采矿施工组织设计.docx
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采矿施工组织设计
采矿施工组织设计
、概述:
1、矿区概述
桦甸矿业有限责任公司老牛沟铁矿区大西沟东山矿段二区位于吉林省桦甸市东约70公里处,矿区面积0.4696平方千米。
矿区行政
区划隶属吉林省桦甸市老金厂镇管辖,通钢桦甸矿业有限责任公司拥
2、开拓系统
根据矿体赋存条件和地表地形条件,设计推荐主副竖井开拓。
主竖井净直径3.5米,井口标高+440米,主竖井掘至170米中段,井底至90米标高。
提升机型号为2JK—3.0/11.5E型,电机功率425KW,提升容器为3.2米3箕斗,主井提升能力60万吨/年。
副竖井净直径4.0米,井口标高+450米,副竖井掘至170米中段,井底至155米标高。
提升机型号为2JK—2.5/11.5E型,电机功率260KW,提升容器为一台3#双层罐笼。
运矿石采用YFC1.2-6型曲轨侧卸式矿车,采用ZK7-6/250型架线式电机车;一台电机车可同时牵引10辆矿车。
废石则采用YFC0.7-6型翻转式矿车,由电机车运至副井各中段井口,由副井提升至地表排弃或提升至采空区上部中段用作采空区处理,电机车型号相同,一台电机车可同时牵引14辆矿车。
通风系统为双翼对角抽出式,副井进风,矿体两翼东、西风井回风。
设计采用机械通风,东西风井风机型号均为KD40—6—№15型,电机功率37KW。
3、设计采矿方法
设计采用上向水平分层充填法开采;两步骤充填采矿法(一步分层充填回采矿柱、二步分段空场嗣后充填回采矿房)和浅孔留矿嗣后充填三种采矿方法。
4、排水系统
井下正常涌水量为2000米3/日,最大涌水量为10000米3/日,在+170米中段设排水及排泥系统,安装三台D280—43×7型水泵,电机功率355KW。
正常涌水时一台工作,最大涌水时二台同时工作。
井下涌水直接排至地表高位水池,供井下生产用水。
5、供风系统
井下压气选用4台L---42/7型空压机,电机功率250KW。
6、矿床地质
大西沟东山矿段二区范围内进行资源/储量核实的矿体共12个,大型2个,其它为中小型。
全部在二区的矿体有9个(30-1-1、30-3-1、34-3-2、34-4-2、38-1-2a、38-1-2b、38-2-1a、38-2-2、41-2-1),大部分矿体分布在二区的有3个(42-1、42-2、42-3)。
矿体皆产于含矿层内,层位稳定,其形态呈似层状、透镜状、扁豆状等。
矿区的主矿体为似层状,其它多为透镜体和扁豆状。
似层状矿体沿走向和倾向方向有膨胀和收缩与间断和再现等现象,并且经常成群出现组成“矿组”。
矿体规模以小型为主,只有42-2、42-3矿体为大型。
长度自20m~1000余米。
矿体厚度变化中等,由1.5m~38m。
矿体沿倾斜深度6~500m。
一般矿体长度100~400m。
厚2~10m,个别厚30~40m。
延深10~300m
矿体的产状与围岩一致,基本呈整合接触,接触界线清楚。
矿体走向近北西西,倾向北东,局部矿体近直立。
矿体倾角60°~85°,个别达90°。
7、矿体特征
矿体产于三道沟组上亚组各段,而大中型矿体集中于二段内。
赋存在一段的有38、41、42号矿组。
三段的有43号矿组。
二区内共计12个工业矿体,多赋存在一段。
矿体大多数出露地表,30、38号矿组的部分矿体为盲矿体。
现将主要矿体地质特征描述如下:
42~1号矿体
断续出露于109.5~115.5线间。
矿体赋存在三道沟组上亚组中部含铁层中。
地表用110m间距的槽探工程控制矿体的延伸,深部钻探工程网度达200×100~220m。
矿体规模属中型,呈似层状。
断续长度为1000多米。
厚度一般在4m左右,最厚15.77m。
平均深度约220m。
矿体沿走向上不连续,于112线分成两个矿体。
109~111线之矿体规模较大,长度300m,厚度1~6m,最厚15.77m。
又分上下两部分,之间由达不到工业要求的矿体所连接。
113~115线之间矿体规模较小,沿倾向上不连续,长度500m,平均厚度2.5m左右。
矿体走向293°,倾向北东,于108.5~110线间地表倾向南西,至深部转向北东。
