1、本科课程设计金属矿床露天开采课程设计学院名称环境与资源学院专业名称采矿工程学生姓名学号指导教师朱强助教二O一六年十一月目录1.1确定露天开采境界的原则和因素31.1.1露天开采境界确定的原则31. 1.2影响露天开采境界的主要因素41.2露天开采境界主要参数的确定41.2. 3开采深度的确定41.3. 2最小底宽41.4. 3露天矿台阶要素与最终边坡角验算51.5. 4绘制露天矿底部周界51.6. 6绘制露天矿开采终了平面图52、露天开拓方法设计62. 1矿床露天开拓的影响因素62. 2矿床开拓方案的确定62.2.1 选择开拓方案的原则62.2.2 矿床开拓方案的确定62.3.1出入沟的布置6
2、3、露天矿主要开采工艺设计73.1 穿孔工作71 .1.1穿孔设备选择73 .1.2穿孔设备数量计算73.2爆破工作83.2.1爆破材料93.2.2爆破方法选择93.2.3钻孔形式和布孔方式93.2.4爆破参数的确定93.2.5装药、填塞、起爆方法113.2.6爆破网路设计123.2.7一次爆破量的确定133.3采装工作143.3.1电铲及运输设备类型的选择143.3.2挖掘机数量确定143.4采装工作面参数及工作平盘的配线方式153.4.1台阶高度153.4.2采区长度153.4.3采掘带宽度be163.4.4最小工作平盘宽度及工作平盘宽度163.4.5平盘配线方式16参考文献161、露天开
3、采境界的确定1.1 确定露天开采境界的原则和因素1. 1.1露天开采境界确定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
4、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，
5、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。如硅石、白云石、石灰石及特厚巨大的铁矿床，主要是根据服务年限和勘探程度确定合理的开采深度1.1.2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：.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四。1.2露天开采境界主要参数的确定1.2.3开采深度的确定设计基础资料中已经给出最大开采深度为56
6、5m1.2.2最小底宽露天矿最小底宽：采用回返式调车时，最小底宽为Bmm=2(4nim+054+e)(I-I)式中：4mm汽车最小转弯半径，m；bc汽车宽度，m；G汽车距边坡的安全距离，mo代入数据，得：Bmin=2X(7.65+0.53.02+1)=20.32根v25m,取Bmin25m1。1.2.3露天矿台阶要素与最终边坡角验算台阶高度设计为15m,选择的汽车车宽3.02m,清扫平台宽度为10m,每隔两个安全平台设置一个清扫平台，安全平台宽为5m,查表1-2-38采矿场内运输平台宽度表，选取运输平台宽为19m；出入沟坡度为8%；查表5-7台阶坡面角参考资料，选取台阶坡面角取为75。，最终边
7、坡角定为南50。，北55。露天矿最终边坡角按下式进行验算：nInnln2tan分=z(zcotcif)+Z?(1-2)1/111式中：最终边坡角，度；H台阶数目；h台阶高度，南h=770-570=200m,北h=680-57O=II0；。台阶坡面角，度；a安全平台的宽度，m；b清扫平台的宽度，mo代入数据，得：tanyff1=200(200cot75+95+410)=1.44,即l=55.25tan2=110/(715cot750+55+2l)=l.53,即.=56.84因A=55.2550,为=56.8455。即最终边坡角定为南60。，北55。是合理的。1.2. 4绘制露天矿底部周界依据任务
8、书的要求，地质勘探线I勘探线至Vl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；1.2.6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和部分山坡露天矿，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
9、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565m,最高一个台阶标高为770m。从底部周界开始，开采深度200m,按设计的边坡组成要素，在1号图纸上绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图(见附图)。2、露天开拓方法设计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) .矿体赋存的地质地形条件对开拓方式的影响；(2) .露天矿生产能力对开拓方式的影响；(3) .基建工程量和基建期限对开拓方式和方案的要求；(4) .矿石损失与贫化对开拓方式和方案的要求；(5) .地下开拓方式的利用。2.2矿床开拓方案的确定2.2.1选择开拓方案的原则(1)
