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露天矿开采境界设计.pdf


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目录
................................................................................................................................................-1-
.....................................................................................................................-1-
.................................................................................................-2-
................................................................................................-2-
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.....................................................................................................................-4-
............................................................................................................................-4-
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3露天矿开采境界...........................................................................................................................-7-
.............................................................................................-7-
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.......................................................................................................-15-
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...............................................................................................-21-
4露天矿开拓运输系统...................................................................................................................-22-
...........................................................................................-22-
.......................................................................................................-25-
.......................................................................................-26-
Ⅲ级矿用运输公路技术指标...........................................................................................................-27-



露天矿开采境界设计

,最终台阶坡面角65°,露天矿采矿场最小底宽16m,
最终边帮角51°,经济合理剥采比6m³/m³。
Ⅲ级矿山公路,道路路基宽度8m。

:确定露天矿开采境界深度,底部位置及周界,确定露天采场
最终边帮结构,并绘制开采境界平面图,露天矿开拓运输道路定线,绘制露天矿
开采终了平面图,绘制露天矿开采境界横纵面图,编写课程设计计算说明书。
-1-:.
:课程设计计算说明书一份,相似形开采境界设计横断面图(4#
图纸3张),开采境界深度设计计算横断面图、纵断面图(4#图纸3张,3#图纸
1张),露天矿开采境界平面图(3#图纸一张),露天矿开采终了平面图(3#图纸
一张),露天矿开采境界断面图(4#图纸3张),露天矿开采境界纵断面图(3#
图纸一张)


⑴课程设计任务书
⑵矿床地质资料
(平面)图1张(3#图纸)
(4#图纸)

⑴露天矿开采境界按境界剥采比不大于经济合理剥采比的准则设计
⑵露天矿采用公路运输开拓,开拓系统路线按Ⅲ级矿用运输公路设计

设计方案:矿床拟用露天开采,绘定其1:1000的地址剖面图三张及相应矿
区地形图一张,设台阶高度为10m,从+900往上、下划分,露天采场最小底宽
16m,采用汽车运输,路基宽8m,最小转弯半径15m,连接平台40m,限制坡度
10%,最终的台阶坡面角65°,稳定的最终帮坡角小于等于51°,经济合理剥采
比6m³/m³
设计内容:
,绘成曲线,按n<n的原则分
别确定三个横剖面的合理开采深度;
;
。由于未给出各水平分层平面图,底部周界在Ⅰ线
以西及Ⅲ线以东均按该水平矿体水平厚度的一半估计走向延续长度,以圈定两端
的底部周界;
,设计边坡组成及最终平台宽度;
-2-:.
;
,这里假定工业厂场位于平面图
幅的左下方,标高+900米;
,并将境界投影到三个横剖面图上;
。顶底帮两端各一个;
。画出公路中心线、转点、圆曲线起终点、
标注有关参数,计算并标注沿线各段坡度和设计高程;

-3-:.

本次课程设计的铁矿矿区属麻城市木子店镇管辖,大地构造位置位于秦岭褶
皱系(Ⅰ级)桐柏-大别隆起带东段南翼罗田褶皱束西缘。铁矿体赋存于下元古
界大别山(岩)群(Dbc)中。地质详查工作在矿区内圈定的磁铁矿矿体受地层
层位控制,产状与地层产状基本一致,出露地表。矿体形态较复杂,呈似层状产
出,分支复合,上厚下薄,直至尖灭。
矿区属于亚热带大陆性潮湿气候,年平均气温16-17°,历年最高温度
℃,最低温度-℃,,降雨集中在每年
的4-7月,无霜期平均238天,结冰日平均46天。


矿区出露的地层为下元古界大别山(岩)群和新生界第四系全新统冲积层:
矿区出露的地层主要产于白垩纪花岗岩中,出露不完整,主要岩性为墨云斜长片
麻岩,黑云角闪斜长片麻岩,夹磁铁石英岩及磁铁角闪岩;区内第四系全新统主
要分布于沟谷两侧低洼或山坡平缓地带,主要为冲积砾石、砂砾、砂土、亚砂土、
亚粘土等,其厚度一般小于3-5米。

(1)韧性剪切带:位于矿区中东部,带内构造混杂,眼球状片麻岩,糜棱岩
广泛发育,伸展运动,挤压流动现象明显,并可见大小不一的无根褶皱等。
(2)断层:矿区西部有一较大的逆断层,走向西南,倾角75°,宽度约为
40m,错位距离约15m,断层内可见棱状,透镜状花岗岩脉,长英质脉体穿插其
中。

矿区内岩浆岩分布约占75%,主要为中生代白垩纪早世和中元古代侵入岩。

矿区圈定的磁铁矿矿体赋存于下元古界大别山(岩)群(Dbc)中。
-4-:.

