《铀矿床开采》课程设计模板.docx
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《铀矿床开采》课程设计模板.docx
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《铀矿床开采》课程设计模板
《铀矿床开采》课程设计任务书
一、矿体赋存条件
某矿床赋存于紫红色的层间断裂中,矿脉走向长300m,平均厚度为0.45m,矿体倾角65°,矿石品味Au:
30g/t,矿石体重4.5m³/t,围岩稳固,f=10~12,顶、上下盘岩石欠稳固,f=5~7。
矿石与围岩接触明显,容易分离,地面有建筑物,不允许崩落。
二、设计矿块生产能力
矿块生产能力为30t/d。
三、设计内容和要求
1、设计内容
(1)采矿方法选择。
进行采矿方法的初选和分析比较,选择出最优采矿方法,确定采矿方法的结构参数,并设计矿柱回采与采空区处理方案。
(2)矿块采准切割设计。
进行采切巷道的布置和断面形状、规格设计,计算采切工程量及成本,安排采准切割工程施工顺序和进度。
(3)回采设计。
进行爆破落矿、矿石运搬和放矿、采场地压管理、矿块通风、充填工艺、回采工作组织的设计,计算矿房生产能力和回采时间。
2、设计要求
(1)根据设计任务进行采矿方法设计,并编写设计说明书和绘制采矿方法设计图。
(2)采矿方法合理选择,程序规范,设计内容系统完整。
(3)采矿方法大图要求用电脑绘制;说明书要求简洁扼要通顺整洁,插图(示意图)12-15张。
(4)设计时间为2010年12月27日至2011年1月9日。
指导老师:
日期:
目 录
1采矿地质条件-1-
2采矿方法的选择-1-
2.1选择采矿方法的原则-1-
2.2采矿方法初选-1-
2.2.1浅孔留矿法-2-
2.2.2削壁充填采矿法-3-
2.3采矿方法的比较-6-
2.3.1浅孔留矿法主要优缺点-6-
2.3.2削壁充填采矿法主要优缺点-6-
2.3.4采矿方法的确定-7-
2.4采矿方法的结构参数-7-
2.5采矿方法图-8-
2.6矿柱回采与采空区处理-8-
3矿块的采准和切割-8-
3.1采准巷道的布置-8-
3.2采准巷道的断面形状和规格-8-
3.2.1运输平巷的断面形状和规格-8-
3.2.2主要天井规格-10-
3.2.3拉底空间、拉底平巷及切割上山-10-
3.2.4溜矿井-10-
3.3采准切割工程量-10-
3.4矿块中采准切割工程施工顺序和时间-11-
3.5采准切割成本-11-
4回采计算-12-
4.1凿岩爆破-12-
4.1.1凿岩设备和工具选择-12-
4.1.2炮孔布置与崩矿参数的选择和设计-12-
4.1.3凿岩工作的组织和施工要求-13-
4.1.4爆破材料的选择及起爆方法-13-
4.1.5爆破网络的设计及计算-13-
4.1.6单孔装药量及一次爆破所需要的炸药量-13-
4.1.7计算每米炮孔崩矿量-14-
4.2矿石运搬和放矿-14-
4.2.1出矿和矿石运搬设备选择-14-
4.2.2放矿制度和放矿管理-14-
4.2.3二次破碎-15-
4.3采场地压管理-15-
4.4矿块通风-15-
4.4.1通风系统-15-
4.4.2通风方式-16-
4.4.3通风时间-16-
4.5充填工艺设计-16-
4.5.1充填系统-16-
4.5.2充填材料和设备-16-
4.5.3采场充填工艺-16-
4.6回采工作组织-16-
4.6.1回采工作组织的人员、设备安排-16-
4.6.2一个回采作业循环时间和崩矿量-16-
4.7矿房回采时间-17-
5.采矿方法技术经济汇编-17-
