露天开采设计

第一章 矿体赋存条件................................................................................................................... 2

1.1矿床地形 . ............................................................................................................................ 2 第二章 露天开采境界................................................................................................................... 2

2.1 影响露天开采境界的主要因素 . ....................................................................................... 2 2.2 确定露天开采境界的原则和方法依据 . ........................................................................... 3

2.2.1露天开采境界设计的考虑原则 . ............................................................................. 3 2.2.2确定露天矿境界的主要原则如下 . ......................................................................... 3 2.2.3露天矿境界确定的方法与原则 . ............................................................................. 4 2.3 确定境界所需的技术经济指标 . ....................................................................................... 4

2.3.1经济合理剥采比的选定 . ......................................................................................... 4 2.3.2露天矿的最小底宽 . ................................................................................................. 4 2.3.3采场最终边坡角 . ..................................................................................................... 5 2.3.4台阶最终坡面角和台阶高度 . ................................................................................. 5 2.3.5安全平台和清扫平台及运输平台 . ......................................................................... 5 2.4 最终开采深度的确定 . ....................................................................................................... 6

2.4.1 境界剥采比的计算 . ................................................................................................ 6 2.4.2最终深度标高的确定 . ............................................................................................. 7 2.4.3露天矿底部周界 . ..................................................................................................... 9

第三章 露天矿爆破设计............................................................................................................... 10

3.1 穿孔设备的选择 . ............................................................................................................. 10 3.2 爆破方法的选择 . ............................................................................................................. 11 3.3 爆破方法及爆破器材 . ..................................................................................................... 12 3.4 爆破参数的确定 . ............................................................................................................. 13

3.4.1孔距a 和排距b . .................................................................................................. 13 3.4.2填塞长度L2 . ........................................................................................................ 13 3.4.3 单孔装药量 . ........................................................................................................ 13 3.4.4 装药量验算 . ........................................................................................................ 13

第一章 矿体赋存条件

1.1矿床地形

矿体多呈似层状，总体走向312°，倾向西南，平均倾角81°。

矿体赋存于角闪岩与黑云角闪斜长片麻岩接触部位，呈分支复合长条状产出；矿体出露地表最大标高953m ，最低高标900m ；矿体最高标高953m ，最低标高819m ；矿石主要有用组分是铁。矿体赋存情况见下图所示。

图1-1 矿床地形图

第二章 露天开采境界

2.1 影响露天开采境界的主要因素

影响露天开采境界的因素有很多，归纳起来有以下三方面：

1）自然因素。包括矿体埋藏条件和矿体勘探程度及储量等级，矿石和围岩的物理力学性质及工程地质条件，矿区地形，水文地质条件。

2）经济因素。包括矿石的质量和价值。原矿和精矿的成本及价格。基建投资和基建期限，国家及地区经济发展的方针及政策。

3）技术组织因素。主要指露天和地下开采的技术水平和装备水平和发展趋势，以及制约及促进其推广应用的技术及组织水平。

2.2 确定露天开采境界的原则和方法依据 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由盈利，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）圈定的露天采矿场的帮坡角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。

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深度。

5）开采境界边缘附近有建筑物，、构筑物、河流和铁路干线需保护或难于迁移至露天采场影响范围以外可适当缩小露天开采境界。即境界剥采比不大于经济合理剥采比。

6）对工业设施留出一定的安全距离。

2.2.2确定露天矿境界的主要原则如下

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，即采出的境界剥才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所允许的角度，以保证露天采场内的安全生产；

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深度；

5) 下列情况可以适当的扩大露天开采境界：按境界剥才比不大于经济合理剥才比圈定露天开采境界后境界外余下的矿量不多，经济上不宜再用地下开采；

6) 开采境界边缘附近有重要的建筑物、构筑物、河流和铁路干线等需要保护，

或难以迁移开采境界以外；排弃场占用大量农田，征地困难；由于地形条件，造成基建工程量大和初期生产剥采比大；可以适当的缩小露天开采境界；

7) 当矿体极不规则，沿倾向厚度变化大，矿体覆盖层较厚或地形复杂时，有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核对；

8) 如果基建工程量大，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，有时要根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应按境界剥采比确定开采境界。

2.2.3露天矿境界确定的方法与原则

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，即采用界剥采比不大于经济合理剥采比（nj ≤njh）的方法来设计露天开采境界。

该方法的实质：露天开采境界向下延伸时，露天开采的边界经济效益不劣于地采经济效益。该原则的技术经济目标是使整个矿床的开采盈利最大。

该方法的依据：该原则使用简单，适用于覆盖层不厚，矿体连续的矿床目前国内外的矿山企业都普遍用这一原则圈定露天矿境界。本矿覆盖层适中，矿体厚度变化不大，矿体规则，故适于使用这一原则。

