辽宁工程技术大学 露天矿课程设计说明书.docx

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辽宁工程技术大学露天矿课程设计说明书

辽宁工程技术大学

本科课程设计说明书

学生姓名：

指导教师：

专业班级：

学号：

时间：

2014.12

综合成绩：

摘要

本文为露天课程设计说明书，某煤田矿位于内蒙西部地区，煤层呈单斜赋存，煤层倾角40°，平均水平厚度为47m。

剥离物上部为沙土层平均厚度7m，顶板岩层由两层构成，上部为砂页岩，下部为砂岩，底板岩层自上而下由泥页岩和砂页岩构成。

介绍了从煤田地质概况，露天矿合理帮坡角确定，在认识地形图的基础上试算并确定最终帮坡角，露天开采境界，开采工艺选择及设备选型，确定开采参数和开采程序，用煤岩累计值画出v=f（p）曲线；依据所绘曲线确定投、达产点并进行剥采比均衡，算出均衡后的剥采比以及均衡年限，开拓运输系统，确定主要设备数量，最后，绘制出达产后某一时期的工程位置平面图。

目的是让我们学习露天设计的过程。

设计成果：

课程设计计算说明书一份，露天矿开采最终平面图（A0图纸一张），露天矿开采境界横断面图（A0图纸一张）。

关键词：

露天开采；开采工艺；设备选型；开采参数；开采程序；v-p曲线绘制及生产剥采比均衡

Abstract

Thispaper isdesignedto open course manual, a coalmine islocatedinthewesternInnerMongolia area, coalseamsare monoclinic occurrence, coalseam dipangleis30°, theaverage thicknessof47m. Theoverburden abovetheaveragethicknessof sand layer 7m, roof iscomposedoftwolayers, theupper sand shale, sandstone rock bottom lowerpart, fromtoptobottom byshale and sand shale.

Introducedfromthe coalfieldgeology, slopeangle todeterminereasonablehelp openpitmine, basedon knowledgeof topographicmap on trial anddeterminethefinal slopeangle, pit, selectionof miningtechnologyandequipmentselection, thedeterminationofmining parametersandminingprocess, coal rock accumulatedvalue drawv=f （P） curve; onthebasisofthepainting curvetodeterminethe investment, production and strippingbalance,calculatethe balance afterthe strippingratio andbalanced life, developmentandtransportationsystem, determinethemain equipmentquantity, finally,drawtheengineering locationplan after acertainperiodoftime.

Thepurposeistolet us learn theopen design.

Results:

 thecurriculum designof amanualdesigncalculations, open-pitmining final plan （A0 drawingsa）, open-pitminingrealm cross-sectionaldiagram （A0 drawingsa）.

Keywords:

 stripmining; mining; mining equipmentselection; parameter;extraction procedure; V-Pcurvedrawing andproduction strippingratio equilibrium 

参考文献……………………………………………………………………………………..3

1总论

1.1课程设计概述

1.1.1课程设计题目

露天矿开采设计

1.1.2设计初始条件

顶帮最终边坡角31°；底帮沿煤层底板降深，帮坡角为27°；端帮帮坡角为29°台阶高9m；沙土台阶坡面角50°，煤岩台阶坡面角55°；露天矿采矿场最小底宽18m；经济合理剥采比6m³/m³。

1.1.3要求完成的主要任务

（1）.设计任务：

确定合理帮坡角；在所给定的剖面图上运用图解法计算开采境界，并在地质地形图上圈定开采境界；选择开采工艺；进行设备选型；确定开采参数；确定剥采程序，包括台阶划分、采区划分和开采顺序、拉沟方案及工作线布置方式；采剥工程量计算，绘制V-P曲线并均衡生产剥采比，确定达产、投产位置；计算基建工程量、过渡期等；露天矿开拓运输道路定线，绘制露天矿开采最终平面图；确定露天矿各工艺环节设备能力及数量，进行生产能力验证；编写课程设计计算说明书。

