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井下采矿


井下采矿

一、地质概况 二、回采工艺 三、运输系统 四、溜破系统 五、提升系统 六、排水系统

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地质概况
1.概述 概述 矾山磷铁矿位于河北省涿鹿县境内,属磁铁磷灰石型岩浆晚期堆积矿床。 矾山磷铁矿位于河北省涿鹿县境内,属磁铁磷灰石型岩浆晚期堆积矿床。 矿体, 矿床自上而下分 1#、2#、3#矿体

,均赋存在辉石岩带的中上部,分布在东西长 、 、 矿体 均赋存在辉石岩带的中上部, 1718m,南北宽 1480m,标高 598~32m 范围内。磷铁矿资源储量 6380.1 万吨, 范围内。 万吨, , , ~ 年正式投产, 矿石品位 P2O514.37%,TFe12.89%。矿山基建始于 1988 年,1996 年正式投产, , 。 四个水平, 目前巷道拓展于 515m、470m、425m、380m 四个水平,矿山的采准矿量约有 、 、 、 330 万吨,主要集中在 425m 中段,保有磷铁矿资源储量 5781.2 万吨。 万吨, 中段, 万吨。 2 、矿区自然条件 矿区地处怀来盆地与军都山的衔接地带,地势南西高,北东低,呈葫芦状 向东北开口。矿床所处一级阶地海拔标高为 720m,三面依次为台地和中低山所 围绕,为中间低向东南西三面逐渐增高的半盆状山前阶地。区内地表水系主要有 东灵山河和西灵山河两条季节性河流。东灵山河常年干涸,降雨期内方有山区汇 集的洪水通过,现河床地段及河道均已被改造成农田。 区内气候属北温带季风气候区。为大陆性气候,冬夏温差大,常年风多雨 少, 蒸发量大于降雨量。 年均气温 9°C±, 最高气温 38℃, 最低气温达零下 22℃。 年均降雨量为 395mm,雨季主要集中在 7-9 月。年均蒸发量 1789mm。第四系冻 土层最大深度 0.30-1.00 m。 3 、矿山现状 矾山磷矿原初步设计设计,采选生产规模为 120 万 t/a。07 年之前采矿生产 规模为 60 万 t/a;选矿实际处理量(原矿+低品位“废石”)为 110 万 t/a。 根据该矿的矿体赋存情况和矿床的水文地质条件、开采技术条件,以新设 0 勘探线为界,将 0 线以东至 35 线的矿床东部开采技术条件相对较好的低水位区 划为东区(即矿山目前生产区段) 线以西至 40 线的矿床西部开采技术条件复 ;0 杂的高承压水位区划为西区。 目前开采矿体 2#和 3#矿体 矿体顶底板围岩及夹石岩性主要为辉石岩、正长岩、正长辉石岩。少量脉状 夹石为中性煌斑岩脉。 a、矿石质量特征 矿石类型,主要有黑云母辉石岩型、磁铁磷灰石型、磷灰石岩型、正长黑云 母辉石岩型。 b、矿石矿物组分 矿石矿物主要为磷灰石、磁铁矿;脉石矿物主要有次透辉石、黑云母、正长 石等。 c、矿石结构、构造 矿石结构:有自形、半自形、它形结构,海绵陨铁结构,镶嵌结构,填隙结 构,交代残余结构等。 矿石构造:以块状、浸染状、片状、间杂状、条带状构造为主。 4、矿床水文地质特征 、 矿床东部低水位区, 潜水含水层疏干, 矿床东部低水位区,经近十余年生产排水已将 Q21 潜水含水层疏干,目前最 以上, 低开采水平在 425m 以上,矿坑涌水量基本稳定在 8400~8600m3/d; ~ ; 矿床西部高水位区坑道涌水量预测认为,涌入矿坑的水量,除储存量外, 矿床西部高水位区坑道涌水量预测认为,涌入矿坑的水量,除储存量外, 长期正常排水量有两部分组成。 长期正常排水量有两部分组成。
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①通过承压含水层导入的补给量:8256.6m3/d; 通过承压含水层导入的补给量: ; 通过断层直接导入的补给量: ②通过断层直接导入的补给量:涌水量约为 8000m3/d。 。 中段矿坑涌水量预测, 深部 245 中段矿坑涌水量预测,采用比拟法进行估算为 37424m3/d。 。 其中东 ; 。 区为 12984m3/d;西区为 24440m3/d。 5、开采技术条件 矿体、夹石及顶底板围岩稳定性特征 顶板硬、矿层软、夹石硬、直接底板软、间接底板硬。矿体及其顶底板软硬 岩层交替出现使矿岩力学性质复杂多变。在采矿生产过程中,由于顶板坚硬不易 崩落,极易形成沿矿体(磷灰石岩)及直接底板软弱层抽冒。

