露天采矿课程设计说明

1、某石灰石矿露天开采课程设计11101 .设计目的及要求1.1设计目的1.2设计要求1.3设计范围2.设计内容2.1露天开采境界设计2.1.1矿区概况 2.1.2矿床及矿石特征 2.1.3水文地质 2.1.4开拓方式选择 2.1.5境界圈定2.2公路设计2.2.1定线 2.2.2平面要素 2.2.3纵断面要素3.小结设计目的及要求1.1设计目的通过课程设计进一步消化和巩固所学过的露天矿开采设计知识，并使所学的 知识系统化。培养和训练运用所学理论知识进行露天矿境界圈定和公路设计的初 步能力、综合分析问题和解决工程实际问题的能力、绘图能力以及正确使用设计 手册和相关资料的能力。通过设计，了解露天采矿

2、和公路工程设计的内容、方法 及步骤，初步掌握露天矿境界圈定和公路工程设计方法、计算方法；绘制工程图、 编写设计说明书。1.2设计要求1）按照经济合理的剥采比、矿岩性质，在地质勘探线横剖面图上初步确定 开采深度。2）在地质纵剖面图上调整露天矿底部位置，根据运输条件等圈定露天矿底 部周界。3）确定露天矿的边坡结构和边坡角。要考虑影响露天矿边坡稳定性的影响 因素。确定露天矿的最终边坡角后，还要根据边帮组成进行验算，并确定边坡细部 结构：保安、清扫、运输平台尺寸。按照保安、清扫、运输平台宽度和布置要求构成的边坡角，不能大于按稳定 性要求确定的露天矿最终边坡角。但应尽量接近它。4）确定露天矿的出入沟口位

3、置，并完成采场外部运矿干线公路设计。5）绘制露天矿终了平面图。按照确定的露天矿底平面周界，从下向上依次 绘制边坡线和平台。然后布置开拓运输线路。6）编写设计说明书。内容包括：设计要求、依据资料、露天矿境界圈定步 骤、外部运矿干线公路设计步骤、相关参数分析计算。1.3设计范围境界设计：垂直方向由地表至+22m标高，水平方向由矿体范围决定，即0 #、4#及8#勘探线间的矿体。公路设计：垂直方向由+290m至+150m标高。设计内容2.1露天开采境界设计2.1.1矿区概况唐山三友矿山有限公司（原巍山石灰石矿），位于唐山市东北20km,隶属唐山 三友碱业（集团）有限公司，是全国重点化工企业。行政区划属

4、唐山市古冶区王辇 庄乡和开平区双桥乡管辖。矿山东南距京山铁路古冶站8km，经10km铁路专用线与之连接，全南堡碱 厂铁路运距129km。矿山与周围各县均有公路相通，交通十分方便。本区域为温带大陆性气候，具有冬干夏湿，季风显著之特点，冬季多西北风， 夏季为偏南风，春秋二季是冬季风和夏季风的过渡季节。风向多变，天气变化频 繁，风随季节变化显著，冬冷夏热明显，全年湿度变幅大，年平均气温1011C， 年平均降水量620.97mm，由于季风影响，降水高度集中在7、8二个月，并以7 月份降水量最多，平均240mm。2.1.2矿床及矿石特征巍山石灰石矿位于燕山沉降带之蓟冀滦坳陷的东南部，属于开平向斜北西翼

5、的一部分。矿区出露地层有古生界寒武系，奥陶系和石炭二迭系，北部有上元古 界青白口系部分地层。主要为奥陶系，在其北部有寒武系；南部有石炭二迭系。开平向斜西起唐坊附近，东全雷庄，长70km，向斜轴呈北东走向，向斜西 翼不对称，北西翼陡，构造较复杂，南东翼缓，构造简单。两翼地层为下古生界， 核部最新地层为上古生界二迭系洼里组。奥陶系分四个组，10个岩性段：（1）冶里组，分上下两个岩性段（2）亮甲山组，分上中下三个岩性段（3）下马家沟组，分上下两个岩性段（4）上马家沟组分上中下三个岩性段矿区构造较复杂，地层陡立部分倒转，同时发育一些性质不同规模不等的断 层地表可见具有一定规模的断层有17条，大都垂直于