（2）.设计成果：

课程设计计算说明书一份，露天矿开采最终平面图（A0图纸一张），露天矿开采境界横断面图（A0图纸一张）。

1.2设计依据和技术经济原则

1.2.1设计依据

⑴课程设计任务书

⑵矿床地质资料

a.地质地形（平面）图1张

b.地质横断面图2张

c.煤炭工业露天矿设计规范

d.中国采矿设备手册

e.露天采矿手册

1.2.2设计技术经济原则

露天矿开采境界按境界剥采比不大于经济合理剥采比的准则设计。

1.3设计方案和设计内容简述

我的方案选用电铲-单斗汽车工艺，底板露矿拉沟，剥离最上层泥土层倾斜划分，下部岩矿采用水平分层，出入沟采用内部沟，先直进式到达端帮后回返。

2煤田地质概况

2.1矿区地质条件

某煤田矿位于内蒙西部地区，煤层呈单斜赋存，煤层倾角40°，平均水平厚度为47m。

剥离物上部为沙土层平均厚度7m，顶板岩层由两层构成，上部为砂页岩，下部为砂岩，底板岩层自上而下由泥页岩和砂页岩构成。

2.2矿区地形条件

矿区内地表地形为北高南低的鞍形山坡。

地形图如附图I所示，比例为1：

2000。

图2-1地形图

Figure2-1 topographicmap

矿区内有6条勘探线，其横剖面图I-I，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，Ⅵ-Ⅵ，比例为1：

1000。

图2-2横剖面图

Figure2-2 crosssection

2.3矿区工程地质条件

矿区内无大的断层，地质构造简单。

表2-3岩层力学指标

Table2-3 rock mechanicsparameters

岩性

容重（t/m3）

内摩擦角φ（°）

凝聚力C（Kpa）

煤层

1.45

30.5

151.37

沙土

1.95

29.50

45.13

泥页岩

2.40

27.0

166.51

砂页岩

2.37

28.0

190.65

砂岩

2.22

32.0

175.10

2.4煤质

煤的容重为1.45t/m3，回采率为95%，废石混入率4%，设计中采用的经济合理剥采比6m3/m3；

2.5露天矿坑底境界

露天矿在走向方向上西部坑底境界以I-I勘探线西100m为界，东部坑底境界以Ⅵ-Ⅵ勘探线东100m为界；

2.6设计生产能力

根据煤炭地质储量和露天矿范围，以及煤炭市场需求，确定该矿设计生产能力为60万吨原煤。

3露天矿合理帮坡角确定

3.1影响边坡稳定性的因素

（1）岩性的影响

包括岩石的矿物组成、物理化学性质及岩石的结构等，这些因素的不同导致岩体承受地应力的能力有所差异，直接影响着边坡的稳定性。

（2）岩体结构面、结构体、岩体结构的影响

岩体中存在的弱层、断层以及一些节理、裂隙使得岩体的强度与岩石的强度比减弱。

（3）构造应力的影响

随着露天采场的开发，使边坡岩体初始应力重新分布，以水平方向为特征的构造应力的不均匀释放会引起岩体向采空区回弹和膨胀，使原有的裂隙进一步扩大，或者造成新的卸荷裂隙，从而降低了岩体强度，边坡稳定性下降；构造应力容易在坡角处产生应力集中，降低了边坡稳定性。

（4）水的影响

水对边坡的不利影响主要表现在：

软化岩石，降低其强度，以及对边坡的静水压力与动水压力作用。

（5）爆破作业、震动的影响

露天矿爆破作业对边坡稳定性的影响，一是爆破震动力增加了边坡的滑动力，二是爆破作用破坏边坡岩体，降低了岩体的强度，使雨水、地下水易于沿爆破裂隙渗透，加速岩体风化。

也可能在爆破震动力和岩体破坏、强度降低的共同影响下使边坡稳定性降低。

3.2边坡稳定性分析

表3-1稳定系数K

Table3-1 stabilitycoefficientK

3.3帮坡角的确定

应用软件按不同边坡角试算稳定系数，使最终假设的帮坡角满足安全储备系数的要求

（1）北帮（工作帮）帮坡角确定

首先假设工作帮坡角为28°，然后将非工作帮的各点坐标输入到软件当中，并将整个岩层的位置与力学性质输入到软件中，进行建模与分析，得出当帮坡角为28°时，安全系数为1.198，不符合要求，将帮坡角修改为31°，重新建模与分析，安全系数为1.390，满足安全系数要求。

图3-2北帮帮坡角稳定性验算模拟图

Figure3-2 north slope stabilitychecking simulationgraph

（2）南帮帮坡角确定

首先假设非工作帮坡角为30°，然后将非工作帮的各点坐标输入到软件当中，并将各岩层的位置与力学性质输入到软件中，进行建模与分析，得出当帮坡角为28°时，安全系数为1.277，满足安全系数要求。

图3-3南帮帮坡角稳定性验算模拟图

Figure3-3 thesouth slope stabilitychecking simulationgraph

（3）端帮帮坡角确定

首先假设端帮帮坡角为31°，然后将端帮的各点坐标输入到软件当中，并将各岩层的位置与力学性质输入到软件中，进行建模与分析，得出当帮坡角为29°时，安全系数为1.37，满足安全系数要求。

