焦家金矿采矿设计

设计的主要内容是焦家金矿矿床，矿石与围岩的地质条件和技术开采条件进行设计，将按照以下内容开展：矿山概况、矿区地质、矿山工作制度和生产能力、矿床开拓、采矿方法、通风、地下运输和矿井提升、辅助设计、能源消耗及节能措施、矿床开拓方案与采矿方法的选择将通过几个方案的优选确定，井巷掘进与矿井通风将满足矿山安全生产的要求，有利于提高矿山的经济效益，主要讨论矿床的采矿方法及充填技术。

关键词：胶结充填；采矿方法；地压管理；充填技术

目录

摘要I

目录I

1. 总论 1

2.矿区地质特征 5

2.1 地层 5

2.2 构造7

2.3 矿体及蚀变带特征7

2.4 水文地质特征9

2.4.1地表水系9

2.4.2岩层水文地质特征9

3.开拓系统12

3.1 岩石的物理力学性质13

3.1.1岩石的强度性质13

3.1.2岩石的变形性质13

3.1.3普氏岩石坚固性分级13

3.1.4岩石爆破性分级14

3.2 主要开拓巷道14

3.3 凿岩爆破落矿16

4.通风系统20

5.运输系统21

6.排水系统22

6.1 水源热泵技术简介23

7.充填系统24

8.选矿工艺25

9.供电系统26

10.采矿方法 27

10.1 采矿方法应满足下列要求 27

10.2 上向水平分层充填采矿法 28

10.2.1上向水平充填采矿法特点28

10.3 上向进路充填采矿法 29

10.3.1上向进路充填采矿法特点29

10.4 下向进路充填采矿法 31

10.4.1下向式开采的优点31

10.5 充填采矿法的优缺点及改进32

10.5.1充填采矿法的优点32

10.5.2充填采矿法的缺点32

10.5.3改进途径32

11.充填技术 33

11.1 充填材料与配比 33

11.1.1充填材料33

11.1.2充填配比33

11.2 充填制备工艺33

11.3 管道输送系统34 参考文献35

1. 总论

焦家金矿属中温热液蚀变花岗岩型金矿床，矿体赋存条件复杂，矿岩破碎，节理裂隙发育，品位变化不均，地表不允许陷落，故选择采用充填采矿法，充填采空区的目的，主要是利用所形成的充填体进行地压管理，以控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作创造安全和方便的条件。

细砂胶结充填于70年代开始在焦家金矿、招远金矿和凡口铅锌矿等矿山获得应用，目前，高水固化胶结充填工艺的矿山主要有焦家金矿等，充填采矿法及矿山固废交接材料充填方式已成为新建和改建地下矿山的首选技术方案之一，并且从有色金属矿山的废石、尾砂与赤泥，拓展到化工矿、煤矿等多类矿山的废弃物的利用。固废胶结在矿山广泛应用的过程中，其理论与工艺技术得到了进一步发展，日趋完善和成熟，逐步形成了自成系统的理论与技术体系。特别是结构流全尾砂自流交接充填理论与技术，在近五年中得到了快速发展，使全尾砂充填方式在经历了十多年的实验与研究阶段后，全面进入了工业应用阶段成规模应用，矿山废料胶结充填可以提高资源回采率，有效保护地表不塌陷和保护远景资源，消除或大量减少矿山固体废料的排放，保持矿区生态体系完整，从根本上最大限度地消除矿产资源开采所带来的负面影响，并且能使矿山效益最大化。

设计之前，将充分掌握焦家金矿的地质资料，确定矿体边界，计算出矿体的各级储量，为全面设计做好准备，将根据设计的年产量，

确定开拓方案，开拓方案将通过方案初选，方案的初步分析比较和方案的技术经济比较来确定最终开拓方案，采矿方法选择将充分考虑焦家金矿的地质特点和矿体赋存情况，选择合适的采矿方法，与开拓方案的选择过程相同，充填技术。

