1、采矿通论课程设计设计说明书摘要 本设计为内蒙古自治区包头市石宝铁矿西采区生产规模开采设计，年产量120万吨矿石，石宝铁矿开采的三合明铁矿区中区走向长约1600米，中、东采场在1548米水平以上连成一个露天采矿场，1548米以下形成中、东两个露天采场。本设计采场最大长度为672m，最大宽度为441m，采场最终边坡角为 41.5 43.3，封闭圈标高1656m，开采最高标高1724m，底部标高为1500m。设计本矿山采用公路开拓运输系统，采用回返式调车方式，矿区内公路采用的是国家二级标准设计，双车道布置，车道宽度为14.5m，最大纵坡为8%，纵坡坡长限制为250m。本矿山采用3台SQ200型潜孔钻
2、机穿孔，3台FWK-4A型电动挖掘机采装，20台YT3501型自卸汽车来完成运输，3台TY160C推土机排土工作。开采年限13年，经济合理剥采比5.1m3/m3。结合矿山的地质地形条件，选用公路运输开拓，根据矿山的规模选用KY250型牙轮钻机; 选用WK-4型电铲，SH380型汽车来完成采装任务，工作方式采用回返式。本设计还对开采参数与程序，爆破工程，采装工艺，排土，矿山经济技术指标。关键词：露天开采 采剥 开拓 境界 前言 本设计为内蒙古自治区包头市石宝铁矿西采区生产规模开采设计，年产量120万吨矿石, 包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司，位于内蒙古自治区包头市达茂联合旗石宝乡境内，西南距包头
3、市198km,东南距呼和浩特市97 km,北距达茂旗政府所在地百灵庙镇65km,呼百公路在矿区通过,并与包固百公路相通,公路交通便利。一. 编制设计的依据1. 石宝铁矿地质资料；2. 石宝铁矿水平分层图;3. 石宝铁矿地形地质图；4. 石宝铁矿勘探线剖面图；5. 煤矿安全规程（2006年10月25日版）及煤炭工业露天矿设计规范（2005年7月版）；6. 采矿设计手册矿床开采卷（中国建筑工业出版）。7. 金属矿床露天开采(陈晓青主编 冶金工业出版社)二. 编制初步设计的指导思想1充分开发批复范围内的煤炭资源，提高煤炭回采率，增加企业经济效益；2充分利用企业既有设备和设施，减少用地，节约投资；3借
4、鉴国内露天矿设计及生产经验，确定合理的开拓方式及开采工艺，充分利用和加快使用内部排土场，降低剥离成本，提高设备效率和企业的经济效益；4选择适合本矿地质条件的开采工艺和设备；5. 在设计中认真贯彻落实国家的安全生产方针和环境保护政策，确保企业的安全生产，安排好排土场复垦和水土保持和绿化工作。三. 设计的时间2011年12月20日至12月30日第一章 矿区概况及矿床地质特征1.1 矿区概况1.1.1地理交通位置、隶属关系及企业性质包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司，位于内蒙古自治区包头市达茂联合旗石宝乡境内，西南距包头市198km,东南距呼和浩特市97km,北距达茂旗政府所在地百灵庙镇65km,呼百
5、公路在矿区通过,并与包固百公路相通,公路交通便利。石宝铁矿原为达茂旗经委下属国有企业,现已改制为包头市达茂旗石宝铁矿有限责任公司。截止到2003年底，石宝铁矿有职工685人，固定资产净值4728万元。1.1.2矿区气候条件矿区属丘陵地区,四周地势比较平坦,海拔高度平均为16501655m.该地区属华北干旱大陆气候,降雨集中在78月份,冬季较长。矿区周围为半农半牧区。1.2矿区地质特征1.2.1矿区地质概况本区地处中朝准地台内蒙台隆阴山断隆大青山复背斜北翼三合明挤压带的东端。该区自古生代以后长期处于活动状态，构造线近东西向，印支旋回以后经燕山亚旋回、喜玛拉雅山亚旋回的阶段性上隆抬升，并在反冲断裂