倾角60°~80°。
矿石品位最高TFe39.55%,最低20.90%。
平均品位TFe31.37%。
矿石组分变化均匀,品位变化系数15.73%。
42~2号矿体
该矿体是大西沟东山矿段二区规模最大、矿体最连续的矿体,从南东至北西贯穿于二区,向北西一直延续至三道沟矿段。
矿体赋存在三道沟组上亚组二段中部含铁层中。
由100m间距的地表工程和200×50~280m网度的钻探工程控制。
属大型矿体,形态呈似层状。
长度1200m。
厚度变化较稳定,一般都较厚,111线最厚处为26m,上下部都较薄,平均厚度7.9m,厚度变化系数73.07%。
深度300~800m,平均深度为500m。
矿体走向292°,倾向北东,111~113、115线地表处倾向南西。
倾角变化稳定55°~70°。
矿石品位最高达TFe41%,最低20.20%。
平均品位31.96%。
矿石组分变化均匀,品位变化系数13.05%。
42~3号矿体
位于108.5~115.5线。
沿走向向西断续延伸到三道沟矿段。
矿体赋存在三道沟组上亚组二段中部含铁层中,地表用100m间距的槽探工程控制,深部钻探工程网度达到200×60~280m。
矿体规模属中~大型,呈似层状。
东部出露地表约400m,向西于110线被掩盖,沿0~400m标高延伸至114线又出露地表。
其深部在115.5线出现有分枝和复合现象,夹石较多,并存在多处天窗。
夹石岩性为含铁石英岩,均呈薄板状。
矿体长度1600m。
厚度变化比较稳定,中部较两侧略厚,一般3m左右,最厚16m。
厚度变化系数61.51%。
最大深度在110线为729m,大致尖灭在-180m标高,垂直达500m,向西逐渐变浅,在-240m标高尖灭,平均深度380m。
矿体底部边界线很不规则,凸凹不平。
矿体走向293°。
倾向北东,地表局部倾向南西。
倾角60°~70°。
矿石品位最高TFe37.75%,最低20.65%,平均品位31.70%。
矿石组分变化均匀,品位变化系数13.95%。
8、矿区水文地质
矿坑及露采场涌水量预测资料表明,矿床充水程度低,易于疏干。
综上所述,大西沟东山矿段铁矿属产于充水岩层以裂隙岩层为主富水性很弱的矿床,但矿体位于河下,断裂构造较多,水文地质条件属复杂类型。
矿体与地表河流无直接的水力联系,但在充分采动后如不采取有效措施在河床与采空区之间会形成导水裂隙带甚至在河床底部形成塌陷区,引起地表水下灌,威胁采矿工作安全。
此外在矿体上盘还有部分民宅及生态林区需加以保护,地表不允许陷落。
9、矿床开采技术条件
矿段内地层为陡倾斜的单斜构造,倾向北东,倾角60°—80°
左右。
矿区内其它小断裂亦存在,均为层间裂隙,对矿体开采无影响。
对工作区内钻孔岩心的观察,其破碎程度属轻微~弱破碎。
综上,本矿床工程地质条件属简单。
矿岩物理性质:
矿石体重3.27吨/米3,松散系数1.65;岩石体重2.7吨/米3,松散系数1.65;
10、矿山设计生产能力及服务年限:
设计确定矿山井下生产能力为30万吨/年,留有扩大到40万吨/
年的余地。
根据设计利用储量,所确定的矿山生产规模,30万吨/年,生产6年;40万吨/年,生产16年。
井下开采矿山服务年限大于22年。
从目前所掌握的地质资料看,170米标高以下及开拓系统的两翼均存在一定的地质储量,随着各项工作的进行,矿山的开采储量会进一步增加,矿山服务年限会一步延长的可能。
11、开采现状
2019年5月,由于资金原因停产,截止5月份停产时,现状如下:
(1)生产掘进现状
220中段采准完成,270中段平巷距西风井还有200米,距东风井还有700米。
(2)采矿现状
170中段回采全部完成,220中段1、2、3、6矿房采高20米。
(3)充填现状
170中段矿0#、-1#、7#、8#、9#矿房充填完成。
4)剩余地质矿量
储量级
别
中段标高
(米)
中段矿量
(吨)
中段金属
(吨)
平均品位
(%)
370以上
2648129
879112.47
33.20
370—320
2077733
678504.43
32.66
122b+333
320—270
1749089
553821.79
31.66
270—220
1090085
408012.72
