摘 要

本次设计的目的是为司家营铁矿二期露天开采设计一套技术上可行、经济上合理、生产安全可靠的开采方案，使该矿山能安全、经济、高效地进行二期开采。内容包括经济合理剥采比的计算、露天开采境界的圈定、矿山松碎及采装工作的设计、开拓系统的选择、运输方式的确定和排土场的设计。作为依据的资料有设计任务书、司家营铁矿矿区概况资料、水文地质资料、财务资料、勘探线剖面图和水平分层地质平面图。露天开采境界的设计按照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则进行；开拓系统的运输线路按照级矿用运输公路设计。

关键词：露天开采设计；台阶爆破；公路运输开拓

目录

1绪论 1

1.1毕业设计题目 1

1.2研究背景 1

1.3目的 1

1.4意义 1

1.5设计依据 2

1.6设计内容 2

1.7设计方案 2

2矿区概况 3

2.1矿区地质简介 3

2.1.1地层 3

2.1.2构造 3

2.1.3岩浆岩 4

2.2矿床地质 4

2.2.1矿床地质特征 4

2.2.2矿石质量特征 5

2.3矿床开采技术条件 5

3露天开采境界 6

3.1露天开采境界的设计原则 6

3.1.1 设计原则及其经济意义 6

3.1.2 经济合理剥采比 7

3.2露天开采境界要素 8

3.2.1 开采境界最终边坡角及边坡结构 8

3.2.2 开采境界底部宽度 8

3.2.3开采境界底部位置 9

3.3开采境界深度 12

3.4圈定露天开采境界的底部周界 17

3.5绘制露天矿开采终了平面图 18

3.6绘制露天开采境界横纵断面图 19

4矿山矿岩松碎及采装工作 21

4.1矿岩松碎 21

4.1.1爆破参数设计 21

4.1.2矿山爆破计划 24

4.1.3爆破网路与装药结构 25

4.2采装工作 26

5露天矿开拓运输系统 28

5.1 开拓运输方案的提出与选择 28

5.1.1 露天矿开拓的意义 28

5.1.2影响露天矿开拓方式的因素 28

5.1.3选择开拓系统的主要原则 29

5.1.4开拓运输方案的提出与选择 29

5.2采用的开拓运输方案 30

5.3 运输线路设计标准及技术指标 32

6露天矿山排土场的选择原则和安全规程 34

6.1排土场位置选择 34

6.1.1排土场的选择原则 34

6.1.2排土场位置的确定 35

6.1.3 排土场容量计算 35

6.2排土场安全防护 36

6.2.1排土场稳定性与防护 36

6.2.2排土场关闭 36

6.2.3排土场复垦 37

参考文献 38

1绪论

1.1毕业设计题目

唐钢滦县司家营铁矿二期露天开采设计

1.2研究背景

我国的露天采矿技术发展迅速，在一些技术领域取得重大突破，比如陡坡、高台阶开采、深凹露天矿高效开采、特大型矿山高效开采等技术都取得了重大突破。但总体而言，我国采矿技术与世界技术先进国家相比还是有显著差距的。我国铁矿石贫矿多，富矿少，浅部铁矿已经开采得差不多了，大量的深部铁矿难以开采。所以，怎样安全高效地开采深部铁矿也是一个技术难题。与技术先进国家相比，我国在数字矿山、开采监控手段、矿山现代化管理等方面有显著差距。我国采矿信息化和智能化的程度普遍较低，大多数的采矿活动都要在人工的操作下完成，劳动生产率和经济效益较低。在装备水平上，我国大型矿山装备仍以引进为主，自主研发创新的能力较差。矿山管理方面，我国的科学现代化管理程度不足，安全保障能力较低。

1.3目的

1.研究露天矿山矿岩松碎及采装工作的具体操作流程和设计内容；

2.研究露天矿山不同运输方式的适用条件；

3.了解露天矿山排土场的选择原则和安全规程；

4.研究了解露天矿山经济合理剥采比和露天境界的确定方法；

5.研究了解露天矿山开拓方式的选择原则以及矿山生产能力的具体确定条件，并编制露天矿山生产计划；

6.掌握CAD制图，利用CAD制图为露天矿山设计绘制不少于5张A2以上图纸；

7.熟练掌握绘图方式方法，手工绘制A0图纸一张。

1.4意义

司家营铁矿已探明的铁矿资源储量约为9亿吨，铁矿资源非常丰富，其中一期工程开采了1.8亿吨铁矿，剩余的大量铁矿需要继续进行分期开采，因此，二期露天开采设计对司家营铁矿的持续开采、生产具有重要意义，铁矿资源开采对我国的钢铁行业的发展也具有重大意义。此外，在设计的过程中，通过对一些参数进行调整优化，能够提高矿山的经济效益。

