露天矿开采设计说明书

《金属矿床露天开采》课程设计指导书

矿物资源工程教研室

2011年6月

课程设计的内容及步骤

1. 设计题目

某矿山露天采矿开拓方案设计

2. 主要内容

某露天铁矿床，地表平坦，矿体倾角70°，倾向北，东西走向，长300m，围岩稳固，坚硬系数为8，平均品位40%。

2.1矿体厚度

地质勘探线垂直矿体走向方向自东向西排列，间距为60m，勘察结果显示为：1#勘探线处矿体水平投影厚度为40m，2#勘探线处为矿体水平投影厚度为50m，3#勘探线处矿体水平投影厚度为60m，4#勘探线处矿体水平投影厚度为30m；矿体端部形态规整，矿体厚度变化率可视为0%。东端部近似呈半径为20m的半圆形，西端矿体近似呈半径为15m的半圆形，0#勘探线、5#勘探线为其切线。矿体埋深15m，延伸至100m，。

2.2台阶布置

露天矿边帮台阶组成为：每隔2个安全平台设1个清扫平台。

2.3运输平台

（1）汽车运输

表一：汽车

序号性能单位车型

1 额定载重t 20 27

2 自重t 15.6 21

3 总重t 35.6 48

4 车厢容积 (平装/堆装) m310.7/13 13.2/18.3

5 车厢尺寸长mm 4840 4572

6 宽mm 2620 3226

7 高mm 1000

8 外型尺寸长mm 7610 7480

9 宽mm 2909 3962

10 高mm 3110 3486

11 发动机型号康明斯NT-855-C250 NTA855C310

12 发动机额定功率kW 186 231

13 最小转弯半径m 9 9.4

14 最大爬坡度% 29 40

15 最高车速km/h 50 50.2

16 百公里油耗升72

17 价格万元41 90

18 型号北京BJZ3364 北京BJZ3480 (RD030）

19 制造厂北京重型汽车制造厂北京重型汽车制造厂

2.4主要采矿设备

4m3电铲；

KQ200型潜孔钻机。

3. 设计步骤

1、露天矿境界圈定；

2、选择矿床开拓、矿山工程发展程序；

3、绘制采矿终了平面图、采场剖面图，采矿方法示意图；按采矿工艺的要求在这些图上圈定采场境界和布置开拓工程，并按设计要求剖制新的剖面或平面图。图纸画完之后，还要量出采场境界内上、下盘最终边坡角。

4、编写设计说明书。

4. 课程设计要求

课程设计要严肃认真，要以一丝不苟的态度进行设计，充分发挥主观能动性，通过课程设计树立起正确的设计思想和良好的工作作风。

在设计的各阶段，认真阅读相关的资料、图纸，按时完成设计任务。

对于设计计算说明书和设计图纸，要求做到设计计算与作图正确，字体端正和图面整洁。

5. 露天开采设计

5.1采场境界圈定的原则

1、按照开采技术条件选择的采矿方法，正确选择台阶构成要素。

2、境界圈定要考虑矿体倾角和厚度的变化，在经济合理剥采比的基础上，尽可能的多圈定已勘察的矿石资源量。

3、要考虑矿体的地质构造和矿石与围岩的物理力学性质，合理选取最终边坡角范围；

4、境界圈定要满足开拓运输系统布置对空间位置的需求。

5、台阶的布置和数目应以所采用的凿岩、挖掘设备的规格和生产效率为依据。

5.2境界圈定的参数

1、台阶高度

台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影响台阶高度的因素有生产规模、采装设备的作业技术规格以及对开采的选别性要求等。为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数（铲斗的装满程度），台阶高度应不小于挖掘机推压轴高度的2 / 3。另一方面，为避免挖掘过程中在台阶的顶部形成悬崖，台阶高度应小于挖掘机的最大挖掘高度。

由于一个台阶在垂直方向上是不可分采的，即使在台阶高度内矿石的品位、矿种或矿岩界线变化很大（如某处台阶的上半部分是矿石、下半部分是岩石），也不可能在开采过程中将不同种类的矿石及岩石分离出来，由此所造成的贫化和不同矿种的混杂是不可避免的。可见，台阶高度越大开采选别性越差。因此，在开采对选别性要求较高的矿床时，应选取较小的台阶高度。

一般说来，黑色金属矿床的品位变化较小、矿体形态较为规则、矿物价值低、对选别性要求较低，台阶高度一般大于10m，以12m~15m最为常见。大多数贵重金属矿床的特征恰恰相反，故台阶高度一般小于10m，以6~8m最为常见。

