库尔勒顺和砖厂粘土矿开采施工设计方案.docx
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库尔勒顺和砖厂粘土矿开采施工设计方案
附件：
1、设计委托书
2、库尔勒顺和砖厂粘土矿采矿许可证（副本复印件）
附图：
1、总平面布置图及基建终了图
2、采矿方法图
3、工艺流程图
4、供电系统图
5、开采终了平面图
6、开采终了剖面图
第一章总论
1.1概述
1.1.1项目名称
项目名称：
库尔勒顺和砖厂粘土矿
1.1.2建设规模
1）根据采矿证规定及业主委托要求，设计生产开采规模为：
粘土开采1.54万m3/a。
2）产品设计：
240×115×90（mm）建筑用红砖，成品主要销往库尔勒市及周边民用建筑领域。
1.2项目编制依据与原则
1.2.1设计依据
1）矿山开采设计方案委托书；
2）采矿许可证；
3）《库尔勒顺和砖厂粘土矿矿产资源开发利用方案》（新疆地质矿产勘察开发局第三地质大队，2004.9）
4）《库尔勒顺和砖厂粘土矿普查地质报告》（新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队，2004.9）；
5）《库尔勒顺和砖厂粘土矿矿山地质环境评估报告》（新疆地质矿产勘察开发局第三地质大队，2004.9）
6）《金属非金属矿山安全规程》（GB16423—2006）；
7）《采矿手册》（冶金出版）；
8）《新编矿山采矿设计手册》（中国矿业大学）
9）《简明工程机械施工手册》（人民交通）；
10）《非煤矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法》（国家安监局18号令）；
11）《采矿设计手册》（中国建筑工业）；
12）《矿山电力设计规》（GB50070-94）；
13）委托单位提供的相关材料及对项目建设的要求；
14）设计人员现场踏勘所收集的资料。
1.2.2设计的基本原则与指导思想
1）合理开发利用矿产资源以提高企业经济效益为目的；
2）依照矿区赋存条件，编制“经济上合理、技术上可靠、安全上有保障、环保可控制”的设计方案；
3）充分利用砖厂现有生产、生活福利设施及设备。
4）采用切实可行的开采方法及生产工艺，确保安全生产。
1.2.3设计阶段
方案设计。
1.3项目概况及建设条件
1.3.1矿区位置与交通
库尔勒顺和砖厂粘土矿行政区划属库尔勒市管辖，位于库尔勒市以西30千米。
矿区地理坐标为：
东经85°57'48.1"～85°58'15.1"，北纬41°50'07.9"～41°50'32.9"。
矿区面积0.288平方公里。
矿区距314国道以北2千米，交通十分方便。
1.3.2自然、经济地理
矿区处于山前冲洪积扇中部的山前戈壁地带，因洪水冲刷地形切割强烈，在矿区形成南北向冲沟，地表高差3-10米。
造成矿区东西向通行困难，海拔高度1010-1050米左右。
矿区为典型的大陆性气候，夏季炎热，干燥少雨，最高气温可达37-39℃。
蒸发量大于降水量，六、七月份山区偶尔有暴雨形成临时性洪水，但易排泄，冬季严寒少雪，最低气温达-20℃，春秋两季多风，多以西南风为主。
矿区无地表水体，无植被，无居民点，无水源地，生产、生活用水均靠汽车拉运，生产及生活物资也均由库尔勒市供给。
1.3.3项目的建设条件
1）资源情况
根据新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队编制的《库尔勒顺和砖厂粘土矿普查地质报告》，矿区围粘土矿地质储量（333级）为43.4148万m3，主要用于生产建筑红砖。
2）市场需求及预测
砖厂产品主要销往库尔勒及周边建筑领域，随着新疆城市化进程的加快，估计该市年用砖量将以6～8％的规模递增。
