露天采矿课程设计计算说明书

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1、武汉理工大学课程设计计算说明书课程名称：矿山设计原理1. 总论1.1 课程设计概述1.1.1 课程设计题目露天矿开采境界设计1.1.2 设计初始条件1. 最终台阶高10m,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 / m3o2. 开拓运输道路采用III级矿山公路，道路路基宽度8m。1.1.3 要求完成的主要任务1. 设计任务：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。2. 设计成果：课程设计计算说明

2、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）1.2 设计依据和技术经济原则1.2.1 设计依据 课程设计任务书 矿床地质资料a. 地质地形（平面）图 1 张（3# 图纸）b. 地质横断面图3张（4# 图纸）1.2.2 设计技术经济原则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

3、设计1.3 设计方案和设计内容简述课程名称：矿山设计原理设计方案：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：1. 用横坡面面积比法计算各水平境界剥采比，绘成曲线，按nn的原则分别确定三个横剖面的合理开采深度；2. 纵剖面上调整露天矿底平面标高；3. 绘制露天矿底部周界。由于未给出各水平分层平面图，底部周界在I线

4、 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；4. 按前述边坡角和段坡角的限制，设计边坡组成及最终平台宽度；5. 初步圈定露天开采终了平面图；6. 选择出入沟口位置并布置开拓运输系统，这里假定工业厂场位于平面图 幅的左下方，标高+900 米；7. 绘制终了平面图，并将境界投影到三个横剖面图上；8. 计算布置了开拓运输系统后的最终边坡角。顶底帮两端各一个；9. 设计山坡部分的开拓运输系统。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；10. 计算矿岩量。武汉理工大学课程设计计算说明书课程名称：矿山设计原理2. 矿区

5、概况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）桐柏一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 1617，历年最高温度41.5 C,最低温度-15.3 C,年平均降雨量一般1156.1毫米，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。2.1 矿区地质简介2.1.1 地层矿区出露的地层为下元古界大

6、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。2.1.2 构造（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。

7、2.1.2 岩浆岩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。2.2 矿床地质矿区圈定的磁铁矿矿体赋存于下元古界大别山（岩）群（Dbc）中。课程名称：矿山设计原理2.2.1 矿体特征矿体多呈似层状，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，1线至III线由3支矿脉合并为1支矿脉，单支矿脉内又可 见13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9

8、53m，最低标高819m；矿体最大埋深 m。2.2.2 矿石特征矿石主要为块状，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），铁矿石中TFe品位39.0041.00%，TFe平 均品位40.00%。有害组分磷含量在0.054%，硫0.42%，均低于允许含量。矿石工业类型为磁铁矿石。2.3 矿床开采技术条件2.3.1 水文地质条件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

9、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。2.3.2 工程地质条件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。课程名称：矿山设计原理矿区内断裂及构造破碎带规模小，未见深

10、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。武汉理工大学课程设计计算说明书课程名称：矿山设计原理3 露天矿开采境界3.1 露天矿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

11、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 wn 准则来J JH圈定露天开采境界。虽然国内外手工设计普遍运用 n wn

12、准则来圈定露天开采境界，但是J JH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课程名称：矿山设计原理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 wn 准则可以与n wn 准则合用。对于某些覆

13、盖层很厚或不连续P JH J JH的矿体，按 n w n准则圈出开采境界之后，还要核算该境界内的平均剥采J JH比，看它是否满足 n w n准则。P JH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 wn 准S JH 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

14、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 wn 准则圈定的小，而较按n wn 准则圈定的大。因此，随之而来的初P JH J JH 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。课程名称：矿山

15、设计原理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： 储量盈利比较法系列； 费用收入比较法系列； 储量成本比较法系列。3.2 露天矿开采境界要素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。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