采矿工程专业露天矿课程设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除露天矿课程设计 班 级： 2008级 采矿工程 设 计 人： 学 号： 指导老师： 设计日期： 2011年10月13日目录一 矿区概况31.1地理位置31.2交通情况31.3地形地貌、地质、水文条件3二 圈定境界32.1 确定边坡角32.2确定境界32.2.1 12号煤层32.2.2 8号煤层32.3 绘制露天矿开采终了平面图3三 开采程序33.1 台阶结构33.1.1台阶形式33.1.2 台阶高度33.1.2坡面角33.2首采区的选择（开段沟）33.2.1 拉沟位置33.2.2出入沟位置33.3 工作平台与安全平台3四 开采方法34.1开采方法分类及特征34.1.1全境界开采34.1.2分期开采34.2 工作线布置形式34.3 工作帮结构34.3.1 工作帮构成33.3工作帮推进34.4 工作面形式3五、开拓运输系统35.1 开拓方法选择的主要原则352影响本矿开拓方法选择的主要因素35.3开拓方案的选择35.4 汽车的参数及数量的确定3TL3400汽车的参数参数见表3-3-2。3_Toc305850457六、掘沟工程36.1 掘沟参数36.2 掘沟工程量计算36.3 挖掘机选型及计算3 ZX 670L液压反铲数量的确定3一 矿区概况1.1地理位置新桥煤矿位于陈旗煤田新路矿区东部详查区的东北部 4-16勘探线间，行政区划隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市新区谢尔塔拉镇。地理坐标为:东经: 11952131195358北纬: 492427492527 圈定的矿区范围由9个拐点组成。矿区东西走向长1.69km,南北倾向宽1.73km,面积1.936km2，储量1646万吨，工业储量1479.6万吨，可采储量1132.8万吨，服务年限17.15年。1.2交通情况新桥矿区至陈镇有水泥公路相通，本区至李镇有草原土路相通，301国道在本区以南约l5km处通过，滨洲铁路在本区以南约20km处通过，滨州煤矿铁路专用线在本区西南约8km处通过。交通较为便捷。1.3地形地貌、地质、水文条件新桥矿区的地貌，其宏观显示为略有起伏的高平原北部及东北部与低山丘陵相接。南有南河谷，西北有西北河谷，地势北东高而南西低，海拔标高最高724.09m，最低601.88m。本区内地形呈缓波状，起伏不大，西北高，东南低，海拔标高在 630-660m之间。地层及岩石的工程地质特征： 1）第四系松散岩组:本区位于镇东部详查区东北部，属高平原地带，第四系松散岩组厚度11.70-39.55m，平均25.43m，其变化规律由东向西、由北向南逐渐增厚。第四系底板起伏较大，与下伏含煤地层为不整合接触。2）白垩系大磨拐河组碎屑岩岩组该组地层由砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成3）煤岩岩组本区煤具有光泽暗淡，含丝炭，木质结构，性脆的特征。由于煤的节埋和层理发育，煤芯多呈短柱状、碎块状或片状。可钻性也较强，效率2.56-1.34m/时，煤芯完整程度较差，中等级仅占20.2%，其他都为碎一很碎。煤的比重为 1.56-1.75，容重 1.07-1.13，含水率46.0-51.3%，孔隙率28.7-53.65%。煤的硬度较大，一般刀刻不动或刀刻有痕迹，软煤刀进0.5mm，抗压强度一般为54.8-167.5kg/Cm2。4）各煤层顶底板岩石工程地质特征2号煤层:由于该层位于中部，岩石强度逐渐增高，顶板泥岩的值一般为14-39kg/cm2，顶板砂砾岩的值一般在5-20kg/cm2，个别胶结好的部位可达 60kg/cm2以上。但厚度很薄。底板泥岩、粉砂岩的值为28-61kg/cm2。 3号煤层:顶板以粉砂岩、砂砾岩、泥岩为主，大部分胶结较好，值10-43kg/cm2，底板泥岩、粉细砂岩的值一般为17-53kg/cm2。