刘竹清设计说明书.docx
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刘竹清设计说明书
内蒙古科技大学
本科生课程设计说明书
题目：
查干此老矿区
20万吨露天开采境界设计
姓名：
刘竹清
学号：
0701101128
专业：
采矿工程
班级：
采07-1
指导教师：
郑建军
目录
绪论3
1、课程设计目的和任务3
2、课程设计的内容要求4
第一章地质部分4
1.1矿区地理位置和自然地理4
1.1.1矿区地理交通位置4
1.2矿体地质5
1.2.1矿体的特征5
1.2.2矿石类型7
1.2.2.2矿体围岩和夹石8
第二章露天开采境界8
2.1影响露天开采境界的主要因素8
2.2确定露天开采境界的原则和方法依据9
2.2.1露天开采境界设计的考虑原则9
2.2.2确定露天矿境界的主要原则如下9
2.2.3露天矿境界确定的方法与原则10
2.3确定境界所需的技术经济指标10
2.3.1经济合理剥采比的选定10
2.3.2露天矿的最小底宽11
2.3.4台阶最终坡面角和台阶高度12
2.3.5安全平台和清扫平台及运输平台12
2.4最终开采深度的确定12
2.4.1境界剥采比的计算12
2.5圈定露天矿开采境界的结果13
2.5.1露天矿底部周界13
2.5.2露天开采境界的参数13
第三章矿岩采剥工程14
3.1概述14
3.2穿孔工作15
3.2.1穿孔设备的选择15
3.2.2设备生产能力的确定15
3.2.3设备数量的计算15
3.2.4二次破碎方法和所需的设备数量16
3.3爆破工程16
3.3.1爆破方法的选择16
3.3.2爆破方法及爆破器材17
3.3.3爆破参数的确定18
3.4装车工作19
3.4.1采装设备的选择19
3.4.2采装工作面参数及工作平盘的配线方式19
3.4.3挖掘机生产能力的确定20
4.1排土场位置的选择及排土容积的计算22
4.1.1选择排土场位置的选择22
4.1.2排土场的容积22
4.2排土方法的选择及堆置要素的确定23
4.2.1选择排土的方法23
4.2.2排土工序23
4.2.3确定排土场参数23
4.3排土线生产能力24
第五章露天矿主要技术经济指标25
参考文献26
绪论
1、课程设计目的和任务
课程设计是在我们学完了教学计划规定的全部课程之后进行的一次实践生教学环节，也是我们毕业设计之前进行的一次露天开采方面的基本训练。
其目的是使我们通过课程设计能系统全面地总结已学的基础理论和专业知识，熟悉初步设计的基本方法和技能，培养分析问题和解决问题的能力。
其任务：
1、熟悉露天矿开采工艺、开拓运输设计的主要内容、方法和步骤。
2、初步具备综合运用已学的理论知识去解决矿床露天开采中某些问题的能力；
3、学会查阅参考勤文献和分析运用有关技术经济资料；
4、训练绘图和编写说明书的基本方法和技能。
2、课程设计的内容要求
设计应以“采”为主。
其内容主要包括：
圈定露天矿开采境界；规划总平面布置；进行穿、爆、采、运、排土工艺设计及计算等。
课程设计的成果由说明书和图纸两部分组成。
说明书为16开纸20～30页，图纸包括：
（1）各勘探线剖面图；比例尺为1:
500；
（2）露天矿开采终了平面图；比例尺为1:
2000；
3、设计的矿区
查干此老矿区年采20万吨设计
4、设计所用原始资料
1、查干此老矿区铁矿详查报告
2、查干此老矿区地质勘探图
3、查干此老矿区储量图、
第一章地质部分
1.1矿区地理位置和自然地理
1.1.1矿区地理交通位置
矿区位于四子王旗南东30km，行政区划隶属东八号乡管辖。
勘查区面积9.68Km2，地理坐标极值为：
东经：
111º48′45〞-111º52′30〞
北纬：
41º15′30〞-41º16′30〞
勘查区各拐点地理坐标及直角坐标见表1-1。
表1-1
拐点编号
经度
纬度
拐点编号
1954年北京3度带坐标系
1954年北京6度带坐标系
X
Y
X
Y
1
111º48′45″
41º16′30″
1
4571513.06
37568076.36
4571513.06
19568076.36
2
111º52′30″
41º16′30″
2
4571563.94
37573313.06
4571563.94
19573313.06
3
111º52′30″
41º15′30″
3
4569712.89
37573331.70
4569712.89
19573331.70
4
111º48′45″
41º15′30″
4
4569662.20
37568093.68
4569662.20
19568093.68
1.1.2矿区自然地理
矿区位于内蒙古高原的中部，大青山灰腾梁分水岭北，呈东西向延伸之低中山地形。
