露天矿开采技术课程设计指导书.docx
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露天矿开采技术课程设计指导书
露天矿开采技术
课程设计 指 导书
昆明冶金高等专科学校
矿业学院
1．设计任务
金属矿床露天开采毕业设计是在学生获得《爆破工程》、《采掘机械》、、《矿山岩体力学》、《矿山安全与环保》和《金属矿床露天开采》等专业课程理论知识，并完成矿山生产实习的基础上进行的。
本课程设计的任务是：
1）根据矿山提供的地质资料，进行露天开采方案设计
具体内容：
①能进行开采方式选择并进行简单的论证；②确定矿山生产能力并能进行验算；③确定采场边坡参数；④经济合理剥采比及采深的确定；⑤境界的确定及境界内资源量估算；⑥穿孔爆破、铲装运输与排土等开采工艺设计；⑦设备选型；⑧开拓方式选择与比较；⑨总图优化布置；⑩劳动定员；其它，包括基建工程及采剥计划，矿山安全与环保，安全措施等。
2）提交设计说明书及图纸
设计最终提交成果为设计说明书及图纸，说明书应反映设计思想，设计过程及设计最终结果，图纸应包括总平面布置图、开采终了平面图、基建终了平面图以及开采终了及基建终了纵横剖面图等。
2．设计注意事项
课程题目来源于实际矿山资料，整个设计由学生独立完成，指导教师负责答疑，检查设计进度，核定补充条件。
本毕业设计由图纸、图表、说明书组成。
图纸、图表是本次设计的主要组成部份，图纸用AutoCAD绘制，要求正确整洁，比例恰当，标清各部分尺寸及规格。
设计说明书包括文字叙述、计算、表格和必要的简图，说明书文字叙述要求简单明了，力戒烦锁。
毕业设计必须在规定的时间内采用课外与课内时间按质按量完成，设计时间为四周（120学时）。
成绩的评定除按本大纲的要求外，还应考虑学生对本次设计的态度。
3．设计主要内容与设计方法提示
3.1开采方式选择
根据矿山提供的地质资料，尤其是矿床的开采技术条件，确定矿床的开采方式。
矿床的开采技术条件主要包括：
1．地形地质条件
2．水文地质、工程地质条件及环境地质条件
3．矿体赋存条件
确定矿床的开采方式可能有以下3种情况：
1．矿床上部宜用露天开采，下部宜用地下开采。
2．矿床全部宜用露天开采。
3．矿床使用地下开采不经济，仅能在经济允许前提下进行一定的露天开采。
3.2生产能力确定及验证
根据矿床地质储量及国家或企业的要求，确定合理的生产能力。
初步确定生产能力后必须进行合理性验证。
生产能力验证主要从以下两方面进行：
（1）按经济合理服务年限校验矿山生产能力
t=Qα/[A（1-β）]
式中：
t—矿山服务年限（a）
Q—设计利用矿量（万t）
α—采矿回收率（%）
A—矿山生产能力（万t/a）
β—矿石贫化率（%）
对于大型、中型及小型矿山，其服务年限应在一合理的范围，参考采矿设计手册。
（2）从可布工作面数目分析
根据矿床长宽尺寸，估算可布置工作面数及采区总长，同时工作的采装设备数量，参照国内外内类矿山生产能力进行验算。
3.3采场边坡参数确定
根据开采地段矿、岩的物理力学性质及矿岩的结构、构造，结合现场边坡的稳定情况，并参照同类矿山的实际经验，设计采剥工作台阶、非工作台阶、工作帮及非工作帮的参数。
主要包括：
工作台阶高度、工作台阶坡面角、最小工作平台宽度、最小工作线长度、工作帮坡角、最终边坡台阶高度、终了台阶坡面角、采场最终边坡角、露天底最小宽度。
1．台阶坡面角及最终边坡角可参照表3－1确定。
2．台阶高度主要受挖掘机工作参数的影响。
1）平装车时的台阶高度。
爆堆高度应与挖掘机工作参数相适应，爆破后的爆堆高度Hb不大于最大挖掘高度Hwm即
Hb≦Hwm（m）