矿体多呈似层状,总体走向312°,倾向西南,平均倾角81°。沿走向揭露
长度约为m,累计平均厚度约~m。矿体赋存于中元古代侵入岩窑棚岗单
元(Pt2Y)角闪岩与大别山(岩)群(Dbc)黑云角闪斜长片麻岩接触部位,呈
分支复合长条状产出,Ⅰ线至Ⅲ线由3支矿脉合并为1支矿脉,单支矿脉内又可
见1~3层夹石,厚约~m,岩性与围岩岩性一致。矿体出露地表最大高标953m,
最低高标900m;矿体最高标高953m,最低标高819m;矿体最大埋深m。

矿石主要为块状,系纹状磁铁角闪岩,局部有少量的磁铁黑云闪岩,矿石矿
物均为磁铁矿,脉石矿物主要为角闪石、透闪石、石英以及少量的黑云母、石榴
子石、绿泥石、磷灰石等。
矿石主要有用组分是铁(TFe),~%,TFe平
%。%,%,均低于允许含量。
矿石工业类型为磁铁矿石。


矿区为山岭重丘地貌,地形起伏较大。矿区地势呈东高西低趋势,东
北部山包高达975m,西南部山谷最低为888米,相对高差达87米。地形切
割中等,沟谷较发育,自然坡度°~°。水量随季节变化,自然排水
通畅,自东向西顺坡流入沟谷,入注矿区西部溪流中。
矿区水文地质条件简单。地下水为风化型裂隙水,水量很小;矿体充水源为
大气降水,尤其是暴雨时期降水量大。因此,矿山开采时,应一方面做好开采境
界线以外的地表水疏排水通道,另一方面采用机械排水排除露天矿坑内的积水,
以免影响矿山安全生产。

矿区岩土体工程地质条件简单,根据区内岩性特征、岩石组合关系及岩石力
学性质共划分为三个工程地质岩组。即松软土体工程地质岩组、坚硬半坚硬变质
岩工程地质岩组和坚硬块状侵入岩工程地质岩组。
-5-:.
矿区内断裂及构造破碎带规模小,未见深大断裂,区内岩块体较为完整,稳
定性较好。从地表探槽和自然露头可以看到,矿区岩层较为稳定,未见明显的滑
坡现象。
矿区构造较简单,结构面主要为节理裂隙、片理、片麻理等,没有明显的软
弱层。工程地质条件属中等类型。
-6-:.
3露天矿开采境界


露天开采境界的大小决定了露天矿采矿量和剥离量的多少。随着露天开
采境界的延深和扩展,在采矿量增加的同时剥离量也大幅度增加,从而导致剥采
比不断增大。因此,露天开采境界的确定,实质上是对剥采比的大小加以控制,
使之不超过经济合理剥采比。
与露天矿开采境界大小相关的剥采比有多种,因此,在控制哪一种剥采比
这个问题上,存在许多不同观点。在此,以三种形成较早又具有代表性的学术观
点及其设计准则:
(1)境界剥采比不大于经济合理剥采比的设计准则
境界剥采比的设计准则即境界剥采比不大于经济合理剥采比的设计准则。
该原则的实质是,露天开采境界向下延深时,控制露采的边际经济效益不劣于地
采经济效益。
对于覆盖层不大的连续矿体,运用该原则可使整个矿床的开采盈利达到最
大。
由于境界剥采比的设计准则具有使整个矿床开采的总经济效果最优这一背
景,加之计算及操作简单易行,目前国内外手工设计普遍运用n≤n准则来
JJH
圈定露天开采境界。
虽然国内外手工设计普遍运用n≤n准则来圈定露天开采境界,但是
JJH
对于某些覆盖层较厚或不连续的矿体,这一准则不适用。
因此该准则只是最优开采境界的必要条件,而不是充分条件、更不是充分
必要条件。
(2)平均剥采比不大于经济合理剥采比的设计准则;
这一设计准则的实质是,露天开采境界向下延深时,控制露天开采的总体
-7-:.
经济效益不劣于地下开采。
平均剥采比不大于经济合理剥采比设计准则的技术经济目标是:在满足露
采总体经济效果不劣于地采的条件下,使划归露天开采境界内的矿石储量最大。
由于这一原则是采用算术平均的方法,因此难免会使露天开采在某些局部的经济
效果劣于地下开采。
n≤n准则可以与n≤n准则合用。对于某些覆盖层很厚或不连续
PJHJJH
的矿体,按n≤n准则圈出开采境界之后,还要核算该境界内的平均剥采
JJH
比,看它是否满足n≤n准则。
PJH
对于某些贵重或稀有矿物等高价值矿床或小型矿山,为了尽可能采用露天
开采以减少矿石的贫化损失,可以运用这个原则来确定开采境界,借以扩大露天
开采范围。
此外,建材石灰石矿山惯用平均剥采比设计准则。
(3)生产剥采比不大于经济合理剥采比的设计准则。
生产剥采比可以反映露天矿生产中实际发生的剥采比。因此按n≤n准
SJH
则确定开采境界,可以使露天矿任何生产时期的经济效果都不劣于地下开采。该
原则中的生产剥采比,可以是均衡生产剥采比,也可以是未均衡的生产剥采比即
时间剥采比。
按生产剥采比不大于经济合理剥采比的设计准则圈定的露天开采境界比按
n≤n准则圈定的小,而较按n≤n准则圈定的大。因此,随之而来的初
PJHJJH
始剥离量和基建投资也较大。另外,由于生产剥采比的概念不易明确界定,加之
它与采深的关系较为复杂而不易把握,因而该准则相应的设计方法的可操作性较
差。鉴于上述各种原因,这个原则很少采用。

