露天煤矿开采设计说明

.学习参考...摘要本设计为乌兰露天煤矿五采区开采设计,设计生产能力为1.20Mt/a,矿山服务年限是13.8年。开采煤层为3-1、4-1、4-2、5-1、6-1号煤层,开采保有储量为2116.72万吨,可采储量为1985.60万吨。本矿采掘场最终邦坡角为35o,外排土场为22o。本设计包括露天矿开拓系统、采装运输系统及排土系统三大工艺及安全预评价。岩石台阶高度确定为10米,煤台阶为3-1、4-1号煤的自然厚度。煤、岩台阶的最小工作平盘宽度均为32米。煤、岩的采掘带宽度均为15米。采用4台KQ-150型潜孔钻机,21台斗容为2-2.5型挖掘机,119台BJ-374型自卸卡车运输,5台推土机。评价单元包括采剥系统、边坡、爆破器材、运输、排土系统、总平面布置六个单元。关键词：露天开采、爆破、采装、运输、排土、安全预评价AbstractThisdesignforulamhadadopencoalmineminingdesign,designfiveminingproductionability1.20Mt/a,miningandserviceperiodis13.8years.Miningcoalseamfor3-1,4-1,4-2,5-1,6-no.1coalseammining,theexistingreservesfor21.1672milliontons,recoverablereservesof19.856milliontons.Thisorerecoveryrateis95%.MiningfieldslopeAngleforthefinal35o,dumpoutsidefor22o.Thisdesignincludingopen-pitminedevelopmentsystem,blastingsystem,miningoutfitintransportationsystemsandexhaustsystemprocess.FoursoilRocktheheightofstepsdeterminedfor10meters,coalfor3-1steps,4-1thethicknessofcoalnature.Coal,rockstepsoftheminimumwidthareworkingplates32meters.Coal,rockwiththeminingwidthare15m.4setsthetype150KQDTHrig,a21setsfor2-2.5lettypeexcavator,119"BJ"-374typedumptruckstransport,fiveunitsofbulldozers.Keywords:openmining,blasting；miningoutfit；transportation；rowsoil；safetypre-evaluation第一章矿田概况及建设条件1.1矿田概况1.1.1交通位置1.1.2地形地貌1.1.3水文1.1.4气象1.1.5地震1.2矿区总体规划和开发现状1.3资源条件1.3.1矿田地质勘探工作情况1.3.2矿田地层1.3.2.1区域地层1.3.2.2矿区地层1.3.3矿田地质构造介绍1.3.4煤层特征1.3.5煤质特征1.3.5.1煤的物理性质及煤岩特征1.3.5.2煤质评价及工业用途评述<1>煤类：根据中国煤炭分类,<GB5751-86>低变质煤的分类指标：各可采煤层洗煤灰发分<Va>小于37％,胶质层<Y>值为零,粘结指数<GR,I>为零,透光率<Pm>的平均值一般为64～71。故区内煤类属不粘煤<BN31>。<2>煤的可选性：铜匠川详查报告在XX北部的酸刺沟煤矿新井采集4-1号煤层大样一套,：灰分其结论是理论精煤灰分为4.5～5%,±0.1含量为0.5～9.5%,均小于10%,故认为4-1煤层可选性等级为易选煤<GB/T16417-1996标准。<3>煤质评价：根据本次利用钻孔煤芯煤样测试成果,结合铜匠川详查区内其它煤样的分析成果,对核实区内煤层煤质做出如下评价：①区内煤为低～低中灰分、低～低中硫分、特低磷的不粘煤；②各煤层发热量均大于25MJ/km,为特高～高热值煤；③煤的气化性良好,煤对CO2反应性高,热稳定性好；④煤灰熔融性低,为低熔灰分；⑤易结渣,为中强结渣煤；区内煤的可选性等级为极易选。1.3.5.3煤的工业利用方向<1>煤的主要用途是动力用煤。<2>炼焦粉：该煤可以炼制焦粉,作为炼钢,化工用煤的配料；<3>气化用煤：由于区内煤气化性能良好,热稳定性好,可作为城市气化和工业气化用煤；<4>形体加工及水煤浆：由于本区煤为低灰煤,碳含量大于70%,氢含量大于5%,可以制备水煤浆和进行形体加工,制作煤砖,煤球等。1.4煤田勘探程度及资源条件评价现根据该区和邻区资料对比,倾角较缓,构造复杂程度为简单类型；主要可采煤层5-1和6-2中号煤层为大部可采,煤层厚度较稳定,煤层稳定程度为较稳定类型。依据《煤炭资源地质勘探规范》,其勘查类型确定为Ⅰ类2型。1.5外部建设条件1.5.1外部建设条件<1>交通条件神弓公路从矿区穿过,西距S213公路10km,北距G109公路14km,西距包茂高速和G210公路20km,南距乌荣高速10km,南距边贾公路8km,公路交通十分发达。<2>电源条件及供电容量XX矿区电力充足,电力部门正在加快新建和改造当地的供电系统。目前,本矿井的双回路电源线路已经架设,即从工业场地东南5.0km处的公沟35kV变电站不同母线段侧各引10kV电源。<3>水源条件煤矿与XX科源水务XX公司签定的《供用水合同》,该公司从公沟水源地及通往伊东供销煤矿的供水主管网上设支口连接,由XX科源水务XX公司自建的供水支管线至乌兰煤矿工业场地的蓄水池供水。矿井的生活用水现引自工业场地东侧乌兰沟内约500ｍ处新建的一大口井,水井涌水量可达12ｍ3/h,水质满足饮用水标准,不足部分由市政供水管网补给。<4>通信条件市有线直达本矿,中国移动、中国联通无线通讯网覆盖整个矿区,互联网已经接通,通讯条件良好。