错纳矿区ⅰ号矿体铅锌矿8001100td露天开采最终开采境界设计本科毕业设计论文.docx
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错纳矿区ⅰ号矿体铅锌矿8001100td露天开采最终开采境界设计本科毕业设计论文
武汉工程大学
课程设计说明书
题目西藏自治区八宿县错纳矿区Ⅰ号矿体铅锌矿800~1100t/d露天开采最终开采境界设计
专业班级10级采矿工程（01）班
学生
指导教师
成绩
说明书页
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表格个
程序个
二O一三年六月十一日
第一章
1.1矿区地理概况
错纳矿区铅锌矿Ⅰ号矿体位于西藏自治区昌都县城160o方向，距昌都县城所在地约140km处，行政区划隶属西藏自治区八宿县吉中乡管辖。
矿区交通十分方便，北距昌都地区所在地140km，距察雅县吉塘镇77km，距川藏公路（214国道）10km，距昌都邦达机场14km，距拉萨986km，距成都1155km。
与川藏公路214国道有简易公路相通。
1.2矿体赋存状况
错纳矿区位于类乌齐——左贡多金属成矿带中部，成矿地段位于益清乡以东地域，图区矿化带长约20km，宽约10km，呈北西向展布，以铅、锌、银、铜、锡、钨为主的矿化潜力较大的富集区。
铅锌矿体沿错纳矿区铅锌矿Ⅰ号矿体F1断裂破碎带分布。
随着赋矿地层（岩层）的构造变形，其含矿构造破碎带也随之变形。
含矿构造破碎带的成断裂构造为后期的含矿热液提供了运移通道和沉淀场所。
铅锌矿体赋存在三叠系上统阿堵拉组下段（T3a1）长石石英砂岩及与阿堵拉组中段（T3a2）地层接触部位的F1断裂破碎带中。
呈北西—南东向分布似层状带状。
矿体总体走向为呈北西——南东走向，倾向北东，长约365m，产状30°～72°∠58°～80°，平均倾角64°。
矿体控制最低高程为4633.40m，在3线一带矿体沿倾向呈波状起伏，自地表至深部4683米标高处倾向南西后又转向倾向北东。
1.3矿山工程地质条件
矿区主要矿体赋存于坚硬的中厚层长石石英砂岩中，呈块状或浸染状产出，矿区位于左贡板片内的夏雅——美玉复式向斜构造上，断裂构造发育，以北西——南东向为主，贯穿全矿区。
矿体与断裂有密切关系，主要矿体处于微风化带，顶底板岩体较完整稳定，平硐施工仅局部地段有小的顶壁掉块，侧围突出不明显，坑道涌水主要以大气降水为主，地下水具较大静水压力，不良工程地质问题单一。
顶底板围岩坚固性系数为f=7～14。
矿床为工程地质条件中等类型。
1.4矿山水文地质条件
当地主体水系玉曲北西南东奔流而下，侵蚀基准面海拔4600m，矿区地下水埋深2～4m，矿体位于当地侵蚀基准面以上。
主要含水层一砂岩裂隙含水层富水性差，地形有利于地上、地表水的自然排泄，矿体顶、底板有较厚而稳定粉砂岩夹页及断层泥隔水层。
矿床主要的直接充水水源为大气降水，矿床距主干水系玉曲约20km左右，构造断裂对矿床充水影响甚微，地下、地表水之间水力联系不密切。
因此，属水文地质条件简单的矿床。
1.5矿山环境地质条件
矿区属半农半牧区，居民全为藏族，人口稀少，每年6～9月间有牧民放牧暂时居住，对植被、土壤和水质末造成大的破坏和改变；无人为因素造成水文环境的变化，自然环境保护良好。
矿区地势总体为北西高、南东低，地形起伏较大，最高海拔4850m，最低海拔4600m，冰蚀作用强烈，地表残坡积物覆盖较厚，植被不发育，山脊几乎裸露，沟谷两侧及山坡平缓地段以高原草甸和稀疏灌木丛为主，属典型的高原寒温带半干旱季节风气候区。
区内无珍稀动、植物。