参考文献-18-
1采矿地质条件
根据本次采矿方法课程设计任务书所提供的原始地质条件包括:
(1)金矿床。
矿石等级在Ⅲ~Ⅱ之间,属于很坚实的砂岩。
;
(2)围岩等级在Ⅳa~Ⅲa之间,属于砂岩。
(3)矿脉走向长300m,平均厚度为0.45m,矿体倾角65°。
(4)矿石体重4.5t/m3:
矿石稳固,f=10~12,顶、上下盘岩石欠稳固,f=5~7。
(5)金的品位:
30g/t。
(6)矿床赋存于片岩的层间断裂中。
(7)地面有建筑物,不允许崩落。
2采矿方法的选择
2.1选择采矿方法的原则
(1)首要条件是工作条件满足安全生产的要求;
(2)满足矿山产量要求,要求生产能力大,劳动效率高;
(3)满足选矿工艺要求,并要求贫化损失小;
(4)合理利用矿产资源,坚持“贫富兼采、厚薄兼采、大小兼采”的原则;
(5)良好的经济效果,尽量采用高效率、低成本的采矿方法;
(6)良好的社会效益,满足环保、安全等要求。
2.2采矿方法初选
根据矿山地质条件和采矿技术条件要求对采矿方法进行初选。
见表2—1。
表2-1采矿方法初选
主要地质及开采技术条件
较适合的采矿方法
可排除的
采矿方法
主要考虑因素
该矿床特征特征
①
地表允许崩落的可能性
不允许崩落
充填法、空场法
崩落法
②
矿石和围岩的稳固性
矿石稳固
围岩欠稳固
充填法、房柱法(顶板采用人工加固)、浅孔留矿法(适当减小顶板暴露面积)
其它空场法
③
矿体的厚度
平均厚度0.45m,属极薄矿体
浅孔留矿法、削壁充填采矿法、房柱法
其它充填采矿法
④
矿体的倾角
倾角65°,属急倾斜矿体
浅孔留矿法(适当减小顶板暴露面积)、削壁充填采矿法
房柱法
根据本次课程设计提供的采矿地质条件,结合采矿方法选择的原则及各种采矿方法的适用范围,初步选择:
浅孔留矿法(适当减小顶板暴露面积),削壁充填采矿法。
2.2.1浅孔留矿法
留矿法属于空场采矿法。
它的特点是将矿块划分成矿房和矿柱两步骤回采,在采场中由下向上逐层进行回采矿石,工人直接在暴露面下的留矿堆上面作业,每次采出的矿石放出约1/3的矿量,其余采下的矿石暂留采场(矿房)中作为继续上采的工作台及支护两帮围岩,待整个采场(也即矿房)的矿石落矿完毕后,再将存留在采场中的矿石全部放出。
(1)方案示意图,见图2—1。
图2—1留矿法示意图
1—回风巷2—未采矿石3—天井4—存留矿石
5—运输巷道6—漏斗7—人工假底8—回采空间
(2)结构参数
阶段高度为30m,矿块长度为40m,顶柱厚3m,底柱高度,在运输巷道顶柱上留3m。
由于是极薄矿体,不留间柱,矿块之间靠天井的横撑支柱隔开,并对围岩起支撑作用。
(3)采准工作
采准工程主要有:
阶段运输平巷,通风人行天井,等。
由于是极薄矿脉,所以矿脉布置于巷道的中央。
这样有利于探矿,不易丢失矿脉。
在矿块一侧掘先进天井,另一侧架设顺路天井。
(4)切割工作
切割工程主要有:
拉底和辟漏。
开掘拉底巷道,形成拉底空间,开掘漏斗颈,在开好斗径的基础上,把漏斗劈开,形成喇叭状,以利出矿。
漏斗一般沿走向每隔5—7m开凿一个。
开采薄矿脉用坑木做假底,从运输巷道顶板向上挑顶高约3m,架好假巷和漏斗即形成底部结构。
(5)回采工作
浅孔留矿法的回采工作包括有:
凿岩、装药爆破、通风、局部放矿、撬顶平场和大量放矿等。
矿房回采是自下而上分层进行的,每一分层的高度一般为2—3m左右,回采工作面多为梯段布置,但梯段数目不宜过多,一般为1—2个,采场的最小工作宽度为0.9—1.0m。
凿岩采用上向凿岩机打上向炮眼,孔深1.5—1.8m。
采用电耙出矿的底部结构。
由沿脉巷道一侧直接向上回采,在该侧架设栅栏,以控制矿流。
