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1、武汉理工大学 资环学院 矿物资源工程 露天矿开采境界与运输系统设计学 号： 0120708280229课 程 设 计题 目露天矿开采境界与运输系统设计学 院资源与环境工程学院专 业矿物资源工程班 级0702姓 名指导教师2010年12月25日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 资源0702 指导教师： 工作单位：资环学院资源开发工程系题 目: 露天矿开采境界设计 初始条件：课程设计内容：1. 露天矿开采境界设计2. 露天矿（深凹）开拓运输系统设计课程设计技术参数：1. 最终台阶高度10m，最终台阶坡面角65，露天采（矿）场最小底宽16m，最终边坡角（伪倾角） 48，经济合理剥采比6 m3 /
2、 m3； 2. 开拓运输道路按三级矿山公路设计，道路路基宽度8m。课程设计方法：AutoCAD辅助设计要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求。）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、纵断面图；编写课程设计计算说明书。设计成果：课程设计计算说明书1份，开采境界底部位置设计计算图（横断面图1张），开采境界深度设计计算图（横断面图3张、纵断面图1张），露天矿开采境界平面图（3号图纸1张），露天矿开采终了平面图（3号图纸1张），露天矿
3、开采境界横断面图（4号图纸3张），露天矿开采境界纵断面图（3号图纸1张）。时间安排：1. 下达课程设计任务书及原始资料、熟悉设计资料、搜集参考资料(1天);2. 露天矿开采境界深度设计计算(3天);3. 圈定露天矿开采境界(2天);4. 露天矿开拓运输道路定线(2天);5. 绘制露天矿开采终了平面图(2天);6. 绘制露天矿开采境界横、纵断面图(2天);7. 编写课程设计计算说明书初稿，答疑(2天)；8. 誊写课程设计计算说明书，上交课程设计成果(1天)。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日训 练 执 行 大 纲（可粘贴）一、目的和要求本课程设置的目的是训练学生在资
4、料检索、数据计算、工程制图和科技写作等方面的技能；培养学生的技术实施、工程设计和研究开发能力；使学生面对模拟或实际的矿山工程设计课题，能够综合运用所学的专业理论知识，提出可行与合理的技术设想和实施方案。课程设计要求学生了解矿物资源开发工程设计的特点，熟悉相关的设计规范和设计程序，掌握露天矿开采境界和开拓运输系统的设计方法与步骤。设计者在条件许可时应使用CAD软件进行工程计算和工程绘图。二、课程设计内容1. 露天开采境界设计；2. 露天矿开拓运输系统设计；3. 计算矿岩量。三、课程设计进度要求序号设计内容所用时间（天）1.下达课程设计任务书，熟悉有关资料1.02.开采境界采深设计计算2.03.圈
5、定露天开采境界1.04.开拓运输系统路线定线1.05.绘制露天开采终了平面图2.06.绘制露天开采境界横断面图0.57.计算矿岩量1.08.编写设计说明书1.5合 计10.0四、课程设计步骤与方法1. 确定露天矿开采境界深度及底部位置；2. 确定露天矿底平面并绘制开采境界底部周界；3. 确定最终边坡结构并绘制露天开采境界平面图；4. 在开采境界平面图上布设开拓运输路线，即定线；5. 绘制露天矿开采终了平面图；6. 绘制露天开采境界横断面图；7. 计算矿岩量；8. 编写课程设计说明书。五、课程设计说明书与图纸要求1 课程设计说明书1.1 设计方案概论1.2 矿山地质简况1.3 露天开采境界的圈定
6、1.4 露天矿开拓运输系统1.5 矿岩量计算2 课程设计图纸2.1 开采深度设计计算图（横断面图3张，纵断面图1张）；2.2 露天矿开采终了平面图2.3 露天矿开采境界横断面图（3张）六、课程改革特色采用互动式、程式化教学；强调实践性与综合性；多种考核形式，综合评定成绩。七、课程设计评分标准序号评 定 项 目评分成绩1.设计方案正确合理（20分）2.设计方案具有实用性、创新性(10分)3.设计结果（例如：硬件成果、软件程序）（20分）4.态度认真、学习刻苦、遵守纪律 （15分）5.设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6.答疑（25分） 备注：成绩等级：优（90分100分）、良
7、（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下为不及格。目 录1. 总论11.1 课程设计概述11.1.1 课程设计题目11.1.2 设计初始条件11.1.3 要求完成的主要任务11.2 设计依据和技术经济原则11.2.1 设计依据11.2.2 设计技术经济原则11.3 设计方案和设计内容简述22. 矿区概况32.1 矿区地质简介32.1.1 地层32.1.2 构造32.1.2岩浆岩32.2 矿床地质32.2.1 矿体特征42.2.2 矿石特征42.3 矿床开采技术条件42.3.1水文地质条件42.3.2工程地质条件43 露天矿开采境界63.1 露天矿开采境界的设计原则
8、63.1.1 设计原则及其经济意义63.1.2 经济合理剥采比73.2 露天矿开采境界要素83.2.1 开采境界最终边坡角及边坡结构83.2.2 开采境界底部宽度及底部位置93.3 开采境界深度103.3.1 确定开采境界深度的原理103.3.2 确定开采境界深度的方法 (方案分析法)103.4 圈定露天矿开采境界1423.4.1 绘制露天矿底部周界143.4.2 绘制露天矿开采境界平面图153.4.3 绘制露天矿采掘终了平面图163.5 绘制露天矿开采境界断面图173.5.1 绘制露天矿开采境界横断面图173.5.2 绘制露天矿开采境界纵断面图193.6 露天矿开采境界技术参数194 露天矿
