石宝铁矿西区年产130万吨露天开采方案.docx

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石宝铁矿西区年产130万吨露天开采方案

“采矿通论”课程设计说明书

题目:

石宝铁矿西区年产130万吨露天开采方案

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摘要

本毕业设计题目为石宝铁矿西区年产130万吨露天开采方案设计，设计生产能力为130万吨/年,采场最大长度为649米，最大宽度为490米，矿山服务年限为15年，采场上盘最终边坡角为41.2°，下盘最终边坡角为43.1°。

本设计封闭圈标高1680m，开采最高标高1692m，露天矿底部标高确定在1500m。

设计采用公路开拓运输系统，回返式调车方式，矿区内公路采用的是国家Ⅱ标准设计，双车道布置，车道宽度为14.5米，最大纵坡为8%，纵坡坡长限制为250米，采用21台SH-380型自卸汽车来完成运输任务。

爆破方法采用的是深孔微差爆破－导爆索起爆。

排土工艺为汽车-推土机排土。

采用3台SQ200型潜孔钻机型潜孔钻机穿孔，3台WK—4型电铲采装。

关键词：

露天开采、境界、开拓、采剥

摘要…………………………………………………………………………………..Ⅰ

第一章矿床概述及矿床地质特征…………..………………………………………1

1.1矿床概述………………………………………………………………………1

1.1.1地理交通位置、隶属关系及企业性质…………………………………1

1.1.2矿区气候条件………….…………………………………………………1

1.2矿区地质特征…………………………………….……………………………1

1.2.1矿区地质概况……………………………...……………………………1

1.2.2矿床地质及地层………………………………………………………...1

1.2.3矿区构造………………………………………………………………...2

1.3矿石质量特征………………………………………………………………….3

1.3.1矿石类型、结构构造……………………………….……………………3

1.3.2矿石的矿物成分……………….…………………………………………3

1.3.3矿石的化学成分…………………..……………………………………...3

1.4矿岩物理力学性质…………………………………………………………….4

1.5矿石储量……………………………………………………………………….4

1.6矿区水文地质………………………………………………………………….5

1.6.1矿区自然地理条件概况………..…………….…………………………...5

1.6.2矿区水文地质条件……………..……………….………………………...5

1.6.3矿区地下水补、迳、排和矿坑涌水量预测………………………………6

1.7矿床开采技术条件…………………………………………………………….6

第二章露天开采境界…..…………………………………………………...……….7

2.1露天开采境界圈定的原则和方法…………………………………………….9

2.2经济合理剥采比的选定…………...…………………………………………..9

2.3露天矿的最小底宽和位置…………………………………………...………10

2.4最终边坡角、台阶坡面角和台阶高度的确定………………………………10

2.5安全平台、清扫平台、和运输平台的确定…………………………………...11

2.6开采深度的确定……………………………………………………………...11

2.7境界内矿岩量统计及开采服务年限………………………………………...12

2.8生产剥采比的计算…………………………………………………………...14

2.9露天采场构成要素………………………………………………………….14

第三章矿床开拓运输……..………………………………………………………15

3.1选择开拓方法的主要原则…………………………………………………15

3.2开拓方案的选择……………………………………………………………15

3.3矿山道路及运输设备的选择………………………………………………17

3.3.1矿山道路及其技术参数……………………………………………….17

3.3.2运输设备选型和汽车台数计算……………………………………….17

3.3.3汽车数量计算………………………………………………………….19

3.4道路通过能力计算…………………………………………………………20

第四章矿岩采剥工程…..…………………………………………………………..22

4.1穿孔工作……………………………………………………………………22

4.1.1穿孔设备的选择……………………………………………………….22

4.1.2穿孔设备生产能力的确定…………………………………………….22

4.1.3设备数量的计算……………………………………………………….22

4.1.4二次破碎方法和所需的设备数量…………………………………….23

4.2爆破…………………………………………………………………………24

4.2.1爆破方法的选择…………………………………………………………24

4.2.2爆破方法及爆破器材……………...…………………………………….24

4.2.3孔径和孔深………………………………………………………………24

4.2.4底盘抵抗线………………………………………………………………25

4.2.5孔距和排距……………………...……………………………………….26

4.2.6单位炸药消耗量…………………………………………………………26

4.2.7单孔装药量………………………...…………………………………….26

4.3装车工作……………………………………………………………………27

4.3.1采装设备的选择……………………………………………………….27

4.3.2采装工作面参数……………………………………………………….27

4.3.3挖掘机生产能力的确定……………………………………………….28

第一章矿区概况及矿床地质特征

1.1矿区概况

包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司，位于内蒙古自治区包头市达茂联合旗石宝乡境内，西南距包头市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。