10、矿山建设速度必须满足国家的要求，保证投产早，达产快；(2)生产工艺简单可靠，设备选择应因地制宜，中小型矿山尽量采用本地区能制造的设备；(3)工程量少，施工方便；(4)不占良田，少占耕地，并有利于改地造田；(5)基建投资少，特别是初期投资少；(6)生产经营费用低mo2.2.2矿床开拓方案的确定本次设计的张坝沟石灰石矿山生产能力为255万吨，矿石、废石运距3.5km,属于生产能力较小、运距较短的露天矿。露天矿的深凹部分采场尺寸较小，布置铁路线路时，工程量大，需设较多的车站；采场开采深度较小，运距不大，采用公路开拓运输能够满足生产需要，因此排出铁路运输。为了尽快达产，减少基建时间和基建投资，充分发挥
11、电铲的效率，选用汽车公路开拓系统。2.3开拓坑线的布置2. 3.1出入沟的布置(1)山坡露天矿部分由于山坡露天矿的采矿场与卸矿点之间的相对高差较大，可布置的开拓线路的范围较小时，采用折返式布线方式。山坡露天矿的采剥作业从采区内最高台阶开始逐层向下进行，因此，开拓干线在基建时期就必须从地表修筑达到最高开采水平。(2)深凹露天矿部分由于汽车运输机动灵活，爬坡能力大，从一个水平至另一水平的沟道较短。因此折返坑线开拓能适应于开采采矿长度不大的凹陷露天矿，可减少基建投资，缩短基建时间，有利于加速新水平的准备。3、露天矿主要开采工艺设计2.1 穿孔工作2.1.1 穿孔设备选择本矿山的年产量是255万t,属
12、于小型露天矿，矿山采用KY-150型牙轮钻机，该牙轮钻机的特征参数见表3-lo表3-1KY-150牙轮钻机技术特征参数钻孔直径120150mm机重32t钻具速度45,60,90r/min孔向90最大轴压127kN爬坡能力14孔深21m总功率315.5kW钻杆直径104,114mm适用岩种f=0-123. 1.2穿孔设备数量计算(1) .该钻机的台班生产能力按以下公式计算:A=O.6v7(3-1)式中：A钻机台班生产能力,m/台班；V钻机的机械钻进速度，cm/min；Tb班工作时间，h；工作时间利用系数，0.4-0.5,取0.4。其中:V=3.75Pn9.8l3zy=3.75127000x609
13、810311.49.5=26.92cmmin(3-2)式中：P牙轮钻机轴压，N；n钻头转速，rmin,为保护钻具取60；D钻头直径，cm；f岩石坚固性系数，石灰石矿取7-11,取9.5。代入数据，得：A=0.6X26.92x8X0.4=51.69m/台班.钻机工作台数N=K?QmnABKl(3-3)式中：N一一钻机工作台数；台；Ki一一成孔率,一般为0.90.95,取0.9；K2一一产量不均衡系数，一般为LIO1.15,取1.15；Q矿山每年需要钻孔爆破的矿岩总量；292.25万t/a；A钻机实际台班生产能力，m/台.班；B每米钻孔爆破量，tm,内比取90t/m；n每天工作班数；3班；m钻机
14、年工作天数；取310天；代入数据，得：N=L15x2922500=cml台310351.69900.9.钻机在册台数(3-4)式中：N一一钻机工作台数K3一一钻机作业率，潜孔牙轮钻机为0.450.65,取0.55。代入数据，得：3.2.1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：采用导爆管雷管。3.2.2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。3.2.3钻孔形式和布孔方式钻孔形式：选用垂直孔。布孔方式：多排孔梅花型布置。3.2.4爆破参数的确定(1)炮孔直径D根
15、据钻孔设备取D=150mm；(2).倾斜孔抵抗线W按台阶高度h计算底盘抵抗线W：W=(0.60.9)h(3-5)式中：W底盘抵抗线，m；h台阶度，rro代入数据，得:W=0.615=9m按钻孔直径D确定底盘抵抗线：W=KD(3-6)式中：K与炮孔倾角、岩石硬度、作业条件有关的系数，一般取2050取40。代入数据，得:W=400.15=6m根据钻孔装药条件计算w：7.85叫kmh(3-7)式中:D炮孔孔径，dm；装药密度,mi.2kgm3;装药系数，=0.60.8,取0.8；m炮孔密集系数，m=0.6L5,取m=0.8;k炸药单耗，取0.53kgm3;L2装药长度，10.5mo取5.5mo官匹:
16、I,/-.?%.,NkmhV0.530.815按以上三种条件计算结果综合取值W=6m,并按作业安全条件验算。按作业安全条件验算：Whctgcf+b=150.27+1.9=5.95m(3-8)式中：b钻孔中心至台阶坡顶线的安全距离，一般b1.53加；6m5.95m,显然满足安全要求，所以选取底盘抵抗线6m。(2) .孔距。、排距和临近系数m孔距：amW(3-9)式中：m一一炮孔邻近系数，取机=0.8o代入数据，得：a=0.8x6=4.8m,取5m排距：b=0.866a=4.3m,取4.5m.钻孔超深Z八(0.130.35)W(3-10)代入数据，得：Z=0.24x6=1.44m,取1.5m(4)
17、 .充填长度4=(2030)D(3-11)代入数据，得：L1=300.15=4.5m,取二4.5m(5) .炸药单位消耗量4和每孔装药量Q根据矿岩的坚固性系数=71L选取炸药的单耗k=0.53kgm3o每孔装药量。的确定：前排孔：Qi=kaWh(3-12)后排孔：。2=左kabh(3-13)式中：k后排孔药量增加系数，F=Ll1.3。代入数据，得：Q1=0.53x5x6x15=238.5kgQ2=0.534.55.5151.1=216.4kg(6) .装药量验算Q=宵2A(3-14)式中：Q装药量验算值，kg；装药密度，kgdm3,乳化炸药取1.2kgm3;L3超深装药长度，12m。代入数据，
