采矿工程露天开采毕业设计

目 录 摘 要 . 1 . 2 第一章地质部分 . 1 区地理位置和气候 . 1 区地理交通位置 . 1 区气候条件 . 1 体地质 . 1 体的特征 . 1 体与围岩的性质 . 2 第二章 露天开采境界 . 5 响露天开采境界的主要因素 . 5 定露天开采境界的原则和 方法依据 . 5 天开采境界设计的考虑原则 . 5 定露天矿境界的主要原则如下 . 6 天矿境界确定的方法与原则 . 6 定境界所需的技术经济指标 . 7 济合理剥采比的选定 . 7 天矿的最小底宽 . 7 场最终边坡角 . 8 阶最终坡面角和台阶高度 . 8 全平台和清扫平台及运输平台 . 8 终开采深度的确定 . 9 界剥采比的计算 . 9 终深度标高的确定 . 10 定露天矿开采境界的结果 . 10 天矿底部周界 . 10 天开采境界的参数 . 10 第三章 矿岩采剥工程 . 12 述 . 12 孔工作 . 13 孔设备的选择 . 13 备生产能力的确定 . 14 备数量的计算 . 14 次破 碎方法和所需的设备数量 . 14 破工程 . 16 破方法的选择 . 16 破方法及爆破器材 . 17 破参数的确定 . 18 车工作 . 19 装设备的选择 . 19 装工作面参数及工作平盘的配线方式 . 20 内蒙古科技大学 1 掘机生产能力的确定 . 21 第四章 排土工作 . 22 土场位置的选择及排土容积的计算 . 22 择排土场位置的选择 . 22 土场的容积 . 22 土方法的选择及堆置要素的确定 . 23 择排土的方法 . 23 土工序 . 23 定排土场参数 . 23 土线生产能力 . 24 第五章 露天矿主要技术经济指标 . 25 参 考 文 献 . 26 内蒙古科技大学 1 摘 要 本次课程设计的是达茂旗石宝铁矿中区露天开采，设计年产为130 万吨。设计台阶坡面角为 70。台阶高度为 10m；安全平台宽度为 5m；清扫平台宽度为 12m，露天矿最小底宽为 21m，由此确定露天矿上盘最终坡面角 40 下盘最终坡面角为 43，采场最大长度811m，最大宽度为 455m，最终开采底部标高为 1456m。露天矿境界内可采储量 吨，可采年限 23 年。 运输设备为 自卸汽车和三台 电铲。均衡剥采比为 t。设计采用 3 台 150 型潜孔转机进行穿孔，斜线起爆。采用汽车运输 排土机排土。 关键词： 露天开采 剥采比 爆破 内蒙古科技大学 2 is ao in an 300000 of 0 0m; m; 2M, 1m, of on 0 3 11m, 55m, 456m. 7976400 3 T. 150 TH - 蒙古科技大学 1 第一章地质部分 区地理位置和气候 区地理交通位置 包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司 (以下简称石宝铁矿 )，位于内蒙古自治区包头市达茂联合旗石宝乡境内，西南距包头市 198南距呼和浩特市 97 距达茂旗政府所在地百灵庙镇 65百公路在矿区通过 ,并与包固百公路相通 ,公路交通便利。 区气候条件 矿区属丘陵地区 ,四周地势比较平坦 ,海拔高度平均为 1650降雨集中在 78 月份 ,冬季较长。矿区周围为半农半牧区。 体地质 体的特征 床地质 三合明铁矿中部露头区，自线 东 层，长约 1600m，矿体地表出露最长达 1250m，露头最大宽度 106 米。矿体厚度变化变化较大。矿体沿倾斜方向最大延伸为 450m，一般延伸为 300m 左右。随深度增加逐渐变薄，并迅速尖灭，而品位亦有变低的趋势。矿体形态基本为层状或似层状，因后期构造运动影响，产生一系列的倾伏褶皱构造，矿体的形态和产状各处不一。 