6、矿体走向分布。其中以白 道子断层（F16）最大，横贯全区，沿走向成S形延伸，向北西倾，倾角地表陡 54，深部缓:30，水平断距约200m，为一压扭性逆平移断层。根据地质构造特征，大致可划分为三个不同的构造区段：F16断层以东地区 属于正常层序的单斜层，走向7485，倾向SE，倾角70，具有小型褶曲， 断层不发育，F16断层以西至31线地层倒转，走向4590，倾向NW，倾 角6585，在这个倒转区段内，褶皱断裂和塌陷，裂缝均很发育；31线以 西地层又恢复正常层序，其构造也较简单。主要含矿层为上马家沟组中段，其次为上马家沟组下段和下马家沟组上段。 总体特征是沿走向呈狭长带状延伸，共有七层矿I W，

7、丑，W六层矿厚度较薄 均小于10m，长度在1000至2500m，层次多层位较稳定；V层矿层最厚平均厚 度 70.1m，长度 2500mo矿体为层状，形态规则，产状与围岩一致，倾角6590。，矿体均裸露地 表，绝大部分产在矿区地平面70m以上。矿石主要为豹皮状灰岩，少数为纯质 灰岩，白云质灰岩和含燧石灰岩。矿石主要成分为CaCO3、MgCO3、SiO2和少 量A12O3、Fe2O3及微量K2O、Na2O、P2O5、TiO2。矿石质量好，无论沿走向 或倾向变化均很小。根据化学分析矿石平均品位：CaCO394.26%、MgCO31.77% SiO2+A12O3+Fe2O33.61%。在V号矿体中，夹

8、有一层26m的含碎石较多的高 硅矿石，CaCO391.19%、MgCO33.93%、SiO2+A12O3+Fe2O36.77%。按不同矿石类型、围岩及夹层，通过有代表性的试样试验：岩矿的抗压强度最大:1575.0kg/cm2最小:648.6 kg/cm2岩矿的抗拉强度最大:81.3 kg/cm2最小:36.9 kg/cm2 TOC o 1-5 h z 矿石硬度系数：f=79容 重：2.68t/m3 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 松散系数：1.7湿度最大：0.148%, 一般00.03% HYPERLINK l bookmark55 o Cu

9、rrent Document 围岩硬度系数：f=682.1.3水文地质矿区处于开平盆地西北翼分水岭，开平盆地为一倾伏向斜构造盆地。由于地 貌、地形及构造等各方面因素，使其构造成了单独的开采盆地水文地质单元。矿 区附近有寒武系、奥陶系、石炭系、第四系等含水层，分述如下：第四系含水层主要分布在南部广大平原中，其沉积厚度总的趋势是由盆地边缘至盆地中心 逐渐加厚。其含水层岩性主要为砂及粒卵石层。地下水埋藏条件主要取决于地形地貌条件，在靠近沙河、陡河两岸的低洼地 带，潜水埋藏最浅，一般02m，在平原中地形无显著变化地区，潜水埋藏一般 24m，在山间凹陷地带及平原地形微起伏地区，潜水埋藏在410m，个别地

10、 区受地形影响潜水埋藏深度可达20m以上。潜水补给来源主要为大气降水，局 部接受奥陶系石灰岩含水层的补给。第四系含水丰富，最大渗流系数可达38m/d。奥陶系石灰岩含水层出露宽度可达800m左右，其含水层主要为石灰岩，下奥陶系以泥质灰岩和 薄层状白云质灰岩为主，裂隙岩溶均不大发育，为弱含水或极弱含水层。中奥陶 系以纯石灰岩、豹皮状灰岩为主，裂隙岩溶较发育，透水性较强，最大渗流系数 可达1822m/d，为强含水层。中石炭系唐山石灰岩含水层主要为浅灰色或褐灰色薄层状灰岩，厚0.455m,一般含水量不大，但是在 局部地区岩溶发育时也有一定水量，如赵各庄煤矿-100m水平西三石门72139孔 涌水量达到

11、17升/秒；北山矿2号孔涌水量为0.5升/秒。中上石炭系砂岩含水层主要岩性为灰色、深灰色或灰白色的细粒砂岩、粉砂岩，胶结较为致密，裂 隙不发育。在区内厚度分布和含水情况随各地的具体条件而异，在赵各庄煤矿与 北山矿砂岩中凿岩钻进时发现有涌水现象，其大小主要取决于风化及构造条件， 一般来说该层水量微弱，为极弱含水层。由于赵各庄煤矿的开采和长期排水，使矿区奥陶系灰岩地下水下降，储量计 算最低标高（+40m）以上的水文地质条件变得简单。最低水位标高可达-206m， 平均最高水位在+49.37m，仅有长2孔达70.10m。在矿区最低开采标高+40m以 上已被疏十，仅在雨季局部地段短者几天、长者42天水位