9、开拓运输系统214.1 开拓运输方案的提出与选择214.1.1 露天矿开拓的意义214.1.2影响露天矿开拓方式的因素214.1.3选择开拓系统的主要原则224.1.4开拓运输方案的提出与选择224.2 采用的开拓运输方案234.2.1 受矿点、出入沟位置及标高，采矿场工作水平及其标高234.2.2 坑线布置形式234.3 运输线路设计标准及技术指标254.3.1 线路等级划分264.3.2 线路设计技术标准26参考文献27致谢281. 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70，露天矿采矿场最小底宽
10、16m，最终边帮角53，经济合理剥采比6m/ m。2. 开拓运输道路采用级矿山公路，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
11、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，开拓系统路线按级矿用运输公路设计 1.3 设计方案和设计内容简述设计方案：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1
12、0%，最终的台阶坡面角70，稳定的最终帮坡角小于等于53，经济合理剥采比6m/ m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，底部周界在线以西及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
13、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。2. 矿区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（级）桐柏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,最低温度
14、-15.3，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
15、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。 2.1.3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。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，线至线由3支矿脉合并为1支矿
16、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953m，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39.00 41.00%，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
17、，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
18、变质岩工程地质岩组和坚硬块状侵入岩工程地质岩组。矿区内断裂及构造破碎带规模小，未见深大断裂，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。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。
19、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
20、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
21、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
22、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。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
23、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
24、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53，最终台阶坡面角70，台阶高度为10m，安全平台宽度为3m,每两个安全平台设一个清扫平台，依次往上延伸台阶，直至地表。3.2.2 开采境界底部宽度及底部位置(1) 底部宽度要求及数值露天矿的最小底宽，应满足采装运输设备在底部正常运行与安全作业的要求，一般不应小于开段沟的底宽，其最小宽度根据采装、运输设备规格及线路布置的有关计算结果来确定，最小底宽的参考数值如图（一）。u 按开段沟的底宽确定开采境界底宽 汽车运输掘沟 回返式调车 折返式调车 壁穴折返式
25、调车 本次设计底部宽度为16m。 最小底宽的参考数值运输方式采装设备运输设备最小底宽备注铁路运输13007535大型露天矿固定干线2401300307525中小型露天矿固定干线及支线24030204.3.2 线路设计技术标准(1) 级矿用运输公路技术指标见表(2) 矿用运输公路坡长限制见表级矿用运输公路技术指标参考文献1张世雄主编：矿物资源开发工程.武汉工业大学出版社.2000年出版.2石忠民.露天采矿课程设计指导书.武汉理工大学.2010年.3王青主编：采矿学，冶金工业出版社，2003年出版.4于润沧.采矿工程师手册.冶金工业出版社.2009年03月.5采矿手册编辑委员会.采矿手册第3卷. 冶金工业出版社.1991年5月.6张富民.采矿设计手册2.中国建筑工业出版社.1987年12月.7 中国矿业学院主编.露天采矿手册，煤炭工业出版社，1986年出版.8 陈遵主编：露天矿设计原理，中南工业大学出版社，1991年出版.致谢感谢武汉理工大学资源与环境工程学院提供我们这次课程设计的机会，让我们为以后的工作学习打下良好的实践基础；本课题在选题及进行过程中得到石忠民老师的悉心指导。课程设计过程中，石老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。石老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向石老师致以诚挚