若爆破的块度不大，没有粘结性，又不需要分别采装时，爆堆高度可允许为最大挖掘高度的1.2-1.3倍。
台阶高度也不能过低，否则铲斗铲装不满，挖掘机效率降低，同时台阶数目增多，铁道及管线等铺设与维护工作量增大。
因此，松软矿岩的台阶高度和坚硬矿岩的爆堆高度都不应低于挖掘机堆压轴高度Ht的2/3，即
h（或Hb）≧2/3Ht（m）
式中 Ht－机械铲推压轴高度，即推压轴距挖掘机站立水平的垂直距离（m）。
表3－1 台阶坡面角、最终边坡角选择表
岩 石
类 别
普氏
系数
岩石名称
台阶坡面角
高度为下列值时的稳定边坡角
工作面
非工作面
＜90m
90～180m
180～240m
240～300m
极 硬
15～20
最坚硬致密的 石英岩、玄武岩及其他极硬岩石，特别硬的花岗岩、石英斑岩，矽质页岩、各种石英岩，极硬的砂岩和石灰岩
80°～
90°
75°～
85°
60°～
68°
57°～
65°
53°～
60°
48°～
54°
坚 硬
8～14
密质的花岗岩，特硬砂岩及石英岩脉，特硬铁矿，石灰岩，不坚硬的花岗岩，硬砂岩，硬大理岩、白云岩、黄铁矿
70°～
80°
70°～
75°
50°～
60°
48°～
57°
45°～
53°
42°～
48°
中 硬
3～7
普通砂岩、铁矿、砂质页岩、片状砂岩，坚硬粘土质页岩，非坚硬砂岩、石灰岩、软岩、各种页岩、致密泥灰岩
60°～
70°
60°～
65°
43°～
50°
41°～
48°
39°～
45°
36°～
42°
软
1～2
侏罗纪粘土，软质灰炭纪粘土，油性粘土，含有小碎石和砾石的重砂质粘土，漂砾土，片状粘土，块度达90mm砾石
45°～
60°
45°～60°
30°～43°
28°～
41°
26°～
39°
24°～
36°
极 软
0.5～0.9
软油性粘土，轻重砂质粘土，湿的松散黄土，种植土泥炭，腐值土，砂腐值土，含小碎石的砂质垆姆
35°～
45°
25°～
40°
21°～
30°
20°～
25°
2）上装车时的台阶高度。
为使矿岩能顺利装入运输设备内，台阶高度应时时满足下列两个条件：
h≤Hxm-hg-e （m）
h≤（Rx-Rwf-g）tgα （m）
式中 Hxm－挖掘机最大卸载高度（m）；
hg－台阶上部水平至车辆上缘的高度（m）；
e－铲斗卸载时斗底下缘至车辆上缘的间隙，一般e≧0.5－1.0m；
Rx－挖掘机最大卸载高度时的卸载半径（m）；
Rwf－挖掘机站立水平的挖掘半径（m）；
g－线路中心至台阶坡顶线的间距（m）；
α－台阶坡面角，度。
3．最小底宽的确定 在其他条件相同时，露天矿底部的宽度越大，露天的合理开采深度越小，采出的矿量也就越少，因而，露天矿场的技术经济指标恶化，故底宽宜取最小值。
该值的大小，应以满足采装运输设备的工作要求为准。
对于铁路运输的矿山，露天矿的最小底部为
式中
－挖掘机机体回转半径（m）；
－铁道线路宽度（m）；
－挖掘机机体、边坡及车辆三者之间的安全距离，
＝1.0～1.5m；
－挖掘机机体的底盘高度（m）；
－台阶坡面角（°）。
当采用汽车运输时，底盘应满足汽车调车的要求。
采用回返式调车时，底宽为
采用折返式调车时，则
式中
－汽车最小转弯半径（m）；
－汽车宽度（m）；
－汽车距边坡的安全距离（m）；
－汽车长度（m）；
在确立露天矿境界时，若矿体厚度小于最小宽度，则底平面按最小宽度绘制；若矿体的厚度比最小宽度大得不多，则底平面可以矿体厚度为界；若矿体厚度远大于最小底宽时，则按最小宽度作图，并应考虑以下条件确定露天矿底的位置：
（1） 使境界内的可采矿量最大，剥岩量最小；
（2） 使可采矿量最可靠，为此把露天矿的底置于矿体中间；
（3） 使采出矿石的品位最高，这就是根据矿石的品位分布，确定露天矿的位置；