<5>材料供应矿山建设所需钢材、木材、水泥需从准格尔召镇、XX、XX省大柳塔等地购入,砖、沙、石等材料均可在当地解决。外购材料由公路运至本矿。<6>外部协作条件本矿距准格尔召镇5km,距鄂尔多斯市27km,距大柳塔镇45km,以上三地采矿工业发达,各种社会化服务条件良好,距XX110km,距呼和浩特230km,XX市是全国采矿机械制造中心之一,有特斯拉斯机械制造厂、北方奔驰汽车制造厂和北方重型机械厂,上述三厂主要生产矿用液压挖掘机、矿用自卸卡车、多种型号的推土机和装载机。XX矿山机械配件厂是康明斯发动机〔大型矿山设备配套发动机华北总代理,XX市具有很强的矿山机械制造和修理能力,可作为矿山设备外部协作的重要基地。1.5.2外部建设条件综合评价该矿经多年地下开采,总采出煤量超过700万吨,消耗储量2309万吨,外部条件已经全部落实。运输、电源、水源、通讯‘建筑材料供应等条件良好,满足技术改造后矿山生产需要。第二章采掘场与排土场边坡稳定2.1矿田工程地质条件2.1.1地层矿区位于XX煤田东缘,新生代地质营力的作用在这一带表现的较为强烈。含煤地层侏罗系中下统XX组上部被剥蚀,下部残存部分亦被枝状沟谷切割破坏。根据地表露头及钻孔揭露,井田地层主要有：三叠系上统延长组<T3y>,侏罗系中下统XX组<J1-2y>,第四系上更新统～全新统〔Q3-4。2.1.2岩土物理力学指标矿区煤层顶底板岩石以深灰色砂质泥岩为主,次为粉砂岩及中细粒砂岩、泥岩,根据原铜匠川详查区571、707号孔岩石物理、力学性试验成果：岩石的真密度2600～2710kg/m3,视密度1730～2550kg/m3,孔隙率4.85～34.72%,含水率1.10～22.48%,吸水率2.96～9.88%,抗压强度0.65～64.8MPa,平均13.1MPa,普氏系数0.067~6.61。从试验成果分析,绝大多数岩石的抗压强度小于30MPa,所以煤层顶底板岩石以软弱岩石为主,只有少数中、细粒砂岩为半坚硬及坚硬岩石。2.1.3自然滑坡概况本矿原为井工开采,没有较大的人工边坡,自然地形沟深坡陡,冲沟处土崖最高可达30-50m,未见自然滑坡和泥石流现象。2.1.4采掘场边坡稳定当边坡角等于35°时,可以满足露天矿采场边坡稳定的要求,所以露天矿帮坡角取为35°,待本矿进一步补充工程地质勘探工作后,根据具体条件对上述露天矿帮坡角进行修正。2.1.5保持采掘场边坡稳定的措施<1>加强岩移监测,发现异常变动,采取防滑措施；<2>建立特殊天气边坡巡视制度,雨中、雨后设专人巡视边坡稳定情况。<3>在采掘工程进度安排上,尽量缩短采掘场边坡长度及边坡暴露时间,尽快实现内部排土,埋压边坡。<4>严禁采掘过程中超挖坡底,在爆破中采取减震措施。<5>到界台阶采取欲裂或光面爆破措施,尽量保持岩体的完整性。2.2排土场边坡稳定排土场岩石力学强度参数的选择影响排土场稳定性的因素<1>边坡高度<2>坡面角度<3>基底倾斜角度<4>物料抗剪强度指标<5>地表水的冲蚀<6>其他外在因素以上各因素均不同程度上制约着排土场边坡稳定性。排土场帮坡体是由土沙和岩石混合物料排弃而成,分层排弃的土沙和岩石,在顺台阶坡面上分层不很明显,松散体又经压实已产生再生凝聚力。所以滑坡破坏模式也是上部垂直裂缝,下部呈圆弧面滑落,如果基底不稳定,稍有地震波动,将牵动基底隆起或基底顺层滑坡。根据排弃物料岩性组合分析,本矿排土场边坡潜在滑动模式为圆弧切底滑坡。当排土场排弃高度达到80m,帮坡角为22°时,边坡稳定系数为1.265。可以满足露天矿排土场边坡稳定的要求,所以露天矿排土场帮坡角确定为22°。同采场一样,待本矿进一步做工程地质补充勘探工作后,再根据具体情况对本露天矿边坡角进行适当修正[4]。2.2.2保持排土场边坡稳定的措施<1>依据剥离物的强度调整排弃顺序坚硬物料排在边坡的下部,排土场中部可适当排弃一些强度低的物料,而周边对边坡稳定要求较高的部位则必须排弃一些强度较大的物料。<2>完善采掘场、排土场周边防排水体系①在外排土场未建立之前,排土场周边的排水系统必须尽早建成。为此,在排弃时,基底尽量排弃块大的、坚硬的、遇水不易粉化的岩石,尽量不要破坏原有沟底的迳流条件,保证暴雨时畅通无阻。②为了保证排土场边坡稳定,外排土场上盘边坡周边建立挡土墙,使排土场上部积水不得顺排土台阶坡面流下,冲毁排土场边坡。在排土场基底低洼处建立完善排水系统,使排土场汇集的雨水尽快排出,以提高内、外排土场边坡整体稳定性。<3>加强排土场基底管理①在排土场底部应尽量排弃块大的、坚硬的、遇水不易粉化的岩石,以保证排土场基底的稳定性。②排土场基底的积水要及时排出,确保内、外排土场边坡稳定；③必要时在煤层底板设置"鱼刺状"的排水沟和集水沟,沟内设滤水管或盲沟形成沿内排土场底部的排水系统,及时将内排土场底部的水排出。④定期监测内、外排土场底部及上部边坡的滑坡动态,及时采取稳定边坡的措施。<4>控制雨水、地下水渗入内排土场底部的措施①在排土场达到最终位置的平盘和坡面铺设一层渗透系数小的粘土,用压路机压实,形成防渗层,在其上再铺一层土壤,绿化植被；②在内排土时沿端帮境界排弃10m宽的隔水墙,减少地下水的渗入。<5>在边坡形成期间和形成之后,应定期监测外排土场边坡的位移变形情况,当发现某一部位变形异常,应提高监测频度,并提出相应的治理措施,避免造成更大的损失。<6>在实际生产过程中,应加强生产工程地质勘探,边坡地表、地下监测,加强地下水位监测控制,如有异常立即采取工程措施。<7>编制较完善的滑坡灾害应急抢救预案。<8>对边坡的重点部位,应设置GPS监控点,以精确控制边坡的位移和变形情况。2.3边坡监测在采掘场非工作帮和外排土场的四周建立边坡岩石移动监测网,监测桩排距100m。监测桩用中间带有钢筋的水泥桩,桩长1m,中间钢筋头刻上十字线作为监测点。第三章矿田境界及储量3.1矿田境界及资源/储量3.1.1矿区范围根据XX自治区国土资源厅于乌兰煤矿井田东西最宽5.75km,南北最长3.93km,矿区面积12.1775km2,开采深度由1410m至1270m,各拐点直角坐标见表3.1。