100万吨采矿方法

5.1 矿山现状 马坑铁矿490m以上太保林采区已开采多年，采选综合能力10万t/a,属小规模简易开采。利用522m平硐开拓，目前太保林采区开采水平已下降到500m，该阶段截至2003年2月底尚存工业矿量约23.7万t，估计2004年采完。 2000年11月，马坑铁矿针对420m以上矿体进行了《龙岩马坑铁矿一期技改工程初步设计》，设计生产规模50万t/a。2002年10月，又进行了《 一期技术改造工程设计修改》，将460m阶段与420m阶段进行并段，即490-420m作为一个阶段开采，同时，相应地对采矿进行了修改。选矿厂原矿处理能力为100万t/a，选矿厂已经建成。 目前，490m-420m阶段尚存地质储量514wt。一期技改工程开采420m阶段矿体，主要开拓系统已经完成，至2004年6月，在420m阶段78线以东82-85线之间，已基本完成了5个矿块的采切工程，2004年下半年可投产，设计修改后，原矿生产能力可扩产至60-80wt/a。采用上盘412m主平硐开拓，ZK10-6//250型架线式电机车牵引1.6m3曲轨侧卸式矿车运输矿石；牵引0.75m3翻斗矿车运输废石，24kg/m钢轨，600mm轨距。平硐自流排水，分区多级机站机械通风。采矿方法原设计为分段连续矿房法为主，中神孔凿岩设备凿岩，2m3电动铲运机出矿；后改为分段留矿法为主，浅孔设备凿岩，55kw电耙出矿。78线以西420m阶段正在或即将进行开拓和采切工程。 5.2 开采范围及可采储量 5.2.1 设计开采范围 本次设计开采范围为420m~300m标高之间，东起84#勘探线，西至70#勘探线之间的矿体，全长1450m，最低开采标高300m，最高开采标高420m。 5.2.2 开采范围内矿石量 马坑铁矿420m以上尚有地质矿量514万t，考虑78线以西矿体薄，矿量总计仅68.28wt，其中部分可能已被民采，经与业主讨论商定，此矿量作为下阶段分段崩落采矿法德覆盖层，420m水平以上的可采储量=445.72 在开采420m-300m范围内矿体时，为保护412m主平硐不受错动，在83线盒84线之间留置部分矿体作为保安矿柱；为了保护地表水泥厂不受错动，在70线至71线之间留置部分矿体作为保安矿柱；保安矿柱的留置按60°错动角设计。为了使阶段巷道避开F1断层的可能安全隐患，在77线两旁留少量矿体不开采，作为保安矿柱。各保安矿柱的具体位置见各阶段平面图。 留置部分矿柱后，可采矿石储量见表5-1 5.3 矿山建设规模 5.3.1 矿山采矿规模 本次设计马坑铁矿生产能力为100万t/a; 5.3.2 生产规模论证 420m阶段78线以东地质矿量445.72，占阶段总矿量的86.7%，78线以西仅68.28wt，占阶段总矿量13.3，可见78线以西不能形成多大生产能力，延深工程把此区段的68.28矿量作为下阶段崩落采矿法德覆盖层，在420m阶段不作为回采对象。78线以东沿走向展布长700m,按50m长划分矿块，可分成14个矿块，一期工程已基建成5个矿块另有两个矿块仍在进行采准工作，一期工程按电耙出矿进行装备，每个矿块年生产能力3-5左右，则已建的6个矿块年产量20~30左右，待建的8个矿块如改用2m3斗容电动铲运机出矿，每100m1台电动铲运机，具有布置4台电动铲运机的空间，年产量可达到40wt左右，所以，按上述装备水平，420m阶段最大生产能力为60，矿山要达到100，必须在360m阶段安排40的年产量，实行360阶段，420阶段阶梯式推进，同时生产。一次同时，必须相对加大420m阶段的开采强度，为360m阶段腾出开采空间。 