1、目录第 1 章 总 论1.1 课程设计的目的和任务1.2 课程设计要求1.3 课程设计内容1.4 矿山工作制度的确定第 2 章 矿床开拓运输2.1 矿山开拓运输要求2.2 矿床开拓运输方案的选择2.3 矿山设备数量的确定2.4 矿山运输线路参数设计2.4.1 道路设计2.4.2 道路通过能力第 3 章 采装工艺3.1 采装设备类型的选择3.2 采装设备的数量确定3.3 采掘工作面参数确定第 4 章 露天开采境界确定4.1 影响露天开采境界的主要因素4.2 确定露天开采的原则方法和依据4.3 确定露天开采境界4.3.1 最小底宽4.3.2 露天台阶要素及最终边坡角4.3.3 确定露天开采合理深度
2、4.3.4 绘制露天矿底部周界4.3.5 绘制露天矿开采终了平面图(见附图)4.3.6 储量计算及服务年限计算4.3.7 计算平均剥采比第 5 章 穿孔爆破5.1 穿孔设备选择5.2 穿孔设备数量选择5.3 爆破参数及装药量的确定5.4 爆破器材、炮孔装药图与网路设计5.5 爆破安全确定第 6 章课程设计总结参考文献第 1 章总论1.1 课程设计的目的和任务设计题目：石灰石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，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 课程设计要求1. 设计参数选取要求参照采矿
3、设计手册(建筑工业出版社)；2. 图幅要求 1#图纸：594mm841mm，手工用铅笔或上墨绘图笔绘制图纸；3. 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；4. 说明书交手写稿（学校印制的课程设计报告册）；5. 时间要求：2 周内完成(2013.11.5-11.19)。1.3 课程设计内容1.3.1 原始资料(地质资料及开采技术条件)某石灰石矿床矿区出露地层有奥陶系(O1d)、二叠系(P)、第四系(Q4)。奥陶系下统大乘寺组(O1d)：黄绿色、褐色，页岩、粉砂质页岩夹薄中厚层状泥灰岩、结晶灰岩。顶部为23m 厚的灰白色、深青灰色粉细粒石英砂岩。该层厚度大于 50m。二叠系下统阳新
4、灰岩(P1)：为含矿层。灰白深灰色中厚层状灰岩。与下伏奥陶系地层呈假整合接触。总 厚 372420m。二叠系上统峨眉山玄武岩(P2)：分布于矿区北部，为深灰色致密玄武岩， 风化后为绿黄色、黄褐色，斑状结构，杏仁状、气孔状构造，柱状节理发育。该层和阳新灰岩呈假整合接触。该层厚达 224420m。第四系全新统(Q4)：主要分布在矿区内 700m标高以上，总面积约 16.56 万 m2，厚 530m。总体积约 92.4 万 m3。矿区矿石自然类型单一，为含生物碎屑泥粉晶灰岩，中厚厚层致密块状构造。矿物组成主要为方解石(9099%)，含少量石英(粒度 0.10.025mm)和少量铁泥质及白云石。全矿区
5、保有资源储量32178.68 万吨（111b25168.04 万吨，122b1369.78 万吨，3313134.98 万吨，3322505.88 万吨）。1.3.2 设计范围最低开采标高 500 m，勘探线之间，njh=0.3:1m3/m3，控制生产能力 250 万 t，按矿体水平厚度设计底宽。1.3.3 设计后应提交的设计文件1. 设计说明书一份(包括目录和正文)，篇幅不少于 10 页，打印文稿；2. 附图：中深孔炮孔布置及装药结构图；3. 图纸：手工绘制露天开采终了平面图(1#图纸)，比例根据布图自定。1.4 矿山工作制度的确定根据设计手册【1】，因为该矿山的年生产能力为 250 万吨，
6、其大于 100 万，因此矿山规模为大型露天矿山。为了充分发挥设备的使用能力，一般特大型和大型、中型露天矿采用每周 7 天和每天 3班、没班 8 小时的连续工作制度。露天矿的年工作天数由下式确定：N = n1 - n2 - n3 - n4N设计年工作天数；n1年日历天数，365 天；n2年节假日天数，连续工作制时为 7 天，间断工作制时为 59 天；n3设备集中检修天数，一般为 15 天；n4气候影响天数；根据当地的气候条件来选择；露天矿主要设备的年工作天数，挖掘机一般按 300-310 天，潜孔钻机和牙轮钻机一般按310-320 天，根据以上情况我们最终选择矿山的年工作天数为 300 天，每天