从矿山采剥工程的要求来看，露天矿场的底宽相当于开段沟掘沟宽度，其宽度取决于掘沟方法及采掘设备。
按工作安全条件要求，一般不小于20～30m。
最小底宽可参照表3－2选择。
表3－2 露天矿底平面最小宽度值
运 输 方 式
装 载 设 备
运 输 设 备
最小宽度（m）
铁路运输
人工或1m3以下挖掘机
1m3挖掘机
4m3挖掘机
窄轨（轨距600mm）
窄轨（轨距762mm
900mm）
准轨（轨距1435mm）
10
10
16
汽车运输
1m3挖掘机
4m3挖掘机
7t以下汽车
7t以上汽车
16
20
3.4经济合理剥采比及采深的确定
1．经济合理剥采比确定
对于上部用露天开采，下部使用地下开采的矿床，确定经济合理剥采比时采用原矿成本比较法：
式中：
NJ-经济合理剥采比，m3/m3；
c-为地下开采矿石成本,元/t；
a-为露天开采采矿费用，元/t；
b-为露天开采每吨剥离费用，元/t。
对只能采用露天开采的矿床，确定经济合理剥采比的原则是使露天开采的原矿成本不超过其价格，以保证矿山不亏损，即
式中
－采出矿石的价格（元/t）。
2．采深确定
确定露天矿采深是采用境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则进行确定。
局部地方进行综合平衡。
对埋藏较浅的缓倾斜矿体直接采至矿层底板。
1）长露天矿开采深度的确定 露天矿走向长度大时，首先沿矿体走向选择数个有代表性的横剖面，在各横剖面上利用境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则求出各剖面处合理采深，然后再利用纵剖面图调整（统一）露天矿底部标高，以确定最终采深。
2）短露天矿开采深度的确定 对于走向短的露天矿，要考虑端帮岩量的影响。
在确定开采深度时是用平面图把露天矿作为一个整体来考虑。
可以采用水平投影法求境界剥采比，使境界剥采比不大于经济合理剥采比，求出短露天矿最终采深。
3.5境界的确定及境界内资源量估算
首先根据确定的采深绘制出露天矿底部周界，再从底部周界开始由里向外依次绘出各个台阶的坡底线，布置开拓运输线路，绘制台阶坡顶线及坡面线，完成开采终了平面图的绘制；
根据开采终了平面图绘制开采终了纵、横剖面图。
根据开采纵、横剖面图，估算圈入露天采场内的矿石资源量、剥离围岩量、采剥总量及平均剥采比。
确定各分层内的矿石量及岩石量。
3.6穿孔爆破、铲装运输与排土等开采工艺设计
根据矿岩性质选择开采工艺，设计爆破孔网参数及爆破参数。
根据生产能力确定铲装、运输设备。
根据地形条件及剥离量的大小确定排土场位置及容积，排土设备及工艺，详细内容参考教材及设计手册。
下面重点界绍露天矿多排孔微差爆破参数确定：
（1）孔网参数。
1）底盘抵抗线
按钻机安全作业计算：
W＝hctgα+3
也可参考的经验公式：
W=0.024d+0.85
2）炮孔间距和排距，根据底盘抵抗线和邻近系数计算
a=mW；
b=（0.9-0.95）W
式中 a-炮孔间距（m）;
b-炮孔排距（m）;
m-邻近系数，m=1.0-1.4；
W-底盘抵坑线（m）。
3）超深。
为了克服底盘抵抗线，钻孔应有超深，其值可按下式选取
l`=（0.05-0.30）W
式中l`-钻孔超深（m）；
W-底盘抵抗线（m）。
（2）单位炸药消耗量和每孔装药量。
单位炸药消耗量
可按表3－3选取。
表3－3 单位炸药消耗量表
F
6
8
10
12
14
16
18
20
K
1.17
0.87
0.70
0.58
0.50
0.44
0.39
0.35
每个炮孔的装药量可采用体积计算式计算，即
Q=qWah