12、超过40m，而1978 年以后，地下水位均在40m以下。矿床开采主要充水原因大气降水，地下水对 矿床开采无多大影响。根据赵各庄煤矿长期观测资料证实，陡河水库水与矿区石 灰岩含水层地下水没有水力联系。其原因是寒武系地层顶部有一层厚度约100m 左右的薄层泥质灰岩及紫红色的页岩起隔水作用所致。因此陡河水库对矿床充水 无影响。2.1.4开拓方式选择选择开拓方式的主要原则是在满足国家要求的前提下，选择生产工艺简单可 靠，基建工程量小，基建投资少，生产经营费用低、占地少，投产早、达产快且 静态和动态投资回收期短，投资收益率高的开拓运输系统。根据上述原则，本设计采用公路运输开拓，开拓坑线布置为回返式。公路

13、运 输开拓机动灵活，转弯半径小，爬坡能力大，线路工程量小，基建时间短，基建 投资少，便于采用分区开采，有利于采用分散的排土场，掘沟方法相对简单，掘 沟速度及延伸速度快。公路运输开拓坡度8%，公路宽度11m，缓冲平台长50m， 最小转弯半径10m。露天采场开拓坑线的出入沟口设置在工程地质条件较好，地形标高较低，距 工业场区及排土场较近的地方，避免和减少重载汽车在采矿场内作反向运行及无 谓增长上坡运距，尽可能使矿石和岩石的综合运输功小，所需运输设备数量少。根据以上原则，出入沟口设计在采坑的东南侧，标高112m。矿山工程的发展程序包括台阶的开采顺序，工作帮的推进和新水平的开拓延 深。新水平准备工作包

14、括掘进出入沟开段沟和为新水平准备掘沟而进行的扩帮工 作。从地表向台阶下部平盘掘进倾斜出入沟，达到下部平盘标高后，自出入沟的 末端掘进水平开端沟，已建立开采台阶的初始工作线。开端沟垂直采场走向横向 布置，工作线沿走向推进。当扩帮工作线推进到使台阶坡底线距下水平出入沟沟 顶边线不小于工作平盘宽度时，便开始下水平的准备掘沟和随后的扩帮工作，开 拓坑线自上而下逐渐形成。2.1.5境界圈定2.1.5.1确定采场最小底宽根露天采场底部宽度应满足采装运输设备的要求，保证矿山工程正常发展， 根据采矿设计手册III和中国采矿设备手册，考虑三友矿山实际运输设备 情况（运输车辆型号：BJ374, BJ3722），本

15、次设计采用回返式调车，其底宽为：B . = 2（R . + 0.5b + e）=2 （10+0.5X4.5+1.5）=27.5mRcmin汽车最小转弯半径。根据中国采矿设备手册上册P675，选取Rcmin=10m.bc汽车宽度e汽车距边坡的安全距离。取e为1.5。确定露天矿底的位置原则：1）使境界内的可采矿量最大而剥岩量最小；2）使可采矿量最可靠，通常露天矿底宜置于矿体中间，以避免地质作图误 差所造成的影响。3）根据矿石品位分布，使采出的矿石质量最高；4）根据矿石的物理力学性质调整露天矿底位置，使边坡稳固且穿爆方便。本设计最小底宽设计为30m。2.1.5.2选取采场最终边坡角随着采场开采深度的

16、增加和边坡的减缓，剥岩量将急剧增加，从经济效果看， 边坡角应尽可能加大。然而陡边坡虽然可带来较好的经济收益，但往往会导致严 重的滑坡事故，乃至破坏生产。从安全角度来考虑，应尽量减缓边坡角。因此， 综合考虑经济与安全因素，是合理选取边坡角的基本原则。再结合矿石硬度中等， f=810，围岩或夹层以厚层为主，结构较致密，为豹皮状白云质灰岩或中厚层白云质灰岩，有足够的硬度和较大的抗压强度，同时矿区处于开滦赵各庄煤矿排 水疏十范围内，水文地质条件简单，所以结合设计手册类似矿山情况，最后取上 盘最终边坡角Y 52，下盘最终边坡角6 48。为保证矿山正常生产，露天矿边坡通常由安全平台、清扫平台、运输平台及