设计的主要内容是焦家金矿矿床，矿石与围岩的地质条件和技术开采条件进行设计，将按照以下内容开展：矿山概况、矿区地质、矿山工作制度和生产能力、矿床开拓、采矿方法、通风、地下运输和矿井提升、辅助设计、能源消耗及节能措施、矿床开拓方案与采矿方法的选择将通过几个方案的优选确定，井巷掘进与矿井通风将满足矿山安全生产的要求，有利于提高矿山的经济效益，主要讨论矿床的采矿方法及充填技术。

焦家金矿位于山东省莱州市境内，焦家村西北侧。临烟潍公路

2km，焦家金矿区域地理坐标为：东经120°06′46″~120°10′，北纬37°23′~37°26′。焦家主矿区范围面积25km2，望儿山矿区范围面积24 km2。两矿区内有烟潍公路通过，向南经莱州市至潍坊火车站126km，向北经龙口港至烟台市145km，水陆交通方便。

矿区地貌属山地丘陵区，东高西低，西邻莱州湾，地势平缓，属滨海平原。矿区东部是以剥蚀作用为主的丘陵区，标高一般为40~60m，东部望儿山海拔177.39m。地形坡度大，坡降一般为69‰，沟谷发育，基岩裸露；西部为山前冲洪积平原，地面标高22~35m，地势平缓，向西北倾斜，坡降约6‰。

焦家金矿床正位于丘陵和平原的结合部位，望儿山金矿床位于望儿山西坡。两矿床离渤海的最近距离约6km。

矿区范围大、中型金矿密布，有新城、河东、河西、望儿山、金城、三山岛等矿山。发达的采金业已成为本地区的支柱产业。农业生产以种植业为主，主要农作物有小麦、玉米、花生等。乡镇企业发达，近海捕捞及海产品养殖方兴未艾。

区内气候温和，年平均气温12.4C，属大陆季风性气候，平均雨量600~700mm，区内无大水系，雨季呈径流，旱季常干涸。年平均降水量595.77mm，降水多集中于7~9月份，降水量占年降水量的60%

以上，年平均相对湿度63.87%，最大冻土深度0.68m。

焦家矿区位于龙—莱断裂的新城至马塘地段，以主断面为界，东侧为花岗岩，西侧为胶东群变质岩系。

望儿山矿区位于新城至曲城之间，焦家和河东—望儿山两大断裂带在该区通过。出露地层为第四系全新统和胶东群蓬夼组。

焦家金矿是一个采、选联合企业，始建于1975年，设计规模500t/d。2006年对望儿山金矿和金仓公司寺庄金矿进行整合，当时拥有焦家选矿厂和望儿山分矿选厂，采选能力为4180t/d，整合后规划了6000t/d采选扩建改造工程，2010年12月21日6000t/d选矿厂一系列投入运行，并实现了望儿山选矿厂停止运行和焦家新老选矿厂的整合，采选生产能力达5700t/d，氰化厂也相应的进行了扩产改造，目前处理精矿能力为220t/d。焦家矿区是一个采、选联合企业，始建于1975年，设计规模500t/d，经几次扩建，2006年采选生产能

力达1570t/d，氰化厂引进世界领先水平的瑞典波立登公司金银精炼技术，目前处理精矿能力为220t/d。

2.矿区地质特征

焦家矿区位于龙—莱断裂的新城至马塘地段，以主断面为界，东侧为花岗岩，西侧为胶东群变质岩系。

望儿山矿区位于新城至曲城之间，焦家和河东—望儿山两大断裂带在该区通过。出露地层为第四系全新统和胶东群蓬夼组。

2.1 地层

1）焦家矿区地层

焦家矿区地层除第四系（Q）外即为胶东群变质岩（Arj）。

（1）新生界第四系(Q)

