新疆富蕴县可可托海镇二矿沟脉石英矿露天开采设计.docx
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新疆富蕴县可可托海镇二矿沟脉石英矿露天开采设计
第1章总论
1.1设计任务与内容
设计题目:
新疆富蕴县可可托海镇二矿沟40#脉石英矿开采设计
依据所给矿山地质资料、地质地形图及勘探线剖面图，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。
1.2原始资料
新疆富蕴县可可托海镇二矿沟脉石英矿矿区范围内的3条伟晶岩脉，均出露在矿区内的石英—黑云母片岩层中，顺层产出，石英脉内与围岩界线清楚。
伟晶岩石英脉呈脉状，透镜状，花岗结构、文象结构、大块结构。
矿区内有岩脉3处，编号为别为：
ρ1、ρ2、ρ3。
含矿地层内各矿脉相互间展布形态在地表平面上呈似脉状形态。
脉体长100～198m，厚2～10m，矿体延深50～132m。
矿体产状大体与围岩产状一致，走向103°～108°，倾角70°～80°。
；矿岩容重γ=2.65t/m3，矿岩硬度系数f=9～11。
设计范围：
最低开采设计标高1600m，控制生产能力9万t，以开采主矿体为设计依据。
第2章矿床开拓运输方式
2.1矿床露天开拓的影响因素
影响开拓方法选择的因素甚多，主要有：
（1）.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；
（2）.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、选用设备类型及技术装备等；
（3）.经济因素，即矿山建设投资、矿石生产成本及劳动生产率等。
2.2矿床开拓方案的确定
2.2.1选择开拓方案的原则
（1）.要求矿山基建时间短，早投产，早达产；
（2）.要求生产工艺简单，可靠，技术上先进；
（3）.基建工程量少，施工方便；
（4）.基建投资少，尤其是初期投资要少；
（5）.生产经营费低；
（6）.不占良田，少占耕地。
2.2.2矿床开拓方案的确定
本次设计石英矿矿山年生产能力为9万t。
根据地形地质图和给定的最低开采标高可知，矿区地形条件较为复杂，属于山坡露天矿，由于公路运输灵活多变，所以选用公路开拓运输方案。
2.3矿山运输
2.3.1运输设备类型的选择
根据矿山年采剥总量和参照相关矿山数据，年生产能力9万t，剥采比为3.5:
1，所以年运输总量为40万t，所以，选用重型自卸汽车与矿用挖掘机配套使用，自卸汽车载重20～30t。
路面宽度8～10m，转弯半径15m。
2.4矿山运输能力
新疆富蕴县可可托海镇二矿沟脉石英矿年运量为40万吨。
第3章露天开采境界的确定
3.1确定露天开采境界的原则
露天开采境界确定的原则有以下几点：
（1）.圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石有盈利，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）.所圈定的露天采矿场的帮坡应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）.用经济合理剥采比圈定的露天开采范围很大，服务年限太长时，应按矿山一般服务年限确定初期露天开采的深度；
（5）.下列情况可适当扩大露天开采境界：
按境界剥采比不大于经济合理剥采比圈定露天开采境界后，境界外余下的工业矿量不多，经济上不宜再用地下开采；
矿石和围岩稳固性差，水文地质条件复杂，水量大，矿石和围岩有自燃危险等，在安全上和技术上不适合于地下开采；
（6）.下列情况可适当缩小露天开采境界
开采境界边缘附近有重要建筑物、构筑物、河流和铁路干线等需要保护或难于迁移至露天采场影响范围之外；
（7）.当矿体极不规则，沿倾向厚度变化大，矿体上部覆盖层较厚或地形复杂（如境界内有孤立山头等）时，用境界剥采比不大于经济合理剥采比初步确定境界后，再用平均剥采比进行校核；
（8）.如果基建剥离量大，初期生产剥采比大，则需进行综合技术经济比较，以确定用露天或地下开采；
（9）.对于特厚的剥采比很小的矿床，有时要根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应该按境界剥采比确定开采境界。
3.2影响露天开采境界的主要因素
影响露天开采境界的主要因素有：
（1）.自然因素。
包括矿床埋藏情况、矿岩性质、地形、工程地质和水文地质以及矿石品位；
（2）.技术组织因素。
包括技术水平、装备水平及道路情况；
（3）.经济因素。