在沿脉巷道中安设电耙,溜放到巷道中的矿石由电耙耙入转运天井,溜放到下一个阶段装车运出。
2.2.2削壁充填采矿法
当开采厚度很小的极薄矿脉时,由于矿脉厚度很小,采下矿脉之后的采空区也很小,工人不能在其中工作。
如果将围岩一块采下来,则贫化过大,增加运输和加工费用,在经济上不合理。
其实质是在工作面中,将矿石和围岩分别开采,矿石运搬出来,而废石则留在矿房中作为充填料。
在这种情况下,可以运用分采充填法或叫削壁充填采矿法。
削壁充填采矿法的特点:
这种方法是在阶段中工作面连续推进。
矿块天井多为顺路天井。
由于矿体很薄,故不留间柱,有时留很小的底柱,但也有时不留底柱,而是架设人工底柱(木梁的或是混凝土的)。
回采时先采矿石,后采岩石。
在落矿之前,要在充填料上铺好垫层,(胶皮带或草袋子,铺钢板等铺15~20合分厚的混凝土),将矿石用1.0m深的炮眼崩下来后,用人工或用电耙出矿,然后再崩落围岩充填采空区,形成人员可以工作的最小空间,如此循环作业,将一个矿块采完为止。
(1)方案示意图,见图2—2。
(2)结构参数
①阶段高度:
一般小于30~45m;
②天井间距:
一般为50m,采用尺寸不大的采区其主要原因是:
在极薄矿脉中有用成份一般分布不均匀,矿体沿走向和沿倾斜常常有膨大缩小的情况,采区尺寸不大,则有利于在采准时更好的探清矿脉情况。
③一般不留顶柱、底柱和间柱,底柱多用人工底柱(木结构的或混凝土的)
④采矿中矿石留于间距约10m左右(用人工运搬时间距小,若用电耙运搬间距可增大)。
1—运输平巷2—人工假底3—溜矿井4—天井
5—混凝土垫板6—回风巷道7—电耙8—顺路天井
图2—2削壁式充填采矿法示意图
(3)采准工作
①掘进运输平巷
②掘进人行通风天井
③这种采矿方法一般采区宽度不大,如果是开采贵重金属,则一般不留平巷顶部的矿柱,而是加强运输平巷的支护。
(4)切割工作
对于削壁充填法、切割工作主要是拉底工作,通常在掘进运输平巷时,即同时进行拉底工作。
(5)回采工作
这种方法的回采工作是向上水平分层进行回采。
先采矿石,还是先采围岩,应当根据具体情况而定。
如果围岩比矿石较固,矿石易于采掘,矿体有足够的厚度,矿石易于脱邦,以后有用成份易于震落,此时可先开采矿石后开采围岩,反之先采用围岩,后采矿石。
(总之,若矿石围岩软,则在分层上超前崩矿,反之情况时,则先崩围岩)。
当先采矿石时,则将矿石崩落在产生铺好的热层上,按照这种工作循环,重复工作。
如果是先采围岩,则应将充填所用的崩落下来的围岩加以平整,铺好垫层,然后再崩落矿石。
①凿岩工作
用上向式凿岩机打浅眼,炮眼间距一般为0.3~0.6m,炮眼深度一般为1.2m。
炮眼多布置在矿脉中间。
一个炮眼所担负的面积为0.1~0.25m2。
回采分层高度一般为1.0m。
当矿脉厚度很小时,最好用小直径炮眼(30mm左右),这样可以将炮眼之间的距离缩短一些,这样有利于减少,矿石损失和节省人工。
(虽然炮眼数目增加了,可是凿岩速度随着炮眼直径的减小而加大了)。
②装药爆破工作
炮眼打完之后,即可进行装药爆破工作。
一般用人工装药包的办法装药。
在崩矿之前,先要在采场内的充填料上铺设好垫层。
垫层的种类很多,可用下面铺一层草袋、麻袋或油布之后再铺一层木板;有的铺钢板。
前面的方法垫层易损坏,复用次数少,且易出矿,同时也不利于采矿内矿石运搬,不便于电耙耙矿。
选择的垫层应当是材料可就地取材、廉价,坚固耐用,复用次数多,便于运搬。
铺钢板就具有这些优点。
目前有的矿山采用运输皮带作为垫层材料,经实践证明,效果良好,这种皮带经久耐用,复用次数多,使用方便。