1.5设计依据

1.唐钢滦县司家营铁矿二期露天开采设计基础资料以及财务资料

2.不同中端水平分层地质平面图（23张）

3.勘探线剖面图（7张）

1.6设计内容

1.经济合理剥采比的计算；

2.露天开采境界的圈定；

3.矿床开拓系统的选择和运输方式的确定；

4.矿岩松碎方式的确定以及采装工作的设计；

5.排土场的设计

1.7设计方案

1.根据所给唐钢滦县司家营铁矿的资料，了解司家营铁矿二期设计开采范围的地质水文条件，了解矿山现状

2.根据所给的N8-N32的勘探线剖面图，在CAD软件采用相似性开采境界设计方法，确定合理开采深度；然后根据使平均剥采比最小的原则确定露天开采境界的底部位置，从而初步确定开采境界。

3.根据矿山的可行性研究报告，确定露天采矿规模为每年开采1500万吨，服务年限30年。

4.根据矿山规模和运输条件，确定开拓运输方式，主要包括汽车适型，地表岩石破碎机适型。

5.矿岩松碎采用台阶中深孔爆破，采装工作用10m³单斗挖掘机装载130吨自卸汽车

2矿区概况

司家营铁矿一期工程开采Ⅱ采场和Ⅲ采场，建设规模为采选700万t/a矿石，其中Ⅱ采场600万t/a，采用露天开采，Ⅲ采场100万t/a，采用地下开采，均为一期选厂供矿。目前一期采选工程已经建成，正在调试试生产。

Ⅱ采场位于Ⅰ采场南侧，两露天采场在-367 m标高以上连通，目前Ⅱ采场正在基建剥离，最低开采标高为-6 m，矿山已经到货的采掘运设备主要有φ310 mm牙轮钻、10 m3电铲及130t自卸汽车。

矿区所处大地构造位置为燕山褶皱带山海关隆起之昌黎凸起的西南边缘地带。

矿区出露地层以前震旦系、震旦系和第四系为主。第四系地层大面积覆盖，基岩露头除在矿区东部和尚山~铁石山一带有较连续的分布外，其它均为零星出露。

2.1矿区地质简介

2.1.1地层

前震旦系（Ar）地层构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质程度较浅、岩性较简单的变粒岩类、片岩类和石英岩类等组成，混合岩化弱而普遍。该系地层走向近南北，倾向西，倾角40°~50°。其中单塔子群白庙子组第三段（Arb3）为矿区主要含铁岩系。

震旦系（Z）地层主要为大洪峪组石英砂岩和少量的含燧石条带白云岩及燧石岩。其走向北北东，倾向北西西，倾角10°~25°。不整合覆盖于前震旦系变质岩系地层之上。

第四系（Q）地层分布广泛，占矿区总面积（10 km2）的70%以上。地表出露以亚砂土为主，次为坡、残积物，个别钻孔中可见到粘土。厚度一般20 m ~30 m，最厚70 m，一般东薄西厚，北薄南厚。

2.1.2构造

从总体来看，整个矿区位于新河复式背斜西翼，司家营复式向斜东翼。矿区本身为一单斜构造，地层走向近南北，倾向西，倾角40°~50°。矿体内小型褶皱十分发育。

区内断裂构造较发育，主要有北北东向、北北西向和近东西向三组。北北东向和北北西向多为压扭性逆断层；近东西向的多为张扭性横断层，本组断层位移不太大，对矿体的破坏性较小。

2.1.3岩浆岩

区内尚未发现大规模的侵入岩体，仅在个别钻孔中见有产状不清、厚度较大的黑云霓辉正长岩。除此之外，还有一些中基性岩脉。

2.2矿床地质

2.2.1矿床地质特征

本区铁矿体产于前震旦系变粒岩中，属鞍山式沉积变质矿床。整个矿化带由北向南全长10 km，其中北区S6线~N34勘探线之间长4 km，本次设计范围在N6线~N32勘探线之间。区内矿体多呈层状或似层状，部分呈透镜状或扁豆状，层位稳定，由于构造和古地形的影响，厚度变化较大，形态变化较复杂，沿走向和倾向均有突然尖灭、分枝复合和膨缩现象。

矿体由东向西划分为4个，相互之间呈平行带状排列。各矿体走向近南北，倾向西，倾角40°~ 50°，延长、延深、厚度及形态变化不等，本次设计范围内主要为Ⅲ、Ⅳ号矿体，现分述如下：

