第七章采矿方法.docx

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第七章采矿方法

第七章采矿方法

7.1矿床地质及开采技术条件

7.1.1矿岩的稳固性分析

矿区是一个以铜为主的综合性矿床，自上而下表现为钨矿体、铁矿体、铜矿体。

铜矿床的成因类型为以中温为主的热液型矿床。

本区矿体产于层间断裂破碎带中，工程地质条件差，多数矿体及围岩属于不稳固或极不稳固，坑道易片帮、冒顶，易产生变形。

黄铁黄铜矿及含铜页岩等矿体，工程地质条件相对较好。

矿体直接顶板为石炭系壶天群硅化破碎砂岩、碳酸盐岩类，岩石经硅化胶结后具有硬、脆、碎的性质，抗压强度100MPa～150MPa；局部地段顶板为岩溶洼地堆积物、赤铁矿和破碎花岗斑岩等，岩石软弱，遇水易软化，稳定性差，抗压强度20MPa～50MPa。

矿体底板为石炭系梓山组泥质页岩、炭质页岩、砂质页岩和粘土岩等，易吸水膨胀、松散，稳定性差，抗压强度60MPa。

7.1.2矿体特征分析

Ⅴ号矿体为矿区规模最大的原生硫化铜矿体，21.11%的资源储量分布于目前矿山开采区－235m标高以上，78.89%分布于本次设计范围—矿区深部－235m标高以下。

该矿体位于矿区中部19～63线，受F3（19～43线）和F1（47～63线）断裂破碎带控制，全长1200m，赋存在梓山组上段（C1z2）中部，矿体一般呈较厚的似层状，在27线附近为透镜状。

从39线往西，矿体分成两支：

浅部和深部矿体。

浅部矿体较小，仅延至51线；深部矿体则延至63线，且厚度较大。

Ⅴ号矿体埋藏深度0～－500m标高，一般都在－450m标高以上；矿体沿倾向延伸长度以27～39线较大，35线最大达580m；矿体倾角一般40°～45°，深部稍有变缓的趋势。

矿体厚大部分在27～31线一带，最大厚度62.58m，一般厚10～30m，平均14.69m。

矿体围岩以细砂岩和粉砂岩居多。

7.1.3矿石特征分析

矿石中主要有用组分为Cu。

伴生有益组分主要为Au、Ag，可回收利用，伴生有害组分为Zn、As，含量较低，一般不影响产品质量。

矿石结构有晶粒结构，半自形，他形粒状结构，镶嵌结构、固熔体分离结构、溶蚀交代、再结晶结构、压碎结构、次文象、次反应边结构。

矿石构造主要有散染状、块状、角砾状、胶状、环带状、网状、细脉状构造等。

矿石自然类型为原生硫化矿石和次生硫化矿石。

矿石工业类型为铜硫矿石。

7.1.4矿石的含水性、氧化性、自燃性、结块性

矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、辉铋矿、硫铜铋矿、蓝辉铜矿和β辉铜矿、赤铁矿等；脉石矿物均主要为石英、菱铁矿、方解石、绿泥石、高岭石。