4露天开采境界

露天开采境界是技术上可能，经济上合理的露天开采范围界限。

露天开采境界的要素：

露天矿底周界、地表境界、合理开采深度、最终帮坡角。

合理的露天矿开采境界极为重要。

露天开采境界大小影响矿场内的矿岩量，露天矿的规模及服务年限，基建工程量，建设年限及达产年限，设备选型配套，劳动定员和效率,产品成本和赢利，基建投资及合理利用，投资经济效益等。

影响露天矿开采境界的因素：

（1）社会主义建设的方针政策。

如劳动保护，经济政策，综合利用及环境保护法等。

（2）自然因素。

包括矿床埋藏条件，矿石及围岩性质，地形，河流，冲沟等。

（3）技术经济因素。

包括开采工艺及设备，矿岩质量，设备供应情况及国民经济发展水平等。

（4）其他因素。

包括：

地面主要建筑物，城市，铁路等。

其中促进露天开采的有：

矿体易发火的高硫矿床，含泥多的或矿岩和围岩松软的矿床，应用地下开采在安全和技术上有较大的困难，这时尽可能扩大露天矿开采境界。

4.1露天矿底宽的确定

露天矿的底宽与运输设备和调车方式有关，由于选用单斗电铲—汽车运输工艺，并采用折返式调车，因此

Bmin=Rmin+0.5（B+L）+2e

Rmin—汽车道路的最小回转半径，取汽车最小曲线半径的1.2倍，m；

B—汽车宽度，3m；

L—汽车长度，7.4m；

e—安全距离，一般0.5~1.0m；

Bmin=1.2×8.5+0.5×（3+7.4）+2×1=18m

由于Bmin＜47m（煤层厚度），为了保证经济合理，露天矿底宽，按露采、井工开采盈利相得求底宽：

M（dd-cd）=Bt（dc-a）

dd—井工采煤售价，元/t；

cd—井工开采成本，元/t；

dc—露天采煤售价，元/t；

a—露天纯采煤成本，元/t；

露天矿底宽B=max〔Bt，Bmin〕

因此，该矿露天矿底宽B=18m。

图4-1折返式调车示意图

4.2合理开采深度的确定

确定合理开采深度的方法有三种，分析计算法、方案分析法、图解法。

我们采用图解法来确定开采深度

（1）在顶帮（或底帮）地表取若干个地表境界位置

，

，

，…，

（2）按最终帮坡角过

，

，

，…，

做顶帮（或底帮）最终边坡线，与矿体顶（底）板矿岩接触线交于

，

，

，…，

（3）延长

，

至

，使

=

（4）连接

各点，与矿体底（顶）板矿岩接触线交于O点

（5）由O点向上返

至O'，O'到地表的距离即为合理开采深度。

I断面和Ⅲ断面确定合理开采深度的步骤已手工完成。

由断面确定的底面标高为19.46m，由ⅵ断面确定的底面标高为14.47m。

最后圈定境界图如下：

图4-2初步境界图

Figure4-2 initial state diagram

5开采工艺选择及设备选型

5.1开采工艺选择

开采工艺选择原则：

（1）充分考虑各种工艺；

（2）设计应遵循市场经济原则，力求投资少、成本低、效益好；

（3）应结合本矿的井田范围、资源量、煤层赋存条件、生产规模等选择开采工艺；

（4）开采工艺应适应矿区气候条件。

5.1.1表土层

表土层为松软的砂土层，所以选择使用单斗挖掘机—汽车开采工艺。

5.1.2岩石

顶板岩层由两层构成，上部为砂页岩，下部为砂岩，底板岩层自上而下由泥页岩和砂页岩构成，所以选择使用单斗挖掘机——汽车工艺。

单斗挖掘机——汽车工艺具有：

对岩性的适应性强；剥采作业灵活，可以实现横采和之字形行走；对矿床赋存条件适应性强，选采效果好；爬坡能力强，一般可达8%～10%，转弯半径小，机动灵活，建设速度快，开采强度大，矿山基建工程量小，投资小，基建时间短等优点。