回采工艺
1、采准工程布置 目前井下在东区回采方法采用无底柱分段崩落法, 适合矿床的赋存特点和矿 山的生产能力要求。西区,在承压水体被有效疏干以前,将采用上向进路充填采 上向进路充填采 矿法进行回采。 矿法 目前东区开采选用的采矿方法为无底柱分段崩落法。凿岩设备为 YGZ90, 钻凿上向扇形中深孔,逐次向采场溜井方向后退爆破,一次爆破 3 排炮孔。出矿 现有 9 台, 分别布置在 470m、 458m、 446m、 434m 设备为国产 WJD-1.5 铲运机, 分段。出矿进路的规格为 2.8m×2.8m; 第一期开采+425 米以上矿体,回采深度为+560m~+425m,采深 126 米。 分三个中段(515 中段、470 中段、425 中段) ,每个中段高度都是 45m。 凿岩用 YGZ90 钻机施工上向中深孔,使用粒状硝铵炸药,非电导爆系统 起爆。 爆破后形成切割立槽, 进行后退式回采。 矿石的运搬用现有 WJD1.5 型电动铲运机铲运机出矿运到各分段溜井。 采场综合生产能力为 300t/d。 综合损失率和废石混入率均为 20%。 二期工程回采+425 米以下矿体,开采深度为+425m~+335m,开采深度 90 米。分两个中段(380 中段和 335 中段) ,每个中段高度也是 45m。二期 开拓系统采用盲竖井箕斗提升,在井下进行二次提升至地表,现在正在做 盲竖井装备工程。 (1) 、东区回采采准工程布置 沿矿体走向每隔 60 米划分为一个矿块 回采进路间距为 10 米 每个矿块分段运输平巷 60 米 每个矿块脉内巷切割巷 60 米 每个矿块切割井 18 米 每个矿块出矿进路(6 条) ,每条约 50 米 每个矿块布置 1 条溜井 目前东区矿体回采为Ⅱ、Ⅲ号矿体合采,采用无底柱分段崩落法采矿。每 隔 60m 左右布置一个矿块。每个矿块的回采方式为在矿体顶板沿矿体走 向布置脉内切割巷(断面 2.8m×2.8m) ,在脉内切割巷内施工一条切割井 (断面 2.0m×2.0m) 。垂直矿体走向布置出矿进路(断面 2.8m×2.8m) , 进路间距 10m。在矿体底板沿矿体走向布置下盘运输巷(断面 3.2m× 2.8m)。每个矿块在下盘运输巷布置一条出矿溜井(断面 2.0m×2.0m) 。 采用 1.5m3 电动铲运机出矿。
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(2) 、西区回采 西区因矿体处于 Q2 高承压含水层之下,水文地质条件复杂,在目前尚无 准确定论又难以实施高承压水综合治理方案情况下,选择保护性开采方 法,是确保矿山安全生产、提高生产能力、扩大矿山生产规模、避免盲目 疏干的有效途经。根据现场的矿岩稳固程度结合矿山的实际情况,本着安 全稳妥的原则,采用上向水平分层进路充填采矿法,生产过程中可根据地 压变化情况适时地调整矿块的结构参数,适应采矿生产要求。