7、 3 班，8 小时工作制度。第 2 章 矿床开拓运输2.1 矿山开拓运输要求（1） 露天矿物料的运距应尽可能最短。（2） 在开采期间力争所需移动设备重量最小。（3） 在一个露天矿最好应用较简单的运输方式和较少的运输设备类型，以简化管理和维修组织工作。（4） 运输设备的容积和强度应与采装和卸载设备的容积，以及矿岩运输性质相适应。（5） 所选用的运输方式应保证工作可靠，主要设备的停歇时间最少，移动过程尽可能的保证有较大的连续性。2.2 矿床开拓运输方案的选择由采矿手册1选择开拓方式为公路开拓，汽车运输，其主要理由有以下几条：（1） 该矿山地势起伏情况比较大，地形情况复杂。选择汽车具有较大的适应能力
8、。（2） 该矿山依据现有所给的最低开采标高为 500 米，最高开采标高为 900 米，其中山坡露天矿比高大概范围为 100 多米到 300 多米，凹陷露天矿从西到东比高为几十米到 200 米左右，其中部最宽处为 500 米左右，长度大约为 1200 米左右，因此不大适宜布置铁路， 铁路转弯半径过大，且该矿体形状变化较大，选择公路运输。（3） 铁路适用于储量大运距长，采场面积大和年运量在 1000 万吨以上的大型露天矿山，对本矿来说年运量为 250*1.3=325 万吨，故不满足条件。（4） 另外考虑现在公路运输应用比较广泛，且运输能力也能满足要求，且方便进行管理，能较灵活的布置。（5） 对于其
9、他几种运输方式由设计手册【1】上来看，对本矿都不适用，在这里就不一一比较了2.3 矿山设备数量的确定因为矿山年设计生产能力为 250 万吨，njh=0.3:1m3/m3，所以矿岩年运总量为 325 万吨， 由设计手册【1】【2】中工程类比确定为选择矿用自卸汽车，载重为 45 吨，挖掘机斗容为 4m3 自卸汽车运输周期 ：t =t1+t2+t3+t4式中：t自卸汽车运输周期，min；t1挖掘机装满一车所需的时间,min;t2自卸汽车往返运行时间，min,设该矿运距为 3 公里。t3自卸汽车卸载时间，min；t4自卸汽车掉头和停留时间，min；综上 t=0.6+12+1+6=19.6min,取 2
10、0min 作为计算时间自卸汽车台班生产能力：A = 60qK1T/tA自卸汽车运输能力，t/台班；q自卸汽车的载重量，t；K1自卸汽车的在中系数；三班制 0.8；T班工作时间，h；自卸汽车工作时间利用系数，一般 0.9;t自卸汽车运输周期，min；综上A=60450.880.9/20=777.6 吨汽车数量计算：N=QK1/(An1n2 K2)=3251. 110000/(777.633000.8)=6.39 台,取整，选择 7 台。型号为 YTG50 刚性矿用车,其技术参数如下所示：整车外形尺寸（长 X 宽 X 高）885245234556mm额定载重量45（50）t（US ton）发动机功
11、率准392kW；排放达到国及以上标驱动轮滚动半径950mm低挡最大牵引力285kN百公里燃油消耗量189L接近角27.9 离去角53.8 最小离地间隙598mm最高车速55.8 km/h制动距离（V=30 km/h）18.75m最大爬坡能力35.9 %最小转弯直径18m最小通过直径20 m车厢举升角度50 车厢举升时间12s车厢降落时间13s2.4 矿山运输线路参数设计2.4.1 道路设计露天矿外部路线设计为级公路，路面为中级路面,而终了境界的出入沟则为级公路。公路平面要素：1 平曲线半径 25 米，汽车最小转弯半径;2 超高横坡 2%;3 停车视距与会车视距分别为 30 米和 60 米;4
12、道路宽度为 B，由下式计算：B=2b1+x+2y=24.6+1.13+21=12.396m,取道路宽度为 13m;若有设计手册来选择的话，其将不能满足要求。因此还是选择为 13m。式中 b1汽车两后轮外援距离，m；由汽车型号确定为 4.6m;x两车间的安全间隙，m；x=0.17+0.016(v1+v2)=0.17+0.016(30+30)=1.13m, v1, v2 为两车车速。y汽车后轮边缘到路面边缘的距离，m；取 0.5m；5 路面加宽取 2m.线路纵断面要素：1 最大允许纵坡 8%;2 限制坡长为 250 米;3 竖曲线凹形 200 米，凸形 500 米;4 纵坡折减 3%;2.4.2