本区井田内可采煤层自上而下为2、3号煤层，2号煤层全区发育，煤层由南向北，由东向西呈变薄趋势。煤层最厚17米，最薄7.46米，平均12.16米，煤层结构简单，内含厚度在0.2-0.4米之间的夹矸1到2层,埋深在28.6米到78.8米之间,平均埋深55.4米；3号煤层最厚4.64米，最薄3.01米，平均3.37米，埋深在42.58110.86米，平均74.46米。二 圈定境界目前，在我国的露天开采设计中，广泛采用njnjh原则确定境界。现将确定露天开采境界的步骤和作法分述于下。2.1 确定边坡角在设计中用类比法选取的边坡角，应满足矿山生产技术上的要求。为了保证矿山正常生产，露天矿边坡通常由安全平台、清扫平台、运输平台及相应的坡面组成,如图8-2-9所示。 图8-2-9 露天矿的边坡组成运输平台是指露天矿非工作帮上通过运输设备的平台。它设在与出入沟通侧的非工作帮和端帮上，其位置以开拓系统地的运输线路而定，宽度所采用的运输方式和线路数目决定。我国金属矿山采用单线铁路运输时，运输平台最小宽度一般为68m，采用单线汽车运输时，载重154t汽车运输平台最小宽度一般为18m，32t汽车为10m。清扫平台是指露天矿最终边坡上用于阻截滑落的岩石并用清扫设备进行清理作业的平台，通常是每隔23个台阶设一个清扫平台，其宽度决定所使用的清扫设备。当平台上设置排水沟时，还得考虑排水沟的技术要求。中国的大型露天矿清扫平台宽度一般为710m。表8-4 汽车运输平台最小宽度（m）车宽分类一二三四五六车身计算宽度(m)载重量(t)2.573.0203.5305.0686.01007.0154运输平台宽(m)单线双线811.59131014.51217.51522.51826当各种平台确定之后，露天矿最终边坡角可按下式计算 （8-21）式中 最终边坡角，（）；n台阶数目,取7;h台阶高度，取10m； 台阶坡面角,取65；a安全平台的宽度，取19m；b清扫平台的宽度，取19m；c水平运输平台的宽度，19m；d倾斜运输平台的宽度，m。n1、n2、n3、n4分别为安全平台、清扫平台、水平运输平台和倾斜运输平台数目。 = =0.487 即=26说明：露天矿境界内北部煤层底板深度为50米，只需划分五个台阶；露天矿境界内南部煤层底板深度为70米，需划分七个台阶。2.2确定境界2.2.1 12号煤层根据矿区12线部分剖面图，拟定4条设想边坡线，见图。拟定经济合理剥采比为4：1。各边坡线深度：n1 H1=574mn2 H2=580mn3 H3=585mn4 H4=589m计算剥采比：n1=(88.08+20.79)/(20.81+5.85)=4.32n2=(88.08+20.79)/(20.81+5.85)=4.00n3=(81.86+18.32)/(20.15+5.38)=3.92n4=(77.82+16.05)/(19.71+5.33)=3.75由图3.2可知最终合理剥采比点深度为580。 矿区12线境界剥采比与深度的关系曲线在图3.1标出境界线，经测量地表境界距85-78钻孔北207m，底部境界距85-78钻孔北336m。2.2.2 8号煤层根据8号煤层部分剖面图，拟定8条设想边坡线，确定3条边界，见图3.2。拟定经济合理剥采比为4：1。n1=(85.8+17.9)/(27.8+6.1)=3.05n2=(82.79+17.97)/(25.29+6.11)=3.20n3=(74.27+18.68)/(18.95+5.47)=4.00n4=(84.98+18.92)/(12.35+5.29)=5.89各边坡线深度：n1 H1=559m n2 H2=565mn3 H3=570m n4 H4=574m 矿区8线境界剥采比与深度的关系曲线在图3.3标出境界线，经测量地表境界距85-67钻孔北196m，底部境界距85-67钻孔北322m。2.3 绘制露天矿开采终了平面图露天矿开采终了平面图的绘制方法是:(1)将上述露天矿底部周界绘在透明纸上。