上向水平分层进路式充填采矿法: 上向水平分层进路式充填采矿法
矿块沿走向布置, 矿块长度 60m, 高度为中段高度 45m, 矿块宽为矿体厚, 底柱高 6m,不设顶柱及间柱,每分层回采 3m 高,每条分段巷道承担 4 个分层的回采,分段高为 12m,进路规格为 5.0m×3.0m。 凿岩用 TAMROCK 公司生产的 MERCURY-14 单臂凿岩台车, 采用剪式升 降台车辅助装药,炸药采用乳化炸药,非电导爆系统起爆。采用现有 WJD1.5 型电动铲运机和新增 XYWJD-2(2m3 铲斗)铲运机出矿。 在每一进路回采完毕后,先用灰砂比 1:12 的胶结充填料充填 2.6m 高, 剩下的 0.4m 用灰砂比 1∶8 的胶结尾砂进行胶面充填。 采场综合生产能力为 300t/d(包括充填及养护) ,综合损失率 11%,综合 废石混入率 6.02%。 a、矿块布置及构成要素 矿块沿走向布置, 矿块长度 60m, 高度为中段高度 45m, 采场宽为矿体厚, 底柱高 6m,不设顶柱及间柱。 采准工程有中段出矿穿脉、分段沿脉巷道、溜井、分段联络道、回风充填 (泄水)天井;切割工程有拉底穿脉及拉底沿脉。 溜井和分段沿脉巷道布置在下盘脉外, 分段沿脉巷道通过采区斜坡道与上 下中段连通,从分段沿脉巷道向矿体掘进分段联络道。在矿房内Ⅱ号矿体 上盘矿岩均较稳固位置施工回风充填(泄水)天井,下部用作泄水井,上 部用作回风、充填天井,并作为采场安全出口。 拉底沿脉巷道在两层矿体内分别布置, 均位于矿体的最上盘, 与拉底穿脉、 采场联络道和回风充填 (泄水) 天井相联通, 进路规格暂定为 3.0m×5.0m, 施工过程中可根据现场允许暴露面积进行相应调整. b、落矿 采切工程施工完毕后进行进路采矿,凿岩采用 MERCURY-14 凿岩台车, 钻凿水平浅孔,孔深 3.8~4.0m,首采进路从拉底穿脉贴矿体上盘处沿走向 回采至采场边界。 c、运搬 进路在爆破结束后即进行通风。 新鲜风流由采区斜坡道或进风天井进入分 段巷道,再由分段巷道经分段联络道进入采场,污风经回风充填天井、上 中段回风联络道、上中段回风巷道、最后经风井排出地表,进路工作面的 通风则主要通过扩散作用。 通风结束后进行撬毛排险,排除顶帮浮石。在遇到不稳固地段时采用锚杆 进行加固。在支护同时对爆落矿堆进行洒水除尘。 确保作业安全后方可进行出矿作业,出矿采用 XYWJD-2 电动铲运机或 WJD-1.5 电动铲运机,将爆落矿石铲装到溜矿井,再经溜井底部的装矿漏
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斗装入矿车运往中段集中溜井。 d、进路充填 进路回采结束后,即可进行充填准备工作,封闭好进路与联络通道(对拉 底层为拉底穿脉)相接处出口,充填管由充填回风天井下放到进路内,将 塑料充填管架到进路中间,对整个进路实施接顶充填。 进路充填养护达到要求强度后,即可进行相邻进路回采作业,进入下一轮 采充循环。 一个分层内最后一个进路回采完毕后,可架高人行泄水井、封闭好采场联 络道外口,将该进路与中间的采场联络通道一起充填。 分层充填完后,本分层采充工作结束,整个采场进入下一分层采充循环。 e、矿柱回收 采场底柱可随下中段采场正常回采顺序上采一层,剩余 3m 作为永久损失 不再回采。

