露天矿开采课程设计.doc

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1、22目 录 第1章 前言31.1 课程设计目的和任务31.2 课程设计要求31.3 课程设计内容4第2章 矿床开拓运输方式52.1 矿床露天开拓的基本要求及其影响因素52.2 矿床开拓方案的确定52.3 矿山运输设备及其数量62.4 矿山运输线路参数设计62.5 矿山运输能力8第3章 露天开采境界的确定93.1 确定露天开采境界的原则93.2 影响露天开采境界的主要因素93.3 露天开采境界确定的主要程序及主要参数的确10第4章 穿孔爆破164.1 穿孔工作设备及其数量，孔径164.2 爆破参数的确定164.3 装药量计算184.4 爆破器材与爆破网路设计爆破安全与爆破警戒，附炮孔图和爆破网路

2、图19第5章 采装工艺205.1 工作线布置及矿山开采程序205.2 挖掘机选择及其数量205.3 采区长度与采区宽度215.4 汽车在工作面上的运行图21参考文献23第1章 前言1.1 课程设计目的和任务1课程设计是采矿学II理论课程教学的延续，通过课程设计使学生进一步学习掌握采矿学II的内容，并熟悉露天矿山初步设计的一般过程和方法；2培养学生对采矿学、爆破工程、边坡稳定性分析、工程制图、矿山地质学和岩石力学等相关知识的综合运用，并以此进行工程设计的能力；3通过课程设计培养学生学会使用采矿设计手册、设计标准和规范的能力；4提高技术总结和编制技术文件的能力；5为毕业设计做好技术准备。1.2 课

3、程设计要求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。基本要求如下：1. 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；2参数设计及其取值依据或简述其理由；设计参数选取要求参照采矿设计手册(建筑工业出版社)；3手工绘制或上墨绘图笔绘制露天开采终了平面图(1#图纸)，比例为1：2000。简要叙述作图步骤和方法；书名书附图：中深孔炮孔布置及装药结构图；4根据圈定矿体计算圈定矿体储量，根据生产能力计算服务年限；5设计说明书一份(包括目录和正文)，篇幅不少于10页，打印

4、文稿；设计说明书力求通顺、简洁，参数选取合理、计算正确，篇幅10页左右，交A4纸打印稿。1.3 课程设计内容1.3.1设计题目：塔东铁矿床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，初步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。1.3.2原始资料(地质资料及开采技术条件)塔东铁矿矿区内矿体有零星初露，矿体不规则分布于上元古界塔东群的朱敦店组和拉拉沟组之中。矿体倾角从50o到80o不等，与围岩倾向基本一致。矿体母岩主要为黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、斜长角闪岩、二云石英片岩夹透辉大理岩透镜体、黑云变粒岩夹黑云斜长角

5、闪岩磁铁斜长角闪岩、透辉斜长片麻岩以及透辉岩、透辉斜长片麻岩夹黑云斜长片麻岩，此外还有花岗闪长岩、留辉石，成矿矿物主要是脉条状的磁铁矿，矿体厚度020m不等，矿体具体产状与分布参见地形地质图和剖面图。最上层为第四系残坡积层，可分为两类：冲积层，由砾石、砂、粘土组成；残坡积层零星分布于地势低凹及平坦处，由褐黄、褐红色粘土组成；区内无构造，但是存在有夹层，夹层最小剔除厚度为1m，矿区范围内延伸长度约2000m，出露宽度约100m，厚度30m；本矿床主要矿石类型为黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云变粒岩夹黑云斜长角闪岩磁铁斜长角闪岩、透辉斜长片麻岩夹黑云斜长片麻；矿岩容重=3.2 t/m3，矿岩硬度系

6、数f=911。设计范围：最低开采设计标高530 m，67勘探线之间，njh=7:1m3/m3，控制生产能力220万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 矿床露天开拓的基本要求及其影响因素2.1.1矿床开拓方案设计的基本要求： 结合开采工艺系统和开采程序合理选择矿床开拓方案 使设计矿山建设速度快，并满足矿石产量和质量要求 投产早，达产快，基建时间短、投资省，生产费用低 尽量采用先进技术和设备，提高技术可靠性/生产效率2.1.2 影响开拓方案设计的主要因素： 地质地形条件地形地貌：山坡露天矿还是凹陷露天矿山坡/凹陷露天矿：上部开拓，深部开拓，及其相互衔接矿床地质，水文地质，气

