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*******大学
本科生毕业设计说明书
题目:
***露天铁矿年产160万吨工艺及开采设计
学生姓名:
***
学号:
200540603123
专业:
矿物资源工程
班级:
矿物05—1班
指导教师:
***教授
摘要
此次设计以关门山年产量160万吨进行露天开采设计。
采用公路开拓,矿山开采年限83年,最低标高-150米,台阶高度10米,用多排孔微差爆破。
此设计主要是对露天矿合理帮坡角的选定,露天矿最终开采深度的确定,露天开采境界的圈定,开拓方式的选择,掘沟及新水平准备,采掘进度计划的编制,生产剥采比的均衡,穿孔工作,爆破工作,装车工作,排土工作,设备选择的计算等多方面的内容进行了简洁而清晰的叙述。
关键词:
露天开采爆破台阶开拓
Abstract
ThisdesignofgraduationisaopenmineofGUANMENSHANironore.TheoutputofironoreGUANMENSHANisonemillionsixhundredthousandtoninayear.Themethodofdevelopmentisroad.Theminecanbeused83years.Thedeepestlevelis–150meters,andtheheightofbenchis10meters.Themethodofshootisdelayingblastingofscoresofholes.
Thedesignmainlyhelpstomakeselectionofthesafetyangle,thedepthtoreallysettle,opencastminetheturnofstatetosettle,thechoiceofexpandway,digtheditchandnewlevelpreparation,plannedestablishmentofthediggingdegreeofprogress,producetoshellthewellbalancedofadopttheratio,boreholeofthework,blastingofthework,packofthecarwork,lineupthesoilofthework,thevariouscontentsofetc.ofcalculationthatequipmentschoicecarriedonthesimpleanddirectbutcleardescription.
Keyword:
opencastworkingblastventilationbenchdevelopment
第一章地质部分
一.1区域及矿区地质概况
矿层出露的地层以鞍山为主,地质构造较为简单,属单斜构造。
鞍山群按岩性分为千枚岩、夹含铁石英岩。
矿体为厚层状,铁矿床产于千枚岩和混合岩之间,沿走向和倾向,产状和矿石品位变化不大。
一.1.1矿石地质特征
矿体走向270°~300°,倾向北东,倾角70°~85°。
该矿属沉积变质矿床,矿床由多条矿体组成,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿出露于地表,Ⅰ号矿体控制线长度有9线到24线,全长3080米,地表出露长度约1400米左右,矿层平均厚度约109米,延深超过800米;Ⅱ号矿体分布在Ⅰ号矿体东北部的11线到12线几其附近。
F4~F5号断层之间长度约为400米,水平厚度约为60米左右,延深超过500米,由于受断层影响,矿厚度由两端逐渐减小至尖灭。
矿床矿石平均品位29.76%,矿石普氏硬度系数f=12~16,上盘混合岩普氏硬度系数f=10~12,下盘千枚岩普氏硬度系数f=8~10。
矿石容重为3.3t/m3,岩石容重为2.72t/m3,矿岩松散系数为1.5。
一.1.2水文地质概况
矿体本身是含水层,大气降水是矿体充水的主要因素。
第二章露天开采境界
二.1露天开采境界确定的原则和方法
根据设计提供的地质资料知关门山铁矿地质构造较为简单,属于单斜构造。
安山群按岩性分为千枚岩、夹含铁石英岩。
矿体为厚层状,铁矿床产于千枚岩和混合岩之间,沿走向和倾向,产状和矿石品位变化不大。
此矿开采设计的主要原则如下:
(1)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;