运输系统
矿山运输系统:目前东区主要生产中段矿石、废石均采用有轨运输方式, 由 ZK10-6/550 架线式 10t 电机车单机牵引 10 辆 2m3 底侧卸式矿车。 各运 输中段均设有矿、废石卸载站。中段铺设 24kg/m 轻轨,轨距为 600mm, 轨枕为木轨枕。井下矿石溜井与废石溜井下各安装一台 PE900×1200 颚 采用振动放矿机给矿, 给矿粒度≤600mm。 式破碎机, 电机功率 110kW/台, 矿石和岩石流程为: 采场-采场溜井-中段运输-主溜井-箕斗提升至地 表-胶带运输至选厂(废石场) 采场矿石由铲运机卸入采区溜井,各中段布置出矿沿脉及穿脉巷道, +425m、+380m 为有轨运输(轨距为 600mm),用 10t 电机车牵引 2m3 底侧 卸式矿车运井底车场, 卸入旁侧矿石主溜井。 废石则用 10t 电机车牵引 2m3 底侧卸式矿车运至井底车场,卸入主井旁侧废石主溜井。每个中段有两条 石门平巷,形成双环形车场以保证运输能力。 将来+335m 以下中段矿石运输采用 ZK10-7/550 电机车双机牵引 15 辆 4m3 底侧卸式矿车组成一列车,一列车长 64.7m,一列车有效载重 104t, 废石运输采用 ZK7-7/550 电机车单机牵引 12 辆 1.2m3 单侧曲轨侧卸式矿 车。

