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1、湖北兴发化工集团股份有限公司瓦屋 IV 矿段采矿方法实验报告瓦屋 IV 矿段2015 年 11 月 10 日瓦屋瓦屋 IVIV 矿段采矿方法试验报告矿段采矿方法试验报告编写人：王 坪审 核：彭亚利陈 雕编写单位：瓦屋 IV 矿段技术质量科目目 录录第一章 前言 4 1.1 试验背景 .4 1.2 电耙采矿阶段性试验成果4 1.3 对角式双巷斜坡道采矿阶段性试验成果6 1.4 进一步展开试验的必要性7 1.5 试验的目的和任务.8 1.6 试验地段的选择8 第二章 矿床地质条件及开采条件.8 2.1 矿床赋存条件8 2.2 水文地质条件9 2.3 工程地质条件9 2.4 开采技术条件.9 第三章
2、 采矿方法 10 3.1 采矿方法选择的依据10 3.2 采矿方法的选择10 3.3 采场结构参数优化11 3.4 采场结构参数优化结果11 3.5 采准切割工作12 3.6 回采工艺 .12 3.7 顶板管理及采空区处理15 第四章 生产组织 16 4.1 人员组织 .17 4.2 设备选型 .17 4.3 工作方式 .17 第五章 主要经济指标.18 5.1 采矿直接成本18 5.2 矿块生产能力19 5.3 损失率和贫化率19 4.4 主要经济指标19 第六章 试验成果评价.19 6.1 试验采矿方法成果分析19 6.2 采矿方法的特点及适用条件20 6.3 进一步研究方向21第一章第一
3、章 前言前言1.1 试验背景瓦屋矿段为湖北兴发化工集团股份有限公司下属的矿山企业，是瓦屋矿区、III 矿段往南深部延伸区域，矿段探矿面积约为4.6km2，资源储量 71411kt。由于瓦屋矿区、III 矿段已开采数年，同时 IV 矿段多年的基建，已形成良好的外部交通环境。瓦屋 IV 矿段矿体具有明显特点：一是属缓倾斜薄至中厚矿体，呈缓倾斜产出，倾角 1725，平均倾角 18，平均厚度 4.46米；二是地质构造复杂多变，由于矿段处于 F1 断层的下盘，矿层节理裂隙发育，矿层顶板结构破碎，导致偏帮严重，岩爆频繁。矿体的特点决定了其开采难度，主要难度在于：一是放矿困难，由于矿体的倾角较缓，崩落的矿石
4、不能借助自重自溜；二是矿体较薄，不利于充分发挥大型自行设备的优势，若不合理选型必然导致采切工程量较大，采矿成本高；三是地质结构复杂，导致顶板管理难度大，需预留大量的矿柱来维护顶板的安全，加大了矿石的损失。1.2 电耙采矿阶段性试验成果为寻求适于矿段的采矿方法，2014 年矿段进行电耙采矿阶段性试验，在试验过程中，针对采切巷道的布置、采场结构参数、回采工艺、采场设备的使用、顶帮安全管理等进行的研究与实践，取得了一定的成果。电耙采矿矿块沿走向布置，矿块结构参数如下：1、矿块倾向长度： 15-80m；2、中段运输平巷宽度： 4.5m； 3、矿房宽度： 12m；4、切割上山宽度： 3m；5、间柱： 4
5、m；7、断层边缘保安矿柱宽度 6 m。电耙采矿主要经济指标如见下表：电耙采矿主要经济指标 序号指标名称单位数量备注1矿块生产能力t/d185 2采切比m/kt15.9 m/kt110 3回采率%61.24 4废石混入率%5.5 5贫化率% 6采矿直接成本元/t46.6历经半年的试验表明，电耙采矿具有一定的优势：一是利用电耙出矿能有效克服大倾角难题；二是电耙“耙矿”距离较长（最远可达 60 米），通过布置小断面正倾向切割上山，可以极大减少采准平巷的布置，降低了采切比；三是采切布置简单灵活，生产流程相对固定，技术管理可控性高；四是电耙结构简单，维修简单且工人易掌握操作技能。与此同时也暴露出一些问题