矿体对周围灌木、草地没有大的影响和危害，因此，矿区周围环境未受污染。
矿区属大陆性高原寒温带半干旱季风气候，空气稀薄，日照充足，辐射强烈，气温日差较大。
夏季温和多雨，冬季日照充足，气候干燥而寒冷，为高山地衣岩屑带。
水系较发育，以大气降水、冰雪融水为补给来源，无污染水源、迳流、排泄迅速畅通。
水中元素无大变化，水质符合国家饮用水标准。
1.6开采技术条件
矿体呈似层赋存于层状硅化砂岩中，构造破坏弱，总体走向北西——南东，北西高，南东低，埋深较大，具有地表品位较低，厚度较大，深部品位较富、厚度有所增大的特点。
铅锌矿体长365m，矿体延深90余m，矿体产状30°～72°∠58°～80°，平均厚度18.43m。
矿体平均品位Pb2.187%、Zn3.592%；在铅锌矿体中伴生银，Ag平均品位28.238×10-6，矿石储量为154.74万吨。
1.7生产能力
设计生产能力为900t/d，年工作日为200天。
第二章主要采装运输设备类型选择及其参数
2.1采装设备
2.1.1确定采装设备
露天矿采装设备主要有：
挖掘机（包括单斗挖掘机、多斗铲、拉铲、吊斗铲）、前装机、轮斗式挖掘机、铲运机以及推土机和螺旋钻等。
单斗挖掘机是一种适应性很强的，应用很广泛的采装设备。
单斗挖掘机有正铲和反铲两种，露天矿主要使用正铲。
单斗挖掘机有电力挖掘机和柴油挖掘机两类。
但是错纳矿区处在偏远缺电的地区，产量较小，纵使成本比较高，也只能且必须使用柴油挖掘机。
在传动方式上，单斗挖掘机有机械传动和液压传动两种。
液压铲液压部件精度高，稳定性较好，所以采用液压传动。
综上所述，采用单斗柴油液压传动挖掘机。
2.1.2挖掘机选型
单斗挖掘机主要根据矿山规模以及采矿工艺，矿岩性质及穿爆、运输的配合等因素决定。
结合我国当前情况和设备供应的可能性，挖掘机选的一般原则是：
特大型露天矿一般应选用斗容不小于6～20
的挖掘机。
大型露天矿一般选用斗容为4～6
的挖掘机。
中型露天矿一般选用斗容为2～6
的挖掘机。
小型露天矿一般选用斗容为0.2～2
的挖掘机。
设计生产能力为900t/d，年工作日为200天。
因此，年生产总量为：
属于小型露天矿，一般选用斗容为0.2～2
的挖掘机。
所以选用斗容为2
的挖掘机。
选择挖掘机为:
三一重工C9系列:
SY465H-8
作业范围单位：
mm
最大挖掘高度
10675
最大卸载高度
7400
最大挖掘深度
7285
最大挖掘距离
11555
最小回转半径
4940
最小回转半径时的最大高度
9375
性能参数
工作质量kg
45500
标准铲斗容量m³
2.0（岩石）
额定功率kw/rpm
250/2000
行走速度（高/低）km/h
4.5/2.9
回转速度rpm
9.3
爬坡能力
70%/35°
接地比压kPa
77
整机尺寸单位：
mm
运输时总长
12200
总宽度
3690
运输时总高度
3880
上部宽度
3180
标准履带板宽度
600
轨距
2740
最小离地间隙
590
尾部回转半径
3780
履带接地长度
4410
履带长度
5440
2.1.3确定挖掘机生产能力
单斗挖掘机生产能力：
表2挖掘机铲装循环时间（s）
岩石硬度
铲斗容积（m3）
1
2
4
6
8
土砂
30
32
34
37
39
32
34
36
39
41
34
36
38
41
43
36
38
40
43
45
38
40
42
45
47
表3松散系数及满斗系数
指标
岩石硬度
土砂
松散系数
1.1～1.23
1.23～1.33
1.33～1.40
1.40～1.45
1.45～1.50
满斗系数
0.95～1.0