矿区第四系分布广泛，除东部丘陵区有部分基岩出露外，其余均为第四系松散沉积物。总厚度2~30m，一般3~8m。东部丘陵区以残坡积为主，西部沿海平原区为冲积层、洪积层和海积层。

（2）太古界胶东群（Arj）

主要分布在焦家主断裂上盘约-400m标高以上，且多被第四系覆盖。与黑云花岗岩呈断层接触或侵入接触关系。地层产状与玲珑黑云母花岗岩片麻理一致，走向NE30，倾向NW，缓倾斜，局部较陡。岩性以混合岩化斜长角闪岩为主，夹有黑云母斜长片麻岩、黑云变粒岩、黑云角闪斜长片麻岩以及黑云片岩等。

① 混合岩化斜长角闪岩

灰绿-暗灰绿，（鳞片）粒状变晶结构成不等粒花岗边晶结构（0.05~3mm)。条纹条带状、块状或片麻状构造。矿物成分：普通角

闪石（65~70%）、普通辉石（5%）、斜长石（20%）、绿帘石（5%）、石英（5%）以及副矿物榍石等。

② 黑云斜长片麻层

呈透镜状夹于混合岩化斜长角闪层中。浅黄色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。矿物成分：斜长石（45~50%）、石英（25~0%）、黑云母（20%）及少量磷辉石、榍石、磁铁矿等。

③ 黑云变粒层

一般呈2~20m厚的透镜状夹于混合层化斜长角闪层中。灰白-暗灰色，鳞片粒状变晶结构，块状构造或微片状、条带状构造。矿物成分：斜长石（30~50%）、黑云母（25~30%）、石英（10~15%）、普通角闪石（5%）及少量磷辉石、榍石等。

④黑云角闪斜长片麻岩

浅灰-灰绿色，显微片麻状花岗变晶结构（0.1~0.4mm），片麻状构造。矿物成分：斜长石（65%）、石英（25%）、角闪石（5~10%）和少量磷辉石、榍石、锆石等。

⑤ 黑云片岩

浅灰色，纤状鳞片变晶结构，片状构造，主要由黑云母（40~85%）、角闪石（5~40%）、石英（10%）及少量金属矿物组成。片理发育，揉皱状弯曲石英弯曲石英压扁拉长定向排列明显。

2.2 构造

焦家矿区构造以断裂为主，按走向方位分为北北东—北东向及北西向断裂两组。

（1）北北东—北东向断裂

此组断裂包括焦家主干断裂和望儿山分支断裂以及两断裂之间

的更次级的侯家断裂、鲍李断裂。

① 焦家主干断裂

龙—莱断裂朱宋至朱桥地段为焦家断裂。焦家断裂纵贯全区，在矿区内长1900m，宽100~200m，延深925m。平面形态略呈纺锤形，走向10°~30°，倾向北西，倾角较缓，一般35°~45°，局部较陡，近60°~70°。

2.3 矿体及蚀变带特征

焦家金矿床位于焦家主干断裂的54~152线之间的破碎蚀变岩带内，赋存标高在+30~-450m控制长1600m。整个破碎蚀变岩带框定了金矿化的空间，蚀变岩带位于玲珑超单元二长花岗岩与新太古代胶东群郭格庄变质岩的接触带上，其蚀变矿化特征见表2-1。

焦家断裂在区内长千余米，主裂面上盘为黄铁绢英岩化斜长角闪岩带，主裂面下盘依次为黄铁绢英岩质碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗岩带和钾化花岗岩带。蚀变岩带平均走向30°，倾向NW，倾角

25°~50°，一般厚70~250m，最大厚度370m，平均厚度148m。目前工程控制最大延深925m。

表2-1 焦家矿区围岩蚀变矿化特征表

2.4 水文地质特征2.4.1地表水系

本区地表水系不发育，最大河流是朱桥河，其次是马塘河。朱桥河从两矿区西部通过，距矿床3.8km。发源于东南部的山区，全长24km，汇水面积180km2，流向北西，注入渤海。近几年常年干涸。矿床地面标高高出河床15m左右，河水对矿床没有影响。