6、构造的挤压作用下，将部分铁矿体抬升到地表或浅部形成了今日三合明铁矿区以紧密褶皱和断裂构造较为发育的复杂构造形态。整个矿区分为：西部异常区、中部露头区和东部异常区，本次设计为西部异常区。区域出露的地层主要为下元古界三合明群、中元古界白云鄂博群、新生界老第三系和第四系。1.2.2矿床地质及地层三和明铁矿西部异异常区，长约1600m，矿体地表出露最长达1250m，露头最大宽度106米。矿体厚度变化较大。矿体沿倾斜方向最大延伸为450m，一般延伸为300m左右。随深度增加逐渐变薄，并迅速尖灭，而品位亦有变低的趋势。矿体形态基本为层状或似层状，因后期构造运动影响，产生一系列的倾伏褶皱构造，矿体的形态和产
7、状各处不一。区内出露的地层主要为下元古界三合明群（Pt15），其次为新生界老第三系（E）和第四系（Q），该铁矿赋存于三合明群之中。三合明群含矿层自下而上分为六个岩段，但在中部露头区仅出现四个岩段，由老到新分述如下：（1）下角闪岩段：下部为中细粒角闪岩夹石英岩、透闪岩扁豆体；上部为磁铁透闪片岩、石榴黑云片岩夹斜长黑云片岩，条带状磁铁石英岩、石英岩及石英透闪岩扁豆体。本层构成中部露头区矿体的底板。（2）下磁铁石英岩段：分布在矿区中部，为条带状磁铁贫矿夹磁铁透闪片岩、石英岩扁豆体。矿石以条带状构造为主，沿矿层走向变化大，为本区中部露头区的主矿体。（3）片岩段：该层为中部露头区矿体的顶板围岩，矿体为磁
8、铁透闪片岩，其次为石榴黑云片岩、石榴透闪片岩，上部为厚层石英岩夹透闪片岩，其次夹薄层磁铁透镜状。（4）中角闪岩段：角闪岩斜长角闪岩夹石英岩，透闪岩，赤铁石英岩及透闪片岩透镜体。新生界老第三系（E）：分布在矿区南北边缘，主要由砾岩及砂砾粘土组成。新生界第四系（Q）：主要分布在矿区南北边缘及西部异常区和中区F14断层以东地带，由残积、坡积、冲积及风成砂土组成。1.2.3矿区构造矿区内岩浆岩不甚发育，规模一般不大，均呈脉状产出。已发现的有：闪长岩脉、闪斜煌斑岩脉、碳酸盐岩脉、辉石闪长岩脉，其中辉石闪长岩脉在深部对矿体有较大的破坏作用。构造的分类主要有：（1）褶皱构造：矿区含矿地层产状变化复杂，出现多
9、个倒转褶皱，因所在部位不同而异，中部露头区勘探线以西，地层走向东北东，向南东倾斜，勘探线以东，地层走向转为北西，向南西倾斜。勘探线以东，地层走向转为西北，向西南倾斜；至F14断层以东，地层走向为东西向，向南倾斜，东部异常区地层走向突然转为南北，向东倾斜。（2）断裂构造：矿区内断裂构造较为发育，已发现大、小断层20多处，对矿体有一定的破坏作用。断裂构造大体分为5组：东西向反冲逆断层组、北东向正断层组、北东东向逆断层组、北西向正断层组及北东向正、逆断层组。1.3矿石质量特征1.3.1矿石类型、结构构造矿石的自然类型可分为石英型磁铁矿、石英闪石型磁铁矿和闪石型磁铁矿。中区西段与中段，以石英闪石型磁铁
10、矿矿石为主，其次为闪石型磁铁矿矿石，石英型磁铁矿矿石呈透镜状零星分布在石英闪石型磁铁矿矿石之中。矿石结构主要为：自形一半自形粒状变晶结构，纤维状、束状、放射状变晶结构，包含变晶结构，交代溶蚀结构。矿石构造主要为条带状、皱纹状和细脉侵染状构造。1.3.2矿石的矿物成分有用矿物主要有磁铁矿，次为赤铁矿和褐铁矿。脉石矿物以铁闪石、镁铁闪石和石英为主。此外尚有黑云母、方解石和黄铁矿等。1.3.3矿石的化学成分矿石中的化学成分比较简单，主要有益组份是铁，未发现可供利用的其他有益组份。本次矿石是以SFe圈定。TFe最高含量为51.37%，平均含量为34.51%，SFe最高含量为44.59%，平均含量为27
