金屬礦深部開采

目錄1.地質(zhì)特征 31.1礦體地質(zhì)特征 31.2礦石質(zhì)量特征 31.3水文地質(zhì) 31.4工程地質(zhì) 32.礦床的開拓 42.1階段高度 42.2開拓方案選擇 42.3工業(yè)場地選擇原則 53.采礦方法 63.1采礦方法選擇的原則 63.2影響采礦方法選擇的因素 63.3初選采礦方法 74.巷道掘進斷面設(shè)計 84.1巷道斷面形狀選擇 84.2斷面尺寸 94.3爆破方案 114.4作業(yè)循環(huán)圖表 135礦井通風 145.1礦井通風系統(tǒng)的基本要求 145.2礦井通風系統(tǒng)宏觀構(gòu)建方案的擬定 145.3通風方式與通風系統(tǒng)的確定 155.4需風量計算 15致謝 18主要參考文獻 19有色金屬礦-60~-90開采范圍采礦設(shè)計1.地質(zhì)特征1.1礦體地質(zhì)特征本設(shè)計為階段開采設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)有資料，礦體走向近乎東西向，傾角隨巖體接觸面起伏0°~70°不等，0-1#礦體長700m，寬250m，平均厚度1.49m；礦體的圍巖除接觸矽卡巖底板為花崗閃長巖外，多數(shù)是中上泥盆系的碳酸鹽類巖石。1.2礦石質(zhì)量特征礦石的自然類型以原生面狀矽卡巖礦為主，其次為脈狀矽卡巖礦及石英脈型礦。根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物共生組合關(guān)系，確定礦石的工業(yè)類型為銅鉛鋅矽卡巖型和石英硫化物類型。1.3水文地質(zhì)礦區(qū)屬于中等偏簡單的水文地質(zhì)類型。相鄰MM礦區(qū)水文地質(zhì)條件復雜，礦山經(jīng)多年生產(chǎn)實踐，采取了注漿帷幕、設(shè)置堵水墻和混凝土固化地表小溪及井下鉆孔超前探水等防治措施。1.4工程地質(zhì)礦區(qū)內(nèi)礦體直接圍巖皆為硬質(zhì)巖類，矽卡巖型礦體為本區(qū)主礦體，其底板為堅固的花崗閃長巖，頂板為矽卡巖、大理巖或大理巖化灰?guī)r；其它礦體的頂?shù)装宥酁榇罄韼r或大理巖化灰?guī)r，巖石一般較堅固，裂隙不發(fā)育，但在斷裂帶附近巖石裂隙較發(fā)育，斷裂帶中巖石較破碎，在礦體中和沒有斷層構(gòu)造影響的圍巖中節(jié)理裂隙不發(fā)育，經(jīng)取樣試驗圍巖強度介于64.2～259.3MPa間，其穩(wěn)固性較好。2.礦床的開拓2.1階段高度根據(jù)我國礦山實際，開采傾斜和急傾斜礦床時，階段高度采用40、50、60m.考慮到安全因素、回踩落礦的方便、以及地壓管理等因素，本次設(shè)計階段高度為30m，標高+60～-90m，本設(shè)計取-60—-90的開采范圍進行采礦設(shè)計。2.2開拓方案選擇由資料已知礦山總儲存量大約50.1萬t，從經(jīng)濟效益來判斷預計開采20年，那么礦床中深部開采設(shè)計生產(chǎn)能力為2.505萬t/a。按照一年工作日300天來計算，每天出礦量83.5t/d。