由于矿石含硫较高，且胶状黄铁矿含量在原生矿中较大，矿山的实践表明、胶状黄铁矿与空气接触易氧化发热，有时甚至可能自燃着火。

7.1.4矿床工业指标

铜矿边界品位0.3%，最低工业品位0.5%；

单硫边界品位8%，最低工业品位10%；

最小可采厚度1m；

最大允许夹石厚度2m。

7.2采矿方法选择

7.2.1采矿方法选择原则

（1）安全。

选择的采矿方法必须保证工人在采矿过程中能够安全生产，有

良好的作业条件，能使繁重的作业实现机械化；同时也要保证矿山能够安全持续生产，防止采矿引起的地质灾害；

（2）矿石贫化小。

选择的采矿方法要贫化小，矿石质量高，有利于尽量降

低开采成本；

（3）矿石回采率高。

矿产资源是有限且不能再生的，因此要选择高回采率

的采矿方法，以充分利用地下资源；

（4）生产效率高。

要尽可能选择生产能力大和劳动生产率高的采矿方法。

尽量降低贫化率，提高矿石出矿品位；

（5）采矿工艺简单、技术成熟可靠；

（6）矿块生产能力大，劳动生产率高；

（7）遵守有关法规的要求。

采矿方法选择必须遵守矿山安全、环境保护和矿产资源保护等法规的有关规定。

7.2.2采矿方法初选

根据拟定的采矿方法选择原则、矿体赋存特征、开采技术条件。

本次设计的Ⅴ号矿体深部开采范围内的矿体规模较大，但品位不是很高。

本区矿体产于层间断裂破碎带中，工程地质条件差，多数岩（矿）体不稳固或极不稳固，坑道易片帮冒顶，易变形，对安全生产和坑道维护十分不利。

为此根据地压的干礼以及矿石围岩的物理力学性质首先排除空场采矿法。

剩下的充填采矿法和崩落采矿法。

Ⅴ号矿体倾角40°～45°，属于倾斜矿床。

矿体一般厚10～30m，平均14.69m，属于中厚矿体。

根据矿体的倾角及厚度对采矿方法选择的影响，这里可以选择使用分段充填法、分层充填法、阶段充填法、分段崩落法、分层崩落法。

但是Ⅴ号矿床的矿石和围岩中含硫高，且胶状黄铁矿含量在原生矿中较大，这样容易氧化结块，有自然和发火的倾向。

而且地表不允许崩落。

因此崩落采矿法在本矿山使用是不合理的。

根据矿体的地质条件和采矿技术条件选择合适的采矿方法，具体见采矿方法初选表7—1。

表7—1采矿方法初选表

序号

主要的地质条件和开采技术条件

较为适合的采矿方法

排除的采矿方法

名称

特征

1

地表允许崩落的可能性

不允许崩落

空场法、充填法

崩落法

2

矿石的稳固性

不稳固

空场法、充填法

3

围岩的稳固性

不稳固

充填法

空场法

4

倾角及平均厚度

40°-45°

下向分层胶结充填法分段胶结充填法　　　分段空场嗣后胶结充填法

其他的充填采矿法

5

14.69m

6

矿石的品味

铜的品味0.5%

下向分层胶结充填法

分段胶结充填法　　　分段空场嗣后胶结充填法

7

矿石的自燃性与结块性

有自然和结块性

下向分层胶结充填法

分段胶结充填法　　　分段空场嗣后胶结充填法

8

生产能力

1200t/d

分段胶结充填法　　　分段空场嗣后胶结充填法

下向分层胶结充填法

通过上面初步的综合比较分析以下两种方案可供选择：

方案Ⅰ：

分段胶结充填法

方案Ⅱ：

分段空场嗣后胶结充填法

为了能够选出一种适合本矿床最佳的采矿方法，下面就这两种采矿方法的做进一步分析比较。

7.2.3采矿方法初选方案的参数设计

7.2.3.1（方案Ⅰ）分段胶结充填法

7.2.3.1.1分段胶结充填法简单设计

（1）方案特点

分段充填采矿法是基于硬岩矿物地下开采的相关技术及先进的配套装备开发的一种兼有空场采矿法的高强度、高效率、低成本和分层充填采矿法的低贫化损失、适应性强、作业安全的一种成矿法。