3.1.2资源量本次资源储量核实,对原报告在井田内估算的3-1、4-1、4-2中、5-1、6-1中及6-2中共6层煤进行了煤炭资源储量估算。对已开采的3-1和5-1煤层的煤炭资源储量,根据矿方提供、鄂尔多斯市矿山地质测量检查站实测,经鄂尔多斯市国土资源局和准格尔旗国土资源局审核认定的采掘工程平面图进行了消耗资源储量估算。截止20XX5月31日,乌兰煤矿资源储量估算结果见表3.2。注：〔121b为探明的经济基础储量；〔122b为控制的经济基础储量；〔333为推断的内蕴经济资源量。3.2开采境界3.2.1确定境界的依据及原则3.2.1.1依据<1>依据乌兰煤矿提交的《XX自治区XX煤田铜匠川矿区乌兰煤矿煤炭资源储量核实报告》；<2>与生产规模相适应的矿山煤炭储量和矿山服务年限；<3>设计依据工程地质条件所确定的稳定帮坡角；<4>尽量避开地面重要建筑物；表3.1乌兰煤矿各拐点直角坐标一览表拐点编号XY拐点编号XY14398900374328001743972153743676024398600374340551843972003743599034398360374346701943966503743600044398600374346702043965703743563054399220374340102143971403743480064399610374340102243971503743470074399940374338002343973903743469084399938374349332443978103743440094399215374355202543979303743428010439920037436800264397960374340551144005003743806727439759037434055124399538374384882843976353743365013439885537438550294397515374333301443979293743855030439763037433125154397190374385503143979603743314016439719037437822表3.2截止乌兰煤矿煤炭资源储量估算结果表煤类煤层编号分布标高<m>核实范围储量级别查明资源储量<万吨>消耗资源储量<万吨>保有资源储量<万吨>资源储量类型<编码>原报告本次核实增减变化不粘煤3-11410～1368C45645604551<333>C150150027123<333>C747747073017<333>4-11390～1340C16853-115053<333>C98980098<333>C0324+3240324<333>C23123100231<333>4-2中1370～1338C3663+27063<333>C10210200102<333>C74740074<333>5-11386～1300B313293-205288<122b>C266241-250241<333>B90590500905<122b>C8898+102573<333>B0652+65254598<121b>67523-652023<122b>C3571710+1353851625<333>B23123100231<121b>B9549540209745<122b>C8148140415399<333>6-1中1307～1300C11311300113<333>6-2中1340～1270B0210+2100210<122b>C12641054-21001054<333>B69690069<122b>C524450-740450<333>全井田1410～1270B313293-205288<122b>C946813-133455358<333>Σ12591106-153460646B90590500905<122b>C463463027436<333>Σ136813680271341C8898+102573<333>B0652+65254598<121b>675233-4420233<122b>C16213088+1467853003<333>Σ22963973+16771393834B23123100231<121b>B102310230209814<122b>C23902316-7411451171<333>B+C34073570-7413542216<122b>B883883054829<121b>24742454-202142240<122b>C52786778+150017375041<333>B+C863510115+148020058110查明矿产资源<5>《煤炭工业露天矿设计规范》GB50197-20053.2.1.2确定境界的原则<1>露天开采境界在矿权境界线之内；<2>以矿权界线为开采境界时,此线为地表境界；以煤层露头线为境界时,此线为底部境界。<3>当煤层埋藏深度较深时,应以境界剥采比不大于经济合理剥采比为确定露天开采境界的原则。3.2.1.3经济合理剥采比的确定按露天开采单位资源盈利不小于井工开采单位资源计算经济合理剥采比[5],即Nj=[<dL-a>f1-<dD-c>f2]/bf1式中：Nj—经济合理剥采比<m3/T>；dL、dD—分别为露天开采和井工开采的煤炭售价；,dL取257元／t,dD取290元／t；C—地下开采采煤综合成本,取元/t；a—露天开采扣除剥离费用以外的一切费用〔包括偿还投资、纳税、付息及管理费等因素,取75元/t；b—露天开采剥离费用,取9.5元/m3；f1、f2—分别为露采和地采回采率f1取95%,f2取50%。代入上式：NJ=［〔X95%－〔X50%］／0.95/9.5＝13m3/t3.2.2开采境界的确定由于本矿地形中间高四周低,按照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则,按最终帮坡角35°计算,本矿境界范围内的剥采比均小于13m3/t,基本符合露天开采条件。