據(jù)礦床賦存條件，地表地形條件，地表構(gòu)筑物的布置，礦山企業(yè)生產(chǎn)能力以及國民經(jīng)濟的需要，確定該礦床的可行性開拓方案：方案一：平硐與盲斜井聯(lián)合開拓方案二：平硐與盲豎井聯(lián)合開拓開拓方案技術(shù)經(jīng)濟比較開拓方案方案一方案二優(yōu)點1在基建工程方面，斜井石門較短2在井筒設(shè)備安裝方面，斜井井筒裝備較豎井簡單3在施工方面，斜井施工簡便，需要設(shè)備和裝備少，當斜井傾緩時成巷速度比豎井快4基建投資較豎井少1在基建工程量方面，豎井長度較斜井短2在地壓和支護方面，豎井所承受的地壓小，3豎井排水管路較斜井短4豎井井筒不易變形，提升過程中停工事故少，安全性較好缺點承受地壓較大各階段石門長，工程量大，產(chǎn)品礦石成本高，井筒裝備比較復雜根據(jù)初步分析和技術(shù)經(jīng)濟比較以及礦山地質(zhì)情況，圍巖條件比較穩(wěn)定，最終選擇平硐與盲斜井聯(lián)合開拓。2.3工業(yè)場地選擇原則（1）工業(yè)場地應(yīng)盡量位于儲量中心，使井下有合理的布局避免單翼開采，節(jié)省運輸及通風費用；（2）主副井筒布置在地質(zhì)條件較好的區(qū)域，確保井筒及井底車場的圍巖穩(wěn)定。（3）應(yīng)保證井巷出口位置及有關(guān)構(gòu)筑物不受山地滾石、山崩和雪崩等的危害。（4）占地盡量要少且交通方便；（5）應(yīng)考慮地表和地下運輸聯(lián)系方便，應(yīng)使運輸功最小，工程最小。（6）井巷出口位置應(yīng)有足夠的工業(yè)場地，以便布置各種建筑物，調(diào)車場、廢石場等，同時應(yīng)盡可能少占或不占農(nóng)田[1]；（7）工業(yè)場地的標高要高于礦區(qū)歷年最高洪水位；（8）巷道出口的標高應(yīng)在歷年最高洪水位3m以上。（9）綜合考慮礦井的前期及后期生產(chǎn)，在保證總體工程量小的前提條件下，盡量減少初期投資。3.采礦方法3.1采礦方法選擇的原則（1）保證工作安全和良好的工作條件；（2）礦石貧化小，滿足加工部門對礦石質(zhì)量的要求；（3）采礦工藝簡單、技術(shù)成熟可靠；（4）生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟效率高；（5）遵守有關(guān)法規(guī)要求。3.2影響采礦方法選擇的因素（1）地質(zhì)條件的影響因素①礦石和圍巖的穩(wěn)固性：如果礦石穩(wěn)固而圍巖不穩(wěn)固，采用崩落法、充填法較為有利。如果礦石穩(wěn)固性較差而圍巖穩(wěn)固，其他條件允許，可以考慮采用階段礦房法。當?shù)V巖都不穩(wěn)固時，可以考慮崩落法或下向分層充填法。②礦體產(chǎn)狀：礦體產(chǎn)狀主要指礦體傾角、厚度及形狀等。礦體的傾角主要影響礦石在采場內(nèi)的運搬方式。礦體厚度采礦法和落礦方式的選擇及礦塊的布置方式都有很大影響。③礦石品位及價值④礦體內(nèi)有用成分的分布及圍巖礦物成分：如礦體內(nèi)有用成分分布不均勻時，應(yīng)考慮使用分采的采礦方法，可將品位低的礦石或廢石作為礦柱。如果圍巖有礦化現(xiàn)象，則廢石混入率的限制可適當放寬，當圍巖礦物成分對選冶不利時，應(yīng)用廢石混入率小的采礦方法。⑤礦體賦存深度