石宝铁矿原为达茂旗经委下属国有企业,现已改制为包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司。

截止到2003年底，石宝铁矿有职工685人，固定资产净值4728万元。

矿区属丘陵地区,四周地势比较平坦,海拔高度平均为1650~1655m.该地区属华北干旱大陆气候,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矿区地质特征

本区地处中朝准地台内蒙台隆阴山断隆大青山复背斜北翼三合明挤压带的东端。

该区自古生代以后长期处于活动状态，构造线近东西向，印支旋回以后经燕山亚旋回、喜玛拉雅山亚旋回的阶段性上隆抬升，并在反冲断裂构造的挤压作用下，将部分铁矿体抬升到地表或浅部形成了今日三合明铁矿区以紧密褶皱和断裂构造较为发育的复杂构造形态。

整个矿区分为：

西部异常区、中部露头区和东部异常区，本次设计为西部异常区。

区域出露的地层主要为下元古界三合明群、中元古界白云鄂博群、新生界老第三系和第四系。

三和明铁矿西部异异常区，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。

区内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：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

新生界老第三系（E）：

分布在矿区南北边缘，主要由砾岩及砂砾粘土组成。

新生界第四系（Q）：

主要分布在矿区南北边缘及西部异常区和中区F14断层以东地带，由残积、坡积、冲积及风成砂土组成。

矿区内岩浆岩不甚发育，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。

构造的分类主要有：

（1）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。

ⅩⅧ勘探线以东，地层走向转为西北，向西南倾斜；至F14断层以东，地层走向为东西向，向南倾斜，东部异常区地层走向突然转为南北，向东倾斜。

（2）断裂构造：

矿区内断裂构造较为发育，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东向正、逆断层组。

1.3矿石质量特征

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，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。

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。

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，见下表：

表1.1有害杂质含量表

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表

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

1.4矿岩物理力学性质

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

1.5矿石储量

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。

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）。

表内储量为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内地质保有矿石储量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）。

1.6矿区水文地质

矿区位于内蒙古大草原上，矿区四周地势比较平坦，区内最高海拔标高1724.6m。

区内属于干旱和半干旱的大陆性气候，年平均气温2.46℃，冻结期从每年11月到翌年3月，最大冻层深度2.50m。

据召河水文站资料，该区年平均降水量284毫米，多集中在7-8月份，最大24小时降水量多年平均值为30.4毫米，年蒸发量1995.4毫米，以5-9月份最大。

单双河位于矿区南部，最高洪水标高约1665米。

矿区含水层可为第四系孔系潜水、第三系潜水及承压水、基岩风化裂隙和构造裂隙水。

（1）第四系孔隙潜水含水层

该系地层主要由冲洪积、坡积物组成，在矿区的南部广泛分布，其厚度变化较大，一般厚约6-8米，局部较厚，特别是距矿区较近的单双河厚度可达60米，含水层曾多层结构。

上部为中细砂夹砂砾石层，下部为砂卵石，水位埋深2.72-4.35米，地下水埋深为南西深、北东浅。

在距矿区南部约300米处以下降水的形式涌出地表，其流量为2000—2500m3/d。

在矿区南部的单双河河漫滩上的农用机井，单井出水量约1500m3/d，地下水水质为HCO-Ca•Mg型，矿化度0.47-1.17g/L。

（2）第三系潜水及承压水

该系地层在矿区的西部、北部、东部均有分布。

主要由砾岩、泥质砂岩及粘土组成，厚度54.55-156.46米，水位埋深2.39米。

西部异常区CK21孔抽水试验结果表明，涌水量0.038L/s，水质为HCO3-CaMg型，矿化度<1g/l，PH值7.9.