随着国家西部大开发政策的深入实施，各类基础设施的建设规模日益扩大，对砖瓦用粘土资源的需求量会越来越大，故砖瓦粘土矿的开发利用前景乐观。
周边地区砖厂较多，竞争激烈，故需要加强管理，降低成本，提高质量。
3）物资供应
矿区距库尔勒市30千米，距314国道以北2千米，交通十分方便，生产、生活物资可由库尔勒市供给。
4）供水
矿区位于戈壁地带，附近无居民点地、无地表水源，因此矿区生产、生活用水为矿区自打水井水。
5）供电
现有库尔勒市供电公司上户镇供电所输电线路直达矿区，经砖厂变压器变压后供生产、生活用电。
6）外部运输
砖厂年生产的成品砖主要利用汽车运输。
产出的废料，暂时堆放到矿区外围，最后用于回填采坑。
生产及生活物资由砖厂自备车辆完成。
7）机、汽修设施
矿山开采机械设备大修依托社会协作解决，机修人员负担日常设备的中、小修工作。
1.4设计围
依照采矿证许可，确定该矿矿区围拐点坐标如下：
拐点编号
直角坐标
x
y
S1
4634735
15414040
S2
4634735
15414388
S3
4634475
15414254
S4
4634217
15414515
S5
4633965
15414330
S6
4634154
15413892
矿区面积0.286km2，开采标高：
1060m～1016m。
设计主要容如下：
1）粘土矿开采
（1）露天采场境界圈定
（2）露天采矿工艺
2）辅助系统
包括劳动组织、总平面布置及供排水、供电、生活设施及劳动组织等。
3）安全环保、技术经济评价。
1.5主要设计容
1.5.1生产规模
该矿开采的矿种为砖瓦用粘土矿，年生产规模为1.54万m3粘土矿（制砖1000万块）。
生产的最终产品为240×115×90（mm）建筑用红砖，成品主要销往库尔勒民用建筑领域。
1.5.2设计容
1、设计对象：
矿区围粘土矿体
2、开采方式：
露天开采
3、开拓方式：
公路开拓运输
4、采矿方法：
露天自上而下水平分层开采
5、开采工艺：
推土机推土→输送带运输→砖机入料口
6、工业广场布置：
包括原料堆场、制砖设备棚、砖坯堆场、厂区道路、排土场及辅助生产和行政福利区。
1.5.3技术经济指标
序号
指标名称
单位
数量
备注
1
砖厂建设规模
万块/a
1000
红砖
2
矿山生产能力
万m3/a
1.54
3
矿山年排弃量
万m3/a
1.24
4
地质资源储量
万m3
43.4148
5
设计利用储量
万m3
34.7318
6
资源量利用率
％
80
7
砖厂服务年限
a
18
8
砖厂定员
人
45
9
劳动生产率
万块/人×a
8.69
10
总投资
万元
334.26
11
总成本
万元/a
111.256
12
产品销售价格
元/块
0.3
13
年销售收入
万元
300
14
年销售税金
万元
15.6
增值税13％，城建维护税5％，教育附加3％，产品税3％
15
利润
万元
113.14
16
所得税
万元
28.29
所得税25％
17
净利润
万元
84.85
18
投资利润率
％
25.38
19
投资利税率
％
33.94
20
投资回收期
a
3.93
含基建0.5年
1.6存在的主要问题及建议
该矿提供的地质资料过于简单，无地质剖面图件等，设计仅在现有资料基础上并尽量结合矿山实际情况进行，尽管如此，所提出的设计方案可能与生产实际仍有少量出入，建议矿山在开采过程中根据资源变化的实际情况作适当调整。
第二章矿山地质概况
2.1矿区地质概况
2.1.1矿区地质
矿区所处构造位置，位于天山地槽南天山隆起边缘与塔里木地台，塔里木东北坳陷的接触地带，地貌上属山前戈壁地带，处于山前冲洪积扇的上部，出露地层为第三系、第四系为冲洪积所组成，现简述如下：
1、第三系上更新统葡萄沟组