⑥礦石和圍巖的自然性、放射性、結(jié)塊性和氧化性⑦地表是否允許陷落3.3初選采礦方法3.3.1方案初選圖3-1采礦方法選擇組別應(yīng)用條件空場采礦法全面采礦法薄和中厚的礦石和圍巖均穩(wěn)固的緩傾斜礦體房柱采礦法水平和緩傾斜的礦體、薄礦體和厚極厚礦體留礦采礦法礦巖穩(wěn)固，厚度薄和極薄，不易結(jié)塊和自然的急傾斜礦床階段礦房法礦巖穩(wěn)固的厚和極厚急傾斜礦體充填采礦法單層充填采礦法水平或緩傾斜薄礦體、頂板圍巖不允許崩落分層充填采礦法圍巖很不穩(wěn)固、圍巖和礦石很不穩(wěn)固、地表巖層需保護分采充填采礦法礦脈厚度很小，急傾斜和極薄礦脈崩落采礦法單層崩落法頂板巖石不穩(wěn)固、厚度一般小于3m的緩傾斜礦層分層崩落法礦石價值高、松散破，圍巖不穩(wěn)，傾角厚度能使假頂下移（產(chǎn)量低）分段崩落法穩(wěn)固在中等以上、急傾斜的厚礦體、可選性好需要剔除雜夾石的階段崩落法礦體厚度大、價值不高、不易結(jié)塊、氧化、自燃、中穩(wěn)根據(jù)礦山地質(zhì)情況，礦石的圍巖比較堅硬，穩(wěn)定性較好，不需要太多支護，而且礦脈厚度是極薄和薄礦體，且屬于急傾斜礦體，故應(yīng)該選擇空場采礦開采方法。3.3.2初步技術(shù)經(jīng)濟比較全面法是一種工藝簡單、采準和切割工程量小、生產(chǎn)效率高，成本較低的采礦方法。但是由于留下礦柱不回采，礦石損失率大，頂板暴露面積大，并要求嚴格的頂板管理和通風管理。房柱采礦法采切工作量?。换夭晒ば蚺c工作組織簡單；適于采用大型無軌設(shè)備，可實現(xiàn)機械化開采；工作面通風良好，作業(yè)安全；木材消耗少，采礦直接成本較低，礦房生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率都比較高；但是礦柱所占的礦量比重較大，而這些礦柱一般不予回收。階段礦房法回采強度大，勞動生產(chǎn)率高，采礦成本低，木材消耗少，回采作業(yè)安全。但礦柱礦量的比重較大，達到35%～60%，損失貧化也較大。留礦法具有結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝簡單，管理方便，可利用礦石自重放礦，采準工程量小等優(yōu)點。根據(jù)空場采礦法的應(yīng)用條件選用留礦采礦法。留礦采礦法如圖3-2：3-2普通留礦法4.巷道掘進斷面設(shè)計4.1巷道斷面形狀選擇選擇平巷斷面形狀，主要考慮的因素是：圍巖性質(zhì)、巷道地壓大小及來壓方向；巷道用途、服務(wù)年限；支架的材料與結(jié)構(gòu)以及巷道斷面利用率、施工難度及費用等。常見的巷道斷面形式有梯形、半圓形、三心拱、圓弧拱，圓形、橢圓形和馬蹄形等。斷面特征見圖4-1。圖4-1各種斷面巷道特征表斷面形式特征適用范圍梯形斷面利用率高，施工簡單，對不均勻地壓適應(yīng)性良好，但維修量大圍巖穩(wěn)固，地壓較小，跨度小于3~4m，服務(wù)年限較短的礦山半圓拱受力性能好，拱頂承受地壓能力大，但斷面利用率低，費用較高圍巖不夠穩(wěn)固，頂側(cè)壓較大，服務(wù)年限較長的礦山三心拱斷面利用率較高，掘砌費用較半圓拱低，當頂壓大時，易在拱頂及拱基處開裂圍巖中等穩(wěn)固，頂壓較小，服務(wù)年限較長的礦山圓弧拱介于半圓供與三心拱之間圍巖中等穩(wěn)固，頂壓小，無側(cè)壓或側(cè)壓小于頂壓，服務(wù)年限較長的礦山圓形、橢圓形、馬蹄形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可承受多方來的地壓，但斷面利用率低，施工復雜，掘砌費用高圍巖不穩(wěn)固，側(cè)壓和低壓大的礦山根據(jù)以上各個因素再結(jié)合本礦山的實際情況，最終平巷斷面形狀選擇三心拱。