层 区内出露的地层主要为下元古界三合明群（ 其次为新生界老第三系（ E）和第四系（ Q），该铁矿赋存于三合明群之中。 三合明群含矿层自下而上分为六个岩段，但在中部露头区仅出现四个岩段，由老内蒙古科技大学 2 到新分述如下： a下角闪岩段：下部为中细粒角闪岩夹石英岩、透闪岩扁豆体；上部为磁铁透闪片岩、石榴黑云片岩夹斜长黑云片岩，条带状磁铁石英岩、石英岩及石英透闪岩扁豆体。本层构成中部露头区矿体的底板。 b下磁铁石英岩段：分布在矿区中部，为条带状磁铁贫矿夹磁铁透闪片岩、石英岩扁豆体。矿石以条带状构造为主，沿矿层走向变化大，为本区中部露头区的主矿体。 c片岩段：该层为中部露头区矿体的顶板围岩，矿 体为磁铁透闪片岩，其次为石榴黑云片岩、石榴透闪片岩，上部为厚层石英岩夹透闪片岩，其次夹薄层磁铁透镜状。 d中角闪岩段：角闪岩 斜长角闪岩夹石英岩，透闪岩，赤铁石英岩及透闪片岩透镜体。 浆岩 矿区内岩浆岩不甚发育，规模一般不大，均呈脉状产出。已发现的有：闪长岩脉、闪斜煌斑岩脉、碳酸盐岩脉、辉石闪长岩脉，其中辉石闪长岩脉在深部对矿体有较大的破坏作用。 造 a褶皱构造：矿区含矿地层产状变化复杂，出现多个倒转褶皱，因所在部位不同而异，中部露头区勘探线以西，地层走向东 北东，向南东倾斜，勘探线以东，地层走向转为北西，向南西倾斜。 b断裂构造：矿区内断裂构造较为发育，已发现大、小断层 20 多处，对矿体有一定的破坏作用。断裂构造大体分为 5 组：东西向反冲逆断层组、北东向正断层组、北东东向逆断层组、北西向正断层组及北北东向正、逆断层组。 体与围岩的性质 石类型、结构构造 矿石的自然类型可分为石英型磁铁矿、石英闪石型磁铁矿和闪石型磁铁矿。中区西段与中段（线以西），以石英闪石型磁铁矿矿石为主，其次为闪石型磁铁矿矿石，石英型磁铁矿矿石呈透镜状零星分 布在石英闪石型磁铁矿矿石之内蒙古科技大学 3 中。 矿石结构主要为：自形一半自形粒状变晶结构，纤维状、束状、放射状变晶结构，包含变晶结构，交代溶蚀结构。矿石构造主要为条带状、皱纹状和细脉侵染状构造。 石的矿物成分 有用矿物主要有磁铁矿，次为赤铁矿和褐铁矿。脉石矿物以铁闪石、镁铁闪石和石英为主。此外尚有黑云母、方解石和黄铁矿等。 石的化学成分 矿石中的化学成分比较简单，主要有益组份是铁，未发现可供利用的其他有益组份。本次矿石是以 定。 高含量为 平均含量为 高含量为 平均含量为 而 含量主要集中于 25间。露天采场的矿石平均品位 矿石中有害组分主要是 S 和 P，含量均较低，见表 . 表 1 有害杂质含量 组 分 最高含量（ %） 最低含量（ %） 平均含量（ %） S 1 矿石中造渣元素含量 组 分 2O 高含量 （ %） 低含量（ %） 平均含量（ %） 蒙古科技大学 4 岩的物理力学性质 根据各种岩矿石的物理机械性质试验结果表明：磁铁矿及角闪岩抗压抗剪强度较大，岩矿石的稳定性较好，而片岩及砂岩的抗压抗剪强度较小，岩石的稳定性差。风化带、断层破碎带及褶皱构造带的轴部，风化及构造裂隙发育，岩石的稳定性不好，特别是片岩沙岩及断层破碎带等因 抗压抗剪强度低，稳定性差，为露天采场边破的不稳定地段，开采是必须注意安全。 表 1 矿、岩的物理力学性质 矿石的硬度系数 f=8石的硬度系数 f=6矿石体重 石体重 矿石体重 方体重 石松散系数 石松散系数 石储量 一、工业指标 表 1 地质报告储量计算采用的工业指标 均品位大于边界品位而小于块段最低平均品位的矿石为表外矿。 均品位大于或等于 15%而小于 20%，单独进行圈定和计算。 二、地质储量 地质队采用水平断面法计算的矿石储量为 t( t)。表内储量为 t,其中 B+C 级 t,D 级 t。石宝铁矿自 1988 年建矿以来，截止 2003 年底，累计采出矿量 t。本次设计计算了矿区内地质保有矿石储量 B+C 级 t,B+C+D 级 t(包括表外矿石储量 t)。 