31.63
合计
7565036
2896719.40
32.24
注:
370中段以上回采,要保证地表不塌陷,基本无法进行回采。
(5)历年生产矿石量
2012年至2019年合计生产矿石104.1万吨。
其中:
2012年36.7万吨,2013年26万吨,2014年20.4万吨,2015年6.4万吨(4月份开始停产)。
2018年13万吨(5月份复产),2019年1.6万吨(1-2月份产量)。
(6)采矿主要技术指标
回采率70%,开采岩石混入率20%。
二、采掘方案:
采用自下而上分中段开采的回采顺序,即从170米中段开始向上回采。
中段内遇平行矿体首先开采上盘矿体,当矿体相距较近时上下盘矿体可同时上采,但上盘矿体需超前下盘矿体开采。
为确保均衡稳定生产,确立科学合理的采掘比,保证开拓、采准、备采三级矿量均衡,在170m充填基础上,开始220m中段回采工作,270m进行采准工程施工,320m进行开拓、探矿、采切工程施工,370m进行开拓及探矿。
三、采矿方法:
(一)采矿方法确定:
从矿体赋存条件看,开采范围内矿体具有如下特点:
(1)矿体倾角一般55-70度,属急倾斜矿体。
(2)主要矿体42-2号矿体较厚大,属中厚——厚大矿体;其它矿体薄到中厚矿体。
(3)矿岩除近地表风化带及原生带裂隙发育地段矿岩稳固性较差外,矿岩一般稳固性较好。
(4)矿石品位一般。
(5)地表有河流、生态林、及民宅需加以保护,不允许陷落。
根据桦甸矿业公司提供的地质资料,设计圈定了开采岩体移动范围,在开采320、270米中段矿体时,民宅和稻草沟河已进入其开采岩体移动范围之内,据现场人员介绍该河在汛期水量较大。
若要从根本上解决民宅和稻草沟河对井下开采的影响是将居民搬迁和将稻草沟河该道,并修建一座栏蓄洪水的水库,通过排水设施将洪水逐步放出。
根据矿放提供的资料,开采移动范围内由居民近300户,大量耕地和林地。
根据当地有关政策,搬迁这部分居民需投入资金估算在3000万元以上。
河流改道在鞍山黑色矿山设计研究院《可研》中进行了详细的论述,包括栏洪坝、截洪沟、排泄洪等设施,工程量较大,投资较高,不很经济。
而且,随着当地经济建设的发展,地形地貌及矿区界限已发生了变化,河流改道已经不具备实施条件。
因此,安全的回收这部分资源唯一途径是采取必要的安全措施,选择较为合理的采矿方法。
采用空场法开采,会形成冒落带并冒落至地表形成陷落区,雨洪水将沿陷落区进入井下,对井下开采造成威胁。
采用崩落法开采,需在覆盖岩下放矿,地表水更容易进入井下。
因此,采用充填法开采是
唯一的选择
根据上述特点本矿区应以充填采矿方法为主,可供选择的采矿方法有:
上向水平分层充填法、分段空场嗣后(两步骤回采)充填采矿方法、浅孔留矿嗣后充填采矿方法以及干式水平分层充填法。
对充填材料的选择,如采用非胶结材料充填,特别是采用废石充填时,由于充填体强度较低,充填时难以充满空区,对上下盘围岩的维护效果差。
而且,充填体孔隙大,不隔水。
上部岩体形成导水裂隙,河水可通过导水裂隙带进入坑内,对井下开采造成威胁。
矿山可供选择的充填材料主要有:
(1)矿山露天开采及井下开采所采出的废石。
(2)选矿生产所排出的尾砂。
据计算井下开采所产出的废石量仅有28500米3/年左右,而所需充填空区体积平均约为88000米3/年,井下开采所产出的废石远远不能满足充填工作的要求,需采用其它材料加以补充。
如采用露天开采产出的废石,需施工废石充填井。
在整个充填工艺中废石的装运、充填、平场工作量较大、环节较多、特别是采用胶结充填每一分层的胶结层时尚需破碎,充填费用较大,工人的劳动强度大,生产效率低,直接影响到采场的生产能力。
而采用尾砂及尾砂胶结充填,充填材料采用水力输送、充填自动化成度高、环节少、费用相对较低。
而且采场接顶充分,充填体对上下盘围岩维护效果好,并形成隔水层。
虽然尾砂及尾砂胶结充填在初期投入要大于干式水平分层充填,但前者的充填效果要大大优于后者,而且减少尾矿库的库容,占地面积,维护、治理及环保费用。
综合考虑,在安全第一的前提下,设计推荐采用尾
砂及尾砂胶结充填采矿法
设计对矿岩稳固性较差地段、对河流威胁较大地段、及民宅下部矿体采用上向水平分层充填法开采,对矿岩稳固性较好且对河流威胁较小地段采用两步骤充填采矿法(一步分层充填回采矿柱、二步分段空场嗣后充填回采矿房)和浅孔留矿嗣后充填采矿方法。