11、.52%。而SFe的含量主要集中于25-32%之间。露天采场的矿石平均品位TFe34.34%，SFe26.86%。矿石中有害组分主要是S和P，含量均较低，见下表：表1.1 有害杂质含量表组 分最高含量（%）最低含量（%）平均含量（%）S1.2720.0030.219P0.2190.0340.105矿石中造渣元素含量表1-2组 分SiO2Al2o3MgOCaoK2ONa2O最高含量（%）56.9610.584.8411.200.681.60最低含量（%）28.500.350.270.56痕迹痕迹平均含量（%）41.451.2472.3912.6530.210.121.4矿岩物理力学性质根据各种岩
12、、矿石的物理机械性质试验结果表明：磁铁矿及角闪岩抗压抗剪强度较大，岩、矿石的稳定性较好，而片岩及砂岩的抗压抗剪强度较小，岩石的稳定性差。风化带、断层破碎带及褶皱构造带的轴部，风化及构造裂隙发育，岩石的稳定性不好，特别是片岩沙岩及断层破碎带等因抗压抗剪强度低，稳定性差，为露天采场边破的不稳定地段，开采是必须注意安全。矿、岩的物理力学性质表1-3矿石的硬度系数f=8-16岩石的硬度系数f=6-10 矿石体重3.30t/ m3岩石体重2.80t/ m3含矿石体重3.09t/m3虚方体重2.10t/ m3矿石松散系数1.60岩石松散系数1.45 矿石储量 工业指标表1.4 地质报告储量计算采用的工业指
13、标矿体的边界品位SFe20%块段最低工业品位SFe25%最小可采厚度2m夹石剔除厚度2mSfe平均品位大于边界品位而小于块段最低平均品位的矿石为表外矿。Sfe平均品位大于或等于15%而小于20%，单独进行圈定和计算。地质队采用水平断面法计算的矿石储量为8492.88万t(包括表外矿石储量44.78万t)。表内储量为8448.10万t,其中B+C级7013.38万t, D级1434.72万t。石宝铁矿自1988年建矿以来，截止2003年底，累计采出矿量1551.67万t。本次设计计算了矿区内地质保有矿石储量B+C级5730.67万t, B+C+D级7184.83万t(包括表外矿石储量 44.78
14、万t)。1.6矿区水文地质1.6.1矿区自然地理条件概况矿区位于内蒙古大草原上，矿区四周地势比较平坦，区内最高海拔标高1724.6m。 区内属于干旱和半干旱的大陆性气候，年平均气温2.46 ，冻结期从每年11月到翌年3月，最大冻层深度2.50m。据召河水文站资料，该区年平均降水量284毫米，多集中在7-8月份，最大24小时降水量多年平均值为30.4毫米，年蒸发量1995.4毫米，以5-9月份最大。单双河位于矿区南部，最高洪水标高约1665米。1.6.2矿区水文地质条件矿区含水层可为第四系孔系潜水、第三系潜水及承压水、基岩风化裂隙和构造裂隙水。（1）第四系孔隙潜水含水层该系地层主要由冲洪积、坡积
15、物组成，在矿区的南部广泛分布，其厚度变化较大，一般厚约6-8米，局部较厚，特别是距矿区较近的单双河厚度可达60米，含水层曾多层结构。上部为中细砂夹砂砾石层，下部为砂卵石，水位埋深2.72-4.35米，地下水埋深为南西深、北东浅。在距矿区南部约300米处以下降水的形式涌出地表，其流量为20002500m3/d。在矿区南部的单双河河漫滩上的农用机井，单井出水量约1500m3/d，地下水水质为HCO-CaMg型，矿化度0.47-1.17g/L。（2）第三系潜水及承压水该系地层在矿区的西部、北部、东部均有分布。主要由砾岩、泥质砂岩及粘土组成，厚度54.55-156.46米，水位埋深2.39米。西部异常