4.2斷面尺寸1）確定巷道斷面尺寸a確定巷道凈寬度B0考慮選用寬1050mm，高1600mm的電機車，YCC（1.2）礦車寬1050mm，高1200mm。軌距600mm。故運輸設(shè)備寬度b=1050mm。取安全間隙b1=340mm,取人行道寬度b2=800mm。故開挖凈寬度：B0=b1+b+b2=340+1050+800=2150mm為開掘方便，取B0=2200mm2）確定巷道凈高度H0拱高f0及參數(shù)。計算如下：f0=1/4B0=1/4*2200=550mm大圓半徑R=1901.89mm,小圓半徑r=383.34mm巷道凈墻高h2。選取h2=1800mm。巷道凈高度Ho。計算結(jié)果為：H0=f0+h2=550+1800=2350mm3）計算巷道凈斷面積SoS0=(h2+0.198B0)*B0=（1800+435.6）*2200=4.92m2確定巷道斷面尺寸巷道設(shè)計掘進寬度（無充填時）B1。B1=B0=2200mm巷道設(shè)計掘進高度H1。H1=H0=2350mm4）水溝設(shè)計選用倒梯形水溝，水溝深450mm，上寬400mm，下寬350mm，水溝凈斷面積0.169m2。巷道斷面圖如4-2：圖4-2巷道斷面圖4.3爆破方案采用直眼掏槽、光面爆破，孔徑37mm，菱型掏槽眼布置，使用2號巖石硝銨炸藥?？紤]到該巷道地質(zhì)條件穩(wěn)定，無水，少裂隙。為取得良好爆破效果，炮眼間距選取可在實際施工中在以下炮眼間距選取范圍內(nèi)浮動。圖4-3菱型掏槽眼布置圖周邊眼間距選取范圍400~600mm選取中間值500mm輔助眼間距選取范圍500~700mm選取中間值550mm掏槽眼間距選取范圍100~200mm選取中間值150mm菱型掏槽如圖4-3所示，在中硬巖中a取100mm，b取200mm，中心為兩個相距100mm的空眼，分兩段起爆。1）炸藥選用選取藥卷直徑為32mm，長200mm，自重150g的2號巖石硝銨炸藥進行爆破工作。根據(jù)實踐經(jīng)驗，巷道掘進采用光面爆破時，掏槽眼、崩落眼、控制光爆層的崩落眼和周邊眼（頂、幫）的每眼裝藥數(shù)量的比例大致為4：3：2：1。為控制底板漂高，每個底眼增加1~2個藥卷。由于炮孔深度超過1.0m，封泥長度不應(yīng)小于0.5m，故封泥長度取值：700~800mm。（封泥長度以實際施工中炮孔裝藥后，封泥填滿炮孔為準。）2）雷管選用采用導爆管毫秒雷管引爆。掏槽眼（1~2）使用1段毫秒雷管引爆，0秒延時。掏槽眼（3~4）使用2段毫秒雷管引爆，25秒延時。一圈輔助眼（7~14）使用3段毫秒雷管引爆，延時50毫秒。二圈輔助眼（15~29）使用4段毫秒雷管引爆，延時75毫秒。幫、頂眼（30~32、43~45、33~42）使用5段毫秒雷管引爆，延時100毫秒。底眼（46~54）使用6段毫秒雷管引爆，延時125毫秒。