0.9～0.95
0.85～0.9
0.75～0.85
0.75～0.85
该矿区
，斗容为1～2
，取2
，根据表2和表3取挖掘机铲装循环时间
取40s；松散系数
取1.50；满斗系数
取0.8；汽车运输时，
，取0.5。
代入公式得:
挖掘机台年生产能力：
2.1.4挖掘机数量计算
矿山所需挖掘机台数:
式中：
——挖掘机台数；
——年剥采量，
；
——挖掘机台年效率，
。
由于使用柴油驱动，在错纳空气稀薄地区，其实际工作能力按70%计算。
挖掘机台数：
。
其中：
矿石密度为
岩石密度为
，经济合理剥采比为
。
2.2运输设备
根据矿床地质条件可知错纳矿区地形地势虽较高，但是矿区交通十分方便，矿床地质也比较适合使用露天开采，水文地质条件简单，矿区属于高原，冰蚀作用强烈，水系较发育；在生产方面，年产量只有20万t，所以使用运输设备为自卸汽车。
影响露天矿自卸式汽车选型的因素很多，其中最主要的是矿岩的年运量，运距及挖掘机设备的规格。
为了充分发挥汽车与挖掘机的综合效率，汽车车厢容量与挖掘机的斗容量之比，一般为3～6，最大不要超过7～8。
为了充分发挥汽车运输的经济效益，对于年运量大，运距短的矿山，一般应选择载重大的汽车设备，反之，应选择载重小的汽车设备。
表4露天矿常用自卸式汽车适用的年运量范围
车宽类型
一
二
三
四
五
六
七
八
计算车宽
2.4
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
6.0
7.0
车型
EQ340
QD351
BJ371
B540
SH380
35D
50B
W392
SF3100
W3101
120C
170C
常州154
载重（t）
4.5
7
20
27～32
45
68
100～108
154
年运量（t/a）
<45万
45万～180万
80万～500万
170万～900万
250万～1200万
450万～1800万
750万～3000万
>3000万
错纳矿区地处高原，并且电力供应有限，使用的汽车只能使用柴油驱动，氧气稀薄，导致汽车的驱动能力无法达到原定值，按理论的70%计算，则年运量
（其中：
围岩密度为2.7t/m3），因此，错纳矿区可以选用BJ371型自卸式汽车，其载重20t,挖掘机3～4斗即可装满一车，且，最大爬坡能力可达25%，符合要求，其主要参数如下表。
表5所选自卸机车型号及参数
车型
计算车宽（mm）
车身全长（mm）
转弯半径（mm）
载重（t）
年运量（t/a）
BJ371
3000
7410
8500
20
80万～500万
（1）自卸汽车的台班运输能力为：
式中：
A——自卸汽车运输能力，t；
G——自卸汽车额定载重量，t；
K1——自卸汽车载重量系数，见表6，取
=0.94；
表6汽车装载斗数、有效载重量及载重利用系数表
K2——汽车时间利用系数，每日一班，见下表，取K2=0.9；
表7时间利用系数
每天工作班数
一
二
三
时间利用系数
0.9
0.85
0.75
T——汽车周转一次所需时间，min；
——挖掘机装满一辆汽车时间，见表8，
=3.7min
表8
和
值表
汽车
类型
挖掘机斗容
（m³）
矿石
岩石
（s）
n
（min）
（s）
n
（min）
EQ340
1
38
2
1.7
34
3
2.1
QD352
1
38
4
3.0
34
4
2.7
BJ371
2
39
5
3.7
35
6
3.9
B540
4
41
3
2.5
38
4
3.0
——自卸汽车往返运行时间，min;
——自卸汽车平均运距，km;
——自卸汽车平均运行速度，见表9，
取16.3.