台阶高度也制约着铲装设备的选择，当选用汽车运输时，铲装设备的斗容和装卸参数又进一步制约着汽车的选型。台阶高度同时也影响着最终边帮的几何特征。由此可以

看出，台阶高度的选取对整个露天矿的开采经济效益有着重要的影响。在一定范围内增加台阶高度会降低穿孔、爆破和铲装成本，但确定最佳的台阶高度应综合考虑各种相关因素，使矿床开采的经济效益（不仅仅是穿孔、爆破和铲装成本）达到最高值。

2、台阶坡面角

台阶坡面角主要是岩体稳定性的函数，其取值随岩体的稳定性的增强而增大（最大为90°）。确定台阶坡面角时需要进行岩石稳定性分析，或参照岩体稳定性相类似的矿山选取。另外，岩体层理面的倾向对台阶坡面角有直接的影响，当台阶坡面与岩体层理面的倾向相同或相近，而且层理面倾角较陡时，台阶坡面角等于层理面的倾角。表二是均质岩体中台阶坡面角与岩石硬度的大体关系。表三列出了国内部分金属露天矿的台阶坡面角取值。

表二：均质岩体中台阶坡面角的参考值

岩石硬度系数台阶坡面角(度)

8~14以上70～75

3～860～70

1～350～60

表三：国内部分露天矿的台阶坡面角

矿山名称台阶坡面角(度)

大孤山铁矿70

东鞍山铁矿75

南芬铁矿48~50(岩石层理倾角)

大石河铁矿65

白云鄂博铁矿70

白银厂铜矿70

3、最小底宽

露天矿的最小底宽，应满足采掘运输设备在底部正常运行与安全作业的要求，一般不应小于开段沟的底宽。

露天矿的底部位置沿水平方向移动时，开采境界内的矿岩量及平均剥采比也随之变化。因此，在无其他特别要求的情况下，露天矿底应置于使平均剥采比最小的位置。

4、最终边坡角

露天矿最终边坡角对露天矿的生产安全与经济效果都有很大影响。过小的边坡角，将增加剥岩量，使剥采比增大，从经济效果来考虑，希望边坡角尽可能大些。然而，过大的边坡角，将导致边坡失稳，严重影响矿山正常生产。

因此，露天矿的最终边坡角，要同时满足安全稳定条件和开采技术条件的要求。

安全稳定条件是指根据边坡岩体的性质，通过稳定性分析计算，确定能保证边坡稳定的边坡倾角。在境界设计阶段，一般是参照类似矿山实践资料选取稳定的边坡角，并用已有资料对其稳定性进行初步分析和简要计算。

开采技术条件，是指按边坡的构成要素确定最终边坡角。露天矿最终边坡由最终台阶，即非工作台阶组成（下图所示），其水平部分，即最终平台，按作用不同分为安全平台、清扫平台和运输平台。

实践经验表明，较窄的安全平台和清扫平台在邻近边坡爆破时常遭破坏，以致不能发挥应有的作用。因此，近年来国内外不少矿山采用预裂爆破并段，即把2～3个台阶的坡面有控制地连成一体，然后设置一个宽度达8～12m 的清扫平台，以便能有效地发挥拦截和清扫落石的作用。如果边坡稳定性较差，要求的边坡角较缓，则不宜并段。

最终台阶坡面角a ，安全平台、清扫平台、运输平台和出人沟的宽度a 、b 、c 和d ，以及相应平台数n 1、n 2、n 3和n 4，台阶高度h 等参数确定之后，符合开采技术条件的最终边坡角β可用下式计算：

对于急倾斜矿体，按上式计算的边坡角不得大于也不应过分小于按安全稳定条件确定的最终边坡角；对于缓倾斜矿体，若矿体倾角小于安全稳定边坡角，则底帮最终边坡角应等于矿体倾角，以便充分采出靠近下盘的矿石。

5、开采深度

确定露天开采境界的原则实质上是确定露天矿开采深度的理论依据。确定开采深度的方法为方案－分析法，具体操作步骤如下：

在地质横断面图上初步拟定开采深度。 在地质纵断面图上调整露天矿底部标高。

)

cot /(2341111

111∑∑∑∑∑∑++++?=n n n n n n d c b a a h h tg β

6、底部周界

根据设计开采深度和底部宽度，确定露天矿底平面，并绘制底部周界，如下图所示。绘制步骤为：

?按调整后的露天矿底部标高，绘制该水平的地质分层平面图；

?在各横断面、纵断面、辅助断面图上，按确定的设计开采深度，绘制露天开采境界；

将各断面图上的露天矿底部位置（底部两侧的端点）分别投影到分层平面图上，依次连接各点，得出理论上的底部周界（下图中的虚线）。

为了能正常进行采装和运输工作，初步得出的理论周界尚需按以下要求加以修正，即：底部周界要尽量平直，弯曲部位的曲率半径要适应运输设备的技术性能；底部长度应保证运输道路的展线符合技术标准。