马塘河是流经两矿区南侧的间歇性小河，朱桥河的支流。发源于灵山西坡，全长11.5km，汇水面积约33km2。流向由东向西，在大官庄、后阳村之间汇入朱桥河。近几年常年干涸。

2.4.2岩层水文地质特征

（1）含水层

焦家矿区主要有3个含水层，即第四系孔隙潜水含水层、基岩风化带裂隙潜水含水层和基岩裂隙承压含水层。其中，第四系孔隙潜水含水层分为冲积孔隙含水层和洪积孔隙含水层，厚度1~4m，含孔隙潜水，现已被疏干；基岩风化带裂隙潜水含水层的风化带发育深度在10~50m，地下水埋深8.5~11.4m，平均标高-5.57~-25.57m，涌水量为0.1~0.6L/s·m；基岩裂隙承压含水层以焦家主断裂面为界分上、下两个含水带。上层含水带岩性为胶东岩群变质岩系，涌水量为

0.31L/s·m，含水微弱，视为弱含水层；下层含水带岩性为黑云母花岗岩、绢英岩化碎裂状花岗岩，涌水量0.52L/s·m，含水微弱—中等，为弱含水层—中等富水层。

（2）隔水层

焦家矿区大致有两个隔水层，其一为矿体顶板黄铁绢英岩，厚

1~15m，致密坚硬，裂隙不发育；其二为分布在主裂面中心部位的黑

灰—灰白色的断层泥，层位稳定，厚约5~20cm，透水性很差，亦为良好的隔水层。

（3）地下水的补给、径流和排泄

矿区地下水的补给来源，主要为大气降水。在丘陵地区，坡降大，冲沟发育，降水大部分随地表径流流走，少部分渗入地下，地下水补给条件差；在平原地区，地下水除直接接受大气降水下渗补给外，还接受基岩丘陵区地下径流的补给，补给条件相对较好。地下水总的流向是由东南向西北，即丘陵区向渤海径流。地下水径流、矿坑排水及农田灌溉是地下水的主要排泄途径。

3.开拓系统

矿区采用下盘混合竖井、辅助斜坡道、管缆斜井与两翼风井的联合开拓方式。混合竖井净直径φ5.5m，井口标高+40.0m，井底标高－340m，井筒全深380m,最低服务中段－270m。井筒内配有3.7m3单箕斗带平衡锤和3300×1450mm单层单罐带平衡锤提升方式，两台提升机型号均为JKM2.25×4，设计矿岩提升能力1920t/d。该井担负所有的矿石、废石及人员、材料的提升。

管缆斜井断面规格3×2.1m2，从地表到-270m中段，内设充填管、供风管、供水管，担负部分材料的下放任务，并作为主要进风井和安全出口。2008年作为6000t/d采选扩建工程的项目之一，对其进行了改造，作为矿毛提升井，提升能力为800t/d，主要服务-150m、-230m、-270m中段，2009年对其进行了二次规划，延伸至-330m中段，目前正在施工。

辅助斜坡道从地表通向-270m中段，断面规格3.0×2.8m2，是无轨设备上下的通道，也是主要进风井和安全出口。6000t/d采选扩建工程设计延伸至-630m中段，目前以延伸至-330m水平，-270m以下规格4.2×3.3m2采用卡车运输。