包括基建投资、基建时间和达产时间、矿石的开采成本和销售价格，开采过程中矿石的贫化和损失，以及国民经济发展需要等。
3.3露天开采境界确定的主要程序及主要参数的确定
3.3.1开采深度的确定
在地质剖面图上，按境界剥采比不大于经济合理剥采比（即
）的原则确定合理开采深度，其步骤为：
（1）.在各横剖面图上初步确定露天开采深度
1）.根据矿岩硬度系数f=9～11，初选最终边坡角为68°；
2）.在各横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案；
3）.针对各个方案，用面积法计算其境界剥采比
；
4）.将各方案的境界剥采比
与开采深度H绘成关系曲线，再画出代表经济合理剥采比的水平线，两线交点的横坐标H，就是所要求的开采深度，见图3-1。
图3-1开采深度确定
（2）.在地质纵剖面图上调整露天矿底部标高
在各个地质横剖面图上初步确定了开采深度后，由于各剖面的矿体厚度和地形变化不等，所得开采深度不一。
将各剖面图上的深度投影到地质纵剖面图上，连接各点，得出一条不规则的折线。
然后按照使少采出的矿石量与多采出的矿石量基本平衡，并且让剥采比尽可能小的原则把地平面调整到同一标高。
经过比较各个勘探线剖面图的矿体分布数据，按照设计任务书，确定开采最低标高为1600m，根据地形地质图，确定最大开采深度为200m。
3.3.2最小底宽
露天矿最小底宽：
采用回返式调车时，最小底宽为
（3-1）
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。
代入数据，得：
<40m,取
40m。
3.3.3储量计算及服务年限的确定
1.资源量估算公式的选择：
（1）体积公式：
V=S·З
式中：
V——矿体体积（m3）
S——矿体的块段面积（m3）
M——矿体的真厚（m）
资源量估算公式：
Q1=V1·d1
式中：
Q——矿体块段矿石资源量（t）
V——矿体的体积（m3）
d——矿体的比重2.65（t/m3）
2.资源量估算结果：
Q=Q1+Q3
其中Q为总储量，Q1、Q3为各矿体储量。
利用各矿体垂直纵投影图，通过公式计算，该矿区长石矿石、石英矿石总储量（333）矿山可采矿量为42.93万t，矿石可采出40万t。
该矿山年生产能力为9万t/a，最终确定服务年限为4.5年。
3.3.4露天矿台阶要素与最终边坡角验算
台阶高度设计为10m，选择的汽车车宽4.85m，清扫平台宽度为7m，每隔两个安全平台设置一个清扫平台，安全平台宽为5m，选取运输平台宽为10m；出入沟坡度为8%；选取台阶坡面角取为75°。
露天矿最终边坡角按下式进行验算：
（3-7）
式中：
——最终边坡角，度；
——台阶数目；
——台阶高度，m；
——台阶坡面角，度；
——安全平台的宽度，m；
——清扫平台的宽度，m。
代入数据，得：
=4.12，即
因
=76.35°>68°，即选取的最终边坡角68°是合理的。
3.3.5绘制露天矿底部周界
依据任务书的要求，以勘探线的剖面图为基础确定底部周界和上部境界的范围。
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；
3.3.6绘制露天矿开采终了平面图
根据设计所确定的出入沟方位（依据图纸情况指定）、参数（包括联络平台参数）、运输设备规格，进行开拓坑道定线。
本矿山属于凹陷露天矿，由于矿山外部公路未知，所以，出入沟方位在图中任选以合理位置进入采矿场，选用直进折返式开拓坑线布置到达各开采水平，采剥作业是从采场的最高水平开始进行，逐层向下。
随着开采水平下降，矿岩运输距离逐渐增加，汽车运输效率相应降低，运输费用随之增加，所以管理者应在这方面加强管理，提高效率。
底部标高为1600m，最高一个台阶标高为1600m。
从底部周界开始，开采深度200m，按设计的边坡组成要素，地址地形图上对矿山的开采工程进行布置。
绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图。
3.3.7计算平均剥采比
根据圈定的岩石量和矿石量，按照采剥比为1：
3.5进行计算。
所以，剥离的总量为40+40×3.5=180万t，按照比重为2.65计算得68万m3。
第4章穿孔爆破
4.1穿孔工作
穿孔设备选择：
本矿山的年产量是9万t,，属于中小型露天矿，矿山采用矿用潜孔钻机。
4.2爆破工作
4.2.1爆破方法选择
考虑对爆破质量、爆破安全和爆破经济上的要求，本矿山露天开采设计中选用逐孔起爆技术，可以有效地控制大块率和爆破地震效应，从而可以改善爆破效果。
4.2.2爆破材料
炸药：
采用乳化炸药（其抗水性能强，爆炸威力高）。
起爆器材：
采用高精度导爆管雷管。