(2)检查和修改上述露天开采境界。由于在绘图过程中，原定的露天开采境界常受开拓运输线路影响而有变动，因而需要重新计算其境界剥采比和平均剥采比，检查它们是否合理。假如差别太大，就要重新确定境界。此外，上述境界还要根据具体条件进行修改。例如，当境界内有高山峻岭时，为了大幅度减小剥采比，就需要避开高山部位；又如，当境界外所剩矿量不多，若全部采出所增加的剥采比又不大，则宜扩大境界，全部用露天开采。露天地表境界拐点坐标点号X坐标Y坐标D140490730.505476480.30D240491958.205476891.50D340492175.605476742.90D440492111.205476029.40D540492036.505475816.90D640492283.505475791.50D740492273.305475535.60D840492732.105475527.40D940492680.105475050.30D1040491878.905475202.20D1140491246.205475691.50D1240490591.605476233.70 煤层底板境界拐点坐标表点号X坐标Y坐标140490900.605476451.40240491910.305476789.60340492056.805476689.60440492016.305476133.10540491858.805475825.10640491971.605475735.20740492222.505475730.20840492243.805475280.30940491930.005475337.701040491485.505475681.501140490803.805476279.50三 开采程序3.1 台阶结构3.1.1台阶形式台阶可按水平面和倾斜面划分，分别称水平分层和倾斜分层。水平分层有利于采掘、运输设备作业，多采用此方式；在某些缓倾斜层状矿床条件下，为了便于选采，减少顶底板岩石的混入和矿石损失，提高矿石质量，可采用倾斜分层开采。在本设计中采用水平台阶形式。3.1.2 台阶高度台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影响台阶高度的因素有生产规模、采装设备的作业技术规格以及对开采的选别性要求等。1、台阶高度确定的原则：1） 矿岩的埋藏条件，尽力使矿岩分采；2） 岩性尽量相同；3） 满足采装要求（满斗）；4） 穿孔爆破的要求（较好的爆破效果）；5） 生产能力：台阶的高度直接影响着水平推进速度和延深速度，最终决定生产能力；6） 开拓（坑线长度的要求）；7） 主要决定于矿岩性质和挖掘机高度的1.5倍（台阶高度应不小于挖掘机推压高度的2/3），2、分类小型矿山（300万吨）:810米 大型矿山：1012米 最大15米 结合本矿情况台阶高度选择10米。3.1.2坡面角最终台阶坡面角与岩石性质，岩层的倾角、倾向、构造、节理，以及穿爆方法等因素有关。例如，当岩层倾角大于30，并且岩层层理较发育时，若选取的台阶坡面角大于岩层倾角，岩石容易滑落。这时应取台阶坡面角等于岩层倾角。露天矿设计一般采用的最终台阶坡面角资料见表8-5。表8-5 台阶坡面角参考资料岩石坚固性系数阶坡面角（）7585707560654560结合本矿情况坡面角选择65度。3.2首采区的选择（开段沟）3.2.1 拉沟位置第一个台阶的开段沟位置为初始拉沟位置，一般选在覆盖物薄、矿体厚度大、工程地质水文地质条件简单的矿体露头处，可设在矿体底板，也可设在矿体顶板。沟道可以平行矿体走向，也可以平行矿体倾向，如图4-1中的（a）和（b）。沟道亦可呈圈形布置，如图33-3中的（c）和（d）。