整个地形由南向西北逐渐倾斜，地形较为复杂，丘陵起伏，平原相间，主要由南部低山丘陵和北部层状高原两大地貌单元组成，海拔高程为1762.45—2006.23m，相对高差为243.78m，大部分为黄土掩盖，冲沟较发育，多为荒漠草原，是良好的天然牧场。
矿区属于典型的干旱大陆性气候区，春季干旱多风，夏季炎热短暂，秋季多雨凉爽，冬季严寒漫长
1.2矿体地质
1.2.1矿体的特征
1.2.1.1矿体赋存部位
查干此老矿区铁矿成因类型为岩浆晚期分异型铁矿床，经详查共圈出7个铁矿体，矿体赋存于斜长角闪岩中，与围岩界线不清呈渐变关系，矿与非矿的界线是由化学样品来圈定的。
斜长角闪岩即是矿体的围岩，亦是成矿母岩。
1.2.1.2矿体特征
1号矿体位于三区中部南侧，呈似层状产出。
矿体长度为327m，倾向209°,倾角70-75°，平均71°。
矿体地表由1TC1、1CK1、1CK1-1、1CK2、1CK2-1、1CK3、1CK3-1一条探槽及六条采坑样坎系统采样控制，控制矿体厚度5.21-31.95m，平均24.12m,品位TFe16.46-18.76%,mFe8.41-9.62%,平均TFe17.34%,mFe8.91%。
矿体深部由1P1勘探剖面线上施工的1ZK1、1P2勘探剖面线上施工的1ZK2及1P3勘探剖面线上施工的1ZK3三个钻孔控制，沿倾向控制矿体深度分别为63m、84m、65m，矿体厚度15.66-34.00m；平均27.79m，品位TFe14.98-17.73%,mFe8.70-9.48%,平均TFe16.28%,mFe9.02%。
1号矿体全矿厚度5.21-34.00m，平均26.47m，由地表向深部矿体厚度有变厚的趋势，厚度变化系数（Vc）为38.71%；全矿品位TFe14.98-18.76%，平均16.68%，mFe8.41-9.62%，平均8.98%，品位变化系数（Vc）为TFe6.46%,mFe4.64%。
矿体在1ZK2号钻孔中含1层可剔除夹石层，夹石岩性为含磁铁矿斜长角闪岩，与矿体界线不清，呈渐变关系，夹石层厚度为2.24m，品位TFe13.60-14.60%,mFe4.20-5.60%,平均TFe14.10%,mFe4.90%。
1.2.2矿石质量
1.2.2.1矿石的结构构造
矿石矿物结构特征主要为粒状变晶、片状变晶、柱状变晶结构。
铁矿物主要呈条带状、似条带状分布，有少量细粒铁矿物呈浸染状分布。
条带状、似条带状构造为该矿石的主要构造特征。
1.2.2.2矿石的矿物成分
矿石矿物：
主要为磁铁矿，局部可见少量假象、似假象赤铁矿及黄铁矿。
1.2.2.3矿石的化学成分
矿石中主要有用元素（Fe）分布较为均匀，矿区矿体全铁平均品位20.01%，最高品位23.38%，最低品位17.88%；磁性铁平均品位13.90%，最高品位19.11%，最低品位12.75%。
铁的物相以磁铁矿为主，详见表4-2。
铁物相分析结果统计表表4-2
样品
编号
矿体
编号
磁性铁
（%）
硅酸铁中
的铁（%）
硫化铁中
的铁（%）
碳酸铁中
的铁（%）
赤（褐）铁矿
中的铁（%）
全铁
（%）
磁性铁占
有率（%）
WX1
16
19.16
1.85
0.20
0.50
2.50
24.21
79.14
WX2
1
29.05
1.50
0.29
0.62
1.47
32.93
88.22
WX3
31.80
1.20
0.23
0.45
1.52
35.20
90.34
从上表可以看出，矿石中赤（褐）铁矿含量少，说明矿体基本上未被风氧化，因此本次工作未划分风氧化带。
1.2.2.4矿石主要化学成分
本次详查在1号矿体中采集化学全分析样品2件，16号矿体中共采集化学全分析样品1件,分析结果见表4-4。
矿石主要化学成分分析结果表表4-4
矿体编号
分析项目及含量（%）
16
QH1
Fe2O3
SiO2（%）
Al2O3
MgO
CaO
K2O
Na2O
FeO
SO3
33.64
48.82
8.84
2.07
0.95
2.03
2.00
11.26
0.39
P2O5
MnO2
TiO2
Pb
Zn
Cu
Cr
V
Ni
0.131
0.052
0.59
≤0.001
0.03
0.01
0.01
0.01
0.01
1
QH2
Fe2O3
SiO2（%）
Al2O3
MgO
CaO
K2O
Na2O
FeO
SO3
37.58
46.46
7.44
1.86
1.72
1.90
1.91
11.00
0.29
P2O5
MnO2
TiO2
Pb
Zn
Cu
Cr
V
Ni
0.151
0.046
0.52
≤0.001
0.03
0.005
0.01
0.01
0.01
QH3
Fe2O3
SiO2（%）
Al2O3
MgO
CaO
K2O
Na2O
FeO
SO3
38.93
45.94
7.67
1.93
0.84
1.49
1.74
12.29
0.30
P2O5