16、区CK21孔抽水试验结果表明，涌水量0.038L/s，水质为HCO3-CaMg型，矿化度1g/l，PH值7.9.（3）基岩风化裂隙和构造裂隙水本区基岩风化裂隙发育，含水层平均厚度11.95-14.19米，水位埋深4.81到39.19米，涌水量0.079-0.45L/S，参透系数0.045-1.09，水质为HC03-Ca Mg型，矿化度0.37-1.06g/L,PH值为7.4-7.9。1.6.3矿区地下水补、迳、排和矿坑涌水量预测本区地下水分布受地质岩性、地貌、构造等控制，各层地下水均受大气降水直接或间接补给。地下水流向在中部露头区西、北、东三面均由北向南，排泄于单双河。地下水径流条件较好，排泄
17、方式主要以人工排泄、蒸发及降水的形式和通过地下径流排泄到区外。矿坑充水因素主要为基岩风化裂隙潜水及大气降雨。大气降雨汇入到矿坑内，基岩风化裂隙潜水按地下水动力学无压完整井进行了预测。1.7矿床开采技术条件矿床周围地势比较平坦，地表最高标高为1724米，最低标高为1650米，平均标高1655米，高差30-40米。矿体形式基本层状或似层状，因为受后期构造运动的影响而产生一系列的倾伏褶皱构造，控制了矿体的形态和产状。西段矿体为向斜构造，中、东段矿体沿走向出现多处短轴倾伏背向斜褶区，沿倾向一般呈波状起伏。矿体底板围岩为角闪岩，顶板为片岩，呈整合接触，界线明显。矿石硬度系数f=8-16，岩石f=6-10
18、。矿石和角闪岩抗压、抗剪强度大，稳定性好；片岩及砂岩抗压、抗剪强度小，稳定性差。第二章 露天开采境界2.1露天开采的发展趋势 （1）设备大型化。a.钻机。国内重点冶金矿山穿孔设备主要是牙轮钻与潜孔钻机，牙轮钻机比例较高（占88），钻孔直径以250mm、310mm为主；中型矿山以潜孔钻为主，钻孔直径以200mm为主。b.电铲。国内重点露天矿主要以电铲为主，斗容最大为16.8m3。首台斗容16.8m3RH-170液压铲已在司家营铁矿投入使用。c.破碎机。破碎机用来粉碎多余矿石。 （2）采矿技术高效化、实用化。露天矿开采工艺更加成熟、运输方式多样化。a.露天矿采剥方法多为陡帮开采，如组合台阶开采、高
19、台阶开采、倾斜分条开采以及横采横扩等。同时采用分期开采、分区开采，尽可能地缩短建设周期，提高经济效益。b.采矿工艺连续化、半连续化。国内矿山通过引进大型可移动破碎站胶带运输装备，建成采场内可移动式矿岩破碎胶带运输系统，标志着我国间断连续开采工艺已进入世界先进水平。c.可移动式破碎站。可移动式破碎站是汽车、破碎机和胶带运输机组成的间断连续运输工艺的核心技术装备之一。随着开采深度的增加，破碎机组可以随时快速移动，保证汽车始终处于最佳运距下工作。 （4）矿山数字化、智能化。矿山自动化调度系统、采矿设备的自动化控制、智能化全球定位系统等现代技术已在一些矿山推广使用，并取得了很好的效果.智能数字矿山，是
20、信息技术在矿山应用的集中表现。以计算机及其网络为手段，把矿山三维空间和有属性数据实现数字化存储、传输、表达和加工，建立全方位生产管理系统，随着数字化矿山发展，矿山开采开始进入智能化控制时代。 (5)优化矿山生产，提高采矿工艺环节中高科技比重。应用自动控制技术、电子信息技术、网络技术，从整体上提高设备技术效能，提高生产过程中综合自动化水平，提高生产信息化程度，实现控制智能化、连续生产过程自动化、管理信息化和系统化。 (6)开采顺序由单一的纵向布置向横向布置方式发展，施行强化开采，提高工作线推进速度，为矿石均化搭配创造条件。采用组合台阶、分期开采、陡帮开采，以便均衡生产剥采比。 (7)运用汽车一带
21、式半连续运输系统，是近年来发展的高效运输技术 该系统充分发挥汽车运输适应性强、机动灵活、短途运输经济的优势，有利于强化开采，同时又显现带式运输机运力大、爬坡能力强、运营成本低的长处，汽车、胶带两种运输优势互补。 (8)铣刨机采矿是一种有发展前途的采矿方法 应用铣刨机(又称机械犁)采矿，代替传统穿孔爆破采矿方法，有以下优点： (1)无爆破地震、空气冲击波、飞石等危害； (2)扩大开采境界，不受爆破安全境界的限制； (3)连续作业，不受爆破干扰； (4)要求作业场地相对小； (5)可根据矿层和矿石不同品级，分采分运，可有效剔除有害夹层，可选别回采； (6)采矿成本可降低2050%； (7)不需粗碎