7、候条件 开采技术条件矿山规模，开采程序，露天采场尺度，生产工艺流程，设备类型及技术装备，矿区总平面布置 经济因素国家的经济政策，矿山建设投资，矿石生产成本，劳动生产率，矿山服务年限2.2 矿床开拓方案的确定 此矿山采用凹陷露天矿公路开拓,原因： 机动灵活，适于各种地形条件和矿山形式(山坡和凹陷露天矿)，而该矿山最低设计开采标高为530米，设计区域（矿区67勘探线之间）的最高标高782米、最低标高642米，最大高差为140m，有大部分为凹陷露天矿，小部分为山坡露天矿，为满足需要，所以采用公路开拓。2.3 矿山运输设备及其数量因为矿山设计年生产能力为220万t,生产剥采比为7:1，所以年矿石运量为

8、1760万t,日总运量为(1760/306)t设备数量式中N为自卸汽车需要台数，台；Q为日总运输量，t，Q=13432 t；为运输不均衡系数，取=1.1；为自卸汽车出车率，取=0.7。A自卸汽车运输能力,估算取4520所以取N=22台，其中矿石运输工作24台，荒料运输工作1台，荒料运输备用1台，矿石运输备用2台2.4 矿山运输线路参数设计2.4.1 道路等级 根据矿山的行车密度、使用年限、地形条件选用三级公路根据采矿设计手册表1-3-26，因选用w392型自卸汽车，设计公路为三级公路，单车道，路面宽度7.5米。2.4.2 单向行车密度 式中 N小时行车密度，辆；Q通过某区段的年运量，t；S班工

9、作时数，h，取8；C日工作班数，取3；H年工作日，d/a，取306；G汽车额定载重量，t；时间利用系数，取0.9；汽车载重利用系数，取0.8；K运输部不平衡系数，取1.12.4.3 道路平面错车道根据采矿手册，行车速度为20km/h，错车道设在纵坡不大于的路段，任意相邻两错车道能互相通视，其间距不大于300m。错车道如图1图 1 错车道-等宽长度；-渐宽长度；-双车道路基宽度；-单车道路基宽度；-双车道路面宽度；-单车道路面宽度；-路肩宽度道路视距 由采矿手册查得的停车视距20m，会车视距40m。圆曲线半径 由采矿手册查得圆曲线半径选15。.超高 根据圆曲线的半径选超高横坡。曲线加宽因为圆曲线

10、的半径小于200m，应在圆曲线内侧加宽路面。圆曲线为15m，在圆曲线的位置加宽1.2m。路面宽度 查阅采矿手册q取6m2.5 矿山运输能力 查采矿设计手册公式1-2-1：=2200000（1+7）=17600000t式中年矿岩总生产能力，t/a;A 年矿石生产能力，t/a;n生产剥采比，t/a,n=7:1。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合理的露天矿开采境界的确定，就是使所控制的剥采比不超过经济合理剥采比。主要有以下几点：(1) 境界剥采比不大于经济合理剥采比，即要求开采境界内边界层矿山的露天开采费用不超过地下开采费用，使矿床开采的总费用最小。(2) 矿区内凡满足一定储

11、量规模、产出形态清晰、岩石节理裂隙相对不发育、矿体出露较好的白色花岗岩或灰白色粉红色花岗岩体圈定为矿体。(3) 保证地质详查报告提供的地质储量得到充分利用；(4) 开采境界内的平均剥采比尽可能小；(5) 境界圈定的结构参数要有利于最终边坡的稳定；(6) 境界圈定参数要与矿山生产规模、矿岩物理性能、开采设备技术性能等相适应。3.2 影响露天开采境界的主要因素(1)自然因素矿床埋藏条件，矿床勘探程度，储量等级，矿岩性质，工程地质，水文地质，矿区地形(河流/湖泊)。(2)经济因素矿石质量与价值，原矿与精矿成本与价格，基建投资与建设期限，资金的时间效应，国家/地区的经济发展方向。 (3)技术组织因素开

12、采技术水平与发展进步趋势(露天地下)，装备水平，矿山附近交通条件，建构筑物设施，制约与促进其应用推广的技术组织条件。3.3 露天开采境界确定的主要程序及主要参数的确 (1) 露天矿最小底宽满足采运设备正常运行和安全作业；使矿石量最大，废石量最。小不小于开段沟底宽，公路运输一般最小底宽式中汽车最小转弯半径，m； 汽车宽度，m；e 汽车距边坡的安全距离汽车长度，m。查采掘机械表14-1参考得=21.03m，=5m，e=1.5m；=10m。=21.03+0.55+21.5+0.510=31.53,取最小底宽为32m(2) 露天矿台阶要素与最终边坡角 矿体母岩主要为黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、斜长角闪