4.2.3钻孔形式和布孔方式
钻孔形式：
由于选用的是矿用支架潜孔钻机，可选用垂直孔（预留孔为68°倾角）。
布孔方式：
多排孔矩形布置。
4.2.4爆破参数的确定
（1）炮孔直径D
根据钻孔设备取D=80mm；
（2）.倾斜孔抵抗线W
①按底盘抵抗线W与台阶高度h的关系确定：
W=（0.6~0.9）h（4-4）
式中：
W——底盘抵抗线，m；
——台阶高度，m。
代入数据，得：
=6m
②按钻孔直径D确定底盘抵抗线W：
（4-5）
式中：
K——与炮孔倾角、岩石硬度、作业条件有关的系数，一般取25~45，取32。
代入数据，得：
W=32×0.08=2.56m，取3m；
③根据钻孔装药条件计算W：
（4-6）
式中：
e——钻孔填塞系数，
p——超钻系数，一般取0.15~0.35，取0.20；
m——钻孔邻近系数，m=0.8~1.4，取1；
q——单位炸药消耗量，kg/m3，取0.5kg/m3；
——每米炮孔装药量，kg/m，25kg/m。
=7.01m，取7m。
按以上三种条件计算结果，取最小值W=3m，并按作业安全条件验算。
经验证选取W=3m满足安全要求。
（2）.孔距
、排距
和临近系数m
排距b=W=7m
孔距：
（4-8）
式中：
——炮孔的间距，m；
——炮孔邻近系数，取
=0.9；
代入数据，得：
m
（3）.钻孔超深
′：
′=（0.13~0.35）W（4-10）
代入数据，得：
m
（4）.充填长度
（4-11）
式中：
——充填系数，垂直孔
=0.7～0.8，取0.8。
代入数据，得：
m
（5）.炸药单位消耗量
和每孔装药量
根据矿岩的坚固性系数
=9~11，选取炸药的单耗
=0.5kg/m
。
每孔装药量
的确定：
前排孔：
（4-12）
后排孔：
（4-13）
式中：
t——后排孔药量增加系数，t=1.1～1.2。
代入数据，得：
kg
kg
4.2.5装药、填塞、起爆方法
台阶要素，台阶高度H=10m、孔深L=11.5m、填塞长度l2=2.5m、孔距a=3m、排距b=3m、地盘抵抗线Wd=3m。
装药：
采用人工装药；
填塞：
人工就地取材填塞（钻孔时排出的岩粉）；
起爆方法：
导爆管起爆法。
采用的是逐孔起爆技术。
4.2.6爆破网路设计
孔内装两发雷管，延期时间为400ms。
孔间延期时间为17ms和25ms，排间延期时间为42ms和65ms。
起爆方式采用“V”形起爆，相邻分段被爆岩体相互产生挤压破碎较充分，爆破效果很好，爆堆也较集中。
“V”形起爆方案首先使中间一排掏槽孔起爆，形成一条沟状自有面，然后再起爆两侧各排钻孔。
“V”形起爆方案，减小了爆破岩体时的夹制作用，提高了破岩效率。
爆破网路图见4-2。
图4-1爆破网路图
在露天矿山生产中，（台阶）深孔爆破后，一般会产生一些块度超过规定尺寸的矿岩块。
对这些不合要求的矿岩块，一般还要采用浅眼爆破、裸露药包爆破或液压锤进行二次破碎。
4.2.7一次爆破量的确定
根据露天爆破对爆破矿岩数量的要求：
为保证挖掘设备能够正常连续工作，要求工作面每次爆破的矿岩量，至少保证挖掘设备5~10个昼夜的采装要求。
（4-15）
式中：
A——年采年采剥量90000t/a；
t——每年工作天数，180天；
k——采装昼夜数，取1昼；
代入数据得：
所以一次爆破方量为4000m3。
第5章开采工艺
5.1工作线布置及矿山开采程序
该矿山采用直进折返式坑线开拓。
在露天矿最终边邦按所确定的出入沟位置、方向和坡度，从地表台阶上盘向台阶下盘掘进出入沟，达到下部平盘，子出入沟的末端掘进水平开段沟，以建立开采台阶的初始工作线。
采用开段沟沿采场走向纵向布置，工作线垂直走向推进。
5.2挖掘机选择
5.2.1挖掘设备类型确定
根据载重汽车、台阶高度和矿山的年产量，选用矿用挖掘机1台。
5.3采区长度与采区宽度的确定
5.3.1采区长度Lc
划归一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫采区长度。
采区长度的具体值视需要与可能，根据穿爆与采装的配合，各水平工作线的长度、矿岩分布和矿石品级变化，台阶计划开采强度以及运输方式等条件来确定。
采区的最小长度应满足挖掘机正常作业。
运输方式对采区长度有重大影响。
当采用汽车运输时，由于各生产工艺之间配合灵活，采区长度可以缩短，所以，选取采区长度50m。
5.3.2采掘带宽度bc
采用汽车运输时采掘设备在平面上沿采掘带长度移动的中心线经常变化，采掘带宽度可大可小，为了充分利用采掘设备的工作参数，使汽车位于挖掘机两侧装车，采掘带宽度大于20m。
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