在矿区分布面积较少，出露斜坡上，呈垂直陡坎状产出，冲沟深约3-6米，本矿为一个完整的粘土矿体，被洪水切割。
岩性主要为淡黄色砂质粘土岩，地表裸露厚度约2-3米以上，可划3层。
粘土矿与上伏第四系上更新统一全新统冲洪积砂层为整合接触。
2、第四系上更新一全新统冲洪积砂、砂砾石层
矿区分布面积较广，在沟谷较高的地段，以洪积的砂砾层为主，无分选性，砾石多呈浑圆状、次棱角状，少量为棱角状，砾石成份以变质的砂岩、片岩为主，少量为花岗岩、石英岩，砾石粒径一般在≤0.5cm约占30％；0.5-0.4cm约占55％，≥4cm以上约占15％。
砂砾石层约1-5米不等，砂砾层南厚北薄，坡度5-10°冲沟不发育。
3、第四系全新统
矿区分布在冲沟低洼处面积及矿区南部，约占矿区面积的1/3，以现代洪水洪积为主，厚度不详。
2.1.2矿床地质
该矿区上部为第四系冲洪积的砂、砂砾石层，为山前戈壁地带，总的地貌特征：
南部低，北部稍高，地形坡度5-10°，通过沟总冲刷剖面，观察矿区上部为第四系砂层、砂砾层。
下部为粘土矿，矿床特征分述如下：
粘土矿：
粘土矿矿床覆盖于第四系统冲洪积砂、砂砾层下部，为隐伏矿床，在冲刷的斜坡及陡坎中裸露明显。
从矿区冲沟自然剖面中，一级水泥厂用料开采工作面观察，粘土矿总厚度为4.1米左右，可划分为3层，现将观察的粘土矿结构由上至下分述如下：
1、淡黄色粘土层，粘土单层厚1-1.2米，厚层状，块状构造，不含砂。
2、灰色细砂层，单层厚0.6-1米，呈松散状，以0.5mm一下细纱为主，成份以长石、石英岩为主，少量泥及岩屑。
3、淡黄色粘土，单层厚1.0米左右，块状构造，基本不含砂。
4、灰白色的细砂层，单层厚0.4-0.6米，层位稳定，厚度变化较大，呈松散状。
5、淡黄色粘土，单层厚1-1.5米左右，块状构造，含微量粉砂。
本矿区的粘土矿，以前巴州水泥厂作生产水泥配料，进行少量开采，审核砖厂在选厂钱采集少量粘土样品分析，结果如下
粘土样分析结果表1
样品号
矿石类型
化学成份含量（％）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O+Na2O
煤失量
H-1
厚层粘土
45.91
10.57
4.65
10.16
3.43
0.11
2.76-1.72
14.13
从上表可以看出，粘土矿的化学性能与工业指标比较，除SiO2略有偏低，MgO略超标0.43％，其他各项指标基本符合工业制砖瓦的要求。
粘土的颗粒组成：
粘土级（＜0.005毫米）31.6％
尘土活粉尘级（0.005-0.05毫米）52％
粉砂活沙土级（＞0.05毫米）17.4％
综上所述，该矿区粘土矿层其物化特性指数可满足制普通砖工业指标，除MgO略超标外，SiO2略有偏低，其他各项指数达到工业指标要求。
2.2矿区工程、水文地质及开采技术条件
工程地质条件：
该矿区地层简单，矿体为第四系且出露地表；矿体部构造简单，无大的构造破坏；矿体工程地质、水文地质条件简单，年降雨时间不长，降雨量不大，地形排水条件较好，有利于矿石的露天开采。
该矿总体呈水平地层，岩性均为土黄色的粘土矿，易于剥离，且剥采比小，开采技术条件属简单类型。
水文地质条件：
该矿区属大陆性干旱缺水气候区，无地表径流，蒸发量大于降水量。
每年6-7月份山区中偶尔会降暴雨，形成时令性洪水，矿区开采和建筑设施建设要注意防洪。
矿体在地下水位之上，矿区一带水文地质条件简单，对矿床开采影响不大。
开采技术条件：
该矿区为隐伏形粘土矿，上部均被冲洪积砂砾石层覆盖，剥离比1：
0.8-1.2。
开采时剥离工作量较大。
粘土矿无胶结，利用用推土机可直接开采，开采技术条件属简单型。
2.3矿产资源/储量
2.3.1工业指标
本报告选用《矿产工业要求参考手册》中砖瓦粘土的一般工业指标。