Ⅲ号矿体：为北区规模最大的矿体，也是本次设计开采的主矿体。位于矿区中部及北部，I号矿体北段西侧50 m左右，界于N4线~N34线间，全长2800 m。该矿体仅在磨菇山和池子山一带见有零星露头，大部分伏于第四系和震旦系地层之下。矿体由多层矿组成，夹有多层厚度不等的夹石，实为一个矿带，沿走向具有明显的膨缩和分枝复合现象。矿体厚度最大300 m，一般厚度为100 m ~200 m。矿体出露最高标高为57 m（蘑菇山）。矿体延深较大，除南北两端和中间个别勘探线具变薄尖灭趋势外，其余各线控制斜深均已达到700 m以上（标高-500 m以下）仍未变薄。特别是N12、N22、N24、N26、N28等线，控制斜深已达900 m ~1600 m（标高-600 m ~-900 m），矿体厚度并无变薄尖灭趋势。矿体的倾角变化较大，浅部陡（40°~50°），深部缓（35°~40°）。

Ⅳ号矿体：矿体全部被第四系和震旦系地层覆盖，分布于矿区中部，Ⅲ号矿体西侧150 m左右，界于N9线~N26线间，全长1600 m。矿体最大真厚度60 m，最小厚度6 m，一般厚度20 m ~40 m。矿体延深中等，最大延深820 m，最小延深160 m，一般300 m ~500 m，矿体最高点标高-11 m，尖灭点最低标高为-580 m，一般在0 m ~-400 m之间。该矿体倾角较缓，一般为35°~40°。

2.2.2矿石质量特征

矿石的矿物成分比较简单，主要为磁铁矿、假象赤铁矿，其次为赤铁矿。脉石矿物主要为石英，其次为阳起石、透闪石及少量角闪石和辉石等。

区内铁矿石以细粒变晶结构为主，其次为纤维粒状变晶结构。矿石构造主要为铁矿物和石英组成黑白相间的条带状。矿石原生为磁铁矿，近地表氧化为赤铁矿和假象赤铁矿。

按TFe/FeO的比值将矿石划分为氧化矿和原生矿两种类型。TFe/FeO≥3.5为氧化矿，TFe/FeOlt;3.5为原生矿。

矿石中化学成分以Fe和SiO₂为主。其它成分均极少。矿石全部为贫铁矿，表内矿石平均地质品位为TFe 28.55%，其中磁铁矿为TFe 28.49%，假象赤铁矿为TFe 29.24%。表外矿石品位 TFe 22.62%。虽有极少数矿样TFegt;45%，但不足以考虑单独利用。

矿石中SiO₂含量一般为45%~55%，平均为49.34%，S含量一般为0.05%~0.2%，平均为0.097%，P含量一般为0.02%~0.08%，平均为0.061%。

2.3矿床开采技术条件

矿体围岩主要为黑云变粒岩，含TFe 5.24%，SiO2 62.75%。矿石致密坚硬，其抗压强度一般为1500 kg/cm2～2000 kg/cm2，平均为1867 kg/cm2，岩石抗压强度一般为1000 kg/cm2～1500 kg/cm2，平均为1250 kg/cm2。

矿、岩物理力学性质：

（1）体重：

矿石： 氧化矿表内矿3.28 t/m3；

氧化矿表外矿3.14 t/m3；

原生矿表内矿3.30 t/m3；

原生矿表外矿3.11 t/m3；

岩石：2.7 t/m3；

表土：2.0 t/m3。

（2）普氏硬度系数：矿石f = 12～18；

岩石f = 8～15。

（3）矿、岩松散系数均为1.5，表土为1.15。

3露天开采境界

3.1露天开采境界的设计原则

3.1.1 设计原则及其经济意义

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准则来圈定露天开采境界。

虽然国内外手工设计普遍运用准则来圈定露天开采境界，但是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。

准则可以与准则合用。对于某些覆盖层很厚或不连续的矿体，按准则圈出开采境界之后，还要核算该境界内的平均剥采比，看它是否满足 准则。

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。因此按准则确定开采境界，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准则圈定的小，而较按准则圈定的大。因此，随之而来的初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。

3.1.2 经济合理剥采比

经济合理剥采比是露天开采境界设计的基本指标参数，其计算方法和运用方法都因矿床开采的经济目标和技术条件不同而异。计算经济合理剥采比的基础数据是矿床开采的基本经济要素。

矿床开采的基本经济要素在此是指单位开采矿量扣除销售税金后的销售收入v（元/m³）、成本费用c（元/m³）、经营利润u=v-c（元/m³），以及单位围岩的剥离费用b（元/m³）。

经济合理剥采比计算公式：

（ 3‑1）

式中：

为经理合理剥采比；

为经营利润，元/m³；

为单位围岩剥离费用，元/m³；

查财务资料以及基础资料得知：

司家营铁矿年产1500万t原矿石；

年税后利润为112616万元；

单位围岩剥离费用

b=(38797.9 39078.89 738.08 2714.61)/(5059 6221)=7.21元/t

由以上数据可计算：

元/t

从而计算出经济合理剥采比：

t/t

3.2露天开采境界要素

3.2.1 开采境界最终边坡角及边坡结构

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。

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