如果开采贵重金属且品位高,为了提高回收率,比较有效的方法是在充填料上的铺设一层0.1~0.15m厚的混凝土。
③采场通风工作
这种方法晃利用全矿的总负压,新鲜空气自运输平巷,经采区天井进入工作面,清洗工作面,由另一天井进入通风平巷中。
④平场运搬工作
崩落下来的矿石,可以人工运搬,也可以用机械运搬,如小型电耙子为了减轻工人体力劳动尽量采用小型机械运搬。
这样也可以提高采场运搬效率。
⑤崩落围岩工作
当采矿中的矿石运搬完毕之后,拆除垫层(混凝土底板除斜)在围岩中打眼装药并起爆,爆破后崩下的岩石填入采空区。
如果崩下的岩石过多,则可通过高先在下部砌筑的废石放矿漏口放出多余的矿石,用的调节充填层高度。
然后加充填工作面进行平整。
当铺设垫层后,即可进行下一个工作循环。
⑥注意安全
不论是崩落矿石还是岩石,都应当注意生产安全所。
要随时注意检查顶板稳固性,及时撬除浮石。
2.3采矿方法的比较
2.3.1浅孔留矿法主要优缺点
(1)主要优点
①浅孔留矿法结构简单,管理方便,工艺简单,生产技术易掌握。
②采切工程量比较小,厚矿体7—12m/kt,薄矿体10—20m/kt。
③利用重力放矿,采场运搬矿石不需要其他机械设备。
此处指普通漏斗的留矿法。
(2)主要缺点
①所留矿柱的矿量占的比重较大(约占40—50%,有的达60%)。
而回采这些矿柱时,损失比较大,有的损失达50%;
②当围岩不够稳固时,特别是开采薄矿脉时,贫化率大;
③平场工作量比较繁重,又不容易实现平场工作的机械化;
④工人直接在暴露的矿石下工作,安全性较差;
⑤对矿石的块度要求均匀,否则容易卡漏(要求浅孔的合格块度不大于350mm);
⑥出矿受到薄矿等作业的限制,使日出矿能力低;
⑦暂时积累大量矿石,影响资金周转。
2.3.2削壁充填采矿法主要优缺点
(1)主要优点
①采出矿石贫化率低;
②当垫板材料选择的适当,且铺设的严密时,矿石损失率小;
③能利用分采所得到的废石的运输和加工费用,提高了有用组份的回收率;
④由于矿石品位高,故一吨精矿所需的矿石少,所以选矿的基建投资也少。
(2)主要缺点
①工作组织复杂;
②劳动生产率低;
③凿岩工作量大,炸药消耗量多;
④要铺设严密的垫层;
⑤单位矿石成本高。
(3)采矿方法详细比较见表2—2。
表2-2采矿方法详细比较
项目名称
方案一浅孔留矿法
方案二削壁充填采矿法
采矿成本和主要材料消耗
采场内需存留60%左右的矿石,不利于提高经济
效益,坑木消耗量0.05—0.06m3/m3,炸药消耗量3.0kg/m3,采矿成本较低
采矿成本较高
矿块生产能力
10—20m3/d
8—10m3/d
劳动生产率
6—9m3/工班
7—12m3/工班
矿石损失率和贫化率
损失率从2%~3%到7%~10%
贫化率50%~80%(采用手选之后可降到20%~50%)
损失率5%~8%,
贫化率7%~10%
采切比
10—20m3/103t
采切比大
施工技术难易程度
结构简单,管理方便,工艺简单,生产技术易掌握
工艺环节多,工作组织复杂,效率低,劳动强度大
采掘设备条件
难于实现机械化
难于实现机械化
安全条件
工作面通风条件差;工人直接在暴露的矿石下工作,安全性较差
生产安全可靠
其中:
削壁充填采矿法劳动生产率包括:
凿岩工为4—7m3/工班围岩;2—3m3/工班矿石;工作面工人为1—1.5m3/工班围岩;0.3—1m3/工班矿石。
2.3.4采矿方法的确定
由上述各方案的比较知,尽管削壁充填采矿法存在工艺复杂,效率低,劳动强度大,但其贫化率比浅孔留矿法低得多,对于开采极薄的贵金属矿脉,在经济上仍比浅孔留矿法优越;而在安全方面削壁充填采矿法同样也高于浅孔留矿法,因此最终采矿方法方案选择削壁充填采矿法。