与6000t/d采选扩建工程中的-270m盲斜井，设计净直径φ4.0m，井井筒全深388.7m,最低服务中段－-630m。目前正在掘砌。

3.1 岩石的物理力学性质

3.1.1岩石的强度性质

抗压强度

抗剪强度

抗拉强度

抗拉强度最小，抗压强度最大

都是静载条件下测出的，凿岩爆破都是动载，所以只能做参考3.1.2岩石的变形性质

主要是弹性变形：金属矿山的岩石主要表现为弹性

塑性岩石最好可以不用凿岩爆破方式破碎

莫氏硬度——比较硬度，无数值关系

3.1.3普氏岩石坚固性分级

M.M普罗托基雅可诺夫提出，基本观点：岩石的坚固性在各方面的表现是一致的。难凿岩的岩石，也难爆破，运输磨损也大。

将岩石的坚固性分为10级，I最坚固，X级最不坚固。

将岩石在各类采掘作业中的坚固性表现换算成数值，综合起来用普氏系数f 表示，最大的f 是20，f值愈大，岩石愈坚固。当时的f值是和当时的生产条件相对应的。现在的生产条件已经和当时不同了，不能再用当时的方法来确定。

现在的f值是用岩石的抗压强度值（MPa）除以10，这样就出现了超过20的f值。与普氏当时的含义不完全相同。

3.1.4岩石爆破性分级

东北大学钮强教授领导完成

标准试验条件下，以爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩石波阻抗为依据，算出岩石的爆破性指数 岩石爆破性指数F。公式不用记，知道含义就行。

F<38为I级，极易爆；

F=38以上—53为II级，易爆；

F=53以上—68为III级，中等；

F=68以上—81为IV级；难爆；

F=81以上为V级，极难爆。

3.2 主要开拓巷道

主要开拓巷道是井下与地表连续运输的枢纽，是通风、排水、压气及其它动力设施由地面导入地下的通路。井口附近也是其它各种生产和辅助设施的布臵场地。因此主要开拓巷道位臵是否合理，对矿山的基建施工和未来生产具有深远的影响。

主要开拓巷道的类型,主要是根据矿山地形、地质条件和矿体赋存条件来选定的。

在国内金属矿山中，埋藏在地平面以上的脉状矿床或矿床上部，多用平硐开拓。当地面为丘陵地区或地势较为平缓，埋藏在地面以下的矿床，多选用竖井开拓。

斜井开拓，也有一定的发展前途。

当前国内外矿山，采用单一斜坡道作为主要开拓巷道的，为数甚少；多以斜坡道作为辅助开拓巷道，配合其它主要开拓巷道进行开拓。

选择主要开拓巷道位臵的基本原则是，基建与生产费用应最小；尽可能不能保安矿柱；有方便和安全的工业场地；掘进条件良好等，在具体选择时要考虑以下因素：

1矿区地形、地质构造和勘探埋藏条件；

2矿井生产能力及井巷服务年限；

3矿床的勘探程度及储量远景；

4岩石性质及水文地质条件；井巷位臵应避避免开凿在含水层、受断层破坏和稳固的岩层中，特别是岩溶发育的岩层和流砂层中。

主要开拓巷道位臵的选择，包括沿矿体走向位臵的选择和垂直矿体走向位臵的选择。

沿矿体走向位臵的选择，在地形条件允许的情况下，主要从运输费用来考虑。矿石的地下和地表运输费用与运输量同运输距离的乘积成正比。我们把运输量同运输距离的乘积称为运输功。运输费用的计费依据与运输距离有关，也与井筒位臵有关。合理的井筒位臵应在矿石的地下地表运输功为最小之处。

为减少运输功，应尽可能使地下与地表之间无反向运输。此外，在使用运输设备而运输距离又相近的条件下，地表运输费用往往低于井下运输费用。

最小运输功确定主要开拓巷道位臵，一般不做定量计算，而只做大概的定性分析即可。

3.3 凿岩爆破落矿

落矿要求：工作安全；在设计范围内崩矿完全，而对其外部破坏最小；矿石破碎块度均匀，尽量减少需要二次破碎的大块；满足矿块生产能力的要求；落矿费用最低。矿石坚固性随着矿石坚固性的增加，凿岩速度降低，炸药消耗量增多。为多装填炸药，炮孔需要加密，从而降低了每米炮孔的落矿量。