（數(shù)據(jù)選取自《礦山爆破》表4-12導爆管毫秒雷管段別及延期時間）圖表編制：見圖4-4圖4-4炮眼布置及裝藥參數(shù)（表）眼號炮眼名稱眼數(shù)/個炮眼深度/m裝藥量起爆順序連線方式裝藥結(jié)構(gòu)單孔小計卷/眼質(zhì)量/kg卷/個質(zhì)量/kg空眼22.0串連連續(xù)反向裝藥1~4掏槽眼42.060.9243.6Ⅰ5~10一圈輔助眼61.940.6243.6Ⅱ11~23二圈輔助眼131.940.6527.8Ⅲ24~2634~36幫眼61.930.45182.7Ⅳ27~33頂眼71.930.45213.15Ⅳ37~43底眼71.940.6284.2Ⅴ合計總裝藥量/kg25.05合計雷管使用數(shù)量/個82掏槽眼和輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)：掏槽眼和輔助眼反向裝藥，先將起爆藥裝入眼底，然后再裝被動藥包，最后裝滿炮泥，并且雷管和藥包的聚能穴一致朝向眼口。其爆轟波由里向外傳播，與巖石朝自由面運動方向一致，有利于反射拉伸波破碎巖石，同時起爆藥距自由面較遠，爆炸氣體不會立即從眼口沖出，爆炸能量能得到充分利用，因此取得良好爆破效果。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu):采用單段空氣柱式裝藥結(jié)構(gòu)，眼口炮泥必須填塞好，以使炸藥爆炸后空氣柱能起到緩沖作用，延長眼內(nèi)爆生氣體做工時間，將眼口部分巖石爆破下來，避免眼口出現(xiàn)“鼓包”現(xiàn)象。兩藥包的間隙距離一般不能大于該種炸藥在炮眼中的殉爆距離。圖4-5裝藥結(jié)構(gòu)圖工作面布置見圖4-6。圖4-6工作面布置圖4.4作業(yè)循環(huán)圖表作業(yè)循環(huán)圖表見圖4-7。圖4-7作業(yè)循環(huán)圖表5礦井通風5.1礦井通風系統(tǒng)的基本要求選擇任何通風系統(tǒng)，都要符合投產(chǎn)較快、出礦較多、安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟指標合理等總原則。具體地說，要適應(yīng)以下基本要求：（1）每個通風系統(tǒng)必須構(gòu)建一條以上與地表連通的進風巷道、一條以上與地表連通的回井道。同樣，每個采區(qū)必須構(gòu)建一條以上與礦井進風部分相連的進風聯(lián)道、有一條以上與礦井回風部分相連的回風聯(lián)道。（2）礦井進風部分不得受礦塵和有毒有害氣體污染，進風井巷及采掘工作面的風源含塵量不得大于0.5mg/m3，氡濃度應(yīng)小于3.7kBq/m3，氡子體潛能應(yīng)小于6.4uj/m3，超過時應(yīng)采取降塵、除氡措施。其它有毒有害氣體濃度亦不能超過《礦井通風規(guī)范》允許的范圍。（3）產(chǎn)塵量大的箕斗井和混合井應(yīng)禁止作為進風井，現(xiàn)已作為通風井的箕斗井或混合井，必須采取凈化措施，使風源含塵量達到上述要求。（4）主要回風井不得作為行人道，排除的污風不得造成公害。（5）采場、二次破碎巷道應(yīng)有正向貫穿風流，電耙工應(yīng)位于上風側(cè)；避免污風串聯(lián)。（6）井下炸藥庫、油庫、充電硐室及破碎硐室等高危硐室必須設(shè)有直通礦井回風部分的獨立的回風道。（7）不用的井巷和采空區(qū)，必須及時封閉。密閉、風門、風橋、風硐等通風構(gòu)筑物，必須嚴密完好。（8）礦井有效風量率、風速合格率應(yīng)在60％以上。（9）主扇應(yīng)有反風裝置，并保證在10min內(nèi)改變風向?？墒菑慕饘俚V實際來看，火災(zāi)的性質(zhì)與煤礦截然不同，盲目反風可能會擴大火災(zāi)的范圍和危害，故應(yīng)具體問題具體分析，慎重處理。