根据上述原则和依据,在乌兰煤矿井田范围内,露天开采面积较大,为加快露天矿表3.3露天矿地表境界拐点坐标表序号X座标Y座标B1439592737435772B2439562637437031B3439538737437642B4439514337438059B5439501937438010B6439490537438066B7439463237438296B8439462837438491B9439454937438661B10439448237438745B11439417437438752B12439416937438962B13439369937438962B14439360637438574B15439416737437772B16439417737437672B17439441737437662B18439483737437372B19439495737437252B20439498737437027B21439461737437027B22439466237436622B2343630237436302B24439455737436097B25439498737436112建设,缩短基建期,提高经济效益,本设计把矿田分为五个采区,由东向西依次称为一采区、二采区、三采区、四采区、五采区。在五采区的北部以6-1中煤层露头线为底部境界,依按35°帮坡角向上推出地表境界。3.2.3开采境界技术特征五采区露天矿地表境界拐点坐标见表3.3；五采区露天矿底板境界拐点坐标见表3.4；表3.4露天矿底板境界拐点坐标表序号X座标Y座标D1439867437433079D2439847537434016D3439825537434627D4439807537434931D5439788137434849D6439743537435243D8439747937435478D9439737137435605D11439737137439737D12439695137435812D13439679637435812D14439675337435635D15439730537434863D17439744137434842D18439786137434485D19439803037434327D20439810837433925D21439781537433896D22439781537433623D23439775737433339D25439800037433296露天矿最终帮坡角为35°,最大开采深度为130m。露天开采区地表境界范围的面积为281.57hm2。3.3储量储量计算依据<1>XX龙旺地质勘探XX公司20XX6月提交的《XX自治区XX煤田铜匠川矿区乌兰煤矿煤炭资源储量核实报告》中的3-1号、4-1号、4-2中、5-1号、6-1号、6-2中煤层底板等高线及储量估算图。<2>20XX-20XX4月资源消耗量以矿方提供《乌兰煤矿5-1煤层采掘工程位置平面图》为依据。<3>剥离量计算以矿方提供的《乌兰煤矿地质地形图》为依据。3.3.2储量五采区内开采储量,如表3.5所示。表3.5开采境界内可采原煤量表煤层可采原煤量〔Mt五采区3-1123.354-1169.474-2中205.195-11430.596-1中57.06-2中合计1985.603.4剥离量计算根据煤层特点及开采方法,可采储量及剥离量计算采用平面法,分台阶计算。经计算本采区剥离量为19481.98万m3,经计算五采区平均剥采比为9.81m3/t[6]。表3.6开采境界内剥离量项目五采区备注可采原煤量〔Mt1985.60采出残煤量煤合计1985.60剥离量19481.98平均剥采比〔m3/t9.81..工作制度和生产能力4.1设计生产能力4.1.1露天煤矿设计生产能力<1>生产能力的确定依据①根据《设计委托书》的要求及目前市场需求,该露天矿生产能力为1.20Mt/a。②XX自治区煤炭工业局内煤局子[2010]107号批复的设计生产能力：根据资源条件合理确定。<2>建设规模论证①从技术角度确定的建设规模本矿走向尺寸较长,煤层近水平,在采用单斗——汽车工艺的情况下,工作线沿矿田五采区北界靠北"L"字型拉沟,由北向南,有西向东追踪式推进,采煤工作沿底板开采的方式,采场的矿坑尺寸可以满足露天矿1.20Mt/a的生产能力。②从煤质角度确定的生产能力根据乌兰矿原井工开采变更开采方式为露天开采的主要理由是,本矿井田含6层可采煤层,分层较多,井工开采难免将岩石混入毛煤之中,造成煤质下降。该矿毛煤低位发热量实际为5000大卡左右,煤质不稳定,确定为露天开采后,目前尚无法确定分层剥挖后,煤岩混合程度对煤质的影响,因此本设计生产能力为120万吨/年,建议矿方据产品煤发热量的具体情况再次技改提高生产能力。综上所述,乌兰露天煤矿确定120万吨/年的生产能力是合理的、可行的。4.1.2工作制度根据《煤炭工业露天矿设计规范》规定,露天矿工作制度为每年330d连续工作制,冬季不停产,每天3班,每班工作8小时。4.1.3露天矿建设规模根据设计委托书,乌兰煤矿设计生产能力确定为1.20Mt/a。露天矿日平均产量为3636.36t。露天矿班平均产量为1212.12t。4.2露天煤矿服务年限乌兰露天矿田五采区境界内可采储量1947.39万吨,含煤率按89.8%,采出毛煤量万吨,储量备用系数1.2[7]。服务年限计算公式：=1985.60/1.2/120=13.8K—为储量备用系数露采取1.2；A—生产能力为1.20Mt/a；P—采出原煤量〔Mt。经上述公式计算五采区服务年限为13.8年。经计算后的露天矿服务年限,满足《煤炭工业露天矿设计规范》规定,中型露天煤矿设计服务年限。第五章采区划分及拉沟位置5.1首采区及拉沟位置5.1.1首采区<1>首采区确定的原则①覆盖层薄、基建工程量小、见煤快、投资少、初期剥采比小的地方；②煤层赋存条件好,高级储量比例较高,资源储量可靠；③尽量靠近矿田边界,容易选择外排土场。外排距离近,占地少,实现内排早；④有利于采区的合理划分及过渡；⑤有利于地面生产系统及工业场地的合理布局；⑥有利于地面防洪工程布置。