式中Q-每个炮孔的装药量（kg）。
为了改善爆破质量，从第二排炮孔开始增大后排炮孔的装药量：
式中
－后排孔装药量（kg）。
炮孔的装药结构可采用连续柱状装药，孔口堵塞长度为（0.7－0.8）W。
（3）微差间隔时间。
常用的微差间隔时间为25－75ms之间，坚硬矿岩取小值，软岩可选取大值。
（4）确定排间起爆顺序。
3.7设备选型
主要设备包括穿孔设备、铲装设备、运输设备、排土设备、压气设备、排水设备、供电设备等。
设备选型主要包括设备的型号及数量，选择时应注意型号配套，如铲装设备与运输设备的配套，压气设备与穿孔设备的配套，排土设备与运输设备的配套等。
铲装设备数量要根据年采剥总量来确定，穿孔、运输设备数量根据铲装设备来确定（钻铲比、车铲比），排土设备数量根据年剥离总量来确定，压气设备数量根据穿孔设备数量来确定，供电设备根据矿山用电负荷来确定。
1．单斗挖掘机生产能力
单斗挖掘机班生产能力可用下式计算
式中 E－铲斗容积（m3）；
T－每班工作时间（h）；
η－班工作时间利用系数；
KH－满斗系数；
t－挖掘机工作循环时间（min）；
Kp－矿岩在铲斗中的松散系数，中硬及中硬以下矿岩Kp=1.3-1.5，坚硬矿岩Kp=1.5-1.7。
挖掘机年生产能力为：
（m3/a）
式中 mw－挖掘机年工作班数，即由日历天数扣除节假日计划检修、气候影响等停机时间后的实际工作班数，
。
式中
－挖掘机出勤率；
－年日历班数。
2.车铲比
式中 Tg－汽车运行周期（min），Tg=tz+ty+tx+td；
tz－装车时间（min）；
ty－往返运行时间（min）；
tx－卸载时间（min）；
td－汽车等待、停歇及入换时间（min）。
3.8开拓方式选择与比较
露天矿开拓，就是指按照一定的方式和程序建立地面与采矿场各工作水平之间的运输通道，以保证露天矿场正常生产的运输联系，并借助这些通道，及时准备出新的生产水平。
露天矿床开拓方法可分为：
公路运输开拓；铁路运输开拓；胶带运输开拓；平硐溜井开拓；斜坡卷扬开拓。
竖井或斜井提升开拓，多用于由露天开采转为地下开采或由地下转为露天开采或露天地下同时开采的条件。
矿区范围小、矿体复杂及采深大的矿山可选择公路运输开拓；面积大，开采比高小的矿山可考虑铁路运输开拓。
3.9总图优化布置
总图布置应根据矿区地形、地质、开采影响、运距等各方面因素综合考虑。
主要包括：
供水设施、供电设施、压气设施、生活区、办公区、排土场、矿区公路、爆破器材库、堆矿场、选矿厂以及尾矿库等主要建筑设施。
3.9基建工程
基建工程主要包括矿山工路的修筑、建设设施，初期生产工作线的准备以及排土场建设等。
基建完成后矿山的开拓矿量以及备采矿量必须达到二级矿量的要求。
基建工程量表可参照表3-5：
表3－5 矿山基建工程量表
采场
项目
工程量
备注
1号采场
运输公路
300m
总出入沟口
1000m3
岩石
2360m剥离台阶
4000m3
岩石
超前2350m台阶60m。
2350m采矿台阶
工作线
1800m3
矿石
2350m台阶，工作线长180m，工作平台宽20m。
排土场
挡碴坝
30m
建筑设施
生活、办公区
400m2
炸药库
200m2
矿床露天开采课程设计指导书
一、设计题目
露天矿山开采终了境界圈定。
二、课程设计要求
根据任务书中所给出的露天开采矿石成本、地下开采矿石成本、剥离成本、矿石容重等矿山开采技术条件，按所给地质图件，确定露天矿开采的运输方式、设备型号和数量、台阶组成要素、最终边坡角大小，露天矿开采境界，并绘制露天开采终了平面图。
基本要求如下：
1）设计参数，以及参数的计算过程应注明取值依据或简述其理由；
2）用1#图纸绘制露天开采终了平面图，比例为1：
