摘 要

唐垭石灰石矿露天矿设计年生产能力为96万吨。设计台阶坡面角为60°，台阶高度为15m，安全平台宽度为5m；清扫平台宽度为10m，由此确定露天矿最终坡面角为45°，首采标高为1150m，最终开采底部标高为960m。露天矿境界内可采储量1479.66万吨，可采年限15年。

矿山采用折返式公路开拓运输方式。设计采用2台KQ—150型潜孔钻机进行穿孔工作，选取防水性能好的乳化炸药，起爆方式为“V”形起爆。采装运输设备为1台WK-4矿用单钭正产式挖掘机和6台载重32吨中环动力SGA3550-32型矿用自卸汽车。矿山开采境界内的表土剥离物与夹石完全可以与矿石搭配开采综合利用，本矿山无剥离物排放，矿山不需要设置永久性或临时性的废石堆放场地。唐垭石灰石露天矿为山坡露天矿，选择在开采设计最高水平1150m设置截水沟，防止地表水涌入采场，采场中的水采用直流排水的方式排出采场。

关键词：露天开采；露天台阶爆破；采装运输；防排水

Abstract

Tangya limestone mine open-pit mine design annual production capacity of 960,000 tons.The slope angle of the designed step is 60°, the step height is 15m, the width of the safety platform is 5m, and the width of the cleaning platform is 10m,from this, the final slope angle of the open pit mine is 45°, the first elevation is 1150m, and the final bottom elevation is 960m.The recoverable reserves in the open-pit mine boundary are 14,796,600 tons, with a recoverable life of 15 years.

Mine adopts reentry road development.Two KQ-150 DTH drilling rigs are used for perforation work. Emulsion explosives with good waterproof properties are selected. The detonation mode is “V” detonation.The loading and unloading equipment is a WK-4 mining single-use positive excavator and 6 sets of 32 tons of medium power SGA3550-32 mining dump trucks.The topsoil exfoliation material and the stone in the mining boundary can be fully utilized with the ore. The mine has no expulsion, and the mine does not need to set up a permanent or temporary waste dump site.Tangya limestone open-pit mine is a hillside open-pit mine, and the interception ditch is set to 1150m at the highest level of mining design to prevent the surface water from flowing into the stope. The water in the stope shall be discharged by adopting a direct-current drainage method.

Key Words：Open-pit mining；Open-air bench blasting；Loading and transport；Waterproof