17、相应的坡面组成。本设计取安全平台宽6m，清扫平台宽9m，台阶高度12m，每 隔两个台阶设置一个清扫平台，间隔布置，台阶坡面角上盘70，下盘70。 开拓系统选取的是固定坑线开拓，公路宽度11m，坡度为8%。运输车辆型号： BJ3722载重40t，BJ374载重20吨，运输平台宽度11m。2.1.5.3确定各剖面开采深度及境界剥采比确定露天开采境界的原则按n. v njh原则确定露天开采境界的观点，具有整个矿床露天与地下联合开 采总经济效果最佳，以及在矿床只宜露天开采时盈利最大的实质，所以得到国内 外学术界广泛的接受。本设计采用此原则来确定三期工程的露天开采境界。用原矿成本比较法确定经济合理剥采比

18、：n =y (C -a) 2.68(35 -5)j b = 5 x 2.68 =6Cd一地下开采的原矿成本a一露天开采的纯采矿成本，元/吨b一露天开采的剥离成本，元/m3Y 矿石容重，吨/ m3用面线段比法计算矿床的境界剥采比1在横剖面图上确定各个深度方案的底宽和位置，并根据选取的最终边坡角Y =50 P =45，绘出顶底帮最终边坡线。2通过作图计算，选取0线剖面，用面积比法计算其境界剥采比nj。S + S + S + S + S + S境界剥米比n= 357911S 2 + S 4 + S + S + S0_ 592.34 + 440.75 + 618 + 423.2 + 67.8 + 45

19、.7763.26 + 64.8 + 935.47 +130.3 + 75.07=1.72V23）开采深度开采深度结合地质资料及本组（第六组）设计要求，定到+22m水平。2.1.5.4圈定露天矿底部平面周界将0、4、8线剖面图上按照标高+22m和最终坡面角确定的各剖面境界，投 影到地质分层平面图上，分别连接上盘和下盘坡底各点得出底的理论周界。修正 的原则是，底部周界要平直，弯曲部分要满足运输线路曲线半径的要求，底部长 度要满足设置线路的需要。修正后的周界即为设计周界。2.1.5.5绘制采场终了平面图按所确定的开拓运输系统、最终边帮组成要素、露天矿底平面周界，绘制露 天矿终了平面图，其步骤如下：1

20、）将设计的底部周界按投影关系绘在地形图上。2）在地形图上，按最终边帮组成要素（台阶高度、坡面角、平台宽度），从 底部周界开始由内向外（标高由下而上）依次绘出各台阶坡底线、坡顶线和平台 宽度。3）在图上布置运输线路。绘制线路时，要注意倾斜线路与各台阶的连接。4）检查与修正上述露天开采境界。绘制完露天采场终了平面图后，以此平 面图为准，修正各横剖面图的境界，使平面图与横剖面图一致。个别情况下，由 于布置开拓运输线路后，边帮变化较大时，应检查最终确定的合理性，即境界剥 采比是否超过经济合理剥采比，并作必要的修正。布置开拓线路后境界剥采比S + S + S + S + S + S + Sn= 3579

21、H13S 2 + S 4 + S + S + S1_ 1000 +109.2 + 701.5 + 314.8 +104.7 +189.3 +117=52.4 +118 + 873 + 290 +136=1.732，满足要求2.2公路设计2.2.1定线本次公路设计从+150m至到+290m。由矿山地质地形图分析，起点设在露天 矿出入沟口附近，采用折返式路线，具体情况见附图。根据露天矿道路尽量采用 挖方路基的要求，本设计采用“零点法”定线。根据地形图上的等高距h （10m） 和采用的道路纵坡i（8%），按下式计算出圆的半径（d=Ah/i），根据地形图比例， 在缩尺上截取计算出的d值，即可在平面图上

22、定线。d=Ah/i=10/0.08=125d=Ah/i=8/0.08=100d=Ah/i=6/0.08=75d=Ah/i=4/0.08=502.2.2平面要素1）平曲线半径结合矿山运输实际情况，汽车最小转弯半径为10m，设计最小平曲线半径 30m o2）回头曲线采用插入直线段的对称回头曲线。转弯半径分别为30m和20m。2.2.3纵断面要素1）最大允许纵坡纵坡过大，汽车上坡时长久使用低速档，水箱里的水易于沸腾，油管由于“气 阻”而发生熄火，导致停车；下坡时，汽车制动困难，制动器急剧升温，使刹车 失效而产生安全事故。纵坡过小会使线路增长，增加扩帮工程量，使基建费增多。 本设计最大允许纵坡为8%。2）限制坡长为防止汽车在长陡坡段上运行时发动机和制动器过热而发生故障，对坡段长 度应有所限制。查手册知当纵向坡度为8%时限制坡长为350m。3.小结通过这次露天采场设计，让我对露天开采工艺