各区段可布置矿块数及可达到的生产能力见表5-2 从上表可见，当采用两个阶段同时生产时，矿山生产能力可以达到年产原矿100万t/a 2）按采矿下降速度验证 按年下降速度验证采矿年产量参数表见表5-3 从上表可以看出，每年下降一个分段，可以达到设计生产规模，两个阶段平行生产时，年下降速度小于一个分段。此下降速度为一般生产矿山的下降指标。按表5-3下降速度验证，本设计可以达到100万t/a的生产能力。 3）按新水平准备验证 矿体长约1450m，根据设计开拓布置，新水平准备可双向推进，据掘进工效，半年即可将阶段平巷掘完，加采切及安装时间等约1年即可准备完毕，而每个阶段回采时间4.5~5a，可见，新水平准备满足100wt/a的要求。 综上所述：本设计生产规模100wt/a，技术上是可以达到的。 5.4 服务年限和工作 5.4.1 矿山服务年限 5年产量逐年增长期，10年稳产期，2年减产期。 5.4.2 工作制度 矿山工作制度采用连续工作制。年工作330d，每天3班，每班8h。 5.5 矿床开拓 5.5.1 开拓方式的确定 对于420~300m标高之间矿体的开采，采用主平硐——盲斜井开拓方案。考虑到矿山水文地质条件及减少坑内运输功，斜井井位布置在85线附近。提升方式考虑了主井盲斜井—箕斗，副井盲斜井—串车和主，副井全部为盲斜井-串车两个方案。 5.5.2 开拓系统的组成 本设计依托412m主平硐，采用由420m阶段84线~85线附近下掘盲斜井的方式，达到开拓深部矿体的目的，从而形成“主平硐——盲斜井”开拓系统。 盲斜井由主，副两条斜井组成，主斜井：倾角30°,净断面14.62m2，装备2JK-3/11.4A型提升机，6m3后卸式单箕斗配平衡锤，承担提升矿石任务，年提升量100wt/a。并相应设上，下溜井系统及分矿回收系统。副斜井：倾角25°，净断面10.64m2，轨道为43Kg/m钢轨，整体道床，装备JK-2/20型提升机，串车提升1m3翻转式矿车，承担提升废石，部分，人员和通风，排水，管线敷设的任务。并设相应的甩车道及车场，井内铺24Kg/m钢轨，1/5道岔。开拓系统阶段高度60m，各阶段标高为420m，360m，300m。 与主平硐——盲斜井配套的辅助开拓工程包括斜坡道工程和70线的西回风井工程。斜坡道工程主要是满足电动铲运机等无轨运输设备行走的需要及运送部分材料，由于原一期工程设施不能满足100万t/a通风的要求，主斜坡道通地表作为延深开采工程的一个主要进风口。斜坡道的设置综合了通风和无轨设备行走的需要。根据国内外多个矿山生产实践经验，在采用无轨设备时，设置斜坡道是满足生产的必然措施。否则，生产十分被动，铲运机调动，修理，管理复杂，并难以发挥效率。 开拓系统主要井巷工程技术参数如下： 主（盲）斜井：倾角30°，净断面14.62m2。斜长381.4m 副（盲）斜井：倾角25°，净断面10.64m2。斜长282.4m 斜坡道：主斜坡道硐口位于小娘坑措施斜井旁，硐口坐标，X=2767617.483,Y=39508497.392,Z=515.5m,坡度8%~14%，单行道净断面15.8m2。另外，设通往各采矿分段的阶段斜坡道，坡度15%，折返形布置，单行道断面12m2. 西回风井：井筒中心坐标，X =2766009.27,Y=39508311.727,净直径=4m，井口标高575.3m,井底标高366.4.西回风井内安装梯子，作为紧急情况安全出口。 阶段巷道布置：根据矿床赋存条件及工程地质水文地质条件，按照采矿方法要求及运输设备的需要，阶段运输平巷布置为：在80线以东采用下盘加穿脉的环形运输巷道，80线以西采用下盘沿脉加小环车场型式。 开拓系统纵投影图 12.13014.05013.9-2 各阶段平面布置图见图12.13-14.05013.9-3,4,5. 