采矿工程露天开采毕业设计.docx

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采矿工程露天开采毕业设计

摘要1

Abstract2

第一章地质部分1

1.1矿区地理位置和气候1

1.1.1矿区地理交通位置1

1.1.2矿区气候条件1

1.2矿体地质1

1.2.1矿体的特征1

1.2.2矿体与围岩的性质2

第二章露天开采境界5

2.1影响露天开采境界的主要因素5

2.2确定露天开采境界的原则和方法依据5

2.2.1露天开采境界设计的考虑原则5

2.2.2确定露天矿境界的主要原则如下6

2.2.3露天矿境界确定的方法与原则6

2.3确定境界所需的技术经济指标7

2.3.1经济合理剥采比的选定7

2.3.2露天矿的最小底宽7

2.3.3采场最终边坡角8

2.3.4台阶最终坡面角和台阶高度8

2.3.5安全平台和清扫平台及运输平台8

2.4最终开采深度的确定9

2.4.1境界剥采比的计算9

2.4.2最终深度标高的确定10

2.5圈定露天矿开采境界的结果10

2.5.1露天矿底部周界10

2.5.2露天开采境界的参数10

第三章矿岩采剥工程12

3.1概述12

3.2穿孔工作13

3.2.1穿孔设备的选择13

3.2.2设备生产能力的确定14

3.2.3设备数量的计算14

3.2.4二次破碎方法和所需的设备数量14

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16

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21

第四章排土工作22

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22

4.2.1选择排土的方法22

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

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。

露天矿境界可采储量2797.64万吨，可采年限23年。

运输设备为BJ-371型自卸汽车和三台WK-4型电铲。

均衡剥采比为3.2t/t。

设计采用3台KQ—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

Abstract

ThecurriculumdesignistheShiBaoironoreinopenpitminingdistrict,designedwithanannualoutputof1300000tons.Designofbenchslopeangleis70degrees.Stepheightis10m;safetyplatformwidthof5m;cleaningplatformwidthof12M,open-pitminimumbottomwidthof21m,thedeterminationofopen-pitslopeangleonthefinal40lowerfinalslopeangleis43degrees,stopemaximumlengthof811m,themaximumwidthof455m,finalminingbottomelevationof1456m.Openpitminegroundwithintherecoverablereserves27976400tons,recoverableperiodof23years.

TransportequipmentfortypeBJ-371dumptruckandthreeWK-4typeelectricshovel.Balancedstrippingratioof3.2T/T.Designusing3KQ-150TypeDTHturnforperforation,obliquedetonation.Themotortransport--dumpingmachinedump.

Keywords:

surfaceminingstrippingratioblasting

第一章地质部分

1.1矿区地理位置和气候

1.1.1矿区地理交通位置

市达茂旗石宝铁矿有限责任公司（以下简称石宝铁矿），位于自治区市达茂联合旗石宝乡境，西南距市198km,东南距呼和浩特市97km,北距达茂旗政府所在地百灵庙镇65km,呼百公路在矿区通过,并与包固百公路相通,公路交通便利。

1.1.2矿区气候条件

矿区属丘陵地区,四周地势比较平坦,海拔高度平均为1650~1655m.该地区属华北干燥大陆气候,降雨集中在7~8月份,冬季较长。

矿区周围为半农半牧区。

1.2矿体地质

1.2.1矿体的特征

1.2.1.1矿床地质

三合明铁矿中部露头区，自线XII以东F17断层，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。

1.2.1.2地层

区出露的地层主要为下元古界三合明群（Pt15），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。

1.2.1.3岩浆岩

矿区岩浆岩不甚发育，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。

1.2.1.4构造

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ⅩⅧ勘探线以西，地层走向东北东，向南东倾斜，ⅩⅧ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。

1.2.2矿体与围岩的性质

1.2.2.1矿石类型、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（ⅩⅩ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。

1.2.2.2矿石的矿物成分

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。

1.2.2.3矿石的化学成分

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SFe圈定。

TFe最高含量为51.37%，平均含量为34.51%，SFe最高含量为44.59%，平均含量为27.52%。

而SFe的含量主要集中于25-32%之间。

露天采场的矿石平均品位TFe34.34%，SFe26.86%。

矿石中有害组分主要是S和P，含量均较低，见表1-1.1-2。

.

表1-1有害杂质含量

组分

最高含量（%）

最低含量（%）

平均含量（%）

S

1.272

0.003

0.219

P

0.219

0.034

0.105

表1-2矿石中造渣元素含量

组分

SiO2

Al2o3

MgO

Cao

K2O

Na2O

最高含量（%）

56.96

10.58

4.84

11.20

0.68

1.60

最低含量（%）

28.50

0.35

0.27

0.56

平均含量（%）

41.45

1.247

2.391

2.653

0.21

0.12

1.2.2.4矿岩的物理力学性质

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1-3矿、岩的物理力学性质

矿石的硬度系数

f=8-16

岩石的硬度系数

f=6-10

矿石体重

3.30t/m3

岩石体重

2.80t/m3

含矿石体重

3.09t/m3

虚方体重

2.10t/m3

矿石松散系数

1.60

岩石松散系数

1.45

1.2.2.5矿石储量

一、工业指标

表1-4地质报告储量计算采用的工业指标

矿体的边界品位

SFe≧20%

块段最低工业品位

SFe≧25%

最小可采厚度

≧2m

夹石剔除厚度

≧2m

SFe平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。

SFe平均品位大于或等于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8492.88万t（包括表外矿石储量44.78万t）。