该法在一些矿山进行了试验研究和应用，取得了较好的效果。

这种采矿方法，采准切割采用浅孔凿岩设备，回采凿岩采用中深孔凿岩设备，两层合并时为典型的中深孔凿岩爆破。

也能够满足1200t/d的生产能力。

（2）矿块布置结构参数

矿体水平厚度小于15m左右时，矿块沿走向布置，不分矿房、矿柱；当矿体水平厚度大于15m时，矿块垂直走向布置，每个矿块分为矿房、矿柱，两步骤回采。

矿块垂直矿体走向布置时，矿块宽20m，高45m，长为矿体水平厚度，分成矿房、矿柱，两步骤进行回采。

矿房、矿柱各宽10m。

当矿岩稳定性逐步变好时，矿块宽度可适当加大。

矿房不留顶柱，底柱高5m，底柱以上设有4个凿岩出矿分段，分段高度约为10m。

（3）采准工作

采准工作主要有采准斜坡道、充填井、充填井联络道、凿岩巷道、充填道、下盘沿脉巷道、溜井、溜井联络道、充填体挡墙等工程，具体说明如下：

①采准斜坡道：

在下盘围岩较为稳固的地方布置一条中段采准斜坡道。

在中段近矿运输巷道上方每隔10m，布置无轨分段运输平巷，并用联络道与采准斜坡道沟通。

②溜矿井：

布置在中段穿脉运输巷道和分段平巷旁，溜矿井间隔50m布置，断面为直径为Ф2.2m，倾角90°。

溜矿井与上部各无轨分段运输平巷相连，将铲运机卸下的矿石溜至中段运输坑道。

③凿岩巷道、下盘沿脉巷道：

沿无轨分段运输平巷每隔20m垂直矿体走向布置分段凿岩、下盘沿脉出矿巷道。

④充填井：

在矿块顶板开凿充填天井连接各分段凿岩、出矿坑道。

这里的充填井可以兼做回风天井。

充填井规格1.8

2.5m。

（4）切割工作

切割工作主要是切割平巷和切割天井。

在分段回采之前沿切割平巷和切割天井拉切割槽。

（5）回采工作

矿块分为两步进行回采。

第一步采矿房，第二步采矿柱。

分段高度为10m，分段凿岩，分段出矿，分段充填。

（6）回采工艺

分段回采工艺主要包括凿岩、装药爆破及通风、出矿、充填等主要工艺。

①凿岩：

选用YGZ90型中深孔凿岩机配TJ25台架。

每个采场1台工作，两个采场共用1台备用。

②炮孔布置：

切割横巷中围绕切割天井钻凿垂直平行中深孔，排距1.1m，爆破后以形成切割槽。

凿岩坑道中布置扇形中深孔，孔径65mm排距1.3m~1.6m，孔底距1.6m。

③装药：

采用FZY—100型风动装药器，非电导爆管起爆。

④通风：

新鲜风流由斜坡道经无轨分段平巷，分段凿岩出矿坑道进入采场工作面，污风由采场回风充填天井和穿脉平巷排入上中段回风充填平巷。

为改善采场工作面通风条件，必要时可以安装KJ—62型局扇（5.5kw）加强通风。

⑤出矿：

选用WJD－2.0型电动铲运机。

⑥充填：

采用尾砂胶结充填。

每个分段进行充填，确保顶板稳定。

7.2.3.1.2分段胶结充填采矿方法三视图（图7-2）

图7-2分段胶结充填采矿方法三视图

7.2.3.2（方案Ⅱ）分段空场嗣后胶结充填法

7.2.3.2.1分段空场嗣后胶结充填法简单设计

（1）方案特点

嗣后充填采矿法是指矿房和矿柱回采后，嗣后一次充填采空区的采矿方法。

当矿体水平厚度小于15m时，矿块沿走向布置，不分矿房、矿柱；当矿体水平厚度大于15m时，矿块垂直走向布置，每个矿块分为矿房、矿柱，两步骤回采。

（2）矿块布置结构参数

矿块垂直矿体走向布置时，矿块宽25m，高45m，长为矿体水平厚度，分成矿房、矿柱，两步骤进行回采。

矿房、矿柱各宽12.5m，在矿房垂直矿体走向的方向，间隔20m~25m左右布置回采单元，回采单元之间留有4m厚的间柱，作为永久损失；当矿岩稳定性逐步变好时，回采单元可适当加大，回采单元间柱甚至可以不予设置。

矿房不留顶柱，底柱13m（其中堑沟式底部结构高8m），底柱以上设有4个凿岩分段，分段高度为8m。

当矿块沿走向布置时或回采矿柱时，矿块构成要素基本相同。

（3）采准工作

①人行通风井：

每隔50m设置2条，由相邻两个矿块共用，分别设在出矿巷道两端，两条井在矿块顶、底板围岩里与各分段凿岩坑道和穿脉运输坑道均相连，前端的人行通风井用作各采场作业人员和设备材料的进出，尾部的人行通风井主要作为安全行人、回风井使用。