<2>首采区方案的优化及技术特征露天矿分为五个采区,以五采区为首采区。五采区地表面积约281.57hm2,位于矿田境界内的西部,开采深度以6-1煤层底板为界[8]。5.1.2拉沟位置拉沟位置方案比选本矿田地层倾角1～3°,煤层厚度较稳定,拉沟位置的选择,主要取决于地表地形。本设计中选择拉沟位置的原则中主要考虑基建期工程量,初期剥采比,选择外排土场容易,有利于采区之间合理过渡,有利于矿山现状的安排,有利于地面生产系统及工业场地的合理布局等因素,提出两个拉沟方案进行比选。<1>沿五采区的西北部境界"L"型东西拉沟,工作线由北向南,由西向东推进。<2>沿五采区的北部境界线"凹"字型拉沟,工作线向南、西、东三个方向推进。<3>沿五采区的东南部境界线"一"字型拉沟,工作线由东南向西北方向推进。相比于<1>、<2>方案,<3>方案的覆盖层较厚,基建工程量大,排除。<1>方案相比于<2>方案,在基建、离排土场距离、总平面布置等方面没有明显优势,但是<1>方案更容易实现内排。故选择<1>方案较好。第六章开采工艺及开采方法6.1开采工艺6.1.1开采工艺选择原则及考虑因素开采工艺及设备选择的主要影响因素及原则：<1>要充分考虑到矿区自然条件,包括地形特点,气候条件,埋藏条件及煤岩性质；<2>技术先进、设备性能可靠,经济合理。<3>设备类型、规格及生产能力要与露天矿规模相适应；<4>采、运、排设备规格匹配合理。优先选择社会通用设备,实现生产的灵活性与维修社会化,减少矿上综合性压力；<5>优先选择先进大型设备,实现高产、高效、集中控制及管理现代化；<6>遵循市场经济原则,力求投资少,成本低、效益好；<7>高效节能、节省燃油,易于修理；6.2开采工艺选择乌兰煤矿煤层赋存平稳,覆盖物主要为砂质泥岩及泥岩。从技术角度考虑所适应的开采工艺较多,轮斗—胶带工艺,吊斗铲倒堆工艺、单斗—卡车工艺、半连续开采工艺和联合开采工艺均可行。但从露天矿生产规模,初期投资及拉沟地段开采条件看,单斗—卡车工艺较为合适。其它工艺由于系统庞大,所需拉沟尺寸长,基建投资大,适合于大规模开采条件,从经济上考虑不适合1.20Mt/a规模生产矿山。故本设计推荐单斗—卡车工艺作为乌兰露天矿的开采工艺[5]。单斗—卡车工艺在我国露天矿山中已得到广泛应用,有着成功的应用及完整的管理经验。虽然该工艺存在燃油及轮胎消耗量大、经济运距短、吨公里运输成本高、维修保养技术较复杂等缺点。但该工艺具有机动灵活,适应性强,所需拉沟及工作线短,基建工程量小,投资少,见效快,建设周期短等优点。本设计确定单斗—卡车工艺。6.2.1设备选型及数量6.2.1.1采装设备选型及数量计算<1>采装设备选型露天矿根据矿床赋存条件、矿岩硬度、开采参数、采剥总量、服务年限、开拓运输系统、生产工艺、经营模式等因素确定采运排设备。本露天矿煤层赋存为近水平,岩石普氏系数为5以下,标准台阶高度10m,移动坑线开拓,采矿剥离工程全部外包经营模式,采装设备宜采用生产能力适中,选采性能好,易于租赁,社会上较常见的机型。1.6m3以下的液压铲单机能力偏小,所需数量太多,4.0m3以上的液压铲社会上很难租到,2-2.5m3液压反铲较为合适。根据本矿达产时剥离台阶数量及设计台阶高度的需求,从简单化管理生产角度出发,选择2-2.5m3液压反铲。采装设备主要技术参数见表6.1。表6.1斗容为2-2.5m3型液压反铲主要技术参数表序号主要规格性能单位参数备注1铲斗容积m32.52最大挖掘高度m9.963站立水平最大挖掘半径m11.124最大卸载高度m9.965最大挖掘深度m7.07选择ZL-50型前端式装载机进行剥离和采煤工作面的辅助作业。<2>设备能力计算①斗容为2.5m3型液压反铲生产率计算：理论小时能力Qj=3600×VK×Km/<T×Ks>,m³/h式〔6.1式中：Vk—铲斗几何容积,取2.5m³；km—铲斗装满系数,0.9～1.2,取下限；Ks—矿岩松散系数,取1.25；T—工作循环时间,s；T=t装+t卸+t重运+t空运=10+4+12+8=34s。经计算,理论小时能力Qj=190m³/h②设计年生产能力Qm=Qj×24×Kl×27.5×K2=60192m³式〔6.2式中：Kl—时间利用系数,0.6～0.85,取下限；K2—设备出动率,80%。本设计液压反铲月设计能力取60000m³。由上述计算可知,1台2-2.5m3型液压反铲每月可完成采剥量60000m3,考虑冬季作业受气候影响因素,年有效工作日按10月计算,则1台2-2.5m3型液压反铲每年能完成采剥量按60万m3。达产年剥离岩石量1113.96万m3,需要挖掘机数为：1113.96÷60=18.53台,取19台；每年采出煤量为120万吨,需要挖掘机数为：120/〔60×1.27=1.57台,取2台。共需2-2.5m3型液压反铲21台。6.2.1.2运输设备选型及数量计算<1>运输设备选型单斗——汽车工艺中斗容比一般为3~6,剥离物容重按1.95t/m3计算,勺斗的满斗系数按0.9计算,则2.5m3液压挖掘机的每斗装载量为4.4t,4.4t×<3~6>=13.2-26.4t。矿用自卸车载重与车厢容积关系见表6.2。表6.2矿用自卸车载重与车厢容积关系载重〔t2025车厢容积〔m31315铲与车的利用率通常情况下铲小,因此选择斗容比略大一些,匹配20t级矿用自卸卡车,铲装4~5斗,比较适合,所以选取20t的BJ－374型自卸汽车为运输设备。BJ－374型自卸汽车技术特征见表6.3。