5.2礦井通風系統(tǒng)宏觀構(gòu)建方案的擬定礦井采用全礦統(tǒng)一通風系統(tǒng)。統(tǒng)一通風系統(tǒng)進風和回風井數(shù)量較少，投資小，使用的主扇少，便于集中管理等優(yōu)點，比較適合難以增加進、出風井的礦井采用。特別是深礦井，因開拓風井工程量大，采用全礦統(tǒng)一的通風比較合理。5.3通風方式與通風系統(tǒng)的確定5.3.1風井布置方式本礦山采用側(cè)翼對角式通風。5.3.2側(cè)翼對角式通風優(yōu)點風流路線是直向式，路線比較短，長度變化不大，因此不僅壓差小，而且在整個礦井服務(wù)期間壓差變化范圍較小，漏風少，污風出口距工業(yè)場地較遠。5.3.3通風線路最長的通風線路是：新鮮風流從副井→井底車場→主運輸巷道→穿脈巷道→下部沿脈平巷→順路天井→采場工作面→回風天井→回風平巷→回風井→地表大氣稀釋。5.3.4主扇通風方式的確定主扇的工作方式有壓入式，抽出式和混合式。根據(jù)以上三種方式的優(yōu)點和缺點，以及我國金屬礦山大部分都采用通風方式，結(jié)合本礦山的實際情況，擬采用壓入式通風。5.4需風量計算掘進工作面包括開拓、采準和切割工作面。掘進工作面需風量值可根據(jù)各種不同開拓采準巷道斷面按表5-1選取。（該表中不同斷面的計算風量已考慮了斷面大使用設(shè)備多的因素和局部通風的必備風量）表5-1掘進工作面計算風量表序號掘進斷面(m2)掘進工作面風量(m3/s)備注1小于5.01.0～1.5巷道平均風速≥0.25m/s25.0～9.01.5～2.53大于9.02.5～3.55.4.1礦井風量估算按礦井年產(chǎn)量和年產(chǎn)萬噸耗風量估算總風量，如下式：=2.5053.0=7.515m3/s式中Q—礦井所需總風量，m3/s；Aa—礦井年產(chǎn)量，104t/a；q—年產(chǎn)萬噸耗風量，m3/s，參照表5-2選取。表5-2年產(chǎn)萬噸耗風量礦井類型特大型礦井大型礦井中型礦井小型礦井q（m3/s）1.0～2.51.2～3.51.5～4.02.0～4.55.4.2礦井風量計算回采工作面需風qh計算：(1)按排塵風量確定回采工作面需風量開采單面面積為4.92m2，為巷道型作業(yè)面。(2)按照排塵風速計算回采工作面需風量qh=sv=4.920.25=1.23m3/s式中s—工人和產(chǎn)塵設(shè)備所在位置的國風斷面m2；v—作業(yè)面排塵風速，m3/s；即作業(yè)面產(chǎn)塵設(shè)備所在位置的平均風速。巷道型（<12m2）工作面v=0.25~0.5m/s；硐室型（>20m2）作業(yè)面，當s<30~40m2時，v=0.15m/s；當s>30~40m2時，v>0.06m/s。表5-3各硐室需風量（單位：m3/s）大型變電硐室4.5井下水泵硐室2.0裝卸礦硐室1.7炸藥庫1.5充電、配電硐室2.0電機車庫1.5機修硐室1.7噴錨支護工作面4.5根據(jù)表5-1掘進工作面計算風量表1.0井下各種硐室所需新鮮風流的風量，可分別計算壓風機硐室所需風量（m3/min）：Q=2.3ΣN=2.3x1.2=2.76m3/min=0.046m3/s式中ΣN硐室內(nèi)所有電動機功率總和，KW。水泵硐室、卷揚機硐室所需風量（m3/min）：Q=0.46ΣN=0.46x100=46m3/min=0.76m3/s電機車庫所需風量，一般