溜破系统
粗碎设于井下 399 水平,采用 2 台 PEJ900×1200 颚式破碎机,电机功率 110kW/台, 粗碎产品在 355 水平采用振动放矿机给矿, 给矿粒度≤600mm。 经 355 水平皮带道装入箕斗提到地面竖井卸矿仓中。 井下粗破碎标高为+399m,皮带道标高+355m。 地表设矿石仓和废石仓,采用卸载直轨卸矿。 主井延深后仍只负责矿、废石的提升。主井井下增设一个装矿点,配置与 +355m 装矿点相同。考虑到备品、备件的统一,新增装矿点的破碎系统 配置与+355m 破碎硐室相同,即矿、废石溜井下均配置型号为 PE900× 1200 颚式破碎机,进料口尺寸为(宽×长)900×1200mm,排料口调整 到 200mm,处理能力 337t/h,电动机型号为 JR126-8,功率为 110KW。主 竖井的最大提升能力为 286t/h,井下破碎生产能力应与提升相适应。
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提升系统
矿山采用中央主、副井开拓,中央对角式通风系统。副井为进风井,两翼 风井为回风井。由于西区水文地质条件复杂,西区的基建工程时至今日也 没能完成,一直无法投产,现在处于停产状态。515m 和 470m 中段西区 的脉外运输巷道掘进一小部分,并未与西风井沟通。目前,只有东区在进 行生产。实际的通风系统为副井和东回风井构成的两翼对角式通风系统。 主井:位于矿体走向的中间部位、开采后错动范围外 100m 处,净直径为 4.5m。内设钢丝绳罐道,井口标高为+773.5 米 ,井底标高为+304.58 米 , 井筒于 399m、 355m 标高处开口, 分别与破碎系统的大件道和皮带道相通。 主井装备有 9m3 单箕斗带平衡锤,担负矿石和废石的提升。 主井采用落地式多绳摩擦提升机,主滚筒直径 3.2m,钢丝绳首绳 4 根直 径 32 ㎜,尾绳两根,一次提矿 15.5 吨, 电机功率 800KW,最大运行速度 9m/s,原主机和电控系统全套引进瑞典 ABB 公司产品,4 月初电控系统 更新为烟台金健的电控设备,PLC 采用德国西门子 S7-300,变流器采用瑞 典 ABB 公司 DCS800 产品,实现装矿、提升、卸矿的全自动运行。 主井延深后仍只负责矿、废石的提升,提升机主机不变,但电机不能满足 生产要求,需要将电机更换型号为 Z900-315 直流电动机,电机功率 1800kW,电压 750V,转速 1000r/min,转动惯量 635kg·m2(上海电机厂 提供技术参数,需特殊订货),提升速度增至 Vmax=10.85m/s。9m3 底卸 式箕斗自重 15.93t(包括悬挂装置) ,提升矿石时有效载重 15.64t,提升废 石时有效载重 15.58t(装满系数取 0.85) 。 副井: 与主井并列位于矿体走向的中间部位、 开采后错动范围外 100m 处, 净直径为 5.5m。井口标高为+769.0 米 ,井底标高为+286.5 米 。井筒在 515m、470m、425m 处分别与各自的井底车场相连,在 399m、355m 标 高处分别与破碎系统的大件道和皮带道相通,在 310m 处与粉矿回收系统 相连。 内设球扁钢组合罐道, 副井装备有Ⅱ型双层单罐带平衡锤、 梯子间、 管子间、电缆等,担负人员、设备、材料的提升及下放工作。 副井采用落地式多绳摩擦提升机,主滚筒直径 3.2m,钢丝绳首绳 3 根直 径 32 ㎜,尾绳两根,电机功率 400KW,最大运行速度 8m/s。准乘人员一 次 78 人, 下放大件尺寸 1.8m×4.2m×2.2m,主机和电控系统全套引进瑞 典 ABB 公司产品。 副井提升机型号为 JKMD3.2×3 落地式多绳摩擦提升机,电机功率 400KW,延深后副井仍只负责人员、设备及材料的提升任务,新增服务 中段为+380m、+335m、+290m、+245m、+200m(破碎) 、+170m (皮带道) +125m 、 (粉矿回收) 副井井底标高+105m。 , 粉矿回收由 Z-17A 电动装岩机向 YFC0.7-7 矿车装矿,然后人工推入罐笼提升到+245m 中 段,由主井提升至地表。 东风井: 位于矿床东端移动范围外 35m 处。 净直径 4m。 井口标高为 734m, 井底标高为 451.75m。井筒在 515m、470m 处与中段相连。井筒内装备 2# 罐笼配平衡锤及梯子间,作为安全出口。为抽出式通风专用回风井 西风井: 位于矿床西端移动范围外 30m 处,井口标高为 822m, 井底标高为 521m(515m 中段),倾角 30°,井筒设计与 515m 中段相连。该井于 1993~ 1994 年间施工 470m(斜长),井筒已穿过 Q2 含水层,施工至基岩裂隙含水层
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时因涌水量大而停掘。 盲竖井:由于东区的储量只占矿区储量的三分之一,整个矿区的生产目前 又局限于东区,致使东区的中段下降速度过快,为了保证生产的接续,矿 山正在进行东区的二期工程建设, 在矿体走向的中间部位设计了一条盲竖 井,装备 2 个 2.5m3 的箕斗互为平衡进行提升。目前正在进行井筒装备。 斜井:井下各中段和分段通过中段斜井连通。各斜井均设有卷扬机,用来 升降出矿用的铲运机,同时也用来通风和行人。 另外服务于各中段之间的三个分层的行人和运送材料、设备。斜坡道坡度 为 25?。 为了今后大型先进凿岩设备和出矿设备的灵活调动,425 中段以下各个分 层运输使用的斜坡道坡度调整为 9?。