13、道路通过能力道路通过能力与路面状况、行车线数量、汽车运行速度以及安全行车间距等有关，用下式计算：1000 V K1 K 2N=ST式中N道路通过能力，辆/hV汽车运行速度，km/h;K1与挖掘机有关的运行不均衡系数,取 K1=0.75K2-考虑会车、交叉口及制动等的安全因素，一般 K2=0.34-0.38,取 0.35. ST停车视距，m；1000 30 0.75 0.35带入数据N=26.25 辆/h,根据手册2其汽车每小时通过量大于了3025 量，因此其公路等级应该设计为二级公路。第 3 章采装工艺3.1 采装设备类型的选择我们由采矿手册【1】【2】中确定与 45 吨汽车配套的挖掘机斗容为
14、 4m3 ,比较现有市场来看最终选择采装设备类型为 WK-4C 单斗挖掘机.3.2 采装设备的数量确定一、挖掘机斗容为 4m3,其型号选择为 WK-4C 单斗挖掘机,其主要参数为主要性能参数标准斗容4-5m3主电机功率250kW提升速度0.855m/s最大挖掘半径14.3m推压速度0.53m/s最大挖掘高度10.1m行走速度0.43km/h最大卸载半径12.65m最大提升力480kN最大卸载高度6.3m最大推压力230kN挖掘深度3.2m最大爬坡角度12 度工作重量202t平均比压243kPa理论生产率572m3/h挖掘机数量确定:单斗挖掘机的台班生产能力3cQ = 3600VKH Th（3-
15、16）tKP式中QC年矿废石总量，t；V挖掘机铲斗容积，m3；t挖掘机铲斗循环时间，24s；KH挖掘机铲斗满斗系数，0.8；KP矿岩在铲斗中的松散系数，1.4；T挖掘机班工作时间，8h；班工作时间利用系数，0.75。3600 4 0.8 8 0.75经计算 Qc=1542.9 m3；24 1.4年生产率=1542.93300=1388610 吨需要挖掘机台数 n=3250000/1388610=2.34 台，取整为 3 台。3.3 采掘工作面参数确定3.3.1 台阶高度 h台阶高度的确定主要取决于矿岩性质与装载设备规格。本设计主要考虑装在设备影响。由于是汽车运输故主要考虑平装车的限制条件，计算
16、条件如下： 台阶高度一般不大于挖掘机最大挖掘高度。爆后岩石块度不大,无粘结性，且不需要分采时，爆堆高度可为最大挖掘高度的1.2-1.3 倍。 挖掘原岩时与挖掘硬岩时的爆堆高度均不应低于挖掘机推压轴高度的 2/3。由以上条件确定台阶高度为 10m3.3.2 采区长度 LC该矿山由于采用的是汽车运输，查阅手册因此采区长度取 300m.3.3.3 台阶坡面角选择为 70 度3.3.4 采掘带宽度 bw由【2】确定汽车运输的采掘带宽度，敞通式纵向宽采掘带 bw=(40-60m),独头式横向窄采掘带 bw=（0.7-1）Rwz=2.24-3.2.3.3.5 工作平盘宽度 B汽车运输的最小工作平盘宽度由下
17、式计算：Bmin=b+c+d+e+f+g式中：Bmin最小平盘宽度，m；b爆堆宽度，b2.5h25m;由设计手册1b=(2-2.5)H.c爆堆底线至汽车边缘的距离，3m；d车辆运行宽度，4.6m；e线路外侧到动力电杆的距离，3m；f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，3m。最小平台宽度 Bmin25+3+4.6+3+3+3=41.6m,取 42m。3.3.6 出入沟坡度 i根据矿山主要运输设备与采装设备的最大爬坡角度来进行确定，汽车最大爬坡角度为35.9%，单斗挖掘机最大爬坡角度为 12 度，因此根据两者的具体数值最终出入沟坡度设计为 10 度。3.3.7 连接平台长度
