4、回采工作

留矿法的回采工作包括：

凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶平场、大量放矿等。

回采工作自下而上分层进行，分层高度为3m，采场宽度为矿体厚度。

凿岩

采用上向炮孔，分梯段作业，梯段长度为10m，根据本矿体厚度和矿岩分离的难易程度选择炮孔布置形式为平行排列（如下图所示）。

平行排列适用于矿石坚硬，矿体与围岩接触界限不明显或难于分离的厚度较大的矿脉。

爆破

一般采用铵油炸药或硝铵炸药爆破，用导火线点燃火雷管超爆，而电雷管应用得不普遍。

最小抵抗线W=（25--30）D=30*45=1.35m

炮孔间距A=（1—1.5）*W=2m

每米炮孔崩矿量Q=WANR（1-K）÷（1-R）=5.16t

通风

因爆破凿岩作业产生的粉尘中游离二氧化硅粒子含量很高，对健康危害较大，因此在采掘工作面空气中的含氧量不得少于20%，风速不得低于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，由下风流方向的天井排到上部回风巷道。

局部放矿

采用重力放矿。

在局部放矿时，放矿工人应与平场工人密切联系，按规定的漏斗放出所要求的矿量，以减少平场量和防止在留矿堆中形成空硐。

如果发现已形成空硐，应及时采取措施处理，其处理方法有爆破震动消除法、高压水冲洗法、采用土火箭爆破法消除空硐、从空硐两侧漏斗放矿，使悬空的矿石垮落。

平场、撬顶和二次破碎

为了便于工人在留矿堆上进行凿岩爆破作业，局部放矿后应将留矿堆表面整平，这叫平场。

平场时，应将顶板和两帮已松动而未落下的矿石或岩石撬落，以保证后续作业的安全，这叫撬顶。

崩矿和撬顶时落下的大块，应在平场时破碎，以免卡塞漏斗，这叫二次破碎。

最终放矿及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，即放出存留在矿房内的全部矿石。

放矿时，应避免存留矿石中产生空洞或悬拱现象。

在放矿时如漏斗堵塞，应及时处理，以提高放矿强度，防止围岩片落，减少二次贫化。

参考文献：

1、解世俊主编金属矿床地下开采冶金工业出版社，1984

2、采矿设计手册

3、采矿手册