5.1.3煤层

选单斗挖掘机——汽车工艺，结合本矿煤层硬度、倾角的特定条件，煤层开采推荐采用机动灵活的单斗挖掘机—汽车工艺。

5.2开采工艺确定

综合本矿上述对土、岩、煤的开采工艺分析，单斗电铲-汽车工艺对矿床地质条件适应性强，适用于地形复杂、长度短、矿体产状复杂的露天矿。

本设计使用机械式单斗挖掘机—汽车开采工艺，具体方案如下：

a表层土、岩采用单斗挖掘机——汽车开采工艺；

b煤顶板以上岩层采用单斗挖掘机——汽车开采工艺；

c煤层采用单斗挖掘机——汽车开采工艺。

5.3设备选型

本矿设计产量为0.6Mt/a，为小型露天矿，机械式挖掘机宜采用斗容为1~4m³，一般一车应装4~6斗，由目前小型露天矿采用的主要挖掘设备斗容及满斗系数（本矿Km≈0.95），依据表1-1,结合海州露天矿的生产实际，可大致确定本矿均采用WK-2型单斗挖掘机剥离和采煤。

配备BZKD20式（载重20t）自卸式卡车剥离和运煤。

5.3.1电铲的型号

根据中国采矿设备手册，如下图：

图5-1常见电铲参数

Figure5-1 common shovel parameters

选择机械式单斗挖掘机：

WK—2

表5-2WK-2主要性能参数

Themainperformance parameters of5-2 WK-2

最大采掘高度

9.5m

最大卸载半径

10.1m

最大挖掘半径

11.6m

最大挖掘深度

2.2m

最大卸载高度

6.0m

标准斗容

2m³

最大爬坡角度

15°

理论生产率

300m³/h

回转90°工作时间

24s

行走速度

1.22Km/h

5.3.2自卸汽车

表5-3汽车：

BZKD20型自卸汽车主要性能参数表

Table 5-3:

 themainperformanceparameters ofBZKD20dumptruck scale

设备型号

BZKD20

载重t

20

自重t

16

车厢容积m³

平装

10.7

堆装

13.9

最大爬坡能力％

29

最小转弯半径m

≤8.5

最高时速km/h

38（普通档）50（超速档）

外形尺寸mm×mm×mm

7365×2909×3110

从上表可知，KW-2电铲最大卸载高度符合运输车高的要求。

6确定开采参数和开采程序

6.1概述

露天矿的开采程序是指在开采境界内，采剥工程在时间和空间上的发展变化方式，即采剥工程的初始位置、在水平方向的扩展方式、在垂直方向的降深方式，以及工作帮的构成特征等。

在一般情况下，开采程序所需研究的主要内容有：

（1）开采台阶的划分

（2）采剥工程初始位置的确定

（3）采剥工程在水平方向的扩展方式

（4）采剥工程在垂直方向的降深方式

（5）工作帮的构成及工作帮坡角。

开采程序和生产工艺系统以及开拓运输方式有密切联系。

它往往会影响生产工艺系统和开拓运输方式的的选择与确定。

6.2确定开采参数

开采参数包括：

台阶高度、采掘带宽度、工作平盘要素、最小工作平盘宽度、工作线长度等。

台阶划分主要考虑台阶形式，如水平台阶，倾斜台阶，或者二者兼有，另外需确定台阶高度，本设计已根据所选电铲最大挖掘高度为9.6m，确定台阶高度为9m，随着开采过程中的实际划分煤层台阶做相应调整。

台阶划分原则：

1、确保安全，充分发挥设备效率；

2、同一台阶内岩性尽量保持一致；

3、有利于选采，确保矿石质量；

4、台阶标高尽量为整数，以方便管理；

台阶划分主要可分为水平分层和倾斜分层。

台阶以水平分层有利于采掘和运输设备作业，台阶工作平盘一般为水平的，有时为了排水的要求也可稍带坡度。

倾斜分层一般在矿体倾角较缓（≤8°时考虑采用，其设备作业条件较水平分层相对困难，设备作业效率低，但有利于煤岩交界处的采选，减少煤岩混杂的情况。

由于本矿煤层呈单斜赋存，煤层倾角40°，平均厚度约47m，煤层中斜单一厚煤层，为提高设备作业效率，减小辅助工程量，本设计采用剥离最上层泥土层倾斜划分，下部岩矿采用水平分层。