(二)回采工艺及设备选择
1、上向水平分层充填采矿方法
(1)矿块布置及结构参数设计上向分层充填采矿法矿块沿矿体走向布置(矿体厚度大于
15米时垂直走向布置),中段高度50米,采用盘区布置形式,盘区长
200米左右,盘区内各矿体分3-4个矿块作为独立的回采单元,矿块长50-70米,房间矿柱宽4米,盘区连续矿柱宽6米,底柱高5米,顶柱高4米。
(2)采准切割
采准工作主要包括在矿体下盘掘进脉外运输平巷、穿脉运输巷道、盘区采准斜坡道,采准斜坡道通过联络道与采场相连。
在脉内掘进充填回风井、在脉内底柱中掘进溜矿井及人行滤水井,并在回采过程中顺路架设溜矿井和人行滤水井,掘进矿房间联络道。
切割工作为沿矿体底板掘进切割平巷和切割井,并以切割平巷为自由面形成切割层。
(3)矿房回采回采工作自下而上分层进行回采,采用两采一充回采顺序,回采分层高度2.5米,充填分层高度5米。
设计采用YT-28型凿岩机钻凿水平炮孔压顶落矿,炮孔采用梅花形布置,直径40毫米,排距0.8-1.0米,孔距1.0米左右。
采用2号岩石炸药爆破,非电导爆系统起爆。
崩落矿石由CYE-0.75型电动铲运机运至设于采场内的溜矿井,通过振动放矿机装车出矿。
在各矿块以出矿溜井为中心后退式回采,盘区内向采场联络道后退回采。
遇平行脉时,上盘矿体超前下盘矿体1-2个充填分层回采,盘区内各采场依次进行回采与充填工作。
(4)采场充填
1充填准备:
采场出矿结束后,将铲运机移至相邻采场,并顺路架设人行滤水井和出矿溜井。
滤水井采用木垛式,规格为1.5×1.5
米,外包粗麻布作为滤水层;溜矿井采用14毫米厚钢板焊制成弧形构件,在采场内连接,直径为1.8米。
在采场内架设充填管路,采用φ100毫米塑料软管吊装在顶板。
为回收盘区间柱,在采场与间柱之间充以2米厚1:
4水泥尾砂浆,强度为3-4兆帕。
另外需在充填采场与回采采场之间用麻包装尾砂构筑隔离带。
2第一分层充填:
为给顶底柱回采创造一人工假顶,第一分层充填4米厚1:
4水泥尾砂浆,强度为3-4兆帕。
3正常充填:
正常各分层采用分级尾砂充填,并用掘进产出的废石作为补充,设计以充填井为中心采用前进式充填,分次充填到设计高度,在各分层上部充填0.4-0.5米厚1:
4水泥尾砂浆形成出矿底板,养护3天后即可进行下一工作循环的凿岩落矿工作。
4接顶充填:
采场最后一分层充填尽可能充满,第一次充填接顶后,24小时后在进行第二次接顶充填。
(5)采场通风采场原则上利用矿井主风流进行通风,新鲜风流由人行滤水井进入采场,冲洗工作面后通过充填井返入上中段回风巷。
在采场爆破后或通风困难采场采用JK55-2№4.5型局扇进行加强通风。
(6)矿柱回采
①顶底柱回采:
当顶底柱回采不影响采区通风、充填及上中段运输等作业时随本中段矿房一并回采,而后进行后退式接顶充填。
②间柱回采:
房间矿柱作为永久损失不再进行回收,盘区间柱另行施工采切工程采用分层充填法回收。
(7)采切回采计算
见表3-1、3-2。
上向水平分层充填法采准切割计算
表3-1
工作阶段及工程名
巷道
数量
(条)
巷道长度
(米)
巷道断面
(米2)
工程量
(米3)
工业矿量
称
一条
总长
矿中
岩中
合计
矿中
岩中
合计
(吨)
脉外运输巷
1
200
200
5.49
5.49
1098.0
1098.0
穿脉运输巷
1
220
220
5.49
5.49
264
943.8
1207.8
863.3
采
溜矿井
8
5
40
4
4.00
160
160.0
523.2
人行滤水井
8
5
40
4
4.00
160
160.0
523.2
充填井
8
48
384
3.75
3.75
1440
1440.0
4708.8
准
采准斜坡道
1
300
300
7.14
7.14
2142.0
2142.0
斜坡道联络道
8
25
200
7.14
7.14
7.14
457.0
971.0
1428.0
1494.3
房间联络道
6
4
24
7.5
7.50
180
180.0
588.6
小计
1408
2661
5154.8
7815.8