②出矿巷道及装矿横巷：

在矿块中央穿脉运输巷上部从前端的人行通风天井掘出矿巷道至尾部人行通风井，并每间隔8m~10m掘进装矿横巷，装矿横巷与堑沟巷道相连，保证铲运机的出矿作业。

③溜矿井：

在穿脉运输巷道中掘一条溜矿井与上部出矿巷道相连，将铲运机卸下的矿石溜至中段运输坑道。

④堑沟巷道：

在装矿横巷的端部、矿房中央掘进一堑沟巷道，在其中钻凿扇形中深孔，爆破后形成堑沟底部结构。

⑤分段凿岩坑道及分段联络道：

在底部结构以上每间隔8m为一分段掘凿岩巷道和分段联络道，在凿岩巷道中钻扇形中深孔进行回采作业，而每一矿房凿岩坑道经分段联络道相连以方便各矿块人员设备通行。

（4）切割工作

切割天井和切割横巷：

在矿房的分段凿岩巷道中，每回采单元掘一连通上下分段的天井，作为切割槽形成的初始自由空间，并在天井下部垂直分段凿岩巷道掘出切割横巷。

（5）回采工作

①凿岩选用YGZ90型中深孔凿岩机配TJ25台架。

每个采场1台工作，两个采场共用1台备用。

②炮孔布置：

切割横巷中围绕切割天井钻凿垂直平行中深孔，排距1.1m，爆破后以形成切割槽。

凿岩坑道中布置扇形中深孔，孔径65mm，排距1.3m~1.6m，孔底距1.6m。

③爆破：

采用导爆管和非电雷管复式起爆网络，导爆管敷设至孔底，非电雷管设置在孔口的起爆药包内。

爆破采用铵油炸药，以BQ50型装药器装药。

一次爆破3~4排炮孔，排间采用延时分段起爆。

④出矿：

电动铲运机铲装后出矿，矿石直接卸入采场设置的溜矿井溜至中段运输穿脉。

⑤采场通风：

主要依靠贯穿风流通风，进入中段运输巷道的新鲜风流经穿脉、人行材料通风井进入装矿巷道和各分段凿岩坑道，清洗工作面后，由尾部回风天井汇入上中段回风巷并排出地表，在粉尘浓度较大的溜井卸矿处及爆破后的装矿巷道内由KJ62型局扇（5.5kw）加以辅助通风。

⑥充填：

在采场每一个回采单元中，采、出矿石完成后必须及时进行充填准备和充填，充填准备主要包括分段凿岩巷道和装矿横巷的封堵、采场充填管路的铺设，通讯和照明设施的接入和检查等。