13、岩、二云石英片岩夹透辉大理岩透镜体、黑云变粒岩夹黑云斜长角闪岩磁铁斜长角闪岩、透辉斜长片麻岩以及透辉岩、透辉斜长片麻岩夹黑云斜长片麻岩，此外还有花岗闪长岩、留辉石。据课本金属矿床露天开采查表5-3，岩石属于坚硬级别。取台阶坡面角为。最终边坡角取。安全平台宽取6m,每隔2个安全平台设置一个清扫平台，清扫平台宽度取12m。因此矿山的采用WK-4挖掘机，最高挖掘高度为10m，阶段高度不超过挖掘机最大挖掘高度的1.25倍，所以这里取台阶高度为12m。(3) 绘制露天矿底部周界图2 露天矿底部周界（4） 绘制露天矿开采终了平面图（见附图）(5) 计算平均剥采比表1 个勘探线坡面图的矿体面积、开采面积、境

14、界剥采比、平均剥采比勘探线矿体面积/废石面积/境界剥采比平均剥采比79938250001.516 4.3559582325502.397320160325500.614518312401003.82404801423507.82124410458209.3946455483006.483612550474602.758平均剥采比小于设计条件给出的经济合理剥采比（7:1），满足设计要求（6）计算设计境界矿石储量及开采年限1计算公式资源储量计算公式式中 Q 资源储量，万t； 矿石容重，t/m3。2体积采用垂直断面法 (1) 当两相邻对应断面面积之差与大面积之比小于40%时，即时，采用梯形公式计算体

15、积：(2)当两相邻对应断面面积之差与大面积之比大于40%时，即时，采用截锥体积：(3) 当一个断面向一端作楔形时，采用楔形公式计算体积：(4) 当一个断面向一端作点时，采用锥形公式计算体积：上述公式中 V 矿块体积；S1 剖面图上较大矿块断面面积；S2 剖面图上较小矿块断面面积；L 两矿块之间的距离。3各勘探线开采圈定范围面积（见表1）4各勘探线间距离都为100 m 5各勘探线间分段体积及矿量的计算(单位：、t) (1) 体积公式当两个相邻的断面形状相似时，若，；当两个相邻的断面形状相似时，若， ；当一个断面向一端作楔形尖状时，1) 75：因，则2) 53：因，则3) 31：因，则4) 10：

16、因，则5) 02：因，则6) 24：因，则7) 46：因，则表2 各勘探线范围矿石体积及矿石重量勘探线体积 / m3矿量 / t759760003123200534655004.8314417801.6102072544021473760241738400462987260.8合计639624120467971.2 6开采年限N=20467971.2/2200000=9.3年第4章 穿孔爆破4.1 穿孔工作设备及其数量，孔径根据岩石坚固性和矿山生产能力，查阅采矿手册可以选择KY-250设备数量的确定矿山所需牙轮钻机的数量可以按照下式确定:式中，N-所需设备数量，台 Q-设计矿山的年采剥总量，t

17、 -每台牙轮钻机年穿孔效率，m/a q-每米炮孔崩落量，t/m e-废孔率，%根据采矿手册可知Q为450万吨 ,为25000 m/a，q为120 t/a，e为1.2%=2 台所需设备为2台KY-250，钻孔直径为250mm。4.2 爆破参数的确定4.2.1 孔深和孔径孔径：由于选择了KY-250钻机，所以孔径为250mm孔深：垂直孔时 L=H + h ;倾斜孔时 L= 查阅采矿手册可知，垂直孔时为13.5m,倾斜孔时为14.3m。4.2.2 底盘抵抗线 它是影响露天矿微差爆破效果的重要参数。其值的大小，与钻孔直径、装药直径、炸药特性、装药密度、岩石可钻性、要求破碎程度以及台阶高度等因素有关。它

18、的确定，是在满足岩石破碎条件、安全条件以及装药条件的前提下按经验公式进行计算的。按底盘抵抗线与台阶高度h的关系确定：垂直孔 倾斜孔 式中：底盘抵抗线，m； 斜孔抵抗线（即最小抵抗线）； 台阶高度，m；4.2.3 孔距a、排距b和临近系数m 孔距a和排距b是两个很重要的参数，它控制了钻孔间相互作用的效应。它们之间的关系是：第一排孔 后排孔 分别为前后排炮孔间距，m。式中 分别为前后排孔临近系数，一般，正三角形布孔时，；方形布孔时，；查阅采矿手册=0.9 所以=7.6m =7.8m临近系数m的大小，对炸药能量的利用有着重要影响。在我国露天矿深孔爆破中，临近系数一般变化在0.51.4之间。近年来，国