(3)所圈定的露天开采矿场的帮坡应等于露天边坡所允许的角度。
(4)下列情况可缩小露天矿境界:
开采境界边缘附近有重要建筑物、构筑物、河流等需要保护。
本矿由于位于矿床上部为山丘地形,并有季节性河流通过,在确定境界时还要考虑地表因素。
二.2确定境界所需的技术经济指标
二.2.1经济合理合理剥采比的选定
本矿设计的年产量为160万吨,属于中小型矿山,根据《冶金矿山设计参考资料》上册,经济合理剥采比初步确定为njh=4.5m3/m3。
二.2.2最终边坡角
关门山矿区地质构造比较简单,分三层,矿石普氏硬度系数f=12~16,上盘为混合岩,普氏硬度系数f=10~12,下盘为千枚岩,普氏硬度系数f=8~10。
由于矿体本身是含水层,矿区年降水量较大,大气降水是矿体充水的主要原因,加上冬季气温较低,可能有一定厚度的冻土,矿区西侧有一季节性河流,若在基建期将河流圈入境界,河流要大范围的改道或开挖涵洞,初期投资太大,所以预计开采深度为300米左右。
根据矿区的地质条件、矿区的工程地质和水文地质,矿岩的物理性质,选取上盘最终边坡角为45°,下盘最终边坡角为42°,端帮最终边坡角为45°。
二.3最终开采深度的确定
二.3.1矿山开采深度的初步确定
2.3.1.1以矿体厚度初步确定的开采深度
关门山铁矿的走向长度大,倾角为70°~85°由于矿体厚度与最小底宽相比大很多,在确定开采深度时露天矿底的位置不易确定,可先按矿体厚度作图确定境界剥采比,然后继续向下无剥离采矿,直至最小底宽为止。
首先在各地质横剖面图上根据经济合理剥采比确定开采深度,然后在纵投影图上根据具体情况调整露天矿底部标高。
在各地质横剖面图上绘出开采深度与境界剥采比nj的关系曲线。
(1)Ⅺ剖面图上开采深度与境界剥采比关系见图2.1。
Hj=-95.8
图2.1Ⅺ剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
(2)ⅩⅢ+100剖面图上开采深度与境界剥采比关系见图2.2。
Hj=-184.9m
图2.2ⅩⅢ+100剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
(3)ⅩⅣ剖面图上开采深度与境界剥采比关系见图2.3。
Hj=-125.7米
图2.3ⅩⅣ剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
(4)ⅩⅥ剖面图上开采深度与境界剥采比关系见图2.4。
Hj=-119.26m
图2.4ⅩⅥ剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
(5)ⅩⅧ剖面图上开采深度与境界剥采比关系见下图2.5。
Hj=-205.4m
图2.5ⅩⅧ剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
(6)ⅩⅨ剖面图上开采深度与境界剥采比关系见图2.6。
Hj=-150.56m
图2.6ⅩⅨ剖面图上开采深度与境界剥采比关系图
2.3.1.2无剥离开采深度的确定
确定无剥离开采深度的前提是先确定最小底宽,再在勘探线剖面图上反映出最终深度
H1=160米
H2=210米
无剥离开采深度=最终开采深度(H1)-最初开采深度(H2)=210-160=50米
2.3.1.3所用设备的选择
根据黑色冶金矿山采矿设计若干原则规定(试行)我国设备配套大致如下:
特大型:
矿山规模
穿孔(牙轮钻)
采装(电铲)
运输
矿>1000万吨/年
矿岩>3000万吨/年
硬岩Φ310……380
软岩Φ250……310
10米3及以上
100T以上汽车
150T机车、100T矿车
胶带运输机
大型:
矿山规模
穿孔
采装
运输
矿200-1000万吨/年
矿岩1000-3000万吨/年
Φ250-310牙轮
Φ150-200潜孔
4-10米3电铲
50-100T汽车
100-150T机车
60-100T矿车
胶带运输机
中型:
矿山规模
穿孔
采装
运输
矿60-200万吨/年
矿岩300-1000万吨/年
Φ150-200潜孔
Φ250牙轮
凿岩台车
1-4米3电铲
3-5米3前装机
50T以下汽车
14-20T机车
4-6米3矿车
小型:
矿山规模
穿孔
采装
运输
矿<60万吨/年
矿岩<300万吨/年
Φ150及以下潜孔
Φ150牙轮
凿岩台车、凿岩机
1-2米3电铲
3米3以下前装机
装岩机
15T以下汽车
14T以下机车
