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课程设计（论文）课程名称金属矿床露天开采题目某矿山露天采矿开拓方案设计院（系）专业班级姓名学号指导教师2014年6月27日1大学课程设计（论文）任务书专业班级学生姓名指导教师（签名）一、课程设计（论文）题目二、本次课程设计（论文）应达到的目的课程设计是实践教学环节的重要组成部分，金属矿床露天开采课程设计的目的是综合运用金属矿床露天开采课程基础理论知识，对露天矿生产系统进行设计，学习其设计方法，重点掌握露天矿境界圈定和开拓系统的设计过程、计算步骤、设计图纸绘制等内容，以及对相关设计手册的熟练运用，培养分析问题和解决问题的能力。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）主要内容根据给定的设计题目，结合矿床地质地形图、勘探线剖面图，对矿山采矿境界进行圈定，计算矿床的经济合理剥采比、最小底宽、最终边坡角、台阶坡面角、采深，绘制底部周界，并根据选取的设备和计算的参数结果最终绘制采矿终了平面图、采场剖面图和采矿方法图。设计原始条件矿床地质地形图、勘探线剖面图、矿石的特征等（详见设计指导书）。设计要求设计说明书一份，一号图纸两张，二号图纸一张。四、应收集的资料及主要参考文献1金属矿床露天开采陈晓青主编冶金工业出版社20102采矿设计手册冶金工业出版社20053金属非金属矿山安全规程GB164232006五、审核批准意见教研室主任（签字）2目录大学课程设计（论文）任务书11绪论111本次课程设计应达到的目的112本次课程设计任务的主要内容和要求213矿山地质概况主要内容22采场境界的圈定221台阶构成要素的参数确定3211台阶高度3212台阶宽度3213台阶坡面角322境界三要素的确定5221最小底宽5222最终边坡角6223开采深度823圈定露天矿底部周界11231各横剖面底部周界位置的确定11232确定端帮位置11233连成矿体底部周界1424圈定结果143矿床开拓15331主要设备选择及主要参数1532开拓方案164开采程序说明1841台阶形式1842部分工作面参数的确定18结语20参考文献2111绪论11本次课程设计应达到的目的为了使我们对露天采矿技术这门课程中所学的基本知识、基本理论及基本方法有个全面系统的掌握，尤其是最基本的境界圈定。通过本设计，我们将对露天采矿技术课程有个深入的全面的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料，我们以团队协作的方式来解决设计中相关的问题。提高学生独立思考、认真处事、相互交流、合理解决设计中出现的问题的能力，使我们对露天采矿技术这门课程有了一个全面的认识，对该门课程所学到的知识、技能初步达到一个学以致用的目的。通过采区设计达到下列目的1系统灵活运用和巩固所学的理论知识，并结合实际条件加以运用。丰富学生的安全生产实际知识，并进一步培养和锻炼学生热爱劳动、善于理论联系实际、尊重科学和实践的良好思想作风；2掌握采区方案设计的步骤和方法，为后续的毕业设计打下基础；3巩固和发展学生的文字编写、运算和绘图的工程技能，培养和提高大学生分析和解决问题的能力。212本次课程设计任务的主要内容和要求13矿山地质概况主要内容某露天铁矿床，地表平坦，矿体倾角70，倾向北，东西走向，长300M，围岩稳固，坚硬系数为8，平均品位40。地质勘探线垂直矿体走向方向自东向西排列，间距为60M，勘察结果显示为1勘探线处矿体水平投影厚度为40M，2勘探线处为矿体水平投影厚度为50M，3勘探线处矿体水平投影厚度为60M，4勘探线处矿体水平投影厚度为30M；矿体端部形态规整，矿体厚度变化率可视为0。东端部近似呈半径为20M的半圆形，西端矿体近似呈半径为15M的半圆形，0勘探线、5勘探线为其切线。矿体埋深15M，延伸100M。2采场境界的圈定圈定境界时必须遵循以下原则1按照开采技术条件选择的采矿方法，正确选择台阶构成要素2境界圈定要考虑矿体倾角和厚度的变化，在经济合理剥采比的基础上，尽可能的多圈定已勘察的矿石资源量3要考虑矿体的地质构造和矿石与围岩的物理力学性质，合理选取最终边坡角范围4境界圈定要满足开拓运输系统布置对空间位置的需求35台阶的布置和数目应以所采用的凿岩、挖掘设备的规格和生产效率为依据21台阶构成要素的参数确定211台阶高度已给出台阶高度要求为10M，设计每隔2个安全平台设1个清扫平台。