表6.3北京BJ－374型自卸汽车主要技术性能及规格表项目驱动型式载重<t>自重<t>车厢容积<m3/h>外形尺寸长<m>宽<m>高<m>轴距<m>轮距前<m>最小离地高度<m>最小转弯半径<m>货箱最大倾斜角<0>北京BJ－3744×22015.610.7～13.47.162.9093.113.62.350.385950<2>运输设备数量计算运煤A=480×G×K1×K2/〔T×K3m³/台班式〔6.3表6.4卡车效率计算基础表项目单位煤岩石表土物料容重t/m31.272.281.76松散系数1.231.401.20卡车台许载重量t202020卡车实际载重量t13.216.618.8卡车载重利用系数0.600.600.60车厢容积m310.7～13.410.7～13.410.7～13.4载重容积m38.8～108.3～109.5～11每车装斗数斗/车767装车时间分钟5.15.15.1卸车时间分钟111等车及其他时间分钟444上述时间小计分钟10.110.110.1运输不均衡系数1.21.21.2松散容重t/m31.031.631.47卡车行使速度平坡KM/h252525上、下坡151515台年生产能力Kt/台年112156156K.m3/台年88.1968.4288.64式中：G—汽车额定斗容13m³；K1—汽车利用系数：取0.6；K2—满载系数,取0.9；K3—松散系数,取1.1；T—汽车周转时间,分<按3.0km运距计算,重车运行车速15km/h,空车运行车速25km/h>。T=t装+t走+t调+t停+t卸=5.1+12+1.5+2.5+1=22.1经计算,A=138.61m³/台班Q月=A×C×H×K4=6861.19m³式中：C—每日工作班数,取3；H—月工程作业天数,取27.5；K4—出车率,取0.6。计算每台卡车全年生产时运煤能力6.86万m³。运岩A=480×G×K1×K2/〔K3×Tm³/台班式〔6.4式中：G—汽车额定斗容13m³；K1—汽车利用系数：取0.6；K2—满载系数,取0.9；K3—松散系数,取1.1；T—汽车周转时间,分〔按1.0km运距计算,重车运行车速15km/h,空车运行车速25km/h。T=t装+t走+t调+t停+t卸=5.1+6.4+1.5+2.5+1=16.5分经计算,A=185.65m³/台班Q月=A×C×H×K4=9189.68m³式〔6.5式中：C—每日工作班数,取3；H—月工程作业天数,取27.5；K4—出车率,取0.60。计算每台卡车运岩年能力11.03万m³。<3>设备数量计算根据本露天矿达产年运输量,煤为120万吨〔97.15万m3,岩为1113.96万m3,计算需20t自卸卡车运煤18台,运剥离物101台,设计共需20t自卸卡车119台[7]。6.2.1.3钻孔设备选型及台数确定<1>设备选型根据本矿条件,剥离选择小型的KQ-150型潜孔钻机。KQ-150钻机的技术参数见附表6.5。<2>钻机生产能力及数量的确定钻机生产能力:①班生产能力:根据实际经验,确定岩石台班能力为48m/台班,煤台班能力为47m/台班。②年生产能力：表6.5KQ-150潜孔钻机规格参数表序号技术特征单位KQ-1501钻孔直径mm150-1702钻孔方向°60-903钻孔深度m17.54钻杆直径mm1335钻杆长度m96回转速度转/min21.7,29.2,42.97回转扭矩kg.m296,250,2188提升力kg25009提升速度m/min1010行走方式履带11爬坡能力°1412行走速度km/h1.012捕尘方式湿式13供风方式移动压风机14压气用量m3/min15.415总功率kw58.516回转电机kw1017提升电机kw7.518行走电机kw2219电源电压v38020钻机自重t1421外形尺寸m22工作状态：长m6.5923宽m3.1224高m12.925运输状态：长m1226宽m3.1227高m3.86ZN=900n·Lb式中：ZN—钻机年生产能力m/a；n—年工作台班利用系数,取0.85；Lb—台班能力,m/台班。经计算得:ZN岩=36720m/台年ZN煤=34686m/台年根据达产年时期煤及岩石的年爆破量确定钻机数量岩石〔最大1113.96万m3/年,煤120万t/年。确定钻机数量为：N2=K·VN/ZN·P式〔6.6式中：K—钻机利用系数,取1.04；N2—钻机所需台数,台；VN—年需爆破量；ZN—台年能力〔m/台年；P—每米钻孔爆破量,岩石平均为40m3/m,煤为16m3/m。经计算得：岩石最大需1.26台,煤需1.77台,综合考虑取4台钻机。KQ-150钻机4台。6.2.1.4排土设备选型在单斗—汽车工艺中,排土采用汽车边缘式或场地式排土,排土设备为推土机,根表6.6T-220推土机主要技术性能及规格表序号主要技术性能单位数值1发动机额定功率Hp2202工作重量t23.673最大牵引力t24.04班推土能力m35推土板：宽度mm43656高度mm10557切土深度mm5408提升高度mm9走行速度：前进km/h10后退km/h11外形尺寸：机体长mm710012机体宽mm436513机体高mm357514覆带板宽度mm15履带板接地长度mm16两履中心间距mm17平均接地压力Kg/m218爬坡度°2019参考价格万元20制造厂家据本矿采用的自卸汽车吨位,选择T220型推土机。主要技术性能见表6.6。6.2.1.5辅助设备根据采剥生产的需要,本着尽可能减少投资,充分利用矿区已有设备的原则,选用了必要的辅助设备。设计选用了T-220型推土机,用其配合采煤液压挖掘机作业,包括清理工作面,煤层顶、底板等辅助生产作业。并负责坑内外运输道路的平整。另选用前装机、洒水车等进行辅助生产。露天矿投产后主要采掘设备见表6.7。表6.7达产年主要采掘设备数量表设备规格数量采掘设备液压挖掘机21钻机KQ-1504自卸卡车BJ－374119推土机T-22056.3剥离方式和采煤方法6.3.1采煤方法矿田范围内主采煤层为6-1中、5-1、3-1、4-1、4-2中煤层,本矿田地层倾角1～3°,煤层厚度较稳定。煤的硬度较硬,经爆破后液压铲可以采装[4]。煤层台阶采用倾斜分层。煤层的开采方法为：3-1、4-1、4-2中、5-1都为煤层为煤岩混合台阶,3-1为岩层在上,岩层在下,4-1、4-2中、5-1为煤层在上,岩层在下,本设计中命名为1340台阶,6-1中煤层单独成一台阶。煤层由液压挖掘机装自卸卡车,经工作面移动坑线及地面跟踪式开采。6.3.2剥离方式本矿田岩石大部分属于中硬偏软岩石,经爆破可由液压挖掘机采装。