4米3以下矿车
由于本矿的生产能力160万吨/年,根据冶金工业出版社《露天矿山设备选型配套》P19,本矿初步选定采用32吨自卸汽车运输,4m3电铲装载,又根据国产自卸汽车的技术性能比较选择SH-380A自卸汽车,选择WK-4型单斗挖掘机,在掘沟工作面采用回返式调车。
则最小底宽为
Bmin=2(Rmin+0.5×T+E)
式中:
Rmin——汽车最小转弯半径,9.1m;
T——汽车的宽度,3.55m;
E——安全距离,0.5m。
Bmin=2×(Rmin+0.5×T+E)=2×(9.5+0.5×2.57+0.5)=22.75m。
根据关门山铁矿床的实际赋存条件,确定最小底宽为23米。
掘沟工
把最小底宽在每个勘探线剖面图上反映出来,利用
式中:
---矿山最终开采深度;
---矿山最初确定开采深度;
---矿山无剥离开采深度。
得出每个勘探线的无剥离开采深度,然后进行底部标高的调整见下一节。
二.3.2露天矿底部标高的调整
由于各地质勘探线上矿体的形态、厚度不均,导致确定的理论开采深度不一致,因而有必要对深度进行调整,使底部平面处于同一水平面上,这样有利生产活动的正常开展。
将各剖面图上确定的开采深度投影到地质纵投影图上,连接各点,可得到一条不规则的折线。
为了便于开采和布置运输线路,露天矿底平面宜调整至同一标高,调整的原则是使调整后少采出的矿石量与多采出的矿石量基本平衡,并保证剥采比尽可能小。
经调整后,关门山露天矿的理论最低标高为-210米,又由于在主矿体的西南方向有大的山峰,为避免运输线路首次限制而造成的不便,故将境界向东北方向推进一定的距离,最终开采深度调整为-150米。
此开采深度在C级储量以内,符合矿山的勘探程度,能够满足设计的要求。
验证上盘帮坡角:
,
下盘最终边坡角为
最终边坡角是上盘50°下盘38°
二.4露天开采境界的参数
二.4.1露天矿的底部周界
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。
二.4.2露天采场的构成要素
根据本矿山的规模、地质条件和设备要求,确定采矿场的构成要素见下表:
采场上盘最终边坡角
50度
采场下盘最终边坡角
38度
最高开采标高
180米
底部标高
-150米
采场封闭圈标高
70米
台阶高度
10米
台阶最终坡面角
70°
安全平台宽度
4米
清扫平台宽度
13米
运输平台宽度
15米
二.4.3境界内的矿岩量及开采年限
根据矿山具体情况初步确定矿石回采率为97%,废石混入率为3%。
根据勘探线控制的矿岩面积得出矿石及岩石的量如下:
勘探线号
1/2两勘探线间的距离(m)
控制的矿石面积(m2)
控制的岩石面积(m2)
-----
+10
497.4
8312.6
21152.3
+10-----
111.6
7114.6
15752.6
-----
197.2
6087.2
15009.1
-----
591.8
6460.6
15488.6
-----
145
6267.8
14544.8
矿石总体积(万m3)
4407.7
岩石总体积(万m3)
10685.2
由上表知:
境界内的矿石量为4407.7×3.3=14545.4万吨
境界内的岩石量为10685.2×2.72=29063.7万吨
均衡生产剥采比ns=np×μ=3.16m3/m3=2.6吨/吨μ取1.3
则岩石生产能力为160×2.6=416万吨/年(152.9万m3);
T=
式中:
P——露天矿境界内矿石的可采矿量,14545.4万吨;
A——露天矿矿石年生产能力,160万吨/年;
——富裕系数,取1.1
经计算
年取整数为83年
根据设计给定的矿石生产能力可知矿岩生产能力为
A=Ak×(1+ns)
式中:
A—矿岩年生产能力,万吨/年
Ak—矿石年生产能力,160万吨/年(48.5万m3/年);
ns—均衡生产剥采比,3.16m3/m3;
经计算得A=576万吨/年(201.76万m3)。
投产时的产量标准为1/4AK~1/3AK,故初定标准为50万吨/年(15.15万m3/年)。
第三章矿床开拓运输
三.1开拓方式的选择
露天矿床开拓是露天矿设计中带有全局性的一个重要问题,对矿山建设和生产具有重大影响。
一方面受露天开采境界的影响,另一方面还影响基建工程量、基建投资和基建时间,影响矿山的生产能力、矿石损失和贫化、生产的可靠性和均衡性以及生产成本等。
开拓系统一旦形成,则不易改变。
否则会给生产带来许多困难,还会造成经济上的重大损失。