图4-1根据本矿煤层赋存条件，首采区位置及原采空区治理的露天坑实际情况，采用由东向西，由北向南方向，以点2（40491958.20，5476891.50）、D3（40492175.60，5476742.90）、D4（40492111.20，547029.40）以及点（4049690.40，547665.20）为基点拉首采区开段沟，优点是得用原露天坑，基建量小、外排运距短、设备效率利用率高能够保证尽快完成基建期。3.2.2出入沟位置 根据矿床地质条件及地面配套设施、排土场位置，确定出入沟形式为内外结合固定式沟道。根据矿区具体条件，本工程设二条出入沟：矿坑南侧设一出入沟，为修筑道路和运煤专用；矿坑东北角设一条出入沟，为排土专用。出入沟长度为75米，沟道路面有效宽度10米。纵向坡度为8%，横断面为中间高两边低，形成5%的坡度；边坡坡面角为60；出入沟与地面交接处坡道，要高于自然地面1米，以防地表水流入矿坑。首采区开段沟平面图首采区开段沟剖面图 3.3 工作平台与安全平台正在被开采的台阶称作工作台阶（或工作平台、工作平盘）。如图15-4所示，工作台阶上正在被爆破、采掘的部分称为爆破带，其宽度HWWcWsWs安全平台爆破带图 15-4 工作平台要素示意图WWcWs采区宽度爆破带安全平台采掘方向台阶推进方向(Wc)为爆破带宽度（或采区宽度 ） ，台阶的采掘方向是挖掘机沿采掘 带前进的方向，台阶的推进方向是台阶向外扩展的方向。在开采过程中，工作台阶不能一直推进到上个台阶的坡底线位置，而是应留有一定的宽度（Ws）。留下的这部分称为安全平台。安全平台的作用是收集从 上部台阶滑落的碎石和阻止大岩石块滚落。安全平台的宽度一般为2/31个台阶高度。在矿山开采寿命期末，有时将安全平台的宽度减小到台 阶高度的1/3左右。工作平盘的宽度（W）等于采区宽度与安全平台宽 度之和。最小工作平盘宽度是刚刚满足采运作业所需要的空间的宽度，其计算详见后面第四节。沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙（图15-5），用于阻 止石块滚落到下面的台阶和防止汽车或其它设备驶落台阶。安全挡墙的高度一般等于汽车轮胎的半径。其坡面角等于碎石的安息角(一般为35。左右）。图 15-5 安全挡墙四 开采方法4.1开采方法分类及特征按采剥工程在露天开采境界内空间、时间上的先后顺序特征，开采程序可分为全境界开采、分期开采、分区开采和分区分期开采四大类。4.1.1全境界开采全境界开采时指采剥工程按划分的开采台阶，在水平方向连续扩展到最终开采境界，在垂直方向按开采全深范围逐层连续向下降深，只道最终开采深度为止。全境界开采可以有较大的生产能力，生产组织管理工作比较简单。由于工作帮坡角一般比最终境界帮坡角缓得多，所以全境界开采的初期生产剥采比高，大型深凹露天矿尤为如此。全境界开采法的缺点是基建时间长、初期投资多，故仅适用于埋藏较浅、初期剥采比低、开采规模较小的矿山。4.1.2分期开采与全境界开采方法相对应的是分期开采，所谓分期开采就是将最终开采境界划分成几个小的中间境界（称为分期境界），台阶在每一分期内只推进到相应的分期境界。当某一分期境界内的矿岩将近采完时，开始下一分期境界上部台阶的采剥，即开始分期扩帮或扩帮过渡，逐步过渡到下一分期境界内的正常开采。如此逐期开采、逐期过渡，直至推进到最后一个分期，即最终开采境界。由于第一分期境界比最终境界小得多，所以初期剥采比大大降低，从而减小了初期投资，提高了开采的整体经济效益。说明：分期开采一般是指倾斜或急倾斜矿体露天境界内延倾斜方向划分几个期开采。4.1.3 分区开采在露天矿境界内，在相同的开采深度条件下，根据每个区域开采条件和技术经济需求，安一定顺序分区划分的采区。分区开采基本相同。根据露天境界内煤层的赋存条件情况，最浅部煤层（露天境界北部界限附近）底板深度为50米，最深部煤层（露天境界南部界限附近）底板深度为70米，属于近水平煤层，所以采取分区开采。以点N（40490995.90，5476110.90）与4（40492016.30，5476133.10）拉一条直线作为首采区和二采区的分界线。