2000；
3）扼要叙述作图步骤和方法；
4）可直接在原始地质勘探剖面图上确定开采深度，并将图纸附在设计说明书中；
5）说明书力求通顺、简练、整洁，参数合理、计算正确，篇幅10页左右，用计算机文稿打印。
三、设计过程指导
1.露天矿合理开采深度设计
在所给的地质横断面上，按
的原则确定合理开采深度，其步骤是：
1）计算经济合理剥采比
，并作
图。
2）按任务书中所指定的勘探线（8个左右），用面积法计算出每个地质横断面在相应开采深度下的境界剥采比
曲线。
3）求合理开采深度H：
与
两曲线交点的横坐标即为该断面上的合理开采深度。
2.调整开采深度
将所确定的各勘探线上的合理开采深度投影到地质纵断面图上，按调整深度的原则进行调整，并将此深度再投影到各相应的断面上，确定各勘探线横断面上的最终开采境界。
3.初步圈定露天开采终了平面图
1）圈定露天矿底部周界
将调整后各地质断面图上露天矿底部宽度投影到平面图上，连接所有点成闭合曲线，并按满足采掘运输条件进行修整，即为露天矿底部周界。
2）绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图。
从底部周界开始，按设计的边帮组成要素，在1#图低上绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图。
4.开拓坑道定线
根据设计任务书所给的出入沟方位、参数（包括联络平台参数）、运输设备规格，进行开拓坑道定线。
5.绘制露天开采终了平面图
该图为本课程设计的最终成果。
在具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图上，从定线后沟道的终点开始，按沟道参数自上而下逐层绘制而成，要求曲线光滑，图纸用铅笔或上墨均可。
6.露天采矿工艺设计
根据设计任务书，完成露天矿床开采的工艺设计，包括采（穿孔、爆破）、装、运、排工艺过程所需设备的选及参数的设计。
四、参考书（写明名称、编著者、出版社、出版时间）
[1]《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册（上、下册）.北京：
中国建筑工业出版社，1987.
[2]中国矿业学院.露天开采手册（第二册穿孔·爆破·采装工程）.北京：
煤炭工业出版社，1986.
[3]中国矿业学院.露天开采手册（第三册铁路·公路·胶带输送机）.北京：
煤炭工业出版社，1986.
[4]中国矿业学院.露天开采手册（第五册开采境界·开采程序·开拓·生产能力）.北京：
煤炭工业出版社，1986.
[5]《冶金矿山设计参考资料》编写组.冶金矿山设计参考资料（上册）.北京：
冶金工业出版社，1973.
[6]《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册
（二）（矿床开采卷·技术经济参考指标）.北京：
内部发行.
[7]李宝祥.金属矿床露天开采.北京：
冶金工业出版社，1992.
六、课程设计进度安排
序号
星期
完成内容
1
一
露天矿合理开采深度设计和合理性调整；露天开采细部结构设计及验算；
2
二
初步圈定露天开采终了平面图；开拓坑道定线
3
三
绘制露天开采终了平面图
4
四
绘制露天开采终了平面图
5
五
露天采矿工艺设计及编写设计说明书
6
六
露天采矿工艺设计及编写设计说明书
八、成绩评定
设计过程评分占40％，露天开采终了平面图和设计说明书占60％。
编写：
夏建波
审核：
邱阳
2010年3月
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