5.6 矿山基建工程 5.6.1 基建工程量确定的原则 基建工作主要是使420m以下形成100wt/a的提升，排水，通风能力，基建完成时，360m阶段与420m阶段共同形成100wt/a的年产量，其中360m阶段的生产能力为40wt/a。确定基建工程量的原则是：提升，排水，运输的井巷工程量按满足设计生产规模100wt/a能力确定，360m阶段能够形成40wt/a的生产能力需要的阶段开拓，运输，通风井巷工程，相应的采区变电硐室。按照新的办矿模式，采准切割工程可有承包生产者承担，以减少基建投资，设计中将采切工程进行单列，有利于采用灵活的生产承包管理模式，减少基建工程量，随着单列工程的实施，形成相应的生产能力和生产准备矿量。 值得注意的是，420m以下工程位于地下承压水范围内，矿山基建施工时，须作好预先探水，放水疏干和防排水工作。工程施工穿过断层时尤其要做好对断层性质的了解，除防水外，还要采用预先超前支护，防止大量塌方和冒落。 5.6.2 基建井巷工程量 根据上述原则确定的矿山基建工程量合计井巷长度9351.1m，103347.52m3，各基建井巷的断面，长度，井巷工程量，支护形式等，祥见井巷基建工程量表。5-4.井巷基建单列工程量见表5-5. 5.6.3 井巷工程基建进度 按照基建工程量表所给定的工程，基建准备期在外，延深工程基建时间为3年，基建进度汇总表见5-6，详细的基建进度安排参加基建进度计划图表（12.13014.05013.9-9） 5.7 采矿方法 5.7.1 矿体开采技术条件 一期延深工程的主要对象为70~84线，标高420m~300m之间的矿体。矿体上覆盖岩层主要为栖霞组灰岩，由于后期的构造和岩浆活动的影响，灰岩大都变质为大理岩，并受各期走向，倾向断层破坏，富含岩溶水。底板主要为石英岩，蚀变砂岩，部分为矽卡岩。岩性致密坚硬，稳定性良好。顶，底板岩石与矿体接触线清楚。 70~84勘探线420~300m标高之间的矿体主要矿物由磁铁矿，石榴石，透辉石，石英等组成，多呈浸染——块状构造，矿体稳固。矿体厚度10m~30m,倾角40°~70°。在80线附近受F10断层构造的作用，将矿体错开成东西两个部分，80线以东矿体比80线以西矿体相对厚大（20~25m左右），倾角较缓（40~50°），80线以西矿体平均厚度相对较薄（10~20m左右），倾角较陡（50~70°）。 5.7.2 采矿方法的选择 马坑铁矿一期工程420m标高以上，设计采用分段连续矿房法为主，局部采用房柱法。由于分段连续矿房法需采用电动铲运机出矿，回采设备投资大，后修改为浅孔留矿法为主，电耙出矿。目前，在420m阶段78线以东已完成5个矿块的上山和电耙道掘进工作。 一期延深开采工程的生产规模扩大，若仍用浅孔凿岩，电耙出矿的采矿工艺，则达不到所要求的生产能力。本次设计确定一期延深开采工程采用中深孔凿岩，电动铲运机出矿的采矿方法。根据矿体开采技术条件，考虑到矿块生产能力的要求，在78线以东采用分段连续矿房法为主，78线以西采用沿矿体走向布置回采的无底柱分段崩落采矿法。 5.7.3 采矿结构参数 1）分段连续矿房法 采场结构参数： 矿块尺寸，长*高*厚（真厚度）=100m*60*18m。分段高12m，出矿横巷间距12.5m。采切巷道布置参见采矿方法图（12.13014.05013.9-7）。 采矿方法主要技术经济指标表见表5-7 2）岩走向布置无底柱分段崩落法 采场结构参数： 矿块尺寸，长*高*厚=100m*60m*9m（真厚度）。分段高12m。