4.2 工作线布置形式依据工作线的方向与台阶走向的关系，工作线的布置方式可分为纵向、 横向和扇形三种。纵向布置时，工作线的方向与矿体走向平行。 这种方式一般是沿矿体走向掘出入沟、并按采场全长开段沟形成初始工作 面，之后依据沟的位置(上盘最终边帮、下盘最终边帮或中间开沟），自上盘向下盘、自下盘向上盘或从中间向上、下盘推进。横向布置时工作线与矿体走向垂直。这种方式一般是沿矿 体走向掘出入沟，垂直于矿体掘短段沟形成初始工作面，或不掘段沟直接在出入沟底端向四周扩展，逐步扩成垂直矿体的工作面，沿矿体走向向一端或两端推进。由于横向布置时，爆破方向与矿体的走向平行，故对于顺矿层节理和层理较发育的岩体，会显著降低大块与根底，提高爆破质量。由于汽车运输的灵活性，工作线也可视具体条件与矿体斜交布置。扇形布置时工作线与矿体走向不存在固定的相交关系，而是呈扇形向四周推进（图15-28）。这种布置方式灵活机动、充分利用了汽车运输的灵活性，可使开采工作面尽快到达矿体。 图15-26 扇形工作面布置示意图 由于本露天矿采用汽车运输系统，又因扇形布置可以快速见矿，所以才用扇形布置。4.3 工作帮结构4.3.1 工作帮构成露天矿通常以多个剥离台阶和采矿台阶进行开采，工作帮由一些开采台阶的坡面和平盘构成。工作帮形态决定于组成工作帮的各台阶之间的相互位置，亦即决定于台阶高度、平盘宽度等开采参数，通常可用工作帮坡角的大小来表示。工作帮坡角为通过工作帮最上和最下一个台阶坡底线的平面与水平面的夹角，如图（图4-2），工作帮坡角可计算如下： 式中 工作帮坡角，()； ，各台阶高度，m； ，各台阶工作平盘宽度，m； ，各台阶坡面角，() 。图5-1 工作帮坡角3.3工作帮推进工作帮为工作台阶的总体，其推进与台阶开采程序密切相关。工作帮的推进方式，体现了各工作台阶的推进和台阶之间相互配合相互制约的关系。1、工作帮推进的动态变化和约束条件工作帮正常推进时工作平盘宽度B不得小于最小工作平盘宽度Bmin，工作帮坡角不得大于最大工作帮坡角max。因此，工作帮正常推进的必要条件为：BBmin 或 max工作帮可以平行推进或扇形推进，工作帮平行推进时，通常各台阶的工作线接近于平行，推进方向亦接近一致，使得工作帮上各台阶相互协调推进。2、工作帮推进方向工作帮的推进方向与矿山工程的起始位置有关，亦即与各台阶的开段沟位置有关。工作帮采用扇形（基坑延伸）。4.4 工作面形式1、全层端工作面，（机械铲、轮斗挖掘机、吊斗挖掘机）；2、全层坡工作面；3、台阶分层工作面，（反铲液压挖掘机常用）由于本露天矿选用ZX 670L液压反铲，所以工作面形式为台阶分层工作面。五、开拓运输系统5.1 开拓方法选择的主要原则（1）矿山建设速度必须满足国家的要求，保证投产早，达产快；（2）生产工艺简单可靠，设备选择应因地制宜，中小型矿山尽量采用本地区能制造的设备；（3）工程量少，施工方便；（4）不占良田，少占耕地，并有利于改地造田；（5）基建投资少，特别是初期投资少；（6）生产经营费用低。52影响本矿开拓方法选择的主要因素（1）生产技术条件。本矿的生产规模为85.8万吨，矿体勘探程度较高；（2）自然地质条件。即本矿的地质、水文地质、地形、工程地质及气候条件等；（3）经济技术条件。即矿山的建设投资，矿石生产成本及劳动生产率等。5.3开拓方案的选择根据大木冲水泥石灰岩矿的实际条件，地形复杂。因此对于露天矿山坡部分初步选取的开拓方式有：（1）汽车公路运输开拓系统；（2）铁路运输开拓系统；（3）平峒溜井开拓。技术方案比较：对于方案（1），汽车公路开拓系统适用各种地形条件的山坡露天矿和矿坑呈各种不规则形状、尺寸的凹陷露天矿；采矿场可设置多出入沟口进行分散运输，分散排岩；便于多品级矿石选别开采；便于改变工作线推进方向，新水平准备速度快，能达到较高的开采强度。对于方案（2），铁路开拓的运营费用低，铁路运输吨一公里费用约为汽车运输的1/41/3；运输能力大；运输设备坚固耐用；运输工作可靠，受气候条件影响较小。