212台阶宽度安全平台理论上一般取台阶高度的三分之一，即B1H/3333M，而在实际中可参考国内外类似矿山实际数值，在此次设计中根据石人沟铁矿的经验实际选取6M清扫平台同上，由于此矿山与石人沟铁矿相类似，故参考现代采矿手册，王云敏北京冶金工业出版石人沟铁矿的数据B210M（P10）运输平台B39M，数据参考现代采矿手册，王云敏北京冶金工业出版社汽车运输平台最小底宽（P12）213台阶坡面角台阶坡面角主要是岩体稳定性的函数，其取值随岩体的稳定性的增强而增大（最大为90）。确定台阶坡面角时需要进行岩石稳4定性分析，或参照岩体稳定性相类似的矿山选取。另外，岩体层理面的倾向对台阶坡面角有直接的影响，当台阶坡面与岩体层理面的倾向相同或相近，而且层理面倾角较陡时，台阶坡面角等于层理面的倾角。表二是均质岩体中台阶坡面角与岩石硬度的大体关系。表三列出了国内部分金属露天矿的台阶坡面角取值。表21均质岩体中台阶坡面角的参考值岩石硬度系数台阶坡面角度814以上7075386070135060表22国内部分露天矿的台阶坡面角矿山名称台阶坡面角度大孤山铁矿70东鞍山铁矿75南芬铁矿4850岩石层理倾角大石河铁矿65白云鄂博铁矿70白银厂铜矿705根据地质资料得到围岩稳固，坚硬系数为8，参考表51均质岩体中台阶坡面角的参考值以及表52国内部分露天矿的台阶坡面角，初步选取上下盘台阶坡面角均为70。22境界三要素的确定221最小底宽露天矿的最小底宽，应满足采掘运输设备在底部正常运行与安全作业的要求，一般不应小于开段沟的底宽。本次设计采用回返式调车方式，示意图见下。最小底宽BMIN2RCMIN05BCE2905290905219M式中BMIN为最小底宽RCMIN为汽车最小转弯半径BC为汽车宽度E为汽车距离边坡的安全距离图21回返式掉车方式示意图6由于矿体平均厚度为45M左右，大于最小底宽较多，故最终确定底宽为22M。注汽车距离边坡的安全距离E取05，参考现代采矿手册，王云敏北京冶金工业出版社P11222最终边坡角露天矿最终边坡角对露天矿的生产安全与经济效果都有很大影响。过小的边坡角，将增加剥岩量，使剥采比增大，从经济效果来考虑，希望边坡角尽可能大些。然而，过大的边坡角，将导致边坡失稳，严重影响矿山正常生产。因此，露天矿的最终边坡角，要同时满足安全稳定条件和开采技术条件的要求。1安全稳定条件是指根据边坡岩体的性质，通过稳定性分析计算，确定能保证边坡稳定的边坡倾角。在境界设计阶段，一般是参照类似矿山实践资料选取稳定的边坡角，并用已有资料对其稳定性进行初步分析和简要计算。在本次设计中，根据国内部分露天铁矿的经验值，上下盘的最终边坡角取值范围为4248由于考虑到该矿床围岩坚硬系数为8，属于中等稳固，初步设计为45。2开采技术条件是指按边坡的构成要素确定最终边坡角。露天矿最终边坡由最终台阶，即非工作台阶组成（下图所示），其水平部7分，即最终平台，按作用不同分为安全平台、清扫平台和运输平台。实践经验表明，较窄的安全平台和清扫平台在邻近边坡爆破时常遭破坏，以致不能发挥应有的作用。因此，近年来国内外不少矿山采用预裂爆破并段，即把23个台阶的坡面有控制地连成一体，然后设置一个宽度达812M的清扫平台，以便能有效地发挥拦截和清扫落石的作用。如果边坡稳定性较差，要求的边坡角较缓，则不宜并段。最终台阶坡面角A，安全平台、清扫平台、运输平台和出人沟的宽度A、B、C和D，以及相应平台数N1、N2、N3和N4，台阶高度H等参数确定之后，符合开采技术条件的最终边坡角可用下式计算100/3646609765解得44对于此次设计的急倾斜矿体，与按安全稳定条件确定的最终边坡角相差不大。故初步认为设计合理。图22最终边帮组成COT/234111NNNDCBAHTG8223开采深度确定露天开采境界的原则实质上是确定露天矿开采深度的理论依据。确定开采深度的方法为方案分析法，具体操作步骤如下1确定地质横断面图的理论开采深度。1）经济合理剥采比的计算NJH采用原矿成本比较法NJH（CDA）/B（88142）21/36942式中NJH为经济合理剥采比CD为地采矿石成本，取880，元/TA为露天开采采矿费用，取142，元/TB为露天开采剥离费用，取369，元/M3上述数据来源于现代采矿手册，王云敏北京冶金工业出版社南芬铁矿1979年汽车运输方式的数据，考虑到资金的时间价值，均取原始数据的10倍。为矿石体重，取21M3/TNJ的算法采用面积比法（设计中所用到的面积均由计算机辅助软件CAD量取）2）绘制NJH关系曲线开采深度是根据某种剥采比小于等于经济合理剥采比来确定的，在此次设计中选用NJNJH。（NJ为境界剥采比）9根据露天开采境界每下降单位深度（H）时所引起的岩石增量V与矿石增量A之比，即NJV/A，计算出不同地质横断面图各个深度的境界剥采比，然后绘制不同地质横断面的NJH关系曲线如下。3）分析NJH关系曲线图23面积比法求境界剥采比图2414NJH曲线10分析以上各地质横断面图，过NJ轴做平行于H轴的剥采比为42的直线交与NJH曲线，再过交点做垂直于H轴的直线相交与H轴，交点的H值即为该断面的理论开采深度。