目录

第1章 矿区概况 1

1.1 矿区位置和交通 1

1.2 矿区地质及构造特征 2

1.2.1 矿区地层 2

1.2.2 矿区构造 3

1.3 矿体赋存情况 3

1.4 矿体围岩和夹石 4

1.4.1 矿体顶板 4

1.4.2 矿体底板 4

1.4.3 夹石 4

1.4.4 地表土、裂隙土 4

1.5 矿床开采技术条件 5

1.5.1 水文地质 5

1.5.2 工程地质 6

1.5.3 开采技术条件小结 6

1.6 勘探工作及地质储量 7

1.6.1 勘探类型及方法 7

1.6.2 资源量估算 7

第2章 开采境界设计 9

2.1 露天开采境界 9

2.1.1 开采深度 9

2.1.2 最终边坡角 9

2.1.3 底部位置和底部宽度 9

2.2 剥采比验算 10

2.3 矿山规模和工作制度 11

2.3.1 矿山生产规模 11

2.3.2 矿山工作制度 11

2.4 露天矿采剥方法与程序 12

第3章 矿床开拓设计 13

3.1 矿床开拓运输方案选择原则 13

3.2 矿床开拓运输方案 13

3.2.1 矿区地形特征 13

3.2.2 矿床开拓运输方案 13

第4章 穿孔爆破 15

4.1 穿孔工作 15

4.1.1 穿孔设备选型 15

4.1.2 钻机效率 16

4.1.3 钻机数量的确定 16

4.2 爆破工作 18

4.2.1 炸药的选择 18

4.2.2 爆破方案选择 18

4.2.3 爆破参数选择与计算 19

4.2.4 一次爆破的炮孔数 21

4.2.5 装药结构、填塞方法、起爆方法 22

4.2.6 爆破网路设计 23

4.2.7 爆破影响范围 23

第5章 矿岩采装与运输 26

5.1 矿岩采装工作 26

5.1.1 采掘设备选型 26

5.1.2 采装工作面参数 27

5.1.3 挖掘机数量的确定 28

5.2 露天矿运输 29

5.2.1 运输设备选型 29

5.2.2 汽车运输能力计算 30

5.2.3 自卸汽车需求量 30

第6章 排土与防排水 32

6.1 排岩工艺 32

6.2 矿山防水措施 32

6.3 矿山排水设计 33

第7章 总结 34

参考文献 36

致 谢 37

第1章 矿区概况

1.1 矿区位置和交通

矿区位于兴山县城西南约28km，属兴山县高阳镇青华村管辖。详查区面积0.45平方公里。详查区范围拐点地理坐标如下：

1、东经110°48′14″，北纬31°14′43″

2、东经110°48′26″，北纬31°14′45″

3、东经110°48′40″，北纬31°14′38″

4、东经110°48′40″，北纬31°14′24″

5、东经110°48′11″，北纬31°14′21″

矿区西距高阳镇约12km，距拟建厂址约23公里。有高阳镇至黄粮镇公路从矿区西侧约400米通过。陆路交通十分便利。当三峡水库蓄水的高度为175米时，高阳镇码头可行驶千吨级船舶。

1.2 矿区地质及构造特征

1.2.1 矿区地层

依据塘垭矿区内的详查报告可知，分布在矿区内的地层主要三种，分别是新生代第四纪松散堆积物形成的地层和三叠系早期嘉陵江灰岩组及三叠系早期大冶灰岩组。塘垭勘查区范围全部为沉积岩，岩浆岩和变质岩几乎不存在。矿区的地层特征分别如下。

1、三叠系早期大冶灰岩组：

位于矿区东北部，主要是颜色为浅灰色和肉红色的薄层微晶灰岩夹中厚层微晶灰岩和泥灰岩，分布在矿区中的三叠系早期大冶灰岩组厚度为598.81米，在矿区内有大约100米的三叠系早期大冶灰岩露出地表。

2、三叠系早期嘉陵江灰岩组：

详查区域内共有三段三叠系早期嘉陵江灰岩组，而在唐娅石灰石矿区内露出底边只有第一段和第二段。其特征分述如下。

（1）第一段（T1j1）：石灰石矿体主要分布在这一岩段，第一段主要分布于矿区的中间部分，沿北西-南东向分布。按岩性特征分为四个不同的岩性层。

第一层（T1j1-1）：颜色为灰色厚度比较薄的晶状灰岩，中、下部层间夹杂这厚度约为1-2毫米的颜色为深灰-黑色炭泥质层。下部还会偶尔发现颜色为紫灰色的厚度大于100.00米含泥灰岩透镜体。

第二层（T1j1-2）：颜色为灰绿色厚度为中厚层含泥的晶状灰岩，颗粒状灰岩，微层理比较多。厚11.09米-15.70米。为矿体夹层。

第三层（T1j1-3）：颜色为灰色和浅灰色的厚度比较厚的晶状灰岩，具有线性构造，岩层的单层厚度一般大于0.5米，下部为中厚层的灰岩。该层的上方主要为颗粒状的厚度大约为55.56米的细晶灰岩。

第四层（T1j1-4）：颜色为灰色厚度为中薄相间的晶状灰岩，下部为中间夹杂有核桃形状夹石以及鲕粒的细晶灰岩、粉晶粒状灰岩，中部具弱硅化，局部层间夹褐黄色泥质膜。岩层单层厚约10-30厘米。厚度为37.20米。

（2）第二段（T1j2）：主要位于唐娅石灰石矿区的西南方，形成石灰石矿体的顶板。本矿区只露出下部地层，按岩性特征划分为二个不同的岩性层。

第一层（T1j2-1）：颜色为灰白色以及浅肉红色厚度约为中薄的块状白云岩体、含石膏假晶状白云岩。该层的厚度大约为21.50米。

第二层（T1j2-2）：颜色为灰色厚度较厚的晶状生物碎屑堆积而成的灰岩、局部演变为后期溶塌角砾岩。厚度大于35米。矿区内没有其顶板。

3、新生代第四纪松散堆积物形成的地层

唐娅石灰石矿区的第四系表土层的厚度一般小于5米。

1.2.2 矿区构造

塘垭矿区位于秭归盆地东北部，地基为盆地的结构，矿区总体的构造形式为单一倾斜方向，地层总体走向几乎为南北向，倾向的方向约为260°～270°，局部区域倾向的方向为290°～320°；整体的倾角为28°～32°，局部区域会大于40°。