2.4采矿方法的结构参数
(1)矿块布置:
矿块沿走向布置。
(2)阶段高度:
40m。
(3)分层高度:
1.0m
(4)矿房的长度和宽度:
长45m,宽1.0m。
(5)不留矿柱、顶柱和底柱。
底柱用充填料作假底的混凝土底部结构,人工假底位置将矿石运出后,在底层铺0.3米厚的钢筋混凝土底板,在此底板上人工浇注运输平巷,其他空间用充填料充填满,再浇0.2米厚的底板即可。
(6)底部结构采用人工混凝土假底自重放矿。
(7)开掘的围岩,正好够矿块充填。
因此,根据矿块充填条件,确定合适的开掘宽度,是这种采矿法回采中的重要问题,要使崩落下的围岩,刚好充满采空区,则必须符合下列条件:
MyKy=(Mq+My)R
式中,My—采掘围岩的厚度,m;
Mq—矿脉厚度;
Ky—围岩崩落厚的松散系数(1.4—1.5);
R—采空区需要的充填系数(0.75—0.8)。
于是可解得My=0.55m。
2.5采矿方法图
见附图。
2.6矿柱回采与采空区处理
本设计不留间柱,故不需进行间柱回采;对于顶住,该矿床在回采上阶段矿房时构筑人工假底,所以在顶底柱回采时只需控制好顶板暴露面积,用削壁式充填法就可顺利完成顶柱的回采工作。
采用的是削壁式充填法,先采围岩,后采矿石,利用采下的围岩作为充填料处理采空区。
3矿块的采准和切割
3.1采准巷道的布置
(1)利用沿脉巷道做运输平巷。
(2)在矿块的一端设一个人行通风天井,在另一端设顺路天井作人行通风井。
(3)在矿块内的两端设两个溜矿井,采用混凝土浇灌其壁厚为300mm。
(4)拉底巷道的拉底方法是从运输平巷开始,在矿房范围内,将平巷开帮,扩大到矿房边界,再往上挑顶,使总高度达到6m。
3.2采准巷道的断面形状和规格
3.2.1运输平巷的断面形状和规格
运输平巷的断面形状为直墙拱形,考虑运输设备的尺寸规格,布置形式见图3—1。
(1)巷道净宽度(B0)的确定
ZK10/550型轨距为600mm,架线电机车的宽为1060mm,高为1550mm,YCC2(6)型单侧曲轨侧卸式矿车宽为1250mm,高为1300mm,两者比较,取其最大值,故通过巷道运输设备的宽b=1250mm,高h=1550mm。
拱形巷道净宽度(B0)指巷道直墙内侧的水平距离。
B0=b+b1+b2
b——运输设备或矿车的宽度,1250mm;
b1——运输设备到支架的间隙,250mm;
b2——人行道的宽度,800mm,
则B0=2300mm。
图3—1运输平巷的断面图
(2)三心拱计算
三心拱拱高f0=B0/3=2300/3=767mm;大圆弧半径R=0.692B0=0.692×2300=1592mm;小圆弧半径r=0.262B0=603mm。
(3)轨道、轨枕和道渣铺设
轨道型号按通过该巷道的运输量、电机车类型及矿车容积而定,ZK10/550型电机车选用每米18公斤的钢轨,采用钢筋混凝土轨枕,查资料得,轨道铺设结构尺寸:
巷道底板到轨面的高度h6=350mm,道渣厚度h5=200mm,道渣面到轨面的高度h4=150mm。
(4)墙高的确定
①按电机车架线要求确定:
设架线导电弓子宽度之半K=400mm;架线到轨面高度取H1=2000mm;a=b/2+b1=875;轨道中心线与巷道中心线距离Z=B0/2-a=2300/2-875=275mm。
由于(r-a+K)/(r-250)=(603-875+400)/(603-250)=0.362<0.554
故导电弓子在大圆弧断面内,应按下公式计算巷道墙高,即:
②按人行要求确定,即:
以上两种情况的最大值为2015mm,已能满足架线、和人行安全距离的要求。