表9平均运行速度（km/h）
运行
条件
矿岩种类
运距
（km）
汽车类型
EQ340
QD352
BJ371
B540
重
车
上
坡
空
车
下
坡
矿石
1
16.7
16.3
14.4
15.2
2
18.9
18.4
16.3
17.2
3
19.7
19.3
17.0
18.0
4
20.2
19.7
17.4
18.4
5
20.5
20.0
17.6
18.6
岩石
1
14.6
14.6
13.5
13.8
2
17.4
17.4
16.1
16.4
3
18.6
18.6
17.2
17.5
4
19.2
19.2
17.8
18.3
5
19.6
19.6
18.1
18.6
——自卸汽车卸载时间，一般取1min;
——自卸汽车调头和停留时间，见表10，取
=3.8min;
表10汽车调头和停留总时间（min）
汽车类型
汽车运距（km）
1
2
3
4
5
EQ340、QD352
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
BJ371
3.3
3.8
4.3
4.8
5.3
B540、350D
3.5
4.0
4.5
5.0
5.6
（2）.汽车工作台数：
台
式中：
N——自卸汽车需要台数，台；
K3——运输不均衡系数，K3=1.05～1.15，取K3=1.05；
Q——露天矿年运输量，t/a；
C——每日工作班数，1班；
H——年工作c日数，取H=200天；
——汽车台班能力，t；
K4——自卸汽车出车率；
；
（
——汽车大修间隔，h；a—每日工作班数；b—大修周期中汽车保修工作日及其他停驶工日;e—班运时间，h.）见表11如下：
.
表11保修工作日及其他停驶工日
汽车类型
EQ340
QD362
BJ371
B540
35D
SH380A
50B
LN392
大修间隔（小时）
2600
2600
2600
3200
保修工日
大修
30
40
45
45
中修
20
小修
19
24
24
30
三保
15
27
36
14
二保
12
16
20
20
一保
15
18
18
18
其他停驶工日
19
21
23
27
合计（日）
110
146
166
174
第三章开拓运输方案及布线方式
3.1开拓运输方法分类及选择
3.1.1开拓运输方法分类
露天开拓运输方法可划分为下列七种：
公路开拓运输；
铁路开拓运输；
联合运输；
3.1.2影响开拓方法选择的主要因素
影响开拓方法选择的因素甚多，主要的有：
自然地质条件，即地形，矿床地质，水文地质，工程地质及气候条件等；
生产技术条件，即矿山规模，矿区开采程序，露天采场尺寸，高差，生产工艺流程，选用设备类型以及技术装备等；
经济因素，即矿山建设投资，矿石生产成本及劳动生产率等。
3.1.3开拓方法选择的主要原则
要求矿山基建时间短，早投产，早达产；
要求生产工艺简单，可靠，技术先进；
基建工程量小，施工方便；
基建投资少，尤其是初期投资要少；
生产经营费低；
不占粮田，少占耕地。
3.1.4开拓方法的选择
结合开拓方法选择的主要因素及开拓方法选择的主要原则对本矿区开拓方法进行选择，首先，该矿区海拔较高，气候影响较大，供电受限，因此，只能选用柴油铲和柴油自卸运输汽车，其次，该矿年运输量不大，选用铁路和胶带会造成浪费，最后，由于该地区人烟稀少，且无耕地粮田，因此，可采取就近排岩的方式，汽车机动灵活，且在合理的运距范围内，工作效率高。
最终选择公路开拓运输方法。
3.2公路开拓运输布线方式
公路运输开拓线路的布置方式，按照露天矿开采部位的不同，分为山坡线路布置方式和深凹线路布置方式两类。