MnO2
TiO2
Pb
Zn
Cu
Cr
V
Ni
0.106
0.052
0.55
≤0.001
0.03
0.07
0.01
0.01
0.01
矿石中主要化学成分为硅和铁的氧化物，其次是铝的氧化物。
铁和硅的氧化物共占83.85%。
矿石造渣组分（CaO+mgO）/（SiO2+Al2O3）为0.057，属酸性矿石。
1.2.2矿石类型
1.2.2.1矿石的自然类型
矿石的自然类型按组成矿石的主要铁矿物划分为赤（褐）铁矿-磁铁矿混合铁矿石，按矿石中主要脉石矿物划分为闪石型铁矿石，按结构构造划分为浸染状铁矿石。
1.2.2.2矿石的工业类型
矿石工业类型为需选的磁铁矿石，从选矿工艺要求出发，由于该矿石矿物成分复杂，矿石中硅酸铁、硫化铁和碳酸铁的质量分数大于3%，故采用mFe/（TFe-SiFe-SfFe-CFe）值划分矿石工业类型，该值为67.12-74.85%,小于85%，为弱磁性铁矿石。
1.2.2.2矿体围岩和夹石
1矿体顶底板围岩均为中太古界乌拉山群第三岩组（Ar2Wl3）含石榴石黑云斜长片麻岩，矿体与顶底板围岩接触界线明显。
矿体基本无夹石存在。
第二章露天开采境界
2.1影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。
2.2确定露天开采境界的原则和方法依据
2.2.1露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。
2.2.2确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。
2.2.3露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（nj≤njh）的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。
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。
2.3确定境界所需的技术经济指标
2.3.1经济合理剥采比的选定
确定经济合理剥采比主要用比较法，实质是用露天和地下开采的经济效果做比较，来确定经济合理剥采比。
本矿设计是已给出经济合理剥采比Njh=2.5
2.3.2露天矿的最小底宽
由于本矿的生产能力20万吨/年，初步选定本矿采20吨汽车运输，4m3前装机装载，在掘沟工作面采用回返式调车。
则最小底宽为
Bmin=2（Rmin+0.5×T+E）
式中：
Rmin——汽车最小回转半径，8m；
T——汽车的宽度，2.909m；
E——安全距离，1.5m。
Bmin=2×（Rmin+0.5×T+E）
=2×（8+0.5×2.909+1.5）
=22m
2.3.3采场最终边坡角
根据矿区的工程地质条件，采用工程地质类比法和经验数据方法确定采矿场的边坡角见表6-2。
采矿场边坡角确定表表6-2
边坡坡度与高度值
高10米以内
高20米以内
1：
0.75
1：
0.65
边坡角稳定性分析：
边坡角的计算采用了工程地质类比法和经验数据的方法，充分考虑了岩层结构面的组合方式，代表性强，保证了边坡角计算的可靠性，但结合铁矿的力学试验成果，铁矿露天采矿场的顶底板最终边坡角为52°。
2.3.4台阶最终坡面角和台阶高度
取上盘坡面角66°，下盘坡面角66°台阶高度10米。
2.3.5安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50米，台阶高度10米，上盘最终边坡角52°下盘最终边坡角48°，上盘台阶坡面角66°，下盘台阶坡面角66°，
台阶数：
N=50/10=5个；取N=5；
上盘最终坡面投影长度：
L=94/tg63°=94m;
下盘最终坡面投影长度：
L=94/tg61.5°=102m;
上盘台阶坡面投影长度：
J=12*ctg63°=6m;
下盘台阶坡面投影长度：
J=12*ctg63°=6m；
因每隔2-3个安全平台设一个清扫平台则有：
上盘清扫平台宽度：
b1=3*t-2*a=3*5.65-2*5=9.67m；取10米；
下盘清扫平台宽度：
b2=4*t-3*a=3*6.4-2*5=10.5m，取11米；
由设计手册2查得，20吨汽车，双线运输时出入沟宽度为10米。
2.4最终开采深度的确定
2.4.1境界剥采比的计算
已知查干此老沟矿最高标高是1960m，长露天矿用面积法计算境界剥采比。
矿区有三条勘探线剖面图，境界剥采比N=2.5，根据面积比法，再画出剥采比与开采深度的关系图，最终确定每个剖面的合理采深。
如下图
把三条勘探线剖面图所确定的合理采深在纵投影图标注出来，连接各点，得出一条不规则的折线，为了便于开采和布置运输线路，底平面宜调整到同一标高。