且运输设备的最大高度为1900mm(h+h4+h5),比墙高低,则墙高最终取2100mm(以0.1m为进级)。
即运输巷道规格(断面宽×高=2.3m×2.1m)。
3.2.2主要天井规格
人行通风天井(断面宽×长=1.0m×1.0m),顺路天井(断面宽×长=1.0m×1.0m)。
3.2.3拉底空间、拉底平巷及切割上山
采用不留底柱拉底见图3—2,假底空间(断面宽×高=4m×4m),见图3—3;拉底平巷(断面宽×高=1m×2m);切割上山(断面宽×长=1.0m×1.0m)。
图3—2不留底柱拉底
图3—3充填料作假底的混凝土底部结构
3.2.4溜矿井
溜矿井为方形,断面宽×长=1.0m×1.0m,倾角为65o。
3.3采准切割工程量
见表3—1。
表3—1采切工程量表
工作阶段
及项目名称
巷道长度
巷道断面
m2
体积
(m3)
矿石体积
工业
矿量
(t)
采出
矿量
(t)
标准掘进米数(m)
占矿块采出矿量的比例
(%)
矿石中
单长
总长
采准与切割
假底空间
45
45
16
720
81
364.5
364.5
180
拉底平巷(归于回采)
45
45
2.0
90
40.5
182.25
182.25
22.5
人行通风天井
36
36
1.0
36
16.2
72.9
72.9
9
切割上山(归于回采)
34
34
1.0
34
7.65
34.425
34.425
8.5
掘进工程量
220
采切合计
437.4
437.4
189
12
回采
回采工作
3207.6
3207.6
88
总计矿块
3645
3645
100
备注:
假底空间中架设人工运输平巷,切割上山形成的补偿空间架设成顺路天井,拉底平巷亦作补偿空间。
由表3—1可计算采切比为189/0.437.4=432m/103t,采掘比为220/3.645=60.36m/103t
3.4矿块中采准切割工程施工顺序和时间
表3—2矿块采准切割工程进行图表
工程项目
工程量m(或m2)
掘进速度(m掘/月)
完成时间
进行顺序(月)
1
2
假底空间
围岩部分
45
38
1.18
矿石部分
45
150
0.3
拉底平巷
围岩部分
45
489
0.092
矿石部分
45
300
0.15
人行通风天井
围岩部分
36
973
0.037
矿石部分
36
600
0.06
切割上山
围岩部分
34
694
0.049
矿石部分
34
1214
0.028
3.5采准切割成本
见表3—3。
表3—3矿块采准切割工程进行图表
工程项目
工程量m3
单价
金额(元)
假底空间
围岩部分
639
矿石部分
81
拉底平巷
围岩部分
49.5
矿石部分
40.5
人行通风天井
围岩部分
19.8
矿石部分
16.2
切割上山
围岩部分
26.35
矿石部分
7.65
4回采计算
4.1凿岩爆破
4.1.1凿岩设备和工具选择
采场凿岩主要用7655或YSP45型凿岩机。
4.1.2炮孔布置与崩矿参数的选择和设计
崩落层的厚度H为1.0m。
(1)围岩爆破参数
围岩打上向垂直炮孔,按三角形布置,采用2#岩石炸药。
①炮眼直径d1:
34mm;
②药卷直径d2:
27mm;
③眼深1.2m;
④最小抵抗线:
W=(25~30)d1,取1.0m;
⑤孔距a=(1~1.5)W,取1.4m;
⑥排距b:
0.4m;
⑦炮泥填塞长度0.2m。
⑧炮孔布置见图4—1。
图4—1围岩部分的炮孔布置图
注:
图中单位为cm
(2)矿石爆破参数
围岩打上向倾斜炮孔
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