按照线路不同，分为折返式、螺旋式、直进式三种基本方式，以及这三种方式的不同组合形式。
我国常见的几种深凹露天矿汽车公路运输线路布置方式如下表。
表12深凹露天矿汽车公路运输线路布置方式表
布线形式
适用条件、特点
折返式
适用条件：
单一折返线路，可适用走向长度较长，开采深度中等的深凹露天矿；双侧单线和单侧双线线路，则适用走向长度很长，或运量很大的大型、特大型深凹露天矿特点：
线路均布设于露天矿非工作帮和端帮上。
根据露天矿走向的长度，决定折返次数，一般1-2个开采阶段折返一次
螺旋式
适用条件：
露天矿形状近于圆形，同时工作台阶数不宜过大、中、小型露天矿。
对于深凹露天矿接近采场底的2-3个开采阶段，常采用此方式，特点：
线路均设在露天矿最终帮上。
线路环绕上下盘及端部边邦。
该线路无回头曲线，行车条件好，露天矿扩帮量小。
但开沟方向和位置随线路变化而变化，生产管理较复杂，矿石贫化，损失较大
直进式
适用于山坡露天矿高差不大、地形较缓、开采水平较少或者凹陷露天矿开采深度较小、采场长度较大的露天矿。
错纳铅锌矿是一个兼有山坡和深凹开采的一个小型矿山，山坡露天矿大致25m左右深，采用采场外螺旋式，开采水平共用一条进出车线，采场内用移动线路联络，运输方便，机动灵活。
深凹露天开采深度90m左右，属于开采深度不大的露天矿，且矿场底部较开阔，矿岩四周均比较稳固，采用单一螺旋式线路，可以直接进入到矿场底部，且能满足开采要求，线路均布设于露天矿非工作帮和端帮上。
因此，采用直进螺旋式线路，对于该矿区是经济合理的，避免了布线形式过多，造成生产组织困难。
3.3出入沟的位置和参数
公路开拓的坑线出入沟口应尽量设置在工程地质条件较好、地形标高较低、距工业场地及矿、岩接受点较近的地方；
应避免和减少重载汽车在采场内作相反方向运行及无谓增加上坡距离，尽可能使矿石及岩石的综合运输功最小，所需运输设备数量少。
第四章露天矿最终境界圈定
4.1经济合理剥采比确定
设计生产能力为900t∕d。
先确定经济合理剥采比，经济合理剥采比的确定方法有许多，如原矿成本比较法、精矿成本比较法、储量盈利比较法以及国外通常采用的一些其他方法。
此处主要采用原矿比较法，露天开采的原矿成本由纯采矿成本和分摊的剥离成本两部分组成，即
所以原矿经济合理剥采比为
故储量经济合理剥采：
式中CD—地下开采的原矿成本，铅为259.37元/t，锌为331.26元/t；
a—露天开采的纯采矿成本为74.32元/t；
b—露天开采的剥离成本72.45元/m3；
γ—矿石容重，3.21t/m3；
—回收率（包括采矿、选矿），铅为75.11%，锌为80.58%；
n′—原矿经济合理剥采比，m3/m3；
n—储量经济合理剥采比，m3/m3。
故储量经济合理剥采：
m3/m3
m3/m3
故此处按照其铅的经济合理剥采比进行设计，经济合理剥采比为6.77m3/m3。
故此处按照其铅的经济合理剥采比进行设计，经济合理剥采比为6.8m3/m3。
4.2最终边坡组成设计和最终边坡角选取
4.2.1最终帮坡角
露天采场最终帮坡脚是采场最下一阶段的坡底线和最上一个阶段的坡顶线构成的假想平面与水平面的夹角。
影响最终边帮稳定的主要因素有:
（1）岩石的物理力学性质:
包括岩石硬度、凝聚力和内摩擦角等，
（2）地质构造:
包括由破碎带、断层、节理裂隙和层理面构成的弱面，不稳的软岩夹层，以及遇水膨胀的软岩等;
（3）水文地质条件:
地下水的静压力和动压力，地下水活动对岩层稳定性的影响；（4）强裂地震区地震的影响。
（5）开采技术条件和边帮存在的时间。