最终确定的合理采深是50米，开采最低水平为1830米。
2.5圈定露天矿开采境界的结果
2.5.1露天矿底部周界
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。
经过调整，把底部周界确定下来。
2.5.2露天开采境界的参数
根据本矿山的规模和地质条件，确定采矿场的构成要素见表2-1表。
表2-1露天采场构成要素表
采场最大长度
354米
采场平均宽度
146米
采场上盘最终边坡角
52°
采场下盘最终边坡角
48°
最高开采标高
1960米
底部标高
1830米
采场封闭圈标高
1870米
台阶高度
10米
台阶最终坡面角
66°
安全平台宽度
5米
清扫平台宽度
11米
运输平台宽度
10米
第三章矿岩采剥工程
3.1概述
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。
3.2穿孔工作
3.2.1穿孔设备的选择
考虑本矿年生产能力一般，矿岩硬度中等，选用潜孔钻机完成主要的穿孔任务。
它具有重量轻，机动灵活，投资费用低，特别是可以钻斜孔，有利于控制矿石品位，增加边坡稳定性的优点。
根据矿山的规模选用KQ-150型潜孔钻机。
3.2.2设备生产能力的确定
潜孔钻机的台班生产能力可按式（3-1）确定。
Vb=0.6vTbη（3-1）
V=4EnK∕ΠD²a（3-2）
Vb——----钻机班生产能力,m
E-----冲击功,由KQ-150钻机数据表查得为215.6J
D-----钻孔直径,15㎝
a-----矿岩的凿碎比功,3.57J∕㎝³
K-----冲击能利用系数,0.7
V-----钻机钻进速度,㎝∕min
Tb----钻机班时间,8×60min
n-----冲击频率,9501∕min
η----钻机班时间利用系数,0.5
将上述数据代入（3-1）（3-2）中，Vb=33m∕台.班
3.2.3设备数量的计算
露天矿所需潜孔钻机数量按下式计算确N=
（3-3）
式中：
N——所需设备数量，台；
Q——设计矿山的年采剥总量，105万t；
Q1—潜孔钻机的穿孔效率，29700m/年t；
e——废孔率，3%；
q—每米炮孔的爆破量，55t/m；
经计算N=2.03，取2台。
3.3爆破工程
3.3.1爆破方法的选择
结合查干此老矿区的具体地形情况，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。
3.3.2爆破方法及爆破器材
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3.1，爆破网络见图3.2。
3.3.3爆破参数的确定
3.3.3.1孔距a和排距b
第一排孔a=m1×Wd，后排孔a=m2×b，式中m1、m2分别为前后排炮孔邻近系数m1=1，m2=1.15。
wd=（25～45）d,参考白云铁矿取Wd=5.0m可得第一排孔a=1*5.0=5.0米,炮孔采用三角形布孔，b=4.5米，后排孔a=1.15*4.5=5.1米,取5m。
3.3.3.2填塞长度L2
L2=（0.8～1.0）Wd（3-5）
L2—填塞长度，m;
Wd—底盘最小抵抗线，5.0m;
由计算得L2=0.9*5.0=4.5m.采用分层装药，上部装1/3，下部装2/3。
3.3.3.3单孔装药量
前排孔：
Q1=q×a×Wd×Hkg（3-6）
后排孔：
Q2=q×a×b×H×tkg
式中：
Q1Q2—单孔装药量
t—后排装药量增加系数（1.1～1.3），取t=1.1。
q—单位炸药消耗量,0.5kg/m³;
Wd—底盘最小抵抗线5.0m;
a—孔距，5m;
b—排距，4.4m;
H—台阶高度，12m;
则Q1=0.5*5*5.0*12=150kg
Q2=0.5*5*4.4*12*1.1=145kg
经计算前排孔装药量为150kg，后排孔装药量为145kg。
3.3.3.4装药量验算
Q′=（Lπd²⊿）/4（3-7）
Q′—单孔装药量验算值；
L—装药长度，105dm;
d—孔径，1.5dm;
⊿—装药密度，0.9kg/dm³
经计算得Q′=167kg，Q1，Q2≤Q′故满足要求。
3.4装车工作
3.4.1采装设备的选择
根据矿山的年生产能力，选用W-4B型电铲，中环BZKD20型自卸式汽车来完成采装任务。
3.4.2采装工作面参数及工作平盘的配线方式
3.4.2.1台阶高度
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。
3.4.2.2采区长度
一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫做采区长度，查
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