因此,正确选定开拓方法是十分重要的。
确定矿床开拓方法,必须遵照党和国家关于矿山建设的方针、政策,依据矿床赋存的地形地质条件,综合考虑各方面的因素,经全面分析比较后方能选定合理的开拓方案。
三.1.1开拓方法选择的原则
(1)要求矿山基建时间短,保证早投产,早达产;
(2)要求生产工艺简单,可靠,技术上先进;
(3)基建工程量少,施工方便;
(4)基建投资少,尤其是初期投资少;
(5)不占良田,少占耕地,并有利于改地造田;
(6)生产经营费用低。
三.1.2影响本矿开拓方法选择的主要因素
(1)生产技术条件。
即本矿的生产规模、矿区开采程度、露天采场的尺寸和高差等;
(2)自然地质条件。
即本矿的地质、水文地质、地形、工程地质及气候条件等;
(3)经济技术条件。
即矿山的建设投资,矿石生产成本及劳动生产率等。
根据关门山铁矿的实际条件,地形东高西低,地形复杂,在地表上下都有矿体赋存。
因此对于山坡露天矿初步选取的开拓方式有:
汽车公路运输开拓系统;
铁路运输开拓系统;
联合开拓系统。
即山坡部分用平峒溜井开拓,下部用汽车公路开拓。
上面各开拓方案使用条件及主要特点见下表3.1。
表3.1开拓方案使用条件及主要特点
开拓运输方式
使用条件
主要特点
公路开拓运输
1、地形条件和矿体产状复杂,矿点多且分散的矿床
2、矿体薄、倾角缓,需要分采分运的矿床
3、陡帮开采工艺
4、运距不大,一般在3km内
5、不适于泥质,多水和松散砂层的露天矿
1、线路坡度大,转弯半径小,因而线路工程量少,基建时间短,基建投资少
2、便于采用高、分散排弃场
3、机动灵活,适应性强,可提高挖掘机效率20
30%(与机车运输线比)
4、深凹露天矿可减少基建剥岩量和扩帮量
5、燃油和轮胎消耗量大,设备利用率低,运输成本高,经济运距短
6、汽车排出尾气污染环境较严重
铁路开拓运输
1、适用于地形和矿体产状简单的大型露天矿
2、山坡露天矿比高可达200m左右
3、深凹露天矿比高在160m以内
1、运输量大
2、线路工程量大,基建投资多,基建时间长
3、采场和剥离物排弃物移道工作量大
4、线路坡度小,采深受限,一般为200
250m
5、经济合理的运距长,一般在4km以上
公路铁路联合运输
1、走向长、宽度和垂深均较大的深凹露天矿
2、地形地表平缓、平面尺寸很大的大型深凹露天矿
1、充分发挥公路及铁路运输的各自优点
2、多数矿山一般均设转载站
技术方案比较:
对于方案
,汽车公路开拓系统适用各种地形条件的山坡露天矿和矿坑呈各种不规则形状、尺寸的凹陷露天矿;采矿场可设置多出入沟口进行分散运输,分散排岩;便于多品级矿石选别开采;便于改变工作线推进方向,新水平准备速度快,能达到较高的开采强度。
对于方案
,铁路开拓的运营费用低,铁路运输吨一公里费用约为汽车运输的1/4~1/3;运输能力大;运输设备坚固耐用;运输工作可靠,受气候条件影响较小。
但开拓坑线受铁路的平面曲线半径大和纵向坡度小的影响,开拓坑线展线长度大,使露天采矿场的附加剥岩量增加,基建工程量大,基建时间长;在日常生产中的线路移设和维修工作量大;开拓系统和工作组织复杂;新水平开拓延深工程缓慢。
对于方案
,山坡部分采用平峒溜井开拓,投资省、运输设备少、节省能源、经营费用低、生产能力大,适用于相对高差大于100米的山坡露天矿。
但溜井宜堵塞和跑矿,放矿时,空气中的粉尘影响作业人员的健康,对矿石块度也有所限制。
结合关门山铁矿的实际地形及气候条件,由于该地区大气降水是矿坑积水的主要原因,并且有两个山头开采,山头之间地势平坦,地形高差较小,不宜用溜井。
东部地形比西部要高的多,采用铁路运输时线路布置困难而且其基建工程量要大得多,故采用公路运输。
对于深凹露天矿部分,初步选择的开拓方案有:
(1)公路开拓;
(2)铁路开拓;
(3)联合开拓:
上部用铁路开拓,下部用汽车开拓。
根据关门山的实际情况,由于铁路运输要求设备转弯半径大,这就要求了矿山开拓工程的剥岩工程量,即提高了矿山的基建工程量,增加了成本。
故不采用铁路开拓。
为了尽快达产,减少基建时间和基建投资,充分发挥电铲的效率,可选用公路开拓。
三.2运输线路的技术条件
根据公路开拓运输的特点,汽车具有爬坡能力大和通过较小的曲线半径的特点,采场、排土场内的公路按Ⅱ级公路路设计,最大纵坡选8%,一般为6%,出入沟纵向坡度为6%,,回头曲线半径为16米,辅助曲线半径为28米,个别曲线半径为40米,这是为了满足坡度的要求。
路面宽度根据线路等级和汽车宽度确定,按双线布置,路基宽度等于路面宽度与路肩宽度之和为9米,运输平台宽度为15米。