6、，一是电耙放矿时间较长，直接影响了单班产量；二是电耙巷道内，矿石难以清收彻底，矿石损失率较大，资源回收率不高；三是当电耙切割距离较长时，人工摘除的夹石搬运距离较远，变相加大了质量管理难度；四是电耙“耙斗”较小，遇到块度较大的矿石难以处理，降低了出矿效率； 1.3 对角式双巷斜坡道采矿阶段性试验成果如上文所述，电耙采矿仍然不够理想，尤其是在不大量增加作业人员的前提下无法满足百万吨级的产量需求。2015 年 3 月，在矿产资源部总工室的指导下，矿段技术人员积极摸索，变换思路，认真研究矿体赋存情况和现有设备的特点，调整采切布置，进行了“对角式双巷斜坡道”采矿试验，即通过布置密集伪倾向切割（斜坡道），
7、达到降坡目的，满足设备（扒渣机）出矿要求，以期解决电耙采矿的弊端。对角式双巷斜坡道采矿矿块沿走向布置，矿块结构参数如下：1、矿房面积： 14*16；2、切割上山宽度： 4m；3、切割上山间距： 14m；4、采准平巷宽度： 4m；5、 采准平巷间距： 16m；6、点柱： 5*7；7、点柱间距： 9*9m；8、断层边缘保安矿柱宽度 : 6 m；9、边界回风巷保安矿柱宽度 : 15m;10、中段运输平巷宽度： 4m； 对角式双巷斜坡道采矿主要经济指标如见下表：对角式双巷斜坡道采矿主要经济指标序号指标名称单位数量备注1矿块生产能力t/d500 2采切比m/kt12.24 m/kt160.27 3回采率
8、%67.1 4废石混入率%5.3 5贫化率%5.8 6采矿直接成本元/t45.15截止到 2015 年 10 月份，对角式双巷斜坡道采矿试验达到了部分预期效果：一是采用布置伪倾向切割斜坡道来降坡，可满足现有设备（扒渣机、南骏卡车）的出矿要求，有效克服了较大倾角难题，极大提高矿块生产能力；二是工人对现有设备的操作熟练度高，生产组织简单；三是不需要采购新设备，减少了成本投入：但该方法也暴露出了一系列问题：一是技术管理难度大。若严格按设计施工伪倾向斜坡道，为保证斜坡道间距一致，必须对方向放样，但显然在遇到局部产状变化时，无法保证坡度、方向不偏离设计又不伤顶带底，结果造成间距大小不一。二是大倾角矿层的
9、属性决定了斜坡道帮壁有高边与矮边之分，后期回采时形成的“菱形矿柱”稳固性差， 不是正倾向，极易受顶板来压而变形失效；三是斜坡道多必然导致后期两侧三角矿柱多，而该类型矿柱难以回收，降低了整体的回采率，四是密集布置切割巷道，加大了掘进工程量，增加了劳务成本，减小了公司利润。1.4 进一步展开试验的必要性瓦屋 IV 矿段经过多年的探矿建设，一期探矿范围内的资源基本控制完毕，为迎接安全标准化验收、办理采矿权证，面对前期试验总结出的经验和问题，摸索出更加切实有效的采矿方法已经迫在眉睫。如何在综合前期两次试验成果的基础上取长补短，进一步优化采矿方法是接下来需要开展的重点工作。2015 年 5 月，矿段技术
10、质量科积极与矿产资源部总工室联系，针对矿层赋存特点，结合前两次采矿试验取得的成绩，开展了“装载机”方法试验。1.5 试验的目的和任务1、进一步优化采场参数，并测定矿块生产能力、回采率、贫化率、采切比、材料消耗指标、采矿成本、工效等2、根据回采顺序，完善回采工艺，规避生产过程中安全风险，确保安全生产。3、验证布置正倾切割，装载机在房柱法中克服较大倾角矿体的技术可行性。4、寻求顶板管理技术，摸索顶板暴露暴露面积安全范围。5、遵循“三级矿量”原则，优化生产组织模式，确保生产达产达效。1.6 试验地段的选择试验地段的选择应遵循的原则：（1）要具有代表性的原则；（2）符合矿山整个开采顺序，不影响整体开采