8701.3
切
割
切割巷道
2
194
388
5.6
5.60
2172.8
2172.8
7105.1
小计
388
2172.8
2172.8
7105.1
合计
4833.8
5154.8
9989
15806.4
上向水平分层充填法回采计算
表3-2
工作阶段
工业矿量
回收率(%)
贫化率(%)
采出矿量
采出储量
比例
采准工作
8701
96
3
8611.6
8353.3
1.99
切割工作
5065
100
2
5168.4
5065.0
1.19
回采工作
419199
89.8
10.2
419185.5
376250.6
96.82
矿房
311601
96
7
321652.3
299136.7
74.29
矿柱
107598
71.7
20.9
97533.1
77113.9
22.53
合计
432965
90
10
432965.5
389668.9
100.00
2、两步骤充填采矿法
(1)矿块布置及结构参数
设计上向分层充填采矿法矿块沿矿体走向布置,矿块长50米左右,宽为矿体厚度,高为中段高度50米,分段高度9米。
间柱宽8-10米,底柱高9米,顶柱高5米。
盘区连续矿柱宽6米,底柱高5米,顶柱高4米。
(2)采准切割
采准工作主要包括在矿体下盘掘进脉外运输平巷、穿脉运输巷道、出矿平巷、出矿进路、溜矿井等。
在矿体内掘进人行通风井、凿岩巷道等,在第一步回采过程中顺路架设溜矿井和人行滤水井。
第二步回采利用一步回采的溜矿井和人行滤水井作为人行通风井。
切割工作为掘进切割平巷和切割井,一步骤以切割巷为自由面形成拉底层,二步骤以切割井为自由面形成切割立槽。
(3)回采
①一步回采间柱一步骤回采及充填工艺同前述分层充填采矿法,所不同的是回采时采用人工出矿。
滤水井和溜矿井三面为矿壁,一面采用采用木材架设,充填料采用1:
6~8水泥尾砂浆,强度为3兆帕以上。
②二步回采矿房
回采工作自上而下以切割立槽为自由面分段进行回采,分段高度9米,上分段超前下分段1~2排炮孔。
设计采用YGZ-90型凿岩机在分段凿岩巷道中钻凿上向扇形炮孔压顶落矿,炮孔直径60毫米,排距1.2-1.4米,孔底距1.8米左右。
采用2号岩石炸药爆破,非电导爆系统起爆。
崩落矿石由CYE-0.75型电动铲运机经装矿进路和出矿巷道运至设于矿体下盘的溜矿井,通过振动放矿机装车出矿。
矿房内以切割槽为中心向两翼后退式回采,当回采至人行通风井4米时,分段一次崩落剩余矿量并保留第一分段部分矿体以维护人行通风井安全。
(4)充填(二步)
①充填准备:
采场出矿结束后,将铲运机移至相邻采场,在出矿巷道两端和人行通风井联络道中砌筑密闭隔墙,并埋设滤水管。
充填管路通过矿房上部充填井进入采场。
②充填
为防止跑浆减轻充填体对隔墙的压力,采场内先冲填5-6米1:
4水泥尾砂浆,强度为4-5兆帕。
待胶结充填体初凝后分次充填采场直至充满。
(5)采场通风
采场原则上利用矿井主风流进行通风,新鲜风流由人行通风井井进入出矿巷道和凿岩工作面,冲洗工作面后通过回风井返入上中段回风巷。
在采场爆破后或通风困难采场采用JK55-2№4.5型局扇进行加强通风。
(6)矿柱回采
本采矿方法间柱已先期回收,底柱采用分层充填法部分回采,顶柱回采在不影响采场通风、充填及上中段运输等作业时随本中段矿房一并部分回采,否则随上中段底柱一起分层回采;
(7)采切回采计算
见表3-3,表3-4,表3-5,表3-6
两步骤充填采矿法采准切割计算表3-3
工作阶段及工程
巷道
数量
(条)
巷道长度
(米)
巷道断面
(米2)
工程量
(米3)
工业矿量
名称
一条
总长
矿中
岩中
合计
矿中
岩中
合计
(吨)
脉外运输巷
1
50
50
5.49
5.49
274.5
274.5
穿脉运输巷
1
50
50
5.49
5.49
44
230.5
274.5
143.88
采
溜矿井
1
9
9
4.84
4.84
43.6
43.6
人行通风井
2
53
106
3.6
3.60
381.6
381.6
1247.8
联络道
1
8
8
4
4.00
32
32.0
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