2.3 确定境界所需的技术经济指标 2.3.1经济合理剥采比的选定

经济合理剥采比是露天矿开采设计中确定露天矿最终境界的中重要依据，目前关于经济合理剥采比的确定方法有很多，本矿使用的比较法确定经济合理剥采比，实质是用露天和地下开采的经济效果做比较，经计算求的该矿山的经济合理剥采比是Njh=6m3/ m3。

2.3.2露天矿的最小底宽

根据矿床赋存条件良好采用公路运输，装载机设备选用单斗挖掘机。查采矿

设计手册第五卷选定载重20t 的bj-371型自卸式汽车。基本参数如下：载重20t. 最小转弯半径8.5m. 外行 全长7410mm. 全宽3000mm. 全高3475mm 。 在掘沟工作面采用回返式调车。 则最小底宽为

Bmin=2（Rc+ 0.5*bc +e）

式中 Rc 为汽车最小转弯半径 b c 为汽车全宽

e 为安全距离，取0.5m 故可知 Bmin=2（8.5+0.5*3.0+0.5）=21m

矿体的平均厚度为39m ，则根据原则，取最小最小底宽度为Bmin=21m

2.3.3采场最终边坡角

由于该矿矿体多呈似层状，矿体赋存于角闪岩与黑云角闪斜长片麻岩接触部位，呈分支复合长条状产出，又经济合理剥采比为6.0m3/ m3，岩石角闪岩上下盘硬度系数f=6-10。查采矿设计手册第二卷，取相似矿山实例，选取上盘最终边坡角为40°，下盘最终边坡角为45°。

2.3.4台阶最终坡面角和台阶高度

取上盘坡面角70°，下盘坡面角70°，台阶高度10米。

2.3.5安全平台和清扫平台及运输平台

根据参考资料与矿体和围岩的物理性质确定安全平台宽度5m ，已知拟定开采深度83米，台阶高度10米，上盘最终边坡角40°下盘最终边坡角45°，上盘台阶坡面角70°，下盘台阶坡面角70°，设每隔三个安全平台a 设一个清扫平台b 。计算清扫平台宽度。

台阶数 ：N=83/10=8个；取N=8；

上盘最终坡面投影长度 ：L=83/tan40°=99m; 下盘最终坡面投影长度 ：L=62/tan35°=88.55m;

上盘台阶坡面投影长度 ：J=10*cot70°=3.64m; 下盘台阶坡面投影长度 ：J=10*cot70°=3.64m；

上盘平均台阶宽度 ：t1=(L-NJ)/(N-1)=(56.36-10*3.64)/(10-1)=2.22m； 下盘平均台阶宽度 : t2=(L-NJ)/(N-1)=(88.55-10*3.64)/(10-1)=5.80m； 因每隔三个安全平台设一个清扫平台则有：

下盘清扫平台宽度 ：b1=4*t-3*a=4*7.01-3*5=13.04m； 取13米； 同理，求得上盘的清扫平台为16m 。

由双车道运输计算得，20吨汽车BJ-371，双线运输时出入沟宽度为： B=n*A+(n-1)X+2Y n--行车线数

A--近似于车辆最大宽度，为汽车后轮计算的宽度，m A=3.0m

X--两车辆间所需净距，m X=0.7--1.7m

Y--后轮外缘距路面边缘的距离，m Y=0.4--1.4m

则 B=(2*3)+(2-1)*1+2*1=9; 取9m

2.4 最终开采深度的确定 2.4.1 境界剥采比的计算

由于这是个短露天矿采用平面图法来计算境界剥采比，平面图法如下：

图2-1 境界剥采比示意图

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。然后计算里面岩矿量比，就是这一分层平面的境界剥采比：n j =

s 1-s 2-s 3

s 2+s 3。

2.4.2最终深度标高的确定

图2-2 线段比法确定采深示意图

第一步：根据开采与运输设备的规格、作业形式、设备两侧的安全距离登 ，选定最终开采境界的最小底宽度B min ，并根据边帮岩体的稳定性确定上下盘最终帮坡角α，β。

第二步：在每一地质横剖面图上结合矿体的赋存形态确定出若干个开采深度方案。

第三步：对于某一剖面图上的深度方案H i ，在H i 水平处以选定的最小底宽B min 和上下盘最终帮坡角α，β作出该水平的开采深度线cbad 。第四步：从H i 的水平向上升高∆H ，在H i -1水平处以选定的最小底宽B mi n 和上下盘最终帮坡角α，β作出该水平的开采深度线c`b`a`d`。