三.3运输线路布置方式
关门山露天铁矿山坡部分运输线路采用直进式布线,从封闭圈80米的矿体下盘开始布线,逐渐沿向封闭圈以上每个水平保证每个水平都能够与主线路相通。
在比较平坦的地势部分可以增加曲率半径较大的拐弯段。
线路直线部分坡度不大于8%,由于公路等级为
级公路,当线路长度超过400m时,在拐弯处设缓坡段,由于地形条件较困难,所以缓坡段长度不小于80m。
(据设计手册表1-3-15和表1-3-16)。
深凹部分运输线路布线采用直进回返式,考虑到重车上坡,空车下坡,发动机发热量大,出入沟坡度为6%,并在每个出入沟底部设坡度为3‰的连接平台,以满足自然排水的要求。
为了缩短基建期,早日达产,本矿采用移动坑线开拓,露天山坡部分从山坡一侧向最终边坡方向推进,深凹部分从矿岩分界处向最终边坡方向推进。
三.4设备选型及有关计算
为了充分发挥汽车运输的经济效益,并考虑到实际年产量160万吨属中型矿,决定选用车型SH-380型汽车,载重32吨,为便于维修,采用同一型号、同一生产厂家的汽车。
SH-380型汽车的参数如表3-1。
表3-1SH-380型汽车技术参数表
驱动形式
载重(t)
自重(t)
发动机功率(Kw)
4×2
32
22
294
轴距(m)
轮距前(m)
轮距后(m)
后悬(m)
3.8
2.85
2.45
1.89
最小离地高度(m)
最小转弯半径(m)
货箱最大倾斜角(°)
最大爬坡能力(%)
0.37
9.1
50
36
最大速度(km/h)
外形尺寸(mm)
车厢举升离地最小高度(m)
46.1
7.41×3.55×3.475
0.6
车厢举升离地最大高度(m)
6.8
三.4.1平均运距
根据采场终了平面图,运输平台和出入沟长度,初定平均运距在2.5km即可。
三.4.2时间利用系数
时间利用系数与电铲,汽车的良好状况及工种制度有关,查《采矿设计手册》矿床开采上篇表1-3-38,每天三班工作制,故取0.75。
三.4.3不均衡系数
根据矿山具体的情况确定,一般取1.05~1.15。
因为生产规模为160万吨,规模较大,取1.1。
三.4.4装车时间
电铲装卸汽车的时间主要与电铲作业循环时间及装载斗数有关,按下式计算:
=
式中
----挖掘机装车时间,min;
n----装载斗数,n取4;
----汽车入换时间,一般取22s;
----挖掘机作业循环时间,按
=20
+1.2E计算;
----矿石容重3.3t/m3;岩石容重2.72t/m3
E----铲斗标准容,4m3;
经计算矿石时,
=41s;岩石时,37.8s
故矿石的
=3.1min,岩石为
=2.9min。
(查表1-3-39)
三.4.5卸载时间
主要取决于卸载物料的性质,主要取决于卸载物料的性质,参考《采矿设计手册2》,矿石取41s,岩石取38s,一般取1.0min。
三.4.6调头及停留时间
调头时间主要与汽车和电铲的相对位置及装卸车平台的布置形式,场地大小有关,一般取1.0min,停留时间包括待装待卸及运行中的耽搁时间,它随汽车类型和运距而变化,查表1-3-41得二者总时间为4.2min.
三.4.7自卸汽车出车率
它指平均每班开动的汽车台数与在籍汽车台数之比。
而开动与在籍汽车台数又和汽车大修理程和大修周期中汽车保修里程时间有关,查表1-3-42。
按下式计算:
K4=Ld/(Ld+abe)
式中
K4—自卸汽车出车率,%;
Ld—汽车大修间隔,2600h;
a—每日工作班数,3;
b—大修周期中汽车保修工日及其它停驶工日,取166d
e—班运时间,8×0.75=6h;0.75为时间利用系数
经计算K4=46.5%,即自卸汽车出车率不得小于46.5%,本设计中取65%。
三.4.8汽车数量计算
1)汽车台班运输能力
自卸汽车台班运输能力可按下式计算:
式中:
A—自卸汽车台班运输能力,t;
G—自卸汽车额定重量,32t;
K1—汽车载重利用系数,矿石取0.93,岩石取0.77;查表1-3-33
K2—汽车时间利用系数,0.75;
T—自卸汽车周转一次所需时间,min;
T=tz+ty+tx+tt
式中:
tz—挖掘机装满一辆汽车的时间;矿石为3.1min,岩石为2.9min;
ty—自卸汽车往返时间,ty=120L/v,矿石为17.2min;岩石为16.9min。
v—自卸汽车平均运行速度,矿石
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