7.2.3.2.1分段空场嗣后胶结充填法三视图（图7-4）

图7-4分段空场嗣后胶结充填法三视图

7.2.4采矿方法技术经济比较

下面是初步所选的两种采矿方法（方案Ⅰ：

分段充填采矿法；方案Ⅱ：

分段空场嗣后充填采矿法）的简单技术经济比较，数据主要参照《现代采矿手册》中册地下开采中类似矿山的经验，同时也结合本次设计的地质资料和设计参数进行了简单的估算。

表7—2采矿方法技术经济

项目

单位

方案Ⅰ

方案Ⅱ

项目

单位

方案Ⅰ

方案Ⅱ

矿块布置形式

垂直走向布置

垂直走向布置

主要技经指标

矿块综合生产能力

t/d

160

200

矿块构成要素

长

m

矿体水平厚度

矿体水平厚度

损失率

%

18

18

宽

m

25

20

贫化率

%

11

10

中段高

m

45

45

凿机效率

45m/台班150t/台班

45m/台班

150t/台班

顶柱

m

/

/

出矿效率

t/台班

150t/台班

150t/台班

底柱

m

13

5

千吨采切比

m3/kt

70.92

56.14

回采工艺

凿岩

（中深孔）YGZ-90

（中深孔）YGZ-90

采矿成本元

／t

29.29

25.47

炸药消耗量

kg／t

0.40

0.32

出矿

1.5m3电动铲运机

1.5m3电动铲运机

木材消耗量

m3／kt

0.013

0.0015

水泥消耗量

kg／m3

35

28

充填

单元回采嗣后充填

分段嗣后充填

钢筋单耗

kg／t

1.4

0.9

优缺点比较

优点

方案Ⅰ

贫化、损失指标相对较小。

方案Ⅱ

1、矿块生产能力高，能够满足1200t/d的生产能力；

2、生产效率高；

3、采矿成本和年经营费较低。

缺点

方案Ⅰ

1、矿块的生产能力低，无法满足1200t/d的生产能力；

2、充填管理复杂，这样就会提高成本；

3、生产循环时间较长，生产效率低。

方案Ⅱ

1、贫化、损失指标相对最高。

2、回采管理较复杂。

综合上表的分析比较，方案Ⅱ的“分段空场嗣后胶结充填法”明显具有一定的优势。

为了能满足矿山1200t/d的生产能力，降低成本，有效的提高劳动生产率。

所以本次设计最终确定采用方案Ⅱ的中深孔“分段空场嗣后胶结充填法”。

7.3采矿方法简述

7.3.1采场构成要素

矿块垂直矿体走向布置时，矿块宽25m，高45m，长为50m，分成矿房、矿柱，两步骤进行回采。

矿房、矿柱各宽12.5m。

矿房不留顶柱，底柱13m（其中堑沟式底部结构高8m），底柱以上设有4个凿岩分段，分段高度为8m。

7.3.2采准切割工作

7.3.2.1采准切割布置

矿块内每12.5m垂直矿体走向布置一条规格为2.0m×2.0m的电耙巷道,电耙巷道两侧交错布置规格为2.0m×2.0m的人行天井,分别与各分段巷道相通,分段凿岩巷道规格为2.8m×2.8m,矿块内设有溜矿井,溜矿井规格为2.0m×2.0m。

表7-4采切工作设备数量表

序号

用途

设备名称及型号

单位

数量

同时工作数

备用数

总数

1

凿岩

YGZ-90型中深孔凿岩机配TJ25台架

台

1

1

2

2

装药

BQ50A型装药器

台

1

1

2

3

出矿铲运机

WJD－1.5型电动铲运机

台

8

4

2

4

放矿井

FZC1.8/0.9—1.5振动放矿机

台

1

1

1

7.3.2.2采准切割巷道情况

表7-5矿块采准切割布置情况

序号

巷道名称

断面尺寸m2

断面积

形状

每矿块应布置数量

长度（m）

工程量（m3）

1

人形通风井

2.8×2.8

7.84

方形

2

45

2

分段凿岩巷道

2.8×2.8

7.84

方形

4

25

3

下盘沿脉平巷

2.2×2.5

5.5

拱形

2

50

4

矿石溜井

2×2

4

方形

1

45

5

出矿巷道

3.5×3.5

17.75

拱形

2

50

6

出矿进路

3.5×3.5

17.75

拱形

1

10

10

回风道

2×2

4

方形

2

25

11

切割井

2×2

4

方形

1

45

7.3.3主要回采工艺

矿块分矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱。

在矿房和矿柱所划分的每一回采单元内，分段凿岩、阶段出矿，嗣后在单个回采单元内，一次全尾砂高水胶结充填。

主要回采工作包括：

凿岩、装药爆破、通风、装载出矿、胶结充填等工序。

当沿脉运输平巷设置在矿体的顶板时，沿矿块底板向顶板方向后退式回采，当沿脉运输平巷设置在矿体的底板时，沿矿块顶板向底板方向后退式回采。

7.3.4分段空场嗣后胶结充填采矿法主要技术经济指标

（1）矿块综合生产能力200t/d

（2）中深孔凿岩机台班效率38m/台班

（3）铲运机出矿效率150t/台班

（4）综合损失率20%

（5）综合贫化率10%

（6）千吨采切比56.14m3/kt、8.65m/kt

7.3.5分段空场嗣后胶结充填采矿法（三视图）

1—分段巷道；2—出矿进路；3—溜井；4—炮孔；5—穿脉；6—阶段运输平巷；7—充填体