18、得：八,1215021031.2c-ynQr=254.4kg4。大于0,也大于。2,所以满足装药要求，无需修改参数。3. 2.5装药、填塞、起爆方法装药结构图，如图3-1。图3-1装药结构图装药：采用炸药混装车耦合连续装药；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。3.2.6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,排间延期时间为42mso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
19、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3-2。图32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等进行二次破碎。3.2.7一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。Qz=F（3T5）式中：A年采年采剥量2622000ta;t每年工作天数，310天；k采装昼夜数，取8昼夜；代入数据得：C292250038_1QQQ3Q9=25139.8m23
20、10所以一次爆破方量为25139.8m3。3.3采装工作3.3.1 电铲及运输设备类型的选择根据载重汽车、台阶高度和矿山的年产量，年生产能力255万t,剥采比为0.15:1,所以年运输总量为292.25万t。选取WK-4矿用单科正产式挖掘机，WK-4的性能参数如下（表3-2WK-4的性能参数）。根据中国的斗容与厢容的配比为1：31：5,选用型号为宇通重工YT3501型自卸汽车与其配套。宇通重工YT3501载重32t,最小转弯半径为7.65m,汽车长为8625mm,宽为3018mm,高为3420mm,最高车速52kmh,最大爬坡度52%,设该矿运距为3.5km。表3-2WK-4的性能参数铲斗容积
21、m3）理论生产能力（m3h）最大挖掘半径（m）最大挖掘高度（m）457214.410.1最大挖掘深度（m）最大卸载半径（m）最大卸载高度（m）最大提升力（KN）3.412.656.3530动臂长度（m）接地比压（Mpa）最大爬坡能力（）行走速度（km/h）10.50.243120.45机器工作总量（t）名义提升速度（mS）最大推压力（KN）推压速度（mS）1900.882400.533.3.2挖掘机数量确定（1）单斗挖掘机的台班生产能力(3-16)3600WChTt7tp式中Qc一年矿废石总量，t；V一挖掘机铲斗容积，m3；t一挖掘机铲斗循环时间，40s；k一挖掘机铲斗满斗系数，0.8；k一
22、矿岩在铲斗中的松散系数，L4；T一挖掘机班工作时间，8h；n一班工作时间利用系数，0.5o经计算，二3600x4x0.8x8x0.5=822,86七401.4(2)单斗挖掘机的台年生产能力Qa=QcXNXn(3-17)式中：Qa-挖掘机的台年生产能力，m3；N一挖掘机年工作日数，330天；n一日工作班数，3班。经计算Qa=822.863103=765260m3,根据采剥年矿岩总量，确定挖掘机的年生产能力为76万Ill%单斗挖掘机的台数根据矿山所需挖掘机台数公式：N=(3-18)Qa式中：A一一年采剥量，104m3a;N挖掘机台数，台；Qa挖掘机台年效率，104m3a0代入数据得：N=当至上考1
23、21=1.28台，取2台。76IO43.4采装工作面参数及工作平盘的配线方式3. 4.1台阶高度根据选用的挖掘机最大挖掘高度，综合考虑挖掘机的性能及矿岩特性，参考邻近类似矿山，及日产量确定台阶高度为15m。4. 4.2采区长度一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫做采区长度，查表知WK-4电铲的工作线长度大于300米，由于本矿山电铲较少，每个台阶上一般只有一台电铲工作，采区长度等于工作台阶长度。5. 4.3采掘带宽度be根据挖掘机最大挖掘半径，采掘带宽度取12mo6. 4.4最小工作平盘宽度及工作平盘宽度(1)最小平盘宽度Bmn=b+c+d+e+f+g(3-19)式中：Bmin一最小平盘宽度，m；b
24、一爆堆宽度,b=2.5h=37.5m；c一爆堆底线至汽车边缘的距离，3m；d一车辆运行宽度，4m；e一线路外侧到动力电杆的距离，3m；f一动力电杆至台阶稳定边界线的距离，3m；g台阶边缘的安全距离，3mo最小平台宽度Bmin=37.5+3+4+3+3+3=53.5m,(2)平盘宽度由于备采矿量宽度设为12m,所以工作平台宽度53.5+12=65.5mo3.4.5平盘配线方式由于本矿运输矿岩的汽车较多，为了提高空车供应率，采用环形方式配线。参考文献1采矿设计手册编委会.采矿设计手册(2)M.北京：中国建筑工业出版社，1987.宁恩渐.采掘机械M.冶金工业出版社，2008.李宝祥.金属矿床露天开采M.绵阳：西南科技大学三江印务公司，2009.韦爱勇主编.控制爆破技术M.成都：电子科技大学出版社.2009,8.郭学彬，张继春主编.爆破工程M.北京：人民交通出版社，2007.W韦爱勇主编.控制爆破技术便.成都：电子科技大学出版社.2009,8.3.2爆破工作