矿体的边界品位 20% 块段最低工业品位 25% 最小可采厚度 2m 夹石剔除厚度 2m 内蒙古科技大学 5 第二章 露天开采境界 响露天开采境界的主要因素 影响露天开采境界的因素有很多，归纳起来有以下三方面： 1）自然因素。包括矿体埋藏条件和矿体勘探程度及储量等级，矿石和围岩的物理力学性质及工程地质条件，矿区地形，水文地质条件。 2）经济因素。包括矿石的质量和价值。原矿和精矿的成本及价格。基建投资和基建期限，国家及地区经济发展的方针及政策。 3）技术组织因素。主要指露天和地下开采的技术水平和装备水平和发展趋势，以及制约 及促进其推广应用的技术及组织水平。 定露天开采境界的原则和方法依据 天开采境界设计的考虑原则 1）圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石由盈利，即采用的境界剥采比不大于经济合理剥采比 2）要充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，发挥露天开采的优越性。 3）圈定的露天采矿场的帮坡角等于露天边坡稳定所允许的角度，以保证露天采矿场的安全。 4）用经济合理剥采比圈定的露天开采范围很大，服务年限太长时，应按矿山一般服务年限确定初期露天开采深度。 5）开采境界边缘附近有建 筑物，、构筑物、河流和铁路干线需保护或难于迁移至露天采场影响范围以外可适当缩小露天开采境界。即境界剥采比不大于经济合理剥采比。 6）对工业设施留出一定的安全距离。 内蒙古科技大学 6 定露天矿境界的主要原则如下 1)圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石有盈利，即采出的境界剥才比不大于经济合理剥采比； 2)要充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，发挥露天开采的优越性； 3)所圈定的露天采矿场的帮坡应等于露天边坡所允许的角度，以保证露天采场内的安全生产； 4)用经济合理剥采比圈定的露天开采范围 很大，服务年限太长时应按矿山一般服务年限确定初期露天开采深度； 5)下列情况可以适当的扩大露天开采境界：按境界剥才比不大于经济合理剥才比圈定露天开采境界后境界外余下的矿量不多，经济上不宜再用地下开采； 6)开采境界边缘附近有重要的建筑物、构筑物、河流和铁路干线等需要保护，或难以迁移开采境界以外；排弃场占用大量农田，征地困难；由于地形条件，造成基建工程量大和初期生产剥采比大；可以适当的缩小露天开采境界； 7)当矿体极不规则，沿倾向厚度变化大，矿体覆盖层较厚或地形复杂时，有境界剥采比不大于经济合理剥采比初步确定 境界后，再用平均剥采比进行核对； 8)如果基建工程量大，初期生产剥采比大，则需进行综合技术经济比较，以确定用露天或地下开采； 9)对于特厚的剥采比很小的矿床，有时要根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应按境界剥采比确定开采境界。 天矿境界确定的方法与原则 圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石有盈利，即采用界剥采比不大于经济合理剥采比（ njn 方法来设计露天开采境界。 该方法的实质：露天开采境界向下延伸时，露天开采的边界经济效益不劣于地采经济效益。该原则的技术经济目标是使 整个矿床的开采盈利最大。 内蒙古科技大学 7 该方法的依据：该原则使用简单，适用于覆盖层不厚，矿体连续的矿床目前国内外的矿山企业都普遍用这一原则圈定露天矿境界。本矿覆盖层适中，矿体厚度变化不大，矿体规则，故适于使用这一原则。 