1、砖瓦粘土化学成分及允许波动围如下：
化学成分SiO255－80％；Al2O37－20％；Fe2O33－15％；CaO0－15％；MgO0－5％；K2O＋N2O1－5％；SO30－3％；有机质及化合水3－15％。
2、一般砖瓦用粘土的颗粒组成围及含量如下：
颗粒分级
粘土级
＜0.005mm
尘土（粒）级
0.005－0.05mm
砂土级
＞0.05mm
波动围（％）
9－38
10－55
2－26
3、粘土的塑性指标
高可塑性粘土塑性指数＞15
中等塑性粘土塑性指数7－15
低等塑性粘土塑性指数＜7
一般制砖用粘土和砂质粘土塑性指数应大于7。
2.3.2资源/储量计算
1）资源储量估算方法及参数的确定
矿区矿体赋存平缓，矿体延伸较稳定、连续性相对较好、品位较均匀。
储量估算利用矿区地形测量成果，采用算数平均法计算。
2）储量估算结果
粘土矿储量估算结果表
矿体
编号
资源
类别
块段面积
（m2）
矿体平均厚度（m）
（m）
矿体体积
（m3）
可利用储量（m3）
（m3）
I
333
108537
4.1
434148
434148
合计
434148
由上表可知，该粘土矿333级储量为43.41万立方米。
2.4存在的主要问题及建议
由于库尔勒顺和砖厂粘土矿所提供的地质资料容太过简单，尤其是缺少必须的图件资料（如地质剖面图），设计难以对提交的地质矿量进行核实，生产过程中实际可采矿量可能与设计矿量有出入，建议该矿应重新对矿区围的地质进行详细勘查，并对矿区的地表高程进行测量。
第三章采矿
3.1概述
库尔勒顺和砖厂粘土矿属库尔勒市管辖。
矿区距库尔勒市以西30千米，距314国道以北2千米为便道，交通十分方便。
新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队2004年9月编制了《库尔勒顺和砖厂粘土矿普查地质报告》，提交粘土矿333级储量为43.4148万m³。
2009年1月库尔勒顺和砖厂粘土矿委托乌鲁木齐天地源矿业技术咨询编制开采设计方案。
该砖瓦用粘土矿为在生产矿山企业，业主已建一座28门砖窑，制砖坯设备一套。
其他配套设施已基本建成。
3.2矿山开采围及开采方式
3.2.1开采围
该矿采矿许可证划定开采围为库尔勒市国土资源局核准的矿区围的粘土矿体：
粘土位于划定矿区的东南部，开采1016m以上至1060m的矿体，矿体开采深度为1米左右，矿区东西长约270-550米，南北宽约600-700米，面积为0.286平方千米。
3.2.2开采方式
因矿体出露地表，矿区地势北高南低，粘土赋存于土坡上，土质松软，适合露天开采，故设计采用露天开采方式开采。
设计自上而下分层开采，粘土矿体上部覆盖，需剥离后推土机分层推土，胶带输送机输送粘土至砖机入料口。
3.2.3开采顺序
依据地质报告提供资料，矿区总粘土矿体均隐覆矿体，开采时上部覆盖砂砾石，需进行剥离。
用推土机直接将砂砾石推到矿区外围，然后自上而下水平分层开采。
3.3矿体开采境界圈定
3.3.1境界圈定的原则
1）尽量利用已查明的地质储量；
2）开采境界不超过划定的矿区开采围；
3）境界圈定参数与生产规模、矿岩物理力学性质、采掘设备技术性能相适应。
3.3.2境界圈定结果
3.3.2.1露天采场境界要素的确定
1）最终台阶高度
依照《金属非金属矿山安全规程》及《新编矿山采矿设计手册》规定，阶段高度主要取决于矿岩和装载设备规格，该矿开采的粘土结构松散易采，采用推土机采剥，不需爆破，生产台阶高度不大于机械的最大挖掘高度，设计台阶高度为1米，符合安全规程和机械设备装载规格。
2）最终阶段坡面角