为了减少剥离量，在保证生产需要和安全的前提下，最终边帮角应尽可能大些。
最终帮坡角可参照类似矿山的实际资料或设计部门的资料选取。
如下表：
13苏联矿山设计院帮坡角资料
岩石硬度系数f
采场深度（90m内）
15～20
8～14
3～7
1～2
0.6～0.8
最终，结合该矿区主要矿体赋存于坚硬的中厚层长石石英砂岩，且顶底板围岩坚固性系数为f=7～14，露天开采深度大致在在90m，确定最终帮坡角上下盘均为
。
4.2.2阶段高度
阶段高度主要取决于矿岩性质和装载设备规格。
对不需要穿爆松散的软岩，阶段高度一般不超过挖掘机最大挖掘高度。
对需穿爆松散的硬岩，阶段高度不超过挖掘机最大挖掘高度的1.25倍。
我国设计和生产的露天矿，小型矿山的阶段高度一般为8～10m，大中型矿山一般为10～12m。
大型露天矿选用斗容
以上挖掘机时，阶段高度可采用12～15m。
如果组成最终边帮的岩层稳定性较好，允许有较陡的帮坡角时，可考虑把2～3个阶段合并为一个高阶段。
该矿选用的是三一重工C9系列:
SY465H-8,挖掘机最大挖掘高度为10.675m,阶段高
，可确定为10m。
4.2.3阶段坡面角
阶段坡面角与岩石的性质，岩层倾角和倾向、节理、层理和断层、阶段高度以及穿爆方法等因素有关。
一般阶段坡面角参见下表。
表14阶段坡面角参考资料
岩石硬度系数f
15～20
8～14
3～7
1～2
阶段坡面角
本矿岩石硬度系数f=7～14，选取台阶坡面角为
。
4.2.4最终平台宽度
露天采场最终平台分安全平台、清扫平台和运输平台。
安全平台和清扫平台的宽度与已定的采场最终帮坡角有一定的几何关系，一般可用计算确定。
安全平台宽度一般大于2m。
一般设计规定每间隔2～3个阶段设一个清扫平台（最终阶段并段时，可不设安全平台）。
清扫平台宽度根据拟采用的平台清扫手段决定。
运输平台位置，由开拓系统的运输线路而定。
其宽度和纵坡根据运输设备类型和规格决定。
一般安全平台为阶段高度的1/3，该矿区阶段高10m，安全平台可确定为4m。
一般清扫平台8～12m，该矿区总体来说，矿岩性质均比较稳固，根据类似矿山的资料和本矿山的实际情况可以确定本矿山的清扫平台宽度为10m。
运输平台宽度的计算，道路路基宽度等于路面宽度与路肩宽度之和。
而采场内运输平台宽度可参考下式计算：
。
式中
——采场内运输平台宽度，m；
——道路路面宽度，m；见下表；
表15路面宽度
车宽类型
一
二
三
计算车宽
2.4
2.5
3.0
参考车型
型号
实际车宽（m）
载重（t）
EQ340
2.30
4.5
QD351
2.45
7
BJ371
2.909
20
双车道路面宽度
（m）
一级
二级
三级
7.0
6.5
6.0
7.5
7.0
6.5
9.5
9.0
8.0
单车道路面宽度
（m）
1、二级
三级
4.0
3.5
4.5
4.0
5.0
4.5
根据单向行车密度确定道路等级
式中
——小时行车速度，辆；
——通过某区段的年运量，t；
——班工作日数，h；
——日工作班数，班；
——年工作日，d/a；
——汽车额定载重量，t；
——时间利用系数；
——+汽车载重利用系数；
——运输不均衡系数，取1.1～1.5。
由计算结果可知，N=75，参照表17所示，确定道路等级为二级。
表16道路等级
道路等级
小时单向行车密度（辆）
适用条件
一级
二级
三级
生产干线
生产干线、支线
生产干线、支线和联络线、辅助线
根据道路等级。
参照表16，采用双车道，得到到路面宽
=9.0m。
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