但开拓坑线受铁路的平面曲线半径大和纵向坡度小的影响，开拓坑线展线长度大，使露天采矿场的附加剥岩量增加，基建工程量大，基建时间长；在日常生产中的线路移设和维修工作量大；开拓系统和工作组织复杂；新水平开拓延深工程缓慢。对于方案（3），采用平峒溜井开拓，投资省、运输设备少、节省能源、经营费用低、生产能力大，适用于相对高差大于100米的山坡露天矿。但溜井宜堵塞赫跑矿，放矿时，空气中的粉尘影响作业人员的健康，对矿石块度也有所限制。结合新桥露天矿的实际地形及气候条件，故采用公路运输。对于露天矿深凹部分，初步选择的开拓方案有：（1）汽车公路开拓；（2）铁路开拓；（3）联合开拓。上部用铁路开拓，下部用汽车开拓。根据新桥露天矿的实际情况，露天矿的深凹部分采场尺寸较小，布置铁路线路时，工程量大，需设较多的车站；采场开采深度较小，运距不大，采用公路开拓运输能够满足生产需要，因此排出方案三。为了尽快达产，减少基建时间和基建投资，充分发挥电铲的效率，选用汽车公路开拓系统。5.4 汽车的参数及数量的确定TL3400汽车的参数参数见表3-3-2。TL3400汽车的参数毛煤破碎站岩石破碎站每车实际装载斗数斗55卡车容积立方米1616松散系数1.351.35汽车数量的确定运输煤和岩的能力基本一样，所以下面一起计算了TL3400自卸汽车的能力和台数。式中：- 卡车装载容积，查表3-3-2取=16 - 时间利用系数，查伊敏矿年度设计取=0.9 - 汽车实动率，取论文中数据得=0.46 - 松散系数，查表3-3-2取=1.35T 一年时间，525600min t 汽车运行周期，查表3-3-2取t=20min - 一台汽车的年运输能力，单位万/台年计算得：=12.9万/台年式中：n 计算汽车台数- 一台汽车年运煤量的实方体积，取上次计算值331/年计算得：n=25.6设计台数26台，实际投入使用27台。六、掘沟工程由于采装与运输设备是在工作台阶的坡底面水平作业，所以，必须在新台阶顶面的某一位置开一道斜沟，使采运设备到达作业水平，而后以沟端为初始工作面向前、向外推进。因此，掘沟是新台阶开采的开始。按运输方式的不同，掘沟方法可分为不同的类型，如汽车运输掘沟、铁路运输掘沟、无运输掘沟等。掘沟工作一般分为两阶段进行：首先挖掘出入沟， 以建立起上、下两个台阶水平的运输联系；然后开掘段沟，为新台阶的开采推进提供初始作业空间。出入沟的坡度取决于汽车的爬坡能力和运输安全要求。现代大型露天矿多采用载重100吨以上的大吨位矿用汽车，出入沟的坡度一般在810%左右。出入沟的长度等于台阶高度除以出入沟的坡度。6.1 掘沟参数最节省空间的调车方式是汽车在沟外调头，而后倒退到沟内装车（图15-8和15-9）。这种调车方式下的沟底宽度只取决于电铲的作业方式 和采装方式。最常用的采装方式是中线采装，即电铲沿沟的中线移动，向左、右、前三方挖掘（图15-8）。这种采装方式下的最小沟底宽度是 电铲在左、右两侧采掘时清底所需要的空间，即WDmin = 2G (15-1) 式中，G为电铲站立水平挖掘半径。另一种更节省空间的采装方式是双侧交替采装（图15-9）。电铲沿 左右两条线前进，当电铲位于左侧时，采掘右前方的岩石，装入停在右侧的汽车；而后电铲移到右侧，采装左前方的岩石，装入停在左侧的汽车。这种采装方式下的最小沟底宽度为：WDmin = G + K (15-2）式中，K为电铲尾部回转半径。双侧交替采装 所需的作业空间虽然小，但电铲移动频繁，作业效率低，一般用于境界最底部作业空间有限的几个台阶上的掘沟。实际采用的沟底宽度应适当大于最小沟底宽度，以保证作业的安全和正常的作业效率。采用沟外调头、倒车入沟的调车方式虽然节省空间，但影响行车的速度与安全，因此有的矿山采用沟内调车的方式，包括沟内折返和环形调车（图15-10和图15-11）。由于汽车在沟内调车所需的空间一般 要比电铲作业所需的空间大，因此沟内调车方式下的沟