根据《采矿设计手册》中的有关规定以及开采技术条件，当岩石（该矿为粘土）坚硬系数f=1-2时，台阶坡面取值围在45°—50°；粘土自然安息角为25°—42°，平均35°-40°，设计该矿最终阶段坡面角为45°，最终边坡角为35°。
3.3.2.2矿体露天境界圈定的结果
露天开采境界要素如下：
工作台阶高度：
1米
台阶坡面角：
45°
最终边坡角：
35°
安全平台宽度：
20米
3.4矿山工作制度、生产能力及服务年限
3.4.1工作制度
砖厂分制砖和焙烧两大班组，制砖执行每年工作150天，每天1班，每班8小时；焙烧执行每年工作180天，每天1班，每班8小时（其中烧窑工每天工作3班，每班8小时）。
3.4.2生产能力
委托要求设计砖厂年生产开采粘土规模为1.54万m3。
根据矿体赋存特征、开采技术条件以及设计选用的采剥工艺、制砖、焙烧设备，对砖厂生产能力进行验证。
1）采剥
设计矿山年采剥粘土1.54万m3，每年工作150天，平均每天采剥120m3，粘土矿采用推土机自上而下分层推土，胶带输送机传送到制砖机粘土入料口。
3.4.3服务年限
砖厂开采境界可采粘土矿量为43.4148万m3，砖厂设计生产规模为年生产建筑用红砖1000万块（合年用粘土量1.54万m3），服务年限可按下式计算：
1）采出矿量
Qc=Qg（1-k）
=34.7318（万m3）
式中Qc—采出矿量（m3）
Qg—开采境界圈定矿量，43.4148万m3
k—开采损失率，20％（主要损失在高压电线保护带、表土剥离、最终边坡、砖窑、制砖棚等占用资源量）
2）服务年限
T=Qc/A
式中T—服务年限（a）
Qc—采出矿量34.7318（万m3）
A—设计规模，1.54万m3/a
经计算，服务年限为18年。
3.5开拓运输
3.5.1工业广场布置原则
1）尽量降低开拓系统的建设投资。
2）开拓运输系统建成后，企业经营费用低。
3）适应寒冷、多雨、多风沙的气候特点和地理条件，保证系统运行安全可靠。
4）运输设备选型与砖厂生产规模、地形地貌和矿体赋存条件相适应。
3.5.2开拓运输方式的选择
3.5.2.1开拓运输设计选择原则
1）尽量降低开拓系统的建设投资。
2）开拓运输系统建成后，企业经营费用低。
3）适应干燥、少雨、多风沙的气候特点和地理条件，保证系统运行安全可靠。
4）运输设备选型与砖厂生产规模、地形地貌和矿体赋存条件相适应。
3.5.2.2开拓运输方式比较
该粘土矿位于矿区北部地势较高山坡上，粘土为山坡（土坡）露天开采，可比开拓运输设计有两个：
一是公路开拓汽车运输，二是推土机、胶带运输机联合开拓运输。
①公路开拓汽车运输
优点是生产环节少，生产工艺简单，机动灵活，生产能力易于调节，利于砖厂强化开采，劳动安全卫生条件好。
基建投资少，基建时间短。
缺点是汽车数量多，维修量较大、燃油和轮胎消耗量较多。
②推土机、胶带输送机联合开拓运输
优点是工艺简单，基建时间短，基建投资少于公路运输设计，更为简单，机动灵活，生产能力易于调节，开采安全性好，利于长距离运输。
缺点是管理较复杂。
2）开拓运输设计的选择
通过以上两种开拓运输设计优缺点进行综合分析比较，鉴于矿山粘土矿开采运输距离较长，故本设计推荐公路开拓汽车运输。
3.6露天开采采剥工作
3.6.1采剥工艺的确定
根据矿体的赋存条件，确定本矿的采剥工艺为自上而下分层露天开采。
3.6.2采场要素的选择与确定
3.6.2.1工作台阶高度
根据《金属非金属矿山安全规程》及《新编矿山采矿设计手册》规定，阶段高度主要取决于矿岩和装载设备规格，该砖厂开采的粘土结构松散易采，采用推土机采剥，不需爆破，生产台阶高度不大于机械的最大挖掘高度，工作台阶高度为1米，符合安全规程和机械设备装载规格。
3.6.2.2台阶坡面角
设计工作台阶坡面角45°，最终边坡角35°。
3.6.2.3安全平台
设计安全平台宽度20m。
3.6.3采剥工艺简述
3.6.3.1工作面布置