按照此方法得出1勘探线理论开采深度为95M，2勘探线理论开采深度为115M，3勘探线理论开采深度为115M，4勘探线理论开采深度为72M。2在地质纵断面图上调整露天矿底部标高将上述得到的各点相连接，得出一条不规则的深度折线，为调整前的开采深度。为了有利于开采和布置运输线路，露天底部应调成统一标高，特别的当矿体埋藏深度沿走向相差较大时，而深部长度又能满足开拓运输布线时，露天底部可调成梯段形，即多个底。如上图所示，在满足调整原则的前提下初步设定开采深度为100M，此时圈入矿岩量和圈出矿石量在误差允许的范围内认为相等。图25在地质纵断面图上调整露天矿底平面标高1123圈定露天矿底部周界231各横剖面底部周界位置的确定在露天底部平面图上各剖面线上确定底部位置，每个剖面一般得到两个点。232确定端帮位置实质是在走向上确定露天开采境界，以便减少露天矿两个端帮岩石量对露天开采经济效益的影响。也就是安端帮NJNJH的原则，把不符合要求的少量端部矿体及其对应的大量端部岩石圈出开采境界。如下图所示为纵断面图，K为矿体走向末端位置，假如A为能满足上述原则要求的端帮坡面位置，则LY为圈出的端部矿体长。端帮境界剥采比等于端帮在垂直面AA上岩石投影面积与矿石投影面积的比值。图26矿体走向两端确定端部位置12具体方法为，在确定的最低水平上移动A点，的出不同的NJ和LY值，然后做出NJLY曲线，则曲线与NJH水平线的交点对应的LY值即为矿体圈出长度1东部端部位置的确定按上述方法得出下图根据上图表可得，当矿石圈出长度为60M时NJNJH42故，东端帮位置为距矿体端部向中间圈出矿体长度60M。2西部端部位置的确定同理，得出下图由于在西端矿体较薄，当圈出矿体长度为78M时NJ41NJH42故西端帮位置为距矿体端部向中间圈出矿体长度85M。233连成矿体底部周界将通过上述得到各点连接成一条光滑的线，即得到底平面周界，图25东部端帮NJH曲线图25西部端帮NJH曲线13经验证，弯曲部分满足运输线路曲线半径要求，底部长度也满足设置运输线路的要求，故认定圈定合理。24圈定结果根据地质、地形条件及上述境界圈定的原则及参数，设计圈定开拓运输方案的露天开采境界。经技术经济比较，境界圈定结果见表四。表四露天开采圈定结果表序号项目单位一地质赋存情况1矿体长M3002矿体厚（最大）M603矿体倾角度70二境界参数1台阶高M102台阶坡面角度703安全平台宽度M64清扫平台宽度M105运输（公路）平台宽度M9三境界圈定的结果1境界尺寸上口（长宽）M3642732境界尺寸下口（长宽）M162223最终边坡角度31下盘度478143矿床开拓31主要设备选择及主要参数本次设计采用额定载重为20T的自卸式汽车，铲斗容积为4M3的电铲，相关主要工作参数如下表汽车序号性能单位车型1额定载重T202自重T1563总重T3564车厢容积平装/堆装M3107/135车厢尺寸长MM48406宽MM26207高MM10008外型尺寸长MM76109宽MM290910高MM311011发动机型号康明斯NT855C25012发动机额定功率KW18613最小转弯半径M914最大爬坡度2915最高车速KM/H5016百公里油耗升7232上盘度3251517价格万元4118型号北京BJZ336419制造厂北京重型汽车制造厂铲运机主要性能参数标准斗容45M3主电机功率250KW提升速度0855M/S最大挖掘半径143M推压速度053M/S最大挖掘高度101M行走速度043KM/H最大卸载半径1265M最大提升力480KN最大卸载高度63M最大推压力230KN挖掘深度32M最大爬坡角度12度工作重量202T平均比压243KPA理论生产率572M3/H32开拓方案1）露天矿床开拓是露天矿设计中带有全局性的一个重要问题，对矿山建设和生产具有重大影响。一方面受露天开采境界的影响，另一方面还影响基建工程量、基建投资和基建时间，影响矿山的生产能力、矿石损失和贫化、生产的可靠性和均衡性以及生产成本等。开拓系统一旦形成，则不易改变。否则会给生产带来许多困难，还会造成经济上的重大损失。因此，正确选定开拓方法是十分重要的。16确定矿床开拓方法，必须遵照党和国家关于矿山建设的方针、政策，依据矿床赋存的地形地质条件，综合考虑各方面的因素，经全面分析比较后方能选定合理的开拓方案。2）开拓方法选择的原则（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。根据上述原则在本次设计中采用上盘固定坑线开拓，直进折返布线3）开拓设计部分参数的确定设计台阶高度为10M，坡度要求为8，计算得出展线长