定境界所需的技术经济指标 济合理剥采比的选定 经济合理剥采比是露天矿开采设计中确定露天矿最终境界的中重要依据，目前关于经济合理剥采比的确定方法有很多，本矿使用的比较法确定经济合理剥采比，实质是用露天和地下开采的经济效果做比较，经计算求的该矿山的经济合理剥采比是 天矿的最小底宽 根据年产 130 万吨的中小型露天矿，矿床赋存条件良好采用公路运输，装载机设备选用单斗挖掘机。查采矿设计手册第五卷选定载重 20t 的 自卸式汽车。基本参数如下：载重 20t. 最小转弯半径 外行 全长 7410全宽 3000全高 3475 在掘沟工作面采用回返式调车。 则最小底宽为 （ 0.5*bc+e） 式中 汽车最小转弯半径 汽车全宽 e 为安全距离，取 可知 （ =21m 矿体的平均厚度为 39m，则根据原则，取最小最小底宽度为1m 内蒙古科技大学 8 场最终边坡角 由于石宝铁矿西区地质情况比较简单，经济合理剥采比为 石为磁铁矿硬度系数 f=8石角闪岩上下盘硬度系数 f=6查采矿设计手册第二卷，石宝铁矿东区与石人沟铁矿类似，故查采矿手册和教材，选取 上盘最终边坡角为 40，下盘最终边 坡角为 435。 阶最终坡面角和台阶高度 取 上盘坡面角 70，下盘坡面角 70台阶高度 10 米。 全平台和清扫平台及运输平台 根据参考资料与矿体和围岩的物理性质确定安全平台宽度 5m，已知拟定开采深度 210 米，台阶高度 10 米，上盘最终边坡角 40 下盘最终边坡角 43 ，上盘台阶坡面角 70 ，下盘台阶坡面角 70 ，设每隔三个安全平台 a 设一个清扫平台 b。计算清扫平台宽度。 台阶数 ： N=210/10=21 个；取 N=21； 上盘最终坡面投影长度 ： L=210/=下盘 最终坡面投影长度 ： L=62/=上盘台阶坡面投影长度 ： J=10*=下盘台阶坡面投影长度 ： J=10*= 上盘平均台阶宽度 ： (10 下盘平均台阶宽度 : (10 因每隔三个安全平台设一个清扫平台则有： 下盘清扫平台宽度 ： *a=4*= 取 13 米； 同理，求得上盘的清扫平台为 16m。 由双车道运输计算得， 20 吨汽车 线运输时出入沟宽度为： B=n*A+(+2Y 汽车后轮计算的宽度， m 内蒙古科技大学 9 A=m X=m Y= B=(2*3)+(21+2*1=9; 取 9m 终开采深度的确定 界剥采比的计算 由于这是个 短露天矿采用平面图法来计算境界剥采比， 平面图法如下： 把每一条勘探线上剖面图都找出矿体与岩石向下的投影点。然后在通过每一条的勘探线的点，绘制出平面图。然后计算里面岩矿量比，就是这一分层平面的境界剥采比： 2 321 ss 。内蒙古科技大学 10 终深度标高的确定 每一的分层的境界剥采比见下表。 每一分层的境界剥采比 分层水平（ m） 岩石面积（ m） 矿石面积（ m） 境界剥采比（ m3/ 1480 460 450 .0 456由上图得在经济合理情况下的开采最低水平为 1456 米。 定露天矿开采境界的结果 天矿底部周界 根据上面确定的露天矿底平面标高，在各地质剖面图上确定露天开采境界，并将各地质剖面图的底部周界位置反映在地质地形图上，用光滑的曲线连接各点，可得到露天矿底部周界。 天开采境界的参数 根据本矿山的规模和地质条件，确定采矿场的构成要素见下表。 内蒙古科技大学 11 采场最大长度 811 米 采场平均宽度 455 米 采场上盘最终边坡角 40 采场下盘最终边坡角 43 最高开采标高 1650 米 底部标高 1456 米 采场封闭圈标高 1670 米 台阶高度 10 米 台阶最终坡面角 70 安全平台宽度 5 米 清扫平台宽度 12 米 运输平台宽度 8 米 境界内的矿岩量见下表。 