18、 L根据手册【2】，缓和坡段的坡度不得大于 3%，长度不小于 80m，但条件有限制时，三级道路的坡段的长度可以减至 60m，但不能连续采用，因此对于该矿山来说缓和坡段设置为80m，因为该矿山长度较长,因此选择 80m。第 4 章 露天开采境界确定4.1 影响露天开采境界的主要因素(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3.4.2 确定露天开采的原则方法和依据境界剥
19、采比不大于经济合理剥采比平均剥采比不大于经济合理剥采比最大生产剥采比不大于经济合理剥采比根据矿石的需要量和勘探程度确定开采境界4.3 确定露天开采境界4.3.1 最小底宽露天矿最小底宽：采用回返式调车时，最小底宽为Bmin = 2(Rc min + 0.5bc + e)式中： Rc min 汽车最小转弯半径，m；bc 汽车宽度，m；e 汽车距边坡的安全距离，m。代入数据，得：Bmin = 2 (9 + 0.5 4.6 + 1) = 24.6m最小底宽也可按设计手册【1】选取，当用 4m3 挖掘机时，其最小底宽可以取 20m。综上，可以将最小底宽取为 25m。4.3.2 露天台阶要素及最终边坡角
20、根据工程类比的经验【3】,台阶的坡面角取为 70 度，最终边坡角取值为 45 度，但是由矿山的坡面图我们可知大部分矿体倾角小于 45 度，因此为了较可能多的将矿体采出，我们设计最终帮坡角为沿矿体下盘角度进行开采，若其下盘角度大于 45 度，则按 45 度来开采， 若小于 45 度则按底盘倾角来进行开采。为了确定安全平台与清扫平台宽度，我们按其平均角度粗略计算一下，在根据工程类比来进行进一步修正,平均角度我们取值 30 度。粗略计算台阶高度为 10m，根据手册1确定运输平台宽度为 17m，设置两个安全平台一个清扫平台，安全平台与清扫平台按下式粗略确定。a = ( L -nb) / (n-1)式中
21、a安全平台与清扫平台的平均宽度，m；L最终边帮的水平宽度，m；按照我们所选取的最终边坡角为 30 度来计算L=hcot30 其中 h 为边帮高度，取最大值 400m 进行计算。所以 L=692.8m. n阶段数目，m；选择阶段为 40 个阶段b阶段坡面水平宽度，m；b=Hcot70=100.36=3.6m;带入原式所以 a=（692.8-403.6）/(40-1)=14.07m,为了适应各种复杂的条件，但也为了保证有合理的最终帮坡角，减小剥采比，另外故安全平台取值为 12m，清扫平台为18m。两个安全平台一个清扫平台。工程类比参考其他工程资料，发现因其矿体赋存资料的不同，安全平台宽度有几米到十
22、几米不等， 因此，最终还是采用安全平台取值为 12m，清扫平台为 18m.该取值情况已经满足边坡安全。4.3.3 确定露天开采合理深度先对原始矿山资料进行处理，顺延来考虑矿体尖灭。由于该矿山长宽比小于四，因此在确定露天开采深度时，我们用面积比法来确定其每个横坡面图上的合理开采深度，再将其各个深度在纵坡面图上进行合理调整。实际操作如下：a.由上步确定的露天最终边坡角，在剖面图上选定几个深度值，以它为最低开采标高来进行确定该坡面图上的露天开采境界。b. 以上面确定的露天开采境界分别计算其矿岩量，计算的矿岩量直接由该剖面上的两者面积之比得其剥采比，当其剥采比小于等于经济合理剥采比时，其为开采深度是合
23、理的。当剥采比刚好等于经济合理剥采比时，其深度为最终开采深度。在实际设计的过程之中，我们可以借助计算机进行快捷的计算，限于本设计的条件，对其深度值的选择，以下是我的想法.我们可以首先依据自己的经验来选择一个深度，确定其剥采比小于经 济合理剥采比，然后每次以一个台阶的高度向下移动，依次计算其剥采比， 直到出现某一个深度其剥采比大于经济合理剥采比时，那么，其合理深度 在其两者之间，如果我们想要更加的精确，我们可以在两者之间等分插值 进行求解，直到达到我们所要求的精度为止。c. 其他的剖面如上步骤重复进行。确定好所有剖面的最低开采标高之后，我们将其所有的高度值反映在横剖面图上。然后将露天矿的底平面调