表储量为8448.10万t,其中B+C级7013.38万t,D级1434.72万t。

石宝铁矿自1988年建矿以来，截止2003年底，累计采出矿量1551.67万t。

本次设计计算了矿区地质保有矿石储量B+C级5730.67万t,B+C+D级7184.83万t（包括表外矿石储量44.78万t）。

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，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，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，以保证露天采场的安全生产；

4）用经济合理剥采比圈定的露天开采围很大，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

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Njh=4m3/m3。

2.3.2露天矿的最小底宽

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bj-371型自卸式汽车。

基本参数如下：

载重20t.最小转弯半径8.5m.外行全长7410mm.全宽3000mm.全高3475mm。

在掘沟工作面采用回返式调车。

则最小底宽为

Bmin=2（Rc+0.5*bc+e）

式中Rc为汽车最小转弯半径

bc为汽车全宽

e为安全距离，取0.5m

故可知Bmin=2（8.5+0.5*3.0+0.5）=21m

矿体的平均厚度为39m，则根据原则，取最小最小底宽度为Bmin=21m

2.3.3采场最终边坡角

由于石宝铁矿西区地质情况比较简单，经济合理剥采比为4.0m3/m3。

矿石为磁铁矿硬度系数f=8-16，岩石角闪岩上下盘硬度系数f=6-10。

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°。

2.3.4台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。

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/tan40°=250.3m;

下盘最终坡面投影长度：

L=62/tan35°=88.57m;

上盘台阶坡面投影长度：

J=10*cot70°=3.64m;

下盘台阶坡面投影长度：

J=10*cot70°=3.64m；

上盘平均台阶宽度：

t1=（L-NJ）/（N-1）=（56.36-10*3.64）/（10-1）=2.22m；

下盘平均台阶宽度:

t2=（L-NJ）/（N-1）=（88.57-10*3.64）/（10-1）=5.80m；

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：

b1=4*t-3*a=4*7.01-3*5=13.04m；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BJ-371，双线运输时出入沟宽度为：

B=n*A+（n-1）X+2Y

n--行车线数

A--近似于车辆最大宽度，为汽车后轮计算的宽度，m

A=3.0m

X--两车辆间所需净距，m

X=0.7--1.7m

Y--后轮外缘距路面边缘的距离，m

Y=0.4--1.4m

则B=（2*3）+（2-1）*1+2*1=9;取9m

2.4最终开采深度的确定

2.4.1境界剥采比的计算

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：

nj=

。

2.4.2最终深度标高的确定

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/m3）

1480

114138.2607

23310.3888

2.5

1460

157860.2126

23308.3462

3.0

1450

254704.5274

24306.2451

6.0

由上图得在经济合理情况下的开采最低水平为1456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。

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下表。

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

2.5.3境界的矿岩量及矿山的服务年限

境界的矿岩量见下表。

台阶标高（m）

矿石量（m3）

岩石量（m3）

矿岩总量（m3）

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

598519531216269717914650

露天采场分层矿岩量表

（1）由于矿石的容重为3.3吨/米3，所以境界的总矿石量为：

Q=2359270米3×3.3吨/米3=7785591吨

因此，由矿山的服务年限计算公式：

T=

式中：

Q——露天矿境界矿石的可采矿量，7785591吨；

A——露天矿矿石年生产能力，130万吨/年；

η——矿石回收率，3%；

R——矿石混入率，3%；

经计算T=779/（130×1.0）＝5.9年，取6年。

（2）该露天矿的平均剥采比为：

6346174/2359270=2.7m3/m3。

该露天矿的均衡剥采比为：

（1.1~1.3）*2.7=3.24m3/m3。

（系数取1.2）

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KQG—150型潜孔钻机，具体参数见下表。

名称

单位

参数值

钻孔直径

mm

150~170

钻孔深度

m

17.5

钻孔方向

度

60~90

适应岩种

——

8~12

钻具转速

r/min

21.7；29.2；42.9

提升速度（最大）

m/min

12.3

钻杆直径

mm

133

除尘方式

——

干、湿式

行走方式

——

电动履带

行走速度

Km/h

0.755

钻机重

t

14

外行工作尺寸

mm

长12190，宽3125，高3865

制造厂家

——

宣华风动机械厂

3.2.2设备生产能力的确定

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。

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定。

N=

式中：

N——所需设备数量，台；

Q——设计矿山的年爆破量，矿石为3.33万米3，岩石为86.5万米3；

Q1—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17.8m3/a，岩石为21.42m3/a；

经计算N矿=

=0.91；

N岩=

=1.9台，

所以总需KQG—150型潜孔钻机数为3台。

3.2.4二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≤0.75×E1/3=1.19m

（2）按汽车斗容V确定允许块度

V=7.41×3.55×3.475=91.4m3

B≤0.5×V1/3=2.25m

根据以上计算结果，将块度最大尺寸大于1200m