采切巷道布置参数见采矿方法图（12.13014.05013.9-8） 采矿方法主要技术经济指标表见表5-8 5.7.4 采掘设备的选取 一期延深开采工程采掘工艺，采用国内冶金矿山行业普通成熟工艺和结构参数，国产2m3电动铲运机和CTCT14系列台车，已在国内许多类似冶金矿山使用，虽然性能与进口的电动铲运机和液压凿岩台车相比有一定差距，但其价格优势比较明显，其性能一般也能满足100wt/a规模左右矿山的要求。本次设计采矿工程拟选用国产设备为组。矿山亦可根据投资情况，进口部分液压凿岩台车和电动铲运机等采矿设备。有利于保障回采工作的可靠性和高效性，矿山前期部分矿块采用电耙出矿，可逐步转换为电动铲运机出矿，提高矿块生产能力。 矿山先购6台电动铲运机出矿，1台内燃铲运机掘进出渣，后期在增购2台电动铲运机和1台内燃铲运机，全矿共计10台铲运机（其中2台内燃铲运机）。回采采用中深孔爆破，分段高度12m时，最长炮孔长约23m，采用YGZ90型凿岩机配CTCT141型台车，炮孔直径70mm，全年需钻凿中深孔量106000m，4个中深孔凿岩队可以完成任务。天溜井掘进选用YSP-45型上向凿岩机配FT-190型气腿，另配天井吊罐设施。7655型凿岩机进行水平巷道凿岩及二次破碎，有轨巷道及天，溜井掘进可采用ZQ -26装岩机出渣，无轨巷道掘进可采用2m3内燃铲运机进行。采掘主要设备见第三卷（设备表）。 5.7.5 设备效率 铲运机采矿生产能力：2m3铲运机10~13wt/台.a；一个中深孔队配凿岩台车26000m炮孔/台.a。 采掘主要材料消耗量表见表5-9 5.7.6 采准工作 一期延深开采工程设计采用二种采矿方法，其采切比： 1） 分段连续矿房法 67m/万t; 2） 沿走向布置无底柱分段崩落法 75m/万t； 在360m在360m阶段1~7号矿块采用分段连续矿房法，9~13号矿块采用无底柱分段崩落法，根据各矿块的矿量和对应采矿方法的采切比，每年需掘进井巷工程量3000~3500m左右，综合掘进队工效：平巷1000m/队.a，立井700m/队.a，计需4个掘进队，其中一个立井掘进队，掘进队状况见生产采掘进度计划图表12.13014.05013.9-10 全矿生产期间两个阶段同时生产，合计年掘进井巷工程长度约5500~6000m，共需7个掘进队，其中5个水平工程掘进队，2个立井掘进队（兼顾未完开拓工程和探水放水工程）。 5.7.7 回采工作 5.7.7 开采顺序 一期延深开采工程总体开采顺序为各阶段自上而下进行开采，同一阶段由矿体两翼向中央推进，后退式开采，78线以西矿量较少，向东（中央）推进速度相对较快。 5.7.8 回采工艺 分段连续矿房法在分段中凿岩，利用出矿横巷在分段拉底堑沟巷道中出矿，上下分段连续回采时，须错开不小于20m的安全距离，采矿方法在空场情况下放出矿石，阶段矿房出完矿石后，崩落阶段矿块之间的矿柱和顶板。 沿走向布置无底柱分段崩落法凿岩和出矿工作在分段进路进行，矿石在覆盖层下由铲运机出矿，覆盖层的厚度应不小于2个分段的厚度。 凿岩：采用YGZ90凿岩机配凿岩台车打向上扇形中深孔，孔径直径=70mm，排距1.5~2m，崩落步距3~4m，边孔角55°，分段高度为12m，最长孔长23m。炮孔长度在凿岩机的经济凿岩深度（20m左右）范围内。由于矿岩稳固，可以在进路进行预先钻孔工作。 爆破：采用硝铵炸药，装药器装药。为了获得良好的破碎效果，为高效生产创造良好的条件，建议采用微差挤压爆破，减少大块率。良好的矿石破碎质量，有利于矿石在流动过程中均匀下降，合理掌握出矿截止时段，目前，国内一些先进的矿山，采用无贫化或少贫化放矿措施，可以提高矿石回收率和减少废水混入率。大于500mm的大块，用7655凿岩机钻眼二次破碎，采出矿石块度<500mm。