露天矿开采剥离物以混合分层划分台阶,5-1顶板以下台阶以倾斜分层,依煤层顶板倾角划分台阶,其上台阶一律采用水平分层。3-1、4-1、4-2、5-1顶板台阶为一个倾斜台阶,台阶高度在3-10米之间变化,标准剥离台阶高度为10m。工作面剥离方式为液压挖掘机采挖,分二层开采,上分层采用端工作面下挖后退式平装车,下分层采用端工作面下挖后退式下装车。6.3.3开采要素<1>台阶划分及台阶高度的确定根据剥离物和煤的物理力学性质及其埋藏条件,依据开采工艺及采掘设备规格,设表6.8工作平盘要素表符号符号意义单位要素值煤台阶土岩台阶H台阶高度m煤层厚度10A采掘带宽度m88am台阶坡面角°7070b爆堆伸出m33C坡底安全距离m33T运输通道宽度m1515D+F坡顶到路边安全距离m33Bmin最小工作平盘宽度m3232计确定剥离台阶高度为10m,台阶水平分层；煤台阶依照煤层厚度划分为一个台阶。<2>采掘带宽度详见图6.1。图6.1最小工作平盘组成要素示意图考虑作业设备的规格、采装作业、爆破参数条件等因素,确定岩石和煤层的采掘带宽度都为8m。<3>最小工作平盘宽度剥离台阶最小工作平盘要素见表6.8。6.3.4降深方式根据本矿的煤层实际赋存情况,采用分层掘沟降深,基建期降深至4-1煤层顶板,当剥采工程降深到6-1中煤层底板时,即完成了全部的降深工作。6.3.5工作帮的构成工作帮分为煤台阶及岩台阶,台阶数量随着地形的变化而略有变化,多数情况下为3个采煤台阶,三个煤岩混合台阶,第一个台阶上盘为1390水平,下盘为煤层底板,第二个台阶,上盘为煤层顶板,下盘为煤层底板,第三个台阶上盘为每台阶,下盘为煤层底板,8-10个剥离台阶。6.4开拓运输系统6.4.1运输方式<1>运输设备选择本设计确定该矿采用单斗——卡车开采工艺,所以采掘场的运输方式为公路汽车运输。在本矿的开采条件下,采用自卸载重汽车进行采剥运输是合理的选择。公路汽车运输具有如下特点：①有较高的机动性,灵活性；②转弯半径小,爬坡能力大；③矿山基建投资低,掘沟速度快；建设时间短；④挖掘机采装矿岩和废石排弃效率高；⑤有利于采用移动坑线开拓,陡帮作业；有利于分采、分装、分运,有利于采用高台阶和近距离排土。虽然汽车运输有其固有的弱点,如燃油和轮胎消耗大、运输成本高、经济运距短、保养和维修技术复杂等,但在乌兰煤矿的作业条件及开采规模情况下,采用汽车运输明显利大于弊,国内类似矿山大多使用汽车就是明证。<2>开拓运输系统的选择①移交生产时期开拓运输系统从矿建工程开始到移交生产时,所有剥离物全部采用外部排土,外排土场位于采掘场的南部。煤层顶板台阶、1390水平、1400水平、1410水平,通过顶帮移动坑线运到1420水平,通过1420水平东端的出口运出采掘场,运到外排土场。详见《移交生产时剥采排工程位置及运输系统平面图》②达产时期开拓运输系统达到设计产量时,下部不能实现内排,所有剥离物全部采用外部排土,外排土场位于采掘场的南部。煤层顶板台阶1360水平、1370水平1380水平、1390水平、1400水平、1410水平的剥离物,通过顶帮移动坑线运到1420水平,通过1420水平东端的出口运出采掘场,运到外排土场。煤运送到煤场。详见《达产时剥采排工程位置及运输系统平面图》③其它运输露天矿杂作业、材料及人员等运输经矿山道路和采场、端帮及移动坑线至采场及排土场各工作面。各类杂作业及人员运输采用各自的专用车辆；雨季采场降雨汇水的处理采用移动泵站和排水管道。6.4.2运输量根据进度计划安排,露天矿各年度产品煤及剥离物运输量见表6-9。表6-9剥离和采煤运输量表生产时期原煤量〔Mt剥离物〔Mm3剥离量移交0.245.06达产后0.9716.186.4.3矿山道路本次设计露天矿五采区煤的运距不长,在3.0km左右,后期随着拉沟位置的推进,离排土场越来越近。6.4.3.1坑内道路工作面道路为移动道路,随着工作面的推进逐渐形成,推平压实即可。6.4.3.2地面道路露天矿地面道路包括1号矿山道路、2号矿山道路1号矿山道路：从采场至外排土场,主要负担剥离物外排运输任务。2号煤炭外运公路：从煤场到神公公路,路过工业广场。6.4.3.3道路维护<1>及时清理路面杂物,如汽车掉落的岩石块等。<2>及时修复路基缺口、路基沉陷。<3>边坡塌方：小塌方或水沟阻塞,必须及时进行清理,以利排水。<4>雨季前必须将所有边沟、排水沟进行全面清通。<5>及时修复损坏的挡土墙及护坡。<7>平时或雨季中出现的坑包,应按照"强基薄面"的办法,先挖补基层,用块石修补大致平整后再施工表面磨耗层。每年雨季末期作为路面全面恢复时间,同时添加铺磨耗层加以养护路面,翻浆路段必须处理好路基、纵横向盲沟、涵管,并将路面恢复好。6.5穿孔爆破6.5.1穿孔方式和钻机选型该矿山采场上部为第四系松散物和基岩所覆盖,主要由浅灰、灰紫、灰黄、浅灰色泥岩,沙质泥岩。粉砂岩细、中粗粒砂岩、中上部由深灰色砂质泥岩、粉砂岩夹薄层泥岩和煤层组成。岩石的普氏硬度系数f=3-6,为了挖掘机能发挥高效率,均需爆破。采用KQ-150潜孔钻机,垂直钻孔,起爆方法采用单排孔爆破。煤台阶也采用KQ-150潜孔钻机,垂直钻孔,起爆方法采用双排孔松动爆破。6.5.2.爆破安全技术措施<1>爆炸性材料的购买、运输、贮存、适用和销毁,永久性爆炸材料库建设建筑机构及各种防护措施,库内的内、外部安全距离等都必须符合国家有关法规和标准的规定。<2>爆破后的剩余的炸药材料,必须当天退回爆炸材料库,严禁在工地存放和销毁。<3>在爆破区域内放置和使用爆炸材料过程中,20m以内严禁烟火,10m以内严禁非工作人员进入。<4>炮孔的装药和充填必须遵守以下规定①装药前在爆破区两端插好警戒旗,严禁与工作无关人员和车辆进入爆破区。②雷管脚线、导爆管的连接和装药作业必须有专人负责。③装药时,每个炮孔同时操作人员不应超过3人,严禁向炮孔内投掷起爆具和受冲击易爆的炸药,严禁使用塑料、金属或带金属XX的炮杆。④炮孔卡堵或雷管脚线及导爆管损坏时应及时处理,无法处理时必须插上标志,按拒爆处理。