5.3圈定结果

根据地质、地形条件及上述境界圈定的原则及参数，设计圈定开拓运输方案的露天开采境界。经技术经济比较，境界圈定结果见表四。

表四：露天开采圈定结果表

序

项目单位指标

号

一地质赋存情况

1 矿体长m

2 矿体厚（最大）m

3 矿体倾角度

二境界参数

1 台阶高m

2 台阶坡面角度

3 安全平台宽度m

4 清扫平台宽度m

5 运输（公路）平台宽度m

6

7

8

9

三境界圈定的结果

1 境界尺寸：上口（长×宽）m

2 境界尺寸：下口（长×宽）m

3 最终边坡角度

3.1 下盘度

3.2 上盘度

3.3 端帮度

4 境界最高标高m

5 封闭圈标高m

6 露天底标高m

7 边坡垂高（按封闭圈计）m

5.4开拓运输

1、开拓运输的设计原则

开拓方案设计应从矿床赋存的自然条件出发，结合所选择的生产工艺系统以及矿床开采程序合理地选择开拓方案，使之能够确保设计的矿山建设速度，满足设计的矿石产量和质量要求；力争早投产、快达产、基建投资少、生产经营费低；尽可能采用先进的技术设备，以提高生产的可靠性与生产效率。

2、开拓方案设计的影响因素

●矿床赋存的自然条件。这是拟定可行开拓方案的主导因素。

●开采技术条件：包括露天开采境界的尺寸、生产规模、工艺设备类型、矿床开

采程序、矿区总平面布局形态等。

●经济因素：包括国家有关的技术、经济政策，设备的供给条件、矿山建设速度

及矿石产量的要求、矿山开采年限等。

3、公路-汽车开拓方案设计

公路运输开拓的坑线布置形式，除可依据露天矿的地形条件、采场平面尺寸和开采深度适宜地选择折返式、螺旋式或折返与螺旋式联合布线形式外，还可以采用地下斜坡道开拓形式。

在露天开采中，运输费用占矿石开采成本的40％~60％。随着矿床开采深度的增加，矿岩的运距显著增大，而随着矿岩运距的增大，汽车的台班运输能力逐渐降低，造成运输费随着采深的增加而增大。因此，虽然公路运输开拓具有地形适应能力强，运输坑线布置灵活等诸多优点，但由于受到合理运距的影响，也存在一个适用范围。

所谓汽车运输开拓的合理运距即是在该运距范围内采用汽车运输开拓时，开采矿石的总成本与向国家上缴的利税总和不大于该种矿石的销售价格，从而保证矿山正效益开采。汽车运输的合理运距是一个经济概念，它随着技术经济条件的不同而不同。目前，采用普通载重自卸汽车运输时，其合理运距约为3公里；采用大型电动轮自卸汽车运输时，由于汽车运输载重量增大，合理运距也随之增加，可达到5~6公里。考虑到凹陷露天矿重载汽车上坡运行和至卸载点的地面距离，在合理运距范围内可折算出汽车运输开拓的合理开采深度。

设计开采生产干线公路级别为II级，去各生产水平公路级别为Ⅲ级，道路宽度根据运输设备进行设计，一般限制坡度10%，最小转弯半径15m；

6. 绘图

露天采矿设计要求绘制以下图纸：

●采区境界终了平面图 1：500

●采区剖面图 1：500

●采矿方法图 1：200

7. 课程设计进度表

按照教学计划的安排，课程设计计划学时为2周。

设计阶段资料准备、计算和绘图天数

第一阶段方案草图、计算 2

第二阶段境界圈定、布线 2

第三阶段绘图 3

第四阶段编写设计说明书 2

8. 教材与主要参考书

教材：1、已学过的专业课教材

2、采矿手册，《采矿手册》编辑委员会，冶金工业出版社，1990.04

3、采矿工程师手册，于苍润，冶金工业出版社，2009.03

参考书：相关专业杂志及媒体资料

9. 其他

本指导书是根据“采矿工程”专业人才培养目标和《金属矿床露天开采》课程教学标准、课程目标对实践技能的要求而编制。

制定者：张遵毅、程平、汪朝、洪勇

制定日期：2013年6月

附：课程设计报告的内容模版

1.绪论

课程设计的目的；

绪论部分还应包括矿山地质概况等。

2.采矿方案设计

2.1露天境界圈定

阐述圈定依据、方法、步骤。

采场结构参数确定的过程。

2.2矿床开拓

主要运输设备选择计算

开拓方案相关的信息、资料说明。

2.3开采程序说明。

3.设计图纸绘制

总量3张

●采区境界终了平面图 1：1000

●采区剖面图 1：1000

●采矿方法图 1：500

4.参考书及文献资料目录

对引用的参考书、文献等资料均要求指出具体出处，详细到页码。