（3）基岩风化裂隙和构造裂隙水

本区基岩风化裂隙发育，含水层平均厚度11.95-14.19米，水位埋深4.81到39.19米，涌水量0.079-0.45L/S，参透系数0.045-1.09，水质为HC03-CaMg型，矿化度0.37-1.06g/L,PH值为7.4-7.9。

本区地下水分布受地质岩性、地貌、构造等控制，各层地下水均受大气降水直接或间接补给。

地下水流向在中部露头区西、北、东三面均由北向南，排泄于单双河。

地下水径流条件较好，排泄方式主要以人工排泄、蒸发及降水的形式和通过地下径流排泄到区外。

矿坑充水因素主要为基岩风化裂隙潜水及大气降雨。

大气降雨汇入到矿坑内，基岩风化裂隙潜水按地下水动力学无压完整井进行了预测。

1.7矿床开采技术条件

矿床周围地势比较平坦，地表最高标高为1724米，最低标高为1650米，平均标高1655米，高差30-40米。

矿体形式基本层状或似层状，因为受后期构造运动的影响而产生一系列的倾伏褶皱构造，控制了矿体的形态和产状。

西段矿体为向斜构造，中、东段矿体沿走向出现多处短轴倾伏背向斜褶区，沿倾向一般呈波状起伏。

矿体底板围岩为角闪岩，顶板为片岩，呈整合接触，界线明显。

矿石硬度系数f=8-16，岩石f=6-10。

矿石和角闪岩抗压、抗剪强度大，稳定性好；片岩及砂岩抗压、抗剪强度小，稳定性差。

第二章露天开采境界

2.1露天开采境界圈定的原则和方法

露天开采境界设计的主要原则

（1）圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石要盈利，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生产。

（4）尽量缩短矿石的运距，使开采境界与工业场地及地面生产系统在空间上力求布局合理。

（5）对工业设施留有一定的安全距离。

（6）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；排土场占用大量农田，征地困难；由于地形条件（如采场最终边帮上有较高的山头），造成基建剥离量大和初期生产剥采比大；为了避开严重影响边坡稳定的不稳定岩层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。