为了达到良好的爆破效果，提高扇形中深孔的方位准确度和进行爆破试验是行之有效的方法。加强铲运机出矿管理，在顶底板接触带或崩落矿柱及顶板后出矿时注意剔除部分废石。 5.7.9 覆盖层及地压管理 为了形成回采工作面正常回采条件和防止围岩大量崩落造成安全事故，在分段连续矿房法矿房出完矿石后必须崩落顶板，覆盖下阶段矿石，在无底柱分段崩落法矿石层上面必须覆以岩石层。考虑到矿体倾角较缓，矿岩比较坚硬，当覆盖层厚度不够时，必须补充放顶，厚度约大于30m为宜，以满足下列两点要求：第一，放矿后岩石能够埋没分段矿石，形成挤压爆破条件：第二，一旦大量围岩突然冒落时，能起到缓冲和支撑作用，以保证安全。 5.7.9 采掘进度计划 1）逐年产量计划 马坑基建3年，投产，达产2年，稳产10年，减产2年。 3） 产量分布 马坑铁矿一期工程受矿体厚度，走向长度和矿量限制，单阶段不能达到100wt/a 的生产能力。必须两阶段同时回采。近几年必须加大420m阶段的开采强度，为360m阶段提供开采所需空间。 一期工程420m阶段82~85线已基本完成5个矿块的采切工程，按照矿山计划，这5个矿块年产量达到30wt/a，本次设计安排在靠近这5个矿块西侧加紧进行采切工程，按电动铲运机出矿的分段连续矿房法布置矿块，计划安排3台电动铲运机出矿，年产量30wt/a 5.9 坑内运输 5.9.1 运输方式选择 设计按年产原矿100wt/a规模考虑，两个水平同时开采，按每个水平最大运输量60wt/a，废石量8wt/a。420m阶段回采时，矿岩装车均从412m平硐运出,360m,300m阶段回采时，矿石在采场溜井装车后，沿阶段巷道运至主溜井卸矿，经箕斗提升，在420m阶段箕斗车场装车后从412主平硐运出。废石在阶段水平装车后运至副井车场，斜井串车提升至420m阶段车场编组后，从412m主平硐运出。矿石采用ZK10-6/250型电机车牵引1.6曲轨侧卸式矿车，废石采用ZK10-6/250型电机车牵引1FK型1m3矿车。 5.9.2 运输设备线路及设备技术条件 阶段平巷，井底车场，平硐等均采用600mm轨距，24kg/m钢轨，井底车场采用624-5-15单开道岔，阶段平巷采用624-4-12单开道岔，线路直线段铺钢筋砼轨枕。曲线及道岔段铺木轨枕，轨面至巷道底板高度为360mm，电机车架线高度：井底车场部分为（轨面起）2.2m，阶段平巷（轨面起）为2.05m，线路最小曲率半径：井底车场部分为20m，阶段平巷为15m，线路及底板纵坡度一般为3~5‰,重车下坡。 5.9.3 计算参数（按阶段水平最大运输量60万t，废石8万t/a） 1）矿石60万t/a,废石8万t/a 2）工作制度330天/a，3班/d，8小时/班 3）班产量：矿石697t（含1.15运输平均衡系数），废石93t9含1.15运输平均衡系数，其中采切废石为80.9t，开拓废石量为12.1t) 4)矿石综合平均密度为3.8t/m3，松散系数为1.6；废石平均密度为2.8t/m,松散系数为1.6）。 5）矿车装满系数：1.6m3矿车为0.9 6）单位平均运距：重车1500m，空车1700m 7）运输线路坡度：3~5‰ 8）矿车有效载重量为：1.6m3矿车装矿石：3.8*0.9/1.6*1.6=3.42t 1FK型翻斗车装废石：2.8*0.8/1.6=1.4t 9）矿车自重：1.6m3曲轨侧卸式：2.5t，1FK型翻斗车0.78t 5.9.4 组成列车的矿车数 按重列车上坡弯道起动条件（坡度为5‰），并经重列车下坡制动条件校核（坡度为5），ZK10-6/250电机车牵引质量分别为83.8t，69.6t，取牵引质量为69.6t，机车运行速度按10Km/h计。