11、的原则；（3）尽量利用现有工程、投资少、建设快、经济优的原则；（4）兼顾整体开采，部分工程能为后期大规模回采利用的原则；按照以上原则，试采区地段选择在 23 勘探线与 27 勘探线之间，+810 标高以上。第二章第二章 矿床地质条件及开采条件矿床地质条件及开采条件2.1 矿床赋存条件矿段内磷矿层赋存于震旦系上统陡山沱组第二段，为沉积型磷矿岩（胶磷矿），开采深度为+112.17+1021.97 标高，矿层连续稳定，呈缓倾斜向东南倾，倾角 1725。工业矿床主要是 Ph13磷矿层，矿层结构单一，平均厚度为 5.46 米。2.2 水文地质条件磷矿层均隐伏于地下，三分之二以上磷矿层赋存于当地侵蚀基准面
12、之上，矿段水文地质条件属于“充水岩层以溶蚀裂隙为主，顶板直接和间接进水，水文地质条件中等偏复杂”的岩溶充水矿床。2.3 工程地质条件顶板围岩为白云岩，岩石坚硬、强度高、完整性好；Ph13磷矿层致密坚硬、完整性好；底板围岩为含磷泥岩，较软弱、强度低，故矿段内工程地质条件属于中等类型。2.4 开采技术条件瓦屋 IV 矿属缓倾斜薄至中厚矿体，顶、底板围岩稳定性较好，节理、裂隙不发育，但因矿石为胶结结构，块状发育导致矿石极易松散，易发生片帮，同时顶板硅质岩、硅质白云岩中含有方解石，方解石吸水之后易膨胀，导致工作区内顶板存在炸顶、脱层的现象，易成为开采的不稳定因素。开采技术参数：f 值：矿石 810、顶
13、板 15；比重：2.85t/m3；松散系数：1.86；安息角：38。第三章 采矿方法3.1 采矿方法选择的依据（1）考虑矿体赋存条件：矿体厚度、倾角，矿体开采技术条件；（2）矿段现有的装备条件及现有的技术水平，采矿方法易掌握，有灵活性，管理方便；（3）充分利用矿段已有的开拓及运输系统，选择安全、高效、低损失贫化的采矿方法；（4）简化采场结构，缩短采场准备周期，实现矿山采矿的高效机械化作业；（5）技术方案应有利于各采矿要素的合理整合，改善矿山开采作业环境；（6）开采过程中除保证有安全和良好的作业条件外，同时保证矿段能持续稳定地生产。3.2 采矿方法的选择纵观国内外缓倾斜薄至中厚矿体的采矿方法，主
14、要为房柱法、底盘漏斗法、充填法、电耙留矿法以及爆力搬运，此类矿体开采朝着大型化、机械化的方向发展，大部分矿山由于政策导向性选择了充填法。根据矿段矿体的赋存特征和开采技术条件，赋存倾角在1725之间，不具备大规模采用爆力搬运采矿方法的条件；底盘漏斗法采切工程量大，大规模回采不具有良好的经济效益；充填成本较高，矿段没有建设充填系统，同时矿段尚未回采，地表暂无堆放废石的压力，所以现阶段不考虑采用充填采矿方法；结合矿段产能要求，现有的部分伪倾斜开拓系统以及确定的无轨运输方式，电耙留矿法不宜采用。从房柱法角度分析，根据矿体的赋存条件，其出矿方式对采矿方法具有直接的关系，且矿段岩爆频繁，顶板管理难度大，同
15、时结合上阶段实验成果，此次试验选用采矿方法为无轨运输、锚网护顶、轮式出矿的房柱法。3.3 采场结构参数优化1、矿块走向长度优化在对角式双巷斜坡道采矿试验中，由于密集的布置伪倾向斜坡道，造成矿石回采率低，由此可以看出，在阶段平巷内尽可能减少斜坡道布置，整体回采率越高，即意味着在矿块内走向长度越大越利用回采率提高，但回采强度有极限，矿块回采矿量必须控制在一定范围，采用工程类比法，最终确定为 200 米。2、矿柱尺寸优化根据经验值，矿柱尺寸设计为 4m*6m，在前期试验中，由于矿体埋藏较深，矿柱由于地压偏帮严重，成型后与设计尺寸差异较大，后期将矿柱尺寸优化为 6m*7m。3、矿房长度优化矿柱尺寸和开采跨度确定后，矿房越长就可以少掘进切割平巷，但在试验过程中，装载机在斜面上运行越长效率就越低，后期效率甚至可以急剧下降，根据现场多次测试，最终将矿房长度确定为 32米。3.4 采场结构参数优化结果矿块按矿体走向布置，采场结构参数如下：矿块走向长度： 200m矿块倾向长度（斜长）：190m阶段高度： 60m矿房宽度： 32m矿柱： 6m*7m顶柱：