排水系统
井下涌水量较大,且经过化验,井下涌水满足生活用水标准,富裕涌水一 部分供生活区使用, 多余部分通过井口水池的混凝土溢流管排放至古城水 库。 原系统水泵房设在+425m, 配置 200D-65×6 水泵 7 台, 每台流量 185~ 335m3/h,扬程 408~372m,电机型号 JSQ1410-4,功率 500kW,正常涌 水时三台工作,最大涌水量时六台同时工作,一台备用。开拓盲竖井后, 在+335 水平新增水泵房(已施工),设计两条水仓,采用一段排水。 竖 井 延 深 后 , 经 核 算 井 下 正 常 涌 水 量 为 37424m3/d , 最 大 涌 水 量 为 56136m3/d,充填回水约 200m3/d,井下生产用水的回水 回水约 回水按用水量的 10% 回水 回水 考虑,约为 150m3/d。在+335 水平新增水泵房(已施工),配置 MD580-60 ×9 水泵 6 台,设计两条水仓,采用一段排水。 排水管路利用原有φ426×10 无缝钢管两根,一根工作,一根备用。 副井井底水窝选择 6699×17 55KW 潜水泵两台,一台工作,一台备用。 排水管选 Dg=80 无缝钢管,把水排到+335m 泵房水仓。 主、副井延深后,三期水泵房设在+245m 中段,采用两段排水。 选择型号为 D500-57×2 水泵 4 台, 每台流量 450~555m3/h, 扬程 120~ 108m,电机功率 220kW,正常涌水时两台工作,最大涌水时三台同时工 作,一台备用。设计两条水仓,一条工作,一条备用。泵房与运输巷联络 道及运输巷道内均设置防水闸门。 排水管路选择φ273×8 无缝钢管三根,两根工作,一根备用。 副井井底水窝选择 6606×23 15KW 潜水泵两台,一台工作,一台备用。 排水管选 Dg=50 无缝钢管,把水排到+245m 泵房水仓。

井下供水系统
井下供水系统利用原系统,将管路延深沿竖井铺设至延深中段,在各中段 马头门设置减压阀,降低供水压力,在各中段减压通过石门后沿通风井送 到中段各分层,并在各分层沿走向敷设,供凿岩设备用水。 井下易燃地点应在供水管道上每隔 50~100m 安装 Dg50 的消防支管接头, 以备消防用水。 采矿凿岩用水 1080m3/d,破碎站除尘用水 4m3/h,共计 1140m3/d。 使用φ159mm×6mm 钢管。将来主副井延伸后的新水管仍采用φ159mm
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×6mm 型钢管,与上部水管接通,水管均设在副井内。

供风系统
地表现有空压机站配置 100m3 550KW 空压机三台,矿山扩建后,井下 采矿设备总用风量约为 120m3/min,现有供风系统可以满足要求 .

充填系统
采用分级尾砂胶结充填方式,即选择分级尾砂做充填骨料,选择新型尾砂 固结材料(C 料)做胶结材料。矿山日平均充填体积为 1284m3/d,全部 胶结,灰砂比为 1:12. 按充填试验报告,充填体容重 2.12t/m3,每天充填约需尾砂 2328t,胶结 料的日消耗量为 194t。 西采区充填站内建 1500m3 立式砂仓 2 个,仓内设风、水造浆设施,仓底 设放砂充填管;建 260t 的水泥仓 2 个,仓顶设 DMC-48 型脉冲式集尘器 2 台,仓底设仓壁振动器 4 台,放料闸门 2 个;WLY(T)-400 型螺旋给 料机 2 台,DGL-400 型螺旋式电子称 2 台,设制备充填料浆用Φ2.5m× 2.5m 高浓度搅拌槽 2 台,搅拌槽上设 DMC-48 型脉冲式集尘器 2 台,设 造浆用 100D16×7 水泵两台,设 SA-120A 型空压机 1 台。另外配计算机 自动监控、操作系统一套。 在搅拌槽出口设流量计和浓度计。充填料的制备采用计算机自动监控、操 作的方式进行。 设充填钻孔两条,内安 DN125 陶瓷内衬复合钢管,1 条工作 1 条备用; 主平巷内安装充填管 1 条,材料为 DN125 陶瓷内衬复合钢管,与钻孔内 充填管相接。其它地方采用钢丝编织复合塑料管。

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