唐娅石灰石矿区内主要发育有一组北西—南东向的断裂带，因此矿区内有中等发育的断裂构造。各断层特征简述如下。

F1断层：穿过唐娅石灰石矿区的东北部，在矿区内的长度大约为900米，两端延伸出图。断层走向较直，总体走向为北西—南东向（110°—290°），倾向南西，倾角60°。断层带内可见构造角砾岩断续分布。断层东南部可见下伏大冶组(T1d)薄层灰岩与上覆嘉陵江组下段(T1j1-4)厚层灰岩呈断层接触，地表多形成地形洼地。断层垂直错距大于80米，水平错距不清。该断层的力学特性主要为压扭性逆断层，因此对矿体开采影响特别小。

F3断层：该断层从唐娅石灰石矿区的中部横穿而过，在矿区内的延伸长度约为1160米，西北端经过１线，在高（阳）－黄（粮）公路附近延伸至图幅外，东南端在立狮垭２线南端附近延伸至图幅外。断层总体走向北西—南东向，与地层走向大致平行（120°—300°）。出露轨迹呈缓波状、不对称“S”形状。断层破碎带的宽度约为1.5-4米，其内部含有角砾岩和棱状岩，方解石脉也夹杂其中。断距40～50米，断层的力学性质为压扭性逆断层。该断层对矿体（层）的连续性造成破坏。

矿区内构造节理主要有二组：a.50°∠750°；b.125°∠80。构造节理大部分较平直，只有少部分呈弯曲状，绝大部分没有充填物，只有少量部分中间夹杂着方解石脉或者粘土质，延伸的长度大多数为3到5米，只有少部分大于10米。地表多见沿节理发育岩溶裂隙。构造节理的力学性质绝大多数为压扭特性，只有少部分为张扭特性。

1.3 矿体赋存情况

本矿床矿体赋存于三叠系早期嘉陵江灰岩组第一段（T1j1），矿体（层）沿走向延伸大于700米（工程控制长度400米），出露宽度300-650米,出露地表的高程为850米-1300米。矿体呈层状，总体呈南北向延伸，矿体产状与地层产状保持相同都为单一倾斜构造，矿层产状变化不大，总体倾向260°—275°，倾角24°—34°。在0线中部附近，由于F3断层影响，矿层产状逐渐变为向北倾斜，倾向290°—320°，倾角变化不大。

1.4 矿体围岩和夹石

1.4.1 矿体顶板

矿体顶板由三叠系早期嘉陵江灰岩组第二段第一层（T1j2-1）构成，颜色为灰白色厚度为中厚的白云岩以及灰岩。厚度约为21.50米，化学成分为CaO 32.26%，MgO 10.19%。矿体顶板分布于矿区东南部一带。矿体内覆盖厚0-4.00米，剥离量16.67万立方米。

1.4.2 矿体底板

矿体底板为三叠系早期嘉陵江灰岩组第一段第一层（T1j1-1）下部的颜色为灰色厚度为薄层的含泥质晶状灰岩。仅见于ZK21钻孔底部，厚度大于7.35米，未见底。平均化学成分为CaO 41.99%，MgO 1.46%。

F3断层以南工程控制范围内未见底板分布。资源量圈定底界均为三叠系早期嘉陵江灰岩组第一段第二层（T1j1-2）之中厚度为厚层的含泥晶状灰岩以及颗粒状灰岩。

各深部工程最底单样化学分析结果为:CaO 41.99%-52.42%，MgO 0.42%-1.46%。

1.4.3 夹石

矿体中部分布一层夹层，由三叠系早期嘉陵江灰岩组第一段第二层（T1j1-2）组成。该层含有很低的氧化钙以及很高K2O Na2O的化学成分。其中主要的化学成分及其含量为：氧化钙 44.37%-47.78%，平均46.57%； MgO 0.51-1.21%，平均0.90%；K2O Na2O 最大值 0.96%，最小值 0.86%，平均 0.90%。该夹层剥离量为135.72万立方米。

1.4.4 地表土、裂隙土

地表土主要分布于岩溶洼地中，矿区内主要有W1、W2、W3三个相对封闭岩溶洼地，其内充填的地表土厚度大于2米，但上述岩溶洼地均分布在资源量估算范围以外。资源量估算范围内未见大面积分布的地表土，但地表多见沿岩溶裂隙充填裂隙土。从钻孔揭露看，其影响深度一般在5米以内。

经对裂隙土取样化验分析，其化学成分为Al2O3 19.47%，K2O 2.17%，SiO2 55.14%， Fe2O3 8.11%， Na2O 0.18%。SM 2.00，AM 2.40其化学成分符合水泥用粘土质原料质量要求。总体看，裂隙土对矿石质量的影响很小。