经济合理剥采比又称极限剥采比
确定经济合理剥采比通常用比较法。比较法的基本思想是将露采的某一经济
效果指标与地采的相应指标做比较来确定经济合理剥采比,其基本要求是露采的
经济效果不劣于地采。
-8-:.
比较法的原理类似于技术经济中的优劣平衡分析(损益平衡分析),这
方法是依据某个评价指标随某个因素的变动情况,分析两个或多个对比方案的优
劣及其变化。优劣平衡分析的特例是盈亏平衡分析。
比较法的实质是确定露采与地采经济效果优劣分歧点(损益平衡点)所对
应的剥采比。这个剥采比就是所谓的经济合理剥采比。
经济合理剥采比的计算方法有如下三大系列:
①储量盈利比较法系列;
②费用收入比较法系列;
③储量成本比较法系列。


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。从经济
效果来考虑,希望边坡角尽可能大些,过小的边坡角,将增加剥岩量,使剥采比
增大。然而,过大的边坡角,将导致边坡失稳,严重影响矿山安全生产。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双重要求。
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
边坡稳定的最终边坡倾角。
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。
本次设计的开采境界最终边坡角为51°,最终台阶坡面角65,台阶高度为
10m,安全平台宽度为3m,每两个安全平台设一个清扫平台,依次往上延伸台阶,
直至地表。

(1)底部宽度要求及数值
露天矿的最小底宽,应满足采装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,其最小宽度根据采装、运输设备规格及线路
布置的有关计算结果来确定,最小底宽的参考数值如图(一)。
按开段沟的底宽确定开采境界底宽
-9-:.
汽车运输掘沟
回返式调车
B2(Re)
mincminc
折返式调车
BR(bl)2e
mincmincc
壁穴折返式调车
BR(bl)2el
mincminccb
本次设计底部宽度为16m。
最小底宽的参考数值
运输方式采装设备运输设备最小底宽备注
<1m3窄轨机车10m600mm
1m3窄轨机车12m762,900
铁路运输
4m3准轨机车16m
6~12m3准轨机车20m
1m37t16m
公路运输4m310~32t20m
6~12m3100~150t30m
(2)底部位置与相似形开采境界(特征和性质)
确定境界底部位置的基本准则是使境界内平均剥采比最小。
有时须根据矿岩的物理力学性质调整露天矿底的位置,使最终边坡避开
破碎带或构造带,以利边坡稳固、穿爆方便。
视矿体水平厚度不同,露天采场底的位置可能有三种:当矿体水平厚度
小于最小底宽时,露天矿底平面按最小宽度绘制;当矿体水平厚度等于或略大于
最小底宽时,露天采场底宽取矿体水平厚度;若矿体水平厚度远大于露天矿最小
底宽时,则按最小底宽绘制底平面。其位置应能满足可采矿石量最多、剥离矿石
量最少、采出矿石质量最好等于经济效益最大的原则。
-10-:.
由于实际境界的底宽不为零,相似形境界不能完全适用,设计中可按下列
情形确定境界底部位置:
①对于平坦地表,无论是厚矿体还是薄矿体均为相似形境界;
②对于倾斜地表,水平厚度大于底宽的矿体仍为相似形境界,水平厚度小
于底宽的薄矿体则须满足条件
(3)相似形开采境界的设计方法
相似形境界是理论上满足平均剥采比最小准则的最优底部位置,确切地
说是境界底宽为零时的最优底部位置。图解法如下:


露天开采境界的设计准则实质上是确定露天矿开采深度的理论依据。
采场外观,可因矿体赋存条件特别是沿走向长度的不同分为长采场和短采
场。采场的长宽比大于4:1的称长采场,其端帮矿岩量占总矿岩量的比例相对比
较小,设计中手工计算时一般可以不单独考虑端帮矿岩量;采场的长宽比小于
4:1的称短采场,其端帮矿岩量占总矿岩量的15~20%以上,设计时必须考虑这
部分矿岩量。
(方案-分析法)
(1)地质横断面图上初步拟定开采深度
在地质横断面图上确定开采深度的方法由三种:
-11-:.
分析法
图解法
方案-分析法
在上述三种方法中,方案-分析法应用最广,其具体操作步骤如下:
拟定若干个开采境界深度方案
40
30
20
5900
计算各采深方案的境界剥采比
A
3AA’C’+D’B’
2iiii
An(H)=
1ji
C’D’
ii
B
1B
2B
3
C
1
C
2D40
1
O
1D
2
30
C’D’
A’22DB’
2CO3220
32
A’C’D’B’
333
O3
3
59
00
-12-:.
绘制分析曲线,初拟采深
各采深方案的境界剥采比
n
9
水n(H)
nJ
VA
平j
…………n=6
JH
6

..
3

..

..
880870860H
…………O869


-13-:.

(2)地质横断面图上调整开采境界底部标高
调整后的底部标高就是开采境界的设计深度
-14-:.

露天开采境界的圈定方法(人工方法)分为三大步骤:
绘制露天矿底部周界
绘制露天矿开采境界
绘制露天矿开采终了平面图

露天矿底部周界应按开采境界的设计深度确定,具体步骤为:
在各横断面、纵断面、辅助断面图上,按开采境界的设计深
度,绘制露天开采境界;
按开采境界的设计深度,即底部标高绘制该水平的地质分层
平面图;
将各断面图上的露天矿底部位置(底部两侧的端点即下部境
界点)分别投影到分层平面图上,依次连接各点,得出开采境界的
-15-:.
理论底部周界(下图中的虚折线)。
用圆滑的曲线拟合理论周界的折线,得到开采境界的设计底
部周界
为了便于采掘运输作业需按下列要求对设计底部周界进行校核:
底部长度应符合布设运输线路的技术标准,底部宽度应保证采掘工作的正
常进行;
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。

将露天矿的设计底部周界绘在地质地形平面图上,按照设定边坡组成要素,
从底部周界开始由里向外依次绘出各个台阶的坡底线和坡底线,即平台和坡面。
显然,露天矿凹陷部分,即封闭圈以下的各台阶坡底线在平面图上是闭合的;而
山坡部分,即封闭圈以上的台阶坡底线不能闭合,其末端应与同标高的地形等高
线交接。
-16-:.

在绘制的露天矿开采境界平面图上布置开拓运输线路,即所谓的
定线;
在定线的开采境界平面图上绘制开采终了平面图,从底部周界开
始,由里向外依次绘出各个台阶的坡面和平台;
与此同时,在布置运输干线的边帮上,按照具体的渡线位置,绘
出台阶间相互沟通的倾斜运输平台(亦称劈台阶);
检查和修正绘制的露天开采境界。由于原定的露天开采境界,特
别是布置开拓坑线的边帮,常受开拓运输路线的影响,致使边坡角变缓,
剥采量增大。因此,要重新计算和校核其境界剥采比和平均剥采比,若不
符合要求,应根据具体条件凋整开拓运输系统或采剥程序,进行局部修改,
甚至重新确定露天开采境界;
依据露天矿开采终了平面图绘制最终境界的横断面和纵断面。
当开拓运输系统简单或设计经验丰富时,以上各步骤可以合并
一次完成。即绘出露天矿底部周界后,根据定线方案,自里向外直接绘出各台阶
的平台、坡面及出人沟,一步绘出露天矿开采终了平面图。
-17-:.


根据露天矿采掘终了平面图,按照图中的实际长度,绘制三个剖面的横断
面图。
-18-:.
-19-:.

在露天矿开采境界平面图中取Ⅰ、Ⅱ勘探线经过的底宽的重点,连接这两点
并延伸,该线即为纵剖面线。然后确定870水平的底宽,然后根据各台阶的宽度
依次往上推,最终完成横断面图。
-20-:.

露天矿开采境界技术参数见表
露天开采境界技术参数一览表
序号名称数值序号名称数值
开采境界长度地面标高
1地表的4最高的
底部的最低的
开采境界宽度采场底部标高
2地表的5最高的
底部的最低的
-21-:.
最终边坡角开采境界深度
3顶、底帮6最大的
两端帮最小的
4露天矿开拓运输系统


露天矿开拓就是建立地面到露天采场各工作水平以及各工作水平之间的矿
岩运输通道,建立采矿场、受矿点、废石场、工业场地之间的运输联系,形成开
发矿床的合理运输系统。
露天矿开拓的主要研究内容是开拓运输方式、开拓坑线的位置及其布置形
式,目的是保证矿山持续生产。
露天矿床开拓与运输方式和矿山工程的发展有着密切联系,而运输方式又
与矿床地质地

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