22、，可调整开采粒度，有利于带式输送机长距离运输。 铣刨机采矿，集采、装、碎为一体，有效简化生产流程，作业工作平台、釆场道路平整，减少轮胎消耗，刨铣矿石粒径可控在3080mm，可根据需要，生产30mm的粒径的矿石，为振动放矿，竖井溜矿石，缓冲矿仓磨损创造条件。 铣刨采矿法，从根本上保证矿山边坡的安全，从而增大边坡安全角度，增加可采矿量，减少边坡工程量和维护量。 2.2露天开采境界圈定的原则和方法依据2.2.1露天开采境界设计的考虑原则(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
23、天开采的优越性；(3)所圈定的露天采矿场边坡角应为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)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。 (6)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，已确定用露天或地下开采。2.2.2露天矿经济合理剥采比确定的方法与依据 由于nknj原则具有使整个矿床开采的总经济效果达到最佳的含意，而且运算简单，因而国内外广泛运用这个原则
24、，本设计也采用这一原则。2.2.3确定露天矿境界的主要原则如下： A.境界剥采比小于或等于经济合理剥采比，即njnjh B.平均剥采比小于或等于经济合理剥采比，即npnjhC.生产剥采比小于或等于经济合理剥采比,即nsnjh2.3影响露天开采境界的主要因素自然因素：包括矿床赋存条件，如矿体形态、大小、厚度、倾角等，矿石种类及品位，矿石和围岩性质、地形、矿区附近的河流、工程和水文地质等。技术组织因素：包括露天开采技术水平、装备水平、矿山附近的铁路、主要建筑物和构筑物。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，开采过程矿石的贫化和损失，以及国民经济发展需要等。2.4经济
25、合理剥采比的选定 本矿设计的年产量为120万吨，属于中型矿山，根据固体矿物资源开发工程，经济合理剥采比选择njh=4.56 m3/m3，参考本矿原露天矿经济设计指标，故初步选经济合理剥采比确定为njh=5.0m3/ m3.2.5露天矿的最小底宽和位置露天矿的最小宽度，应满足采掘运输设备在底部正常运行与安全作业的要求。因为本矿场采用的是公路汽车运输，选用SH380型汽车，且为回返式调车，故露天矿最小宽度为： Bmin=2（Rmin+0.5b+e） (2.1)式中：Rmin汽车最小转弯半径 ，9.2m；b汽车的宽度 ，3.55m；e汽车距边坡的安全距离，0.5m。Bmin=2（Rmin+0.5b+
26、e）=2（9.2+0.53.55+0.5）=22.95m,取23米。图2.1 公路运输露天采场最小宽度图 若矿体厚度小于最小底宽，则境界底部取最小底宽；若矿体厚度比最小底宽大得不多，则取矿体厚度；若矿体厚度远大于最小底宽，则取最小底宽。露天矿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，在无其它特别要求的情况下，露天矿底应置于使平均剥采比最小的位置，且尽可能布置在矿体中间。2.6最终边坡角、台阶坡面角和台阶高度的确定石宝矿区地质构造复杂，分四层，矿石硬度系数f=8-16，岩石硬度系数f=6-10。根据矿区的地质条件和水文地质，矿岩的物理性质，以及终了平面图，确定上盘