矿石的裂隙发育程度目前很多大中型矿山，矿石的合格块度为500-800mm以下。当裂隙间距较小（小于0.5-1m）时，大块产出率低。工作面窄，夹制性强，爆破条件差，落矿所需炮孔量大。矿体窄、边界不规则，不能用深孔落矿‘矿体厚大，虽然边界不规则，也可用中深孔或深孔落矿。不同落矿方式所需的工作面最小宽度为：浅孔落矿0.4——0.5；中深孔落矿5-8m；

自由面数目它对劳动生产率影响很大，落矿工作量的大小与自由面数目成反比。在坚硬矿石中凿岩爆破落矿各环节费用所占比例：凿岩60%-70%，炸药20-30%，装药和爆破10-20%。中硬矿石落矿费用构成中炸药费是主要的。随着深孔直径的增加炸药费所占比例也增大。

矿石合格块度：爆破崩矿时，矿石破碎到适合放矿和运输条件的最大允许块度。影响因素：放矿巷道的断面、运搬、运输和提升矿石设备的类型和尺寸，提升前有无地下破碎装臵大于合格块度尺寸的矿石块，称为不合格大块，需要进行二次破碎。

减少大块产出率的途径：

（1）改善落矿时矿石破碎质量；

a、增加单位炸药消耗量

b、球状药包爆破技术

c、采用挤压爆破

（2）增大矿石合格块度尺寸

a、增大放矿巷道的断面尺寸

b、增大矿石运搬和运输设备的功率、矿车的规格

c、设臵地下破碎站

炮孔布臵

水平炮孔：爆破后工作面顶板平整，但同时爆破炮孔数有限，矿石稳固性较差；

上向垂直炮孔：凿岩工作线长，同时爆破孔数多，崩矿量大，但顶板不规整，易形成浮石，在较稳固矿体中适用。

炮孔布臵，尽量与矿体层理和裂隙面垂直；

常用凿岩设备：气腿式凿岩机7655、YT-25，ysp-45等

浅孔落矿是最早出现的炮孔落矿方法，孔深不大于3～5米，孔径30～46mm；最小抵抗线一般为孔径的25-30倍。凿岩机一般为轻型风动凿岩机。炮孔多为平行排列

缓倾斜薄矿体，单层回采，水平炮孔

缓倾斜中厚矿体，分层回采，采用上向梯段（或下阶梯段工作面急倾斜矿体，下向分层回采(水平炮孔)或上向分层回采（水平或上向垂直炮孔），

中深孔落矿是我国地下矿山应用极为广泛的落矿方法，是在分段巷道中凿岩和天井中凿岩的主要方法。

提高这种落矿方法效率的途径是：研制全液压凿岩台车，进一步提高机械化程度，为增加炮孔凿岩深度和凿岩效率创造良好条件。

孔深在15米以上，但一般不超过25~30米，孔径90～110mm（动力在空底）深孔布臵与矿体和围岩接触面的关系：接触面明显、容易分离时，凿岩硐室可布臵在接触面内，孔底距上盘接触面10-20m，以防崩落围岩，增加矿石贫化；接触面不明显时，凿岩硐室可布臵在下盘中0.5-1m，将边孔布臵在下盘接触面上，而孔底向上盘围岩超钻0.2-.04W;为防止下盘接触面处残留矿石，应避免将凿岩硐室布臵在上盘，孔底于下盘侧。

深孔凿岩机械YQ-100A、HKP-100M、JⅢC-3和BⅢ-145等型号潜孔钻机

深孔落矿评价优点：和浅孔、中深孔落矿比较，深孔落矿可提高劳动生产率，减少采准工程量，改善劳动条件和工作安全性不足：这种露矿方法大块产出率高，矿体与围岩接触面处矿石损失大，矿石贫化高，此外，应用深孔落矿时，要求矿体厚度大于5-8m，矿体形态规整，矿体与围岩接触面容易分离。