根据矿区的地形条件，采场布置在矿区的东南部。
呈南北方向，推进线方向为西南-东北方向。
工作面南北长约150米左右，东西宽约100米左右。
（详见总平面布置图）。
3.6.3.2回采工艺
推土机在回采时，以胶带输送机入口为回转中枢，采用槽形推土法，沿扇形辐射线在可采区围布数道推槽，其中，槽宽以铲刀实际铲土宽度为准，槽深以不超过1m为宜，将粘土按顺序一槽一槽的推至胶带输送机受料仓旁，以减少推土过程中的两侧散失，增加每次推土量。
对于少数地段如边、坡、三角地带的粘土，推土机作业难度较大时，由人工协助采用斜向、横向推土方法，分批集中后尽可能的都推送至输送机受料仓旁，做到最大限度地利用资源。
3.7存在主要问题及建议
设计中受整个生产工艺的影响，对制砖工艺也作了简要说明，但由于本设计主要针对的是砖厂的采矿部分，因此对该过程仅作简单的叙述。
建议矿山在实际生产中根据实际情况及经验，对制砖工艺有关参数作适当调整和完善。
第四章砖厂机械
4.1主要生产设备配置
序号
设备名称
型号
功率（kW）
数量
单位
备注
1
推土机
红802型
1
台
2
箱式给料机
XGD60×300
5.5
2
台
3
制砖机
45型
3
1
台
4
对辊粉碎机
DG60
5.5
2
台
5
双轴搅拌机
8J300×36
11
2
台
6
真空挤出机
JKR45/40-2.0
110kW
2
套
7
切条机
QT300×200
1.1
2
台
8
切坯机
QPY22×425
4
2
台
9
真空泵
2SJ-6
1.1
2
台
10
引风机
LY1000
5.5
4
台
11
水泵
200JQ10－105/6
22
2
台
12
切割机
J3GC-400
1
2
台
13
交流弧焊机
BX1-400
1
2
台
14
胶带运输机
∮500
5.5
2
套
4.2设备选型
4.2.1采剥设备
设计采用推土采用红802型推土机，推土板宽×高为3200×1300mm，最大提升高度1020mm，爬坡能力≤30°。
设计采用，并对其生产能力进行验算。
设备生产能力：
推土机在推铲粘土时，台时生产能力按下式计算。
Q＝60VK1K2K3/TKS
式中：
Q－推土机台时生产能力，m3/h
V－推土机铲推时，一次铲推的土岩体积，3m3
K1－工作时间利用系数，一般在0.7－0.8之间，本设计取0.8
K2－水平铲推过程中，铲板前土岩的散失系数，本设计取0.55
K3－工作条件影响系数，本设计取1
KS－土岩松散系数，本设计取1.22
T－推土机铲推循环时间，2min
经计算，推土机的台时生产能力为32.45m3/h，每天工作按6h计算，推土194.7m³，该采剥作业年工作150天，每天1班，平均每班采剥量161.1m3。
故红802型推土机满足要求。
该矿所需推土机台数可按下式计算：
N＝VCK1/Q
式中：
N－推土机数量，台；
VC－每班推土量，161.1m3/d；
Q－推土机台班生产能力，194.7m3；设计推土机每日工作6小时。
K1－设备检修系数，取1.2～1.5，本设计取1.2。
经计算，N＝0.99，砖厂配备1台红802型推土机的年生产能力可满足该砖厂设计的生产规模。
4.2.2运输设备
砖厂传送设备采用流水作业，传送设备采用宽度为650㎜、长度不等的胶带输送机对粘土矿进行输送，输送带长度按实际生产需要不段加长。
设计输送机安装防止胶带跑偏、撕裂、断带的装置以及胶带和滚筒清理、过载、紧急停车等装置。
输送机两侧的人行通道宽度不得小于1m。
胶带输送机的实际输送能力可按下式计算：
Qh≤KβQ0
式中：
Qh－胶带输送机的输送能力，m3/h
Kβ－倾角系
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