27、边坡角为41.0，下盘边坡角为42.8。台阶最终坡面角根据下表确定表2.1 岩石硬度系数与台阶坡面角关系岩石的坚固系数15208143712台阶坡面角750850700750650700600650由于岩石普氏硬度系数f=610，根据上表确定工作帮最终坡面角为：70。 依据本露天矿年生产能力120万吨/年，此露天矿属于中型露天矿，台阶高度可取值范围在：1012 m。根据本露天矿情况，最终确定台阶高度为：12 m。2.7安全平台、清扫平台和运输平台的确定（1）安全平台：根据采矿手册，一般安全平台宽度不小于4米，所以根据本矿山的岩石坚固系数，我选择安全平台宽度为5米。（2）清扫平台：实践经验表明，
28、较窄的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。所以一般设置清扫平台的宽度为1012m，以便能有效地发挥拦截和清扫落石的作用。因此我定清扫平台宽度为10m。（3）运输平台：由于是采用公路双线运输，根据所选择的汽车宽度确定，其最小的运输平台为14.5m。2.8 开采深度的确定先拟设几个不同的开采深度,计算各开采深度的境界比,作出深度-剥采比的回归曲线,求出等于经济合理剥采比时对应的深度值,这个深度值就是理论开采深度。以境界剥采比不大于经济合理剥采比为例，具体做法如下：（1）在某横断面图上，根据已确定的最终边坡角和最小底宽，作出若干个不同深度的开采境界方案。根据矿体的形状和已确定的
29、经济合理剥采比，我选定四个可能的深度方案，1476标高、1488标高、1500标高、1512标高四个水平（2）计算各深度的境界剥采比。由于这是个短露天矿，采用平面图法来计算境界剥采比。平面图法原理如图2.2：2.2 平面图法原理示意图把每一条勘探线上剖面图都找出矿体与岩石向下的投影点。然后在通过每一条的勘探线的点，绘制出平面图。然后计算里面岩石量与矿石量之比，就是这一分层平面的境界剥采比： nj=式中： S1 某一水平的边帮与地表的交点在该水平上投影面积，m2； S2 某一水平的边帮与矿体的交点在该水平上投影面积，m2； S3 某一水平的边帮与夹杂矿体的交点在该水平上投影面积，m2。（3）将各
30、方案的境界剥采比与开采深度绘成n-H关系曲线，再绘出代表经济合理剥采比的水平线，两线交点的横坐标Hj,就是该断面上的理论开采深度。绘出开采水平H与境界剥采比nj的关系曲线如下图 开采水平与境界剥采比关系2.9 境界内矿岩量统计及开采服务年限2.9.1境界内的矿岩量 采用水平断面法计算：(1) 在相邻两端面上均有面积时 式(2.4)式中：V 代表矿岩体积； S1上面积；S2下面积； H 每个开采层上下两端面间的阶段高度。(2) 对于只有一个剖面的部分 楔形公式： 式(2.5)式中：S剖面面积； L剖面到露天采矿场边缘或矿体尖灭点的距离。截锥体公式： 式(2.6) 式中：S及L同前面。按(1)计算，分层矿岩量见表2.2。表2.2 矿岩量统计表台阶标高（m)矿岩总量（m3）矿石量（m3）岩石量（m3）1680-1692356061573942986671668-1680467848740003938481656-16688187881114857073031644-165611184241806069378181632-164413116063960919155151620-163212381214030008351211608-162012679094879397799701596-16081163152469273693879