1.5 矿床开采技术条件

1.5.1 水文地质

矿区位于兴山县城西南约28km，属兴山县高阳镇青华村管辖。矿区属低中山区，测区范围内，海拔标高最低813米、最高1300米，最大相对高差487米。山脉总体走向为南北向，呈西部低东部高的山坡地势。矿区内植被主要为灌木。矿区西部为沟谷洼地，矿层出露地段及区内其它地段汇水面地表水沿山坡迅速汇入矿区西部沟谷中，从而对矿区的安全开采有一定的好处。

矿区属亚热带湿热气候。矿区一带雨量充沛，每年雨季暴雨频繁。依据兴山县气象台提供的资料可知：矿区的年平均温度为17.5℃，历史出现的最高温度和最低温度分别为43.1℃（1995年8月3日）和-9.3℃（1977年1月30日）；单年出现的最大降雨量的数值为1702.7毫米（历史上极端最大值为1935年2036.0mm），单年出现的最小降雨量的数值为798.2mm，多年来的平均降雨量的数值为1250.5mm，单月出现最大降雨量的数值为359.6mm（1979年9月），单日出现的最大降雨量的数值为160.4mm（1984年7月5日）；多年来的平均蒸发量的数值为1504.0mm；潮湿系数0.654；最大积雪厚度160mm（1965年12月16日），多年来的平均降雪日4.4d；单年内无霜的时间约为272天；矿区内的风向大多数为西南向，近次的风向为东南向，每年强风的方向多为东北向，风速最大的时候高达20m/s，最高的时刻可达34m/s，单年的平均风速的数值为1m/s。

唐娅石灰石矿区内的含水岩层主要为裂缝和岩溶比较多的碳酸盐岩层。区内地下水主要由大气降水沿溶蚀裂隙渗入补充。对矿区外围出水点调查，水量大的时候地下水的水位标高也没有超过920米，水量小的时候地下水的水位标高更低。据钻孔简易水位观测，钻孔孔内不返水。大气降雨量绝大部分都是以泉水的形式或者地表河流的形式流出矿区范围，地下水及地表水主要从矿区的西部流出。矿区水位最高水平面为813米，矿区的最低开采水平面的标高为960米，高于矿区最高水位面。

当地水位的最高水平面均位于矿体水平面之下，区内无地表水体，节理裂缝、岩溶比较少，唐娅石灰石矿床主要的充水方式为岩溶含水层，地形优势方便自然排水，但由于地势较高，最大相对高差达到487米，构造破碎带、主要充水的含水层存水的性能比较弱，第四系表土层的覆盖面积比较小且厚度特别薄，水文地质条件比较简单，因此唐娅石灰石矿区的水文地质条件为简单类型。

1.5.2 工程地质

本矿床为山坡露天矿。矿区北部分布三叠系早期大冶灰岩组，岩性是颜色为浅灰色以及肉红色厚度为薄层夹杂有厚度为中厚层的晶状灰岩和泥灰岩。矿区开采范围内很少见到岩溶性的洼地；岩层层理比较发育。岩石较完整，节理裂隙比较少，因而岩石的力学性质是相对较好的，便于开采。

唐娅石灰石矿区内见到断裂带主要是F1和F3断层，断层的大体走向为北西—南东向。断层碎裂带的宽度约为0.4到4.0米，碎裂带区域内有特别多的构造透镜体，并伴有构造棱状岩和被方解石胶结且胶结程度特别好的角砾岩。因此，该矿床工程地质条件属中等类型。

1.5.3 开采技术条件小结

矿体的周围只有一种围岩，结构面的发育程度不是很好，比较稳定，有较高的力学强度，局部有软弱岩石存在、边坡高度大；矿区工程地质条件中等；矿床位于当地水位最高水平面以上，地形优势特别便于自然排水，矿床水文地质条件简单；据此综合确定该矿床开采技术条件根据规范，开采技术条件为以水文地质工程地质问题的矿床类型。

本矿床适宜露天开采，水文地质条件简单，矿区存在的工程地质问题主要是高边坡，有的坡高在百米以上。为解决高边坡的安全问题特提出以下几点建议：

1、建立边坡变形破坏的监测预警系统，及时掌握边坡变形破坏动向。

2、减小坡角，增大坡底宽度，提高边坡的稳定性。

3、尽可能在开采过程中人为地形成圆形或椭园形边坡，这样可降低坡脚剪切应力，有利于保证边坡的稳定。

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