2.2经济合理剥采比的选定

本矿设计的年产量为130万吨，属于中型矿山，根据《冶金矿山设计参考资料》上册，采用成本法进行经济合理剥采比的确定，见下式：

njh=R（Cd-A）/B式（2.1）

式中：

njh—经济合理剥采比；

Cd—地下开采原矿成本；

A—露天矿开采的纯采矿成本；

B—露天矿开采的剥离成本；

R—矿石的容重。

经计算：

njh=3.3（180-63）/55=5m3/m3，所以经济合理剥采比njh=5m3/m3。

2.3露天矿的最小底宽和位置

露天矿的最小宽度，应满足采掘运输设备在底部正常运行与安全作业的要求。

因为本矿场采用的是公路汽车运输，且为回返式调车，故露天矿最小宽度为：

Bmin=2（Rmin+0.5b+e）（2.1）

式中：

Rmin－汽车最小回转半径，9.1m；

b－汽车的最大宽度，3.55m；

e－汽车距边坡的安全距离，0.5m。

Bmin=2×（Rmin+0.5×b+e）=2×（9.1+0.5×3.55+0.5）=22.75m,取23米。

若矿体厚度小于最小底宽，则境界底部取最小底宽；若矿体厚度比最小底宽大得不多，则取矿体厚度；若矿体厚度远大于最小底宽，则取最小底宽。

露天矿底部位置沿水平方向移动时，开采境界内的矿岩量及平均剥采比也随之变化。

因此，在无其它特别要求的情况下，露天矿底应置于使平均剥采比最小的位置，且尽可能布置在矿体中间。

2.4最终边坡角、台阶坡面角和台阶高度的确定

石宝矿区地质构造复杂，分四层，矿石硬度系数f=8-16，岩石硬度系数f=6-10。

根据矿区的地质条件和水文地质，矿岩的物理性质，以及终了平面图，确定上盘边坡角为41.2°，下盘边坡角为43.1°。

台阶最终坡面角根据下表确定

表2.1岩石硬度系数与台阶坡面角关系

岩石的坚固系数

15～20

8～14

3～7

1～2

台阶坡面角

750～850

700～750

650～700

600～650

由于岩石普氏硬度系数f=6～10，根据上表确定工作帮最终坡面角为：

69°。

依据本露天矿年生产能力130万吨/年，此露天矿属于中型露天矿，台阶高度可取值范围在：

10～12m。

根据本露天矿情况，最终确定台阶高度为：

12m。

公路运输露天采场最小宽度图

2.5安全平台、清扫平台和运输平台的确定

（1）安全平台：

根据采矿手册，一般安全平台宽度不小于4米，所以根据本矿山的岩石坚固系数，选择安全平台宽度为4米。

（2）清扫平台：

实践经验表明，较窄的清扫平台在邻近边坡爆破时常遭破坏，以致不能发挥应有的作用。

所以一般设置清扫平台的宽度为10～12m，以便能有效地发挥拦截和清扫落石的作用。

因此选取清扫平台宽度为10m。

（3）运输平台：

由于是采用公路双线运输，根据所选择的汽车宽度确定，其最小的运输平台为14.5m。

2.6开采深度的确定

对于长度不大的急倾斜矿体，端部矿岩量占总矿岩量的比例较大，用地质横剖面法确定境界剥采比往往误差甚大，通常采用平面图法把采场作为一个整体，在平面图上确定总的境界剥采比。

综合石宝铁矿的实际情况，采用平面法计算。

具体步骤如下：

（1）根据矿体的形状和已确定的经济合理剥采比，选定三个可能的深度方案，1476标高、1488标高、1500标高三个水平；

（2）在同一分层平面图上，确定露天矿地表周界及边坡上矿岩接触线的垂直投影。

在各横剖面图及纵剖面图上，按选定的边坡角作边坡线，找出每条边坡线与地形及矿岩接触线交点，然后投影到分层平面图上，最后，将上述横剖面、纵剖面的投影点连接，即得露天矿地表周界和边坡上矿岩接触线得垂直投影；

N=（S-Sp）/Sp（2.2）

式中：

S—露天采场地表境界内矿岩水平投影总面积，㎡；

Sp—露天采场底和边坡上矿石水平投影面积，㎡；

N—境界剥采比。

（3）按平面图法计算各深度方案的境界剥采比N1，N2，N3；

（4）绘制境界剥采比Nj随深度H变化的关系曲线，在曲线上找出境界剥采比等于经济合理剥采比的深度。

这一深度就是露天矿的合理开采深度。

最后调整确定最终开采深度为1500水平。

见下图:

图2.1开采深度与经济合理剥采比的关系曲线

2.7境界内矿岩量统计及开采服务年限

固体矿石储量计算的基本原则，是将自然界中形状复杂的矿体选择与其大致相当的简单形体，然后求其面积近而计算其矿石储量。

为简化计算，可采用a、F值法计算:

V=（S1+S2）×F×H（2.3）

式中F－依a、F值表求对应的F值金属矿山露天开采（上）表2-5-7

还可按断面法计算，计算的基本公式为：

Q=Vd（2.4）

式中：

Q－矿块储量；

V－块段面积；

d－矿石体重。

块段的体积通常以下列公式计算求得：

（1）当两个相对应的面积相差不大于40%时，采用下式计算：

V=0.5（S1+S2）H（2.5）

式中：

S1、S2－块段相对应面积；

H－断面间距。

（2）当两个相对应的面积相差大于40%时，采用下式计算；

V=[S1+S2+（S1S2）1/2]H/3（2.6）

（3）当矿体在两断面间呈楔形尖灭时，采用如下式计算：

V=0.5SH（2.7）

将整个矿体按台阶划分为若干个分层，每个分层的矿岩量见下表

表2.2矿岩量统计表

台阶标高（m）

矿岩总量（m3）

矿石量（m3）

岩石量（m3）

1680-1692

356061

57394

298667

1668-1680

467848

74000

393848

1656-1668

818788

111485

707303

1644-1656

1118424

180606

937818

1632-1644

1311606

396091

915515

1620-1632

1238121

403000

835121

1608-1620

1267909

487939

779970

1596-1608

1163152

469273

693879

1584-1596

927333

407394

519939

1572-1584

835545

392454

443091

1560-1572

620849

327697

293152

1548-1560

548848

325091

223757

1536