24、整到同一标高。调整的原则是，使少采出的矿石量与多采出的矿石量基本均衡，并让剥采比尽可能的小。4.3.4 绘制露天矿底部周界因为选择露天最终开采深度为 500 米标高，圈定底部周界的步骤如下：将该平面处的矿体形状绘制在地形地质图的勘探线上，具体步骤如下：a. 由最低开采标高确定该剖面的矿体宽度。b. 找到一条勘探线作为基准，然后将矿体的长度绘在地形图上。c. 依此方法将所有的剖面上的矿体情况画在地形图上。d. 找到所有剖面的所在点之后，用多段线将所有点连接起来。在遇到矿体边界的时候按照 0.5 倍前一勘探线距离进行尖灭。按满足采掘运输条件进行修整，最终即为底部周界。用 CAD 绘制之后的情况如下
25、所示：(样条曲线前)(样条曲线后)4.3.5 绘制露天矿开采终了平面图(见附图)经过对所有坡面进行露天开采终了帮坡角的绘制，我发现将最终帮坡角设计为 30 度能够较好的满足剥采要求，且能回收最大的资源量。故我们绘制露天终了平面图以最终边帮角 30 度来进行绘制是合理的，即安全平台宽度取值为 12m，清扫平台宽度取值为 18m。4.3.6 储量计算及服务年限计算(1).根据最小底宽和选取的最终边坡角计算所圈定的矿石储量，储量计算公式为：式中：V 矿石体积，m3；Q = V g(3-2)g矿岩容重，t/ m3。(2).采用垂直断面法计算储量1). 计算原则为1：当两相邻对应断面面积之差与大面积之比
26、小于 40%时，即用梯形公式计算体积：S1 - S2S1 40%(3-3)当两相邻对应断面面积之差与大面积之比大于 40%时，即S1用截锥体积：时，采S1S2V = 1 (S + S +)L(3-4)312当一个断面向一端作楔形时，采用楔形公式计算体积：V = 1 S L2 1(3-5)当一个断面向一端作点时，采用锥形公式计算体积：V = 1 S L3 1以上各式中：V 矿体体积； S1面积大者的面积； S2面积小者的面积；勘探线之间的距离。(3-6)2). 各勘探线间分段体积及矿量计算1勘探线到其边界尖灭,采用以下公式进行计算：V = 13S1 L = 3 163329.2503 63.31
27、77=3447210.824 m3式中 L 计算时取后一勘探线距离的一半。辅 1：剖面，按照所给最低开采标高计算，为面积 1 = 124633.3312 m2; 面积 2 =7407.1766 m2; 面积 3= 18144.6080 m2; 面积 4= 13144.1345 m2;总面积之和=163329.2503m2。S1 - S2163329.2503 -119010.8107辅 1 剖面，同理总面积 = 93374.0936+12909.8093+12108.6474+618.2604=119010.8107 m2.由上两剖面的面积=0.270.4V = 1 (SS11+ S2 )L1
28、63329.2503则2=0.5(163329.2503+119010.8107)126.6354=17877123.28m3；辅 1：剖面，按照所给最低开采标高计算:S1 - S2143922.2163 -119010.8107面积 = 118574.5083+7084.0640+4514.4403+13749.2037=143922.2163 m2；由上两剖面的面积= 0.170.4V = 1 (SS11+ S2 )L143922.2163则2=0.5(143922.2163 +119010.8107)123.6639=16257661.78m3；辅 2：辅 2 剖面，按照所给最低开采标高
29、计算:S1 - S2143922.2163 -139920.2316面积 = 110137.1663 + 16903.6411+ 12879.4242=139920.2316 m2；由上两剖面的面积= 0.0270.4V = 1 (SS11+ S2 )L143922.2163则2=0.5(143922.2163 +139920.2316)138.1906=19612179.09m3；S1 - S2142857.3524 -139920.2316辅 2：剖面，按照所给最低开采标高计算:面积=61997.9830+14617.6557+ 32233.8916+17262.3146+2876.0763+13869.4312=142857.3524 m2；由上两剖面的面积= 0.0