19、内外露天矿在多排孔爆破时，从第二排孔开始，采用大孔距爆破技术。根据一些露天矿爆破经验表明，在保持每个炮孔负担面积S基本不变的情况下，适当地减小排距而加大孔距，从而增大临近系数，可以使爆破质量得到改善。其关系式为 或 式中 S每个钻孔负担的爆破面积，m2；其它符号意义同前。所以b=6.8m当采用斜线微差起爆时，钻孔排列、起爆顺序及抵抗线方向等发生变化，起爆孔排间距减小、孔距加大，从而提高了临近系数m4.2.4充填长度 充填长度对深孔爆破爆炸能量的利用有很大影响。充填长度不足，炸药能量会从孔口直冲而出，造成岩块飞散，爆破质量降低；充填长度过大，不仅浪费钻孔，且在孔口充填段易产生大块。当钻孔采用连续

20、装药时，其充填长度可按下式计算 或 式中 e充填系数，垂直孔e0.70.8；倾斜孔e0.91.0；所以，垂直孔取5.6m,倾斜孔去5.4m。4.2.5炸药单位消耗量q由于岩石的坚固性以及岩体结构和构造的差异，岩石的可爆性不同，则炸药单位消耗量也不相同。查阅采矿手册，q为0.5。4.3 装药量计算目前，国内外露天矿有增大炸药单位消耗量的趋势，借增大q值以求改善爆破效果。降低露天矿总的生产成本。每孔装药量Q的确定，国内外普遍采用体积公式计算，即前排孔 后排孔 式中 Q每孔装药量，kg； K齐发爆破时后排孔药量增加系数，一般K1.11.2；所以前排孔为383.04 Kg,后排孔为310.08 Kg。

21、4.4 爆破器材与爆破网路设计爆破安全与爆破警戒，附炮孔图和爆破网路图本矿山可以选择乳化炸药，因为乳化炸药是一种抗水性强，威力高的新型工业炸药，加工成本和浆状炸药相当，但炸药性能优于浆状炸药，适合于露天不同条件的爆破。为了安全着想我们选择导爆管，因为导爆管是传递冲击波的小管，具有传播稳定能抗杂散电流、静电和射频电流等，抗水性能好。导爆管和非电毫秒雷管、联接传爆件、引爆元件等组成导爆管非电起爆系统。杂散电流超过规定地段可以选择非电起爆系统。图2炮孔图和爆破网路图第5章 采装工艺5.1 工作线布置及矿山开采程序按工作线的布置形式分为：工作线纵向布置依据坑线布置的位置可分为：移动坑线下盘布置查阅采矿

22、手册，出入沟的坡度为10%，连接平台取60m。5.2 挖掘机选择及其数量根据合理车铲比和矿山年采剥总量查阅采矿手册可以选择WK-4单斗挖掘机，其主要参数如下:铲斗容量4 、理论生产率 572 、最大挖掘半径14.4m、最大挖掘高度10.1m、最大挖掘深度3.4m、最大卸载半径12.65m、最大卸载高度6.3m等。矿山所需挖掘机台数的确定式中，N-所需挖掘机台数，台 A-年采剥量， -挖掘机台年效率，所以，挖掘机的数量为2台5.3 采区长度与采区宽度5.3.1采区长度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

23、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，一般不小于150200m，查阅采矿手册取300m。5.3.2采掘带宽度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，采掘设备的工作参数有时不能充分利用。采用汽车运输时，挖掘机工作参数与运输线路之间没有固定联系，采掘带宽度可大可小。汽车位于挖掘机两侧装车。因为汽车运输：=40-60m和=(0.7-1.0)，所以取45m5.4 汽车在工作面上的运行图汽车调车的方式为折返式，如下图1：图3 汽车调车方式参考文献1 李宝祥，金属矿床露天开采，冶金工业出版社，1992年5月第一版2 张梦麟，采矿手册，中国建筑工业出版社，1987年12月第一版3 宁恩渐，采掘机械，冶金工业出版社，1980年11月第一版4 郭学彬 张继春.爆破工程 .人民交通出版社 2007年第一版 22