台阶标高（ m） 矿石量（ 岩石量（ 矿岩总量（ 内蒙古科技大学 12 59851953 12162697 17914650 露天采场分层矿岩量表 （ 1）由于矿石的容重为 /米 3，所以境界内的总矿石量为： Q=2359270 米 3 /米 3=7785591 吨 因此，由矿山的服务年限计算公式： T= 式中： Q 露天矿境界内矿石的可采矿量， 7785591 吨； A 露天矿矿石年生产能力， 130 万吨 /年； 矿石回收率， 3%； R 矿石混入率， 3%； 经计算 T=779/（ 130 ，取 6年 。 （ 2）该露天矿的平均剥采比为： 6346174/2359270= 该露天矿的均衡剥采比为：（ *系数取 第三章 矿岩采剥工程 述 露天矿采剥方法主要研究露天开采过程中采剥及采矿工程的开采顺序 以及它们之间的时间关系问题，根据本矿的实际情况，采用纵向的剥采方法，利用平1700 1692 373752 451348 825100 1696 1660 1249752 4156978 5350730 1660 1624 1218549 3950767 5144316 1624 1588 1140721 2395407 3536128 合计 2359270 6346174 8680444 内蒙古科技大学 13 装车回返时式采装，工作线的方向与矿走向平行，沿着矿体走向掘沟，垂直矿体方向扩帮，由于下盘较平坦，覆盖层浅，工作线由下盘向上盘推进。 对本矿的山坡露天矿部分，工作线沿等高线布置，单壁沟沿等高线开挖，向最终边坡推进。 孔工作 孔设备的选择 考虑本矿年生产能力较大，矿岩硬度较大，选用牙轮钻机完成主要的穿孔任务。它具有钻孔效率高，作业成本低，机械化程度高，适应各种硬度的矿岩钻孔等优点。根据矿山的规模选用 150 型潜孔钻机，具体参数见下表。 名称 单位 参数值 钻孔直径 50170 钻孔深度 m 孔方向 度 6090 适应岩种 812 钻具转速 r/升速度（最大） m/杆直径 33 除尘方式 干、湿式 行走方式 电动履带 行走速度 Km/h 机重 t 14 外行工作尺寸 12190，宽 3125，高 3865 制造厂家 宣华风动机械厂 内蒙古科技大学 14 备生产能力的确定 根据本矿山的矿岩性质，钻进年工作天数，参考临近矿山的实际情况。初步确定钻机的台年效率为 22500 米 。 备数量的计算 露天矿所需潜孔钻机数量按下式计算确定。 N=)1(1 式中： N 所需设备数量，台； Q 设计矿山的年爆破量，矿石为 ，岩石为 米 3； 型潜孔钻机的穿孔效率， 22500m/年 t； e 废孔率，一般为 7 10%，取 8%； q 每米炮孔的爆破量，查手册得，矿石为 a，岩石为 m3/a； 经计算 N 矿 = %33000 = N 岩 = %65000 =， 所以总需 150 型潜孔钻机数为 3 台。 次破碎方法和所需的设备数量 在生产爆破过程中，可能产生一定量的较大尺寸的岩石和矿石，不能满足挖掘机和汽车的装运工作，需要破碎成小的尺寸，这样的矿岩称为大块。大块尺寸的确定： （ 1） 按挖掘机铲斗容积 E 确定允许块度 B = 2） 按汽车斗容 V= =蒙古科技大学 15 根据以上计算结果，将块度最大尺寸大于 1200矿岩作为大块，根据矿岩性质和采用的爆破方法，取大块的发生率为 4%。 每天需要处理的大块量为 1232000*30=次破碎设备采用25 型气腿式凿岩机，查表知，班工作能力为 30m/班，炮孔装 2号岩石炸药， 工作的凿岩机台数为： N=， 式中： N 工 作的凿岩机台数，台； Q 平均每天二次爆破的矿岩量， 149 q 爆破一立方米大块所需的炮孔长度， 4t/m； 二次破碎凿岩机的班工作能力， 30m/班； 经计算 N= 由于二次破碎只在白天作业，凿岩机的备用量为 50%， 故实际所需的凿岩机台数为 ，取 3台。 （ 1）汽车班运输能力 自卸汽车台班运输能力按下式计算： A=T 1式中： A 自卸汽车台班运输能力， t； G 自卸汽 车额定重量， 20t； 汽车载重利用系数，矿石取 石取 汽车时间利用系数， T 自卸汽车周转一次所需时间， T=tz+tr+tq+tt 挖掘机装满一辆汽车的时间；矿石为 石为 自卸汽车往返时间， 20 l/v= v 自卸汽车平均运行速度， h； 自卸汽车卸载时间 ， 内蒙古科技大学 16 L 自卸汽车平均运距， 自卸汽车调头和停留时间，取 4 运 输矿石时 T=输岩石时 T= 经计算汽车的台班运输能力中，矿石为 260t，岩石为 217t。 426 356 （ 2）自卸汽车所需数量计算： 可按下式计算： N=43 式中： N 自卸汽车需要台数；台 Q 露天矿年运输量，矿石为 130 万吨，岩石为 364 万吨； 运输不均衡系数， C 每日工作班数， 3 班； H 年工作日数， 330 天； 自卸汽车出车率， 70%。 经计算，运输矿石 N（ 1300000*330*260*；运输岩石 N=（ 3640000*330*217*6，所以总共需要 33 台。破工程 破方法的选择 结合石宝铁矿中区的具体地形情况，开采境界内的地面高差不大，大型穿孔设备可以以在上面工作。 由于本矿生产能力较大，一次爆破量大，因此生产爆破采用多排孔微差爆破，临近边坡时，采用预裂爆破，可以有效地保护边坡稳定。 内蒙古科技大学 17 破方法及爆破器材 本 矿区位于内蒙古大草原上，矿区四周地势比较平坦，区内属于干旱 和半干旱的大陆性气候， 雨季较短，降雨对穿孔，爆破的影响较小，为了确保安全生产，又保证穿爆效率，采用继爆管雷管起爆系。爆破器材有导爆索，电雷管，继爆管。起爆采用“斜线”起爆，起爆顺序见图 破网络见图 内蒙古科技大学 18 破参数的确定 b 第一排孔 a= 排孔 a=b，式中 ， 25 45） d,参考白云铁矿取 得第一排孔a=1* ,炮孔采用三角形布孔， b=，后排孔 a= ,取 5m。 2 (3填塞长度， m; 底盘最小抵抗线 ， 5.0 m; 由计算得 采用分层装药，上部装 1/3，下部装 2/3。 孔装药量 前排孔： Q1=q a H (3后排孔： Q2=q a b H t 中： 2 单孔装药量 t 后排装药量增加系数（ ，取 t= q 单位炸药消耗量 , m; 内蒙古科技大学 19 底盘最小抵抗线 a 孔距， 5m; b 排距， H 台阶高度， 12m; 则 *2=1502=*2*45计算前排孔装药量为 150排孔装药量为 145 药量验算 Q =(L d )/4 (3Q 单孔装药量验算值； L 装药长度， 105 d 孔径， 装药密度， 0.9 kg/经计算得 Q =167 Q故满足要求。 车工作 装设备的选择 根据矿山的年生产能力，选用 自卸式汽车 来完成采装任务。 电铲技术参数表 铲斗容积（ 理论生产能力（ m3/h） 最大挖掘半径（ m） 最大挖掘高度（ m） 4 572 大挖掘深度（ m） 最大卸载半径（ m） 最大卸载高度（ m） 最大提升力（ 30 动臂长度（ m） 接地比压（ 最大爬坡能力（） 行走速度（ km/h） 内蒙古科技大学 20 2 器工作总量（ t） 名义提升速度（ m/S） 最大推压力（ 推压速度（ m/S） 190 40 电动机功率（ 生产厂家 回转 90工作循环时间（ s） 250 太原重机厂 25 装工作面参数及工作平盘的配线方式 根据选用的挖掘机最大挖掘高度，综合考虑挖掘机的性能及矿岩 特性，参考大冶铁矿，确定台阶高度为 12 米。 区长度 一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫做采区长度，查表知 铲的工作线长度大于 300 米，由于本矿山电铲