⑤机械化装药时,必须有专人操作。矿建工程和开采进度计划7.1矿建工程量及建设时间本区地形平缓,冲沟纵横,沟深坡陡,煤层赋存近水平,根据移交生产时期的开拓运输方式,排土场布置及地面运输干线的布局,采用单斗——汽车开采工艺,分层掘沟,采用移动坑线方式拉沟延深,由顶板向底板降段。基建期剥离物多为土沙等第四系松散层。为保证露天矿以1.20Mt/年生产能力移交,并使移交后的露天矿能够正常生产,预留了足够的回采储备煤量。7.1.1矿建工程<1>移交标准①移交生产时,所需外部生产设施及辅助设施建成并可以投入运行；②露天矿采煤及剥离运输系统已经形成；③移交时生产能力达到0.60Mt/a以上；④移交时备采煤量够采4～6个月,为：0.20～0.30Mt；⑤移交时工作帮符合规定的开采参数,具备足够空间,以便正式生产。<2>矿建工程量根据《移交生产时期剥采工程位置平面图》,计算矿建工程量为438.18万m3。矿建工程量见表7.1。7.1.2建设时间根据矿建工程量和剥离采用2.5m3液压挖掘机,运输采用20t自卸卡车的设备施工强度,露天矿矿建工程将在1年内完成。因此,设计确定露天矿建设工期为1年。7.2开采进度计划7.2.1开采进度计划编制的依据和原则<1>利用矿山地质模型的基础数据。表7.1矿建工程量表水平岩土量〔万m3工程煤〔万吨1410以上142.091400170.331390125.773-1煤顶板24..93合计438.1824.93<2>为减少投资,保证建设时间和速度,矿建剥离工程基建期外包。<3>充分利用工艺系统中各设备效率和生产能力。<4>根据年推进度和工程发展的空间关系。<5>依据均衡后的生产剥采比。<6>以年度为编制依据,编制范围是移交后至开采终了[6]。7.2.2开采进度计划露天矿矿建工程将在1年内完成。按照均衡剥采比安排进度计划,不可能有太大的波动。7.2.3矿建工程开拓程序露天矿基建初期,充分利用天然地形条件,在五采区的北部边界东西向布置拉沟位置,沿地形掘地表到3-1煤层顶板各台阶的出入沟,建立剥离及采煤工作面。当2-1煤层煤面积达到5.88万时,矿建期结束,移交生产。依据《煤炭工业露天矿设计规范》移交时的生产能力不宜低于设计生产能力〔中型露天矿的40%-50%,本设计选择生产能力0.60Mt/a移交：此时：开拓储备煤量24.93万t；开拓煤量储备期4.15个月；采矿工作面数1个；剥离工作面数4个。其它条件满足要求。符合上述移交标准。排土场8.1排土场布置8.1.1选择排土场的原则<1>为缩短排土运距,排土场尽可能靠近采场。<2>尽量少占农田或不占农田。<3>分利用有利地形,对排气物中有能利用的部分,堆置时考虑回收装运方便。<4>有内排可能尽量以内排为主。<5>充分利用本矿田内有利现状。<6>外排土场选择在其下部不压煤的位置上,严防二次倒运。8.1.2排土场位置根据外排土场选择的原则及本矿的实际地形情况：五采区南部沟谷纵横发育,可以作为天然的外排土场,运距较近,可以排弃基建期和达产时大量剥离量。8.1.3排土容量计算达产时需排入外排土场的土岩实方量506.11万m3松散系数1.05备用系数1.1外排土场的容量为548.90万m3。达产后外排量为1618.06m3,排入外排土场的容量为1740.56万m3。排土场技术参数如表8.1。8.1.4排土场建设与防护<1>排弃方法汽车排土采用边缘排弃方式,排土台阶作成3%-5%的反坡,汽车靠近台阶坡顶排土,推土机配合。表8.1排土场技术特征表符号项目单位外排土场备注1占地面积hm266.792最终排弃高度m803最终帮坡角°224最终松散系数1.055最终排土台阶数量个46最终排土台阶高度m14607最终排土台阶平盘宽度m508排土场容量Mm39计划排弃量Mm310排土场容量备用系数1.05<2>排土线建设和发展本矿基建量全部外包,剥离物全部排入外排土场,基建完成后剥离物一部分先排入外排土场,其余部分排入内排土场。排土线的建设采用装载机人工涨道方式建设。<3>排土场防护加强排土场的维护和建设,防止水土流失,是露天矿建设中非常重要的工作,应加强防护措施的实施。内外排土时为了防止水土流失,尽可能把可利用的地表腐植土单独堆放,排土场四周排弃较硬的岩石,用以固砂土,其后将预先放置好的土覆盖在表面,逐年种草种树,以恢复植被,改善生态环境。露天矿实现全部内排后,随着采掘场的向前推进,土地〔排土场的复垦从外排土场开始逐步向内排土场发展,为了减少排土场对矿区环境的不利影响,内排土场的复垦要随开发的发展及时进行,一般应以年度〔种植周期为阶段按期复土造田,采剥工程也应予以配合,采用分层堆弃,表土单独堆放的方法。土地复垦后宜首先种植草类,待土地涵养后再种植农作物或植树。土地的复垦采用矿山已有推土机平整完成,待土地复垦后宜将矿山排水引入垦区进行灌溉。<4>排土场安全措施①排土场周围修筑临时的防洪和排水设施。当排土场范围内有出水点时,必须在排土之前用盲沟将水疏出。排土台阶应保持平整,不应有积水。②排土场排土应严格按排弃参数作业,总排弃帮坡角不得超过最终稳定帮坡角,以保证排土场的稳定和设备安全作业。③排土场卸载区,应有连续的安全墙,其高度不得低于轮胎直径的2/5。如出现不同规格的车辆卸载,安全墙高度不同,应在不同区域卸载。④排土工作面向坡顶线方向应有3%-5%的反坡。⑤在同一地段进行卸车和推土作业时,设备之间应保持足够的安全距离。⑥卸载时,汽车应垂直排土工作线,严禁高速倒车,冲撞安全墙。必须加强对司机长期的安全教育。⑦推土时严禁推土机沿平行坡顶线方向推土。⑧排土场卸载区应有通信设施或联络信号,夜间应有照明并且光线不得对司机构成干扰。⑨表土、软岩不得排到排土场最下层,最下层应排弃中硬以上岩石,必要时清理基底。解冻期、雨季采用场地排弃法。注意雨后道路情况,排土场内道路松软不得使用,防止卡车侧翻。⑩设专人指挥车辆。当出现滑坡征兆或其它危险时,必须停止排土作业,采取措施治理后,方可继续作业。外排土场应设置照明设施[7]。8.2排土技术参数8.2.1排土方式设计选用推土机推土的排土方式,汽车排土