6.2.1台阶高度

确定台阶高度主要因素有：

矿岩的埋藏条件、矿岩性质、采掘设备类型规格及作业方式、穿孔爆破工作、运输线路的布置、开采强度、延伸速度、台阶稳定性等。

根据本矿表土和煤岩普式系数，本矿砂土层不爆破，煤岩采用双排孔爆破。

则根据挖掘机的技术参数确定台阶高度。

无需爆破：

式中：

—挖掘机推压轴高度；

—挖掘机最大挖掘高度；

H—台阶高度，m。

确定剥离和采煤台阶标准高度均为9m。

6.2.2台阶坡面角

表6-1不同岩石的硬度的工作台阶坡面角和稳定坡面角

Table6-1 differentworking benchslopeangle andthestabilityof slopeangle

岩石硬度

工作台阶坡面角

台阶稳定坡面角

土岩

45°~55°

40°~50°

=2~5

55°~60°

50°~55°

=5~6

60°~65°

55°~60°

=6~8

65°~70°

60°~65°

=8以上

65°~75°

60°~70°

根据煤、剥离物的力学性质及材料给的参数，可以确定砂土层不需要爆破，台阶坡面角取50°，煤岩需要爆破，台阶坡面角取55°。

6.2.3采掘带宽度

采掘带宽度影响因素：

1）穿孔爆破参数（行距、排数、边眼距等）；

2）挖掘机采掘方法影响（横采垂直工作线、“之”字型走行开采等）；

3）工作帮工作平盘宽度限制及工作帮坡角的要求；

4）开采经济效益

根据挖掘机的工作方式：

A=（1.0～1.7）

式中：

A—采掘带宽度；

—挖掘机站立水平挖掘半径8.5m；

采掘带宽度取9～14m；

根据爆破参数：

式中：

A—采掘带宽度；

H—台阶高度，台阶高度取12m；

b—炮孔排距；

；Wp—底盘抵抗线，按钻孔作业安全条件确定

，根据台阶高度确定

，按炮孔孔径倍数确定

，综合以上因素Wp最终确定为5.4m；

n—炮孔排数，取2排；

C—边眼距，取3m；

图6-2采掘带要素

Figure6-2 mining belt elements

A—采掘带宽度；H—台阶高度b—炮孔排距；Wp—底盘抵抗线h—炮孔超深

A=9*cot55°+4.32+3=13.6≈14

考虑以上因素，采掘带取14m

6.2.4平盘宽度

表土不需要爆破时

式中：

Bmin—工作平盘宽度；

A—采掘带宽度；

C—内侧运输中心线路距台阶坡底线的安全距离；

D—运输道路宽度；

—车道数

—汽车后轮距；2.07

—两车车厢间距，0.7~1.7m；

—车后轮外缘距路面的距离，取0.4~1.0m；

双车道道路宽度D=7.64m

e—外侧运输中心线距下一台阶稳定坡面线的距离3m；

F—实际坡面线与稳定坡面线的距离；

代入数值计算得F=1.25m

Bmin=A+C+D+e+F=14+3+7.64+3+1.25=28.8≈30m

表土一下岩石需要爆破，Bmin=A+C+D+e+F+G

参数同上，G为爆堆伸出距离，取6m

具体平盘宽度要素如下图：

本矿工作平盘宽度为36m，具体平盘宽度要素如下图：

图6-3平盘宽度要素

Figure6-3 BermWidth factor

6.2.5工作线长度

根据单斗卡车工艺及开采强度，采掘工作线长度不小于300m。

本矿走向长度1200m，工作线长度取1200m。

6.3工作帮初始位置，推进方向，工作线发展方式

1.拉沟位置选择的原则：

（1）保证露天矿的生产能力；

（2）尽量减少初期建设工程量,减少基建费用；

（3）选采条件好，提高矿石质量；

（4）尽量缩短煤和剥离的运距；

2.始拉沟位置选择的原则、煤层埋藏深浅、露煤速度快慢等因素，决定沿矿体走向在境界内全长拉沟。

我的方案是顶板拉沟，向两侧推进，纵采。

这样有利于矿石选采，煤质相对较好，同时见煤相对较快，方案可行。

6.4矿山工程延伸程序

为了建立新开采水平而进行的推帮，掘沟工程在时间空间上的作业顺序叫做矿山工程延伸程序。

我的方案的是沿煤层顶板降深。

6.5工作帮初始位置及推进方向

1.拉沟位置选择的原则：

（1）保证露天矿的生产能力;

（2）尽量减少初期建设工程量,减少基建费用;

（3）煤质相对较好;

（4）尽量缩短煤和剥离的运距;

我的方案底帮拉沟，由底帮向顶帮推进。

因为剥采工程初期位置接近于矿体，基建剥离量比较少，投产和达产快，可以布置多个采掘工作线，对扩大生产有利。

6.5.1初始拉沟位置确定

考虑露天矿初始拉沟位置选择的原则、煤层埋藏深浅、露煤速度快慢等因素，决定沿体走向在境界内全长拉沟。

6.5.2开段沟沟底宽

折返调车：

回返调车：

Rmin—汽车道路最小回转半径，取汽车最小曲线