第五步：从c 点和d 点分别作aa`的平行线交H i 标高处的水平线于g 和f 两点。

第六步：计算H i 水平的境界剥采比R i ：

gb +af

R i =

eb +ba

第七步：若R i ≈R b ，则H i 为该剖面上最佳开采水平；否则，按相同步骤试算其他的深度方案。

表2-1 采深确定数据表

综上，利用线段比法确定该矿的合适开采深度为370米。

2.4.3露天矿底部周界

根据上面确定的露天矿底平面标高，在各地质剖面图上确定露天开采境界，并将各地质剖面图的底部周界位置反映在地质地形图上，用光滑的曲线连接各点，可得到露天矿底部周界。

图2-3 露天矿开采境界平面图

图2-4 露天矿开采境界横剖面图

图2-5 露天矿开采境界纵剖面图

第三章 露天矿爆破设计

露天矿爆破设计包括穿孔作业和爆破作业。穿孔作业是露天开采的第一道生产工序，其作业内容是采用某种穿孔设备在计划开采的台阶区域穿凿炮孔，为其后的爆破工作提供装药空间。穿孔作业质量的好坏直接影响到爆破工序的生产效率与爆破质量。爆破工作是露天开采中的第二道重要工序，通过爆破作业将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续的采装作业提供工作条件。爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装作业的生产效率与采装作业成本。

3.1 穿孔设备的选择

考虑本矿年生产能力较大，矿岩硬度较大，选用牙轮钻机完成主要的穿孔任务。它具有钻孔效率高，作业成本低，机械化程度高，适应各种硬度的矿岩钻孔等优点。根据矿山的规模选用KQG —150型潜孔钻机，具体参数见下表。

3.2 爆破方法的选择

结合矿山生产实际，生产爆破采用多排孔微差爆破，临近边坡时，采用预裂爆破，可以有效地保护边坡稳定。

图3-1炮孔布置示意图

图3-2 预裂爆破的钻孔布置

预裂孔布置在紧邻边帮最后一排的位置，其是在靠帮或并段台阶欲形成固定边帮台阶坡顶线的位置钻凿的倾斜炮孔，其倾角即为最终边帮处台阶的帮坡角。为保证边帮平台的平整，预裂孔不设置超深，其炮孔直径也比正常生产爆破的炮孔小，以减少单孔装药量。预裂孔孔内采用分段式装药，并且所装置的药柱直径小于炮孔直径，以便在炮孔壁与装药柱之间形成一环型孔隙，以降低炮轰波的初始压力，防止其周围的岩石过度粉碎。

3.3 爆破方法及爆破器材

为了确保安全生产，又保证穿爆效率，采用继爆管雷管起爆系。爆破器材有导爆索，电雷管，继爆管。起爆采用“斜线”起爆，起爆顺序见下

图。

图3-3 斜线起爆起爆顺序示意图

3.4 爆破参数的确定 3.4.1孔距a 和排距b

第一排孔a=m1× Wd ，后排孔a=m2×b ，式中m 1、m 2分别为前后排炮孔邻近系数m 1=1， m2=1.15。w d =（25～45）d, 参考相似矿山取W d =5.0m可得第一排孔a=1*5.0=5.0米, 炮孔采用三角形布孔，b=4.5米，后排孔a=1.15*4.5=5.1米, 取5m 。

3.4.2填塞长度L 2

L 2=（0.8～1.0）W d L2—填塞长度， m; Wd —底盘最小抵抗线 ， 5.0 m;

由计算得L 2=0.9*5.0=4.5m. 采用分层装药，上部装1/3，下部装2/3。

3.4.3 单孔装药量

前排孔：Q 1=q×a × Wd ×H kg 后排孔：Q 2=q×a ×b ×H ×t kg 式中： Q1 Q2—单孔装药量

t —后排装药量增加系数（1.1～1.3） ，取t=1.1。

q—单位炸药消耗量, 0.5kg/m³; Wd —底盘最小抵抗线 5.0m;

a —孔距， 5m; b —排距， 4.4m; H —台阶高度， 10m;

则Q 1=0.5*5*5.0*10=125kg Q2=0.5*5*4.4*10*1.1=121kg

经计算前排孔装药量为125kg ，后排孔装药量为 121kg。

3.4.4 装药量验算

Q ′=(Lπd ²⊿)/4

Q′—单孔装药量验算值； L —装药长度， 105dm; d —孔径， 1.5dm; ⊿—装药密度， 0.9 kg/dm³ 经计算得Q ′=167 kg，Q 1， Q2≤Q ′故满足要求。