1.1设计题目与内容
设计题目：大古坑矿区高岭土矿V3号矿体露天矿开采设计。 设计内容有：
（1）露天开采境界设计，熟练掌握具体露天矿山开采境界确定的方法和原则，确定开采深度，台阶高度，露天矿合理开采深度设计与调整，经济剥采比的确定；
（2）露天矿生产能力的设计及采剥进度计划；
（3）初步圈定露天开采终了平面图，开拓坑道定线，绘制露天开采终了平面图露天采矿工艺设计。
1.2原始资料
大古坑高岭土矿区位于茶陵县城南东约25公里，属桃坑乡管辖。地理坐标：东经113°43 ′18″—113°44′30″，北纬26°42′04″—26°42′ 43″，面积0.80平方公里。区内交通目前比较困难，仅有公路至桃坑乡政府驻地，乡村至矿区的简易公路目前正在修建之中，该公路修好后，交通将大为改观。但该区水利资源丰富，高压线路、通信线路已进入了矿区，为矿区今后的发展奠定了良好的基础。交通位置图见图1-1所示。
图1-1 矿区交通位置图
该矿区地处湘赣变弱的罗霄山脉西侧，地貌特征是：西北、东南山地崛起，西北有武功山绵亘，东南有万烊山蜿蜒，中部和西部丘岗起代，地势朝中部，西南部倾斜。并呈阶梯状逐级下降，形成一个三面环山，朝四南开口的关环形盆地。
矿区属中低山区，主要山脉呈NE至NNE向展布，地势东高西低，海拔标高多在200—400米之间，最高460米，相对高差约260米。
茶陵县属于中亚热带季风湿润气候区，近二十年的气象资料统计表明，极端最低气温为-4.2 0C（1991年，持续时间短暂）。光能资源：平均年日照1744.7小时，年日照率为39％，属全省日照最多的地区。降水量：平均年降水量1400毫米，较邻近公路偏少，但仍属雨水灵丽的湿润气候区。
该区经济以林、农、副业为主，盛产杉、松和楠竹，劳动力充足。
矿山依法于株洲市国土资源局和茶陵县国土部门拟定的矿山范围和拐点坐标及开采深度如下表1-1所示。 拐 点 号 1 3 直角坐标 X（m） 2955800 2954700 Y（m） 38473600 38473000 拐 点 号 2 4 直角坐标 X（m） 2955000 2955650 Y（m） 38473800 38472700 面积为0.80Km2,开采高程：+400米至 +200米 注：坐标采用1954年北京坐标系，高程为1956年黄海高程。 表1-1 矿山范围和拐点坐标
矿区位于酃（县）桂（东）南北向隆起带北端，与湘东新华夏系茶（陵）永（兴）断陷盆地东交合部位。
区内广泛出露奥陶系、泥盆系及白垩系地层。奥陶系为一套浅海相浅变质砂泥质岩层，厚度大于2000米；泥盆系以砂岩，砂页岩，灰岩为主，厚度大于1000米；白垩系主要为紫红色厚层状砂岩及砂岩砾岩组成，厚度大于1500米
矿区出露地层主要有第四系全新统（Q）残破积层、冲积层和上奥陶统（O3）岩层。
上奥陶统（O3）岩层根据区域地质资料，相当于五峰期天马山组，为一套厚度巨大的浅海相碎屑岩，岩层内普遍产有笔石化石，岩性以中层至厚层状浅变质粉砂岩、砂质板岩为主，夹浅变质细砂岩，绢云母板岩，局部夹似层状，透镜状凝灰质、长石石英砂岩。常见粉砂岩、砂质板岩、板岩构成复理式
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韵律。岩石一般呈青灰色，但遭受风化后变成黄褐色、紫红色，总厚度大于700米。凝灰质长石石英砂岩风化后变为高岭土矿层，呈白色。
湖南省地质矿产勘查开发局四一六队2019年2月提交的《湖南省茶陵县大古坑矿区高岭土矿资源储量报告》，全矿区共发现三个含矿层，编号为S1、S2、S3，圈定五个矿体，分别编号为V1、V2、V3、V4、V5，矿区V1-V5矿体均属同一种矿石类型，即白色土状至土块状高岭石，由凝灰质长石石英砂岩强烈风化所形成。矿石为泥质结构，土状至土块状构造，质地松软，遇水膨胀崩解，可塑性中等。资源储量见表1-2所示。 资源储 量类型 矿体编号 V 1332 333 小 计 5.0 2.74 4.0 6.0 8.0 2.37 5.67 3.98 5.47 4.50 7.37 8.41 7.98 11.47 12.50 V 2V 3V 4V 5表1-2 资源储量估算结果
根据设计任务书可知，是对V3矿体进行设计，现介绍V3矿体相关情况：
由地质图可知，矿区范围大，但是矿脉厚薄不等，矿区构造简单，总体上为一倒转背斜构造，背斜轴部位于矿区中部，总体走向近东西，东段转向南东；南翼为正常翼，地层产状为130-140°∠30-40°，北翼为倒转翼，地层产状为170-200°∠44-75°，转折端向东偏南倾伏，产状变化较大。S1含矿层位于矿山中部，共圈定三个矿体（V1、V2、V3）厚0.20-10.35米。
V3矿体分布于V2矿体西北侧，有TC5、TC4、PD3等工程控制，矿体呈透镜状顺层产出，为倒转翼，矿体出露标高265-308米，控制长110米，厚2.34-14.30米，平均厚8.32米，倾向157-175度，倾角44-75度。其总体特征:中部膨大，往西尖灭，往东相变为浅变质粉砂岩，砂质板岩。该矿体与V1、V2矿体属同一层位，其顶底板岩性特征大体相当，但该矿底板的局部地段见硅化破碎现象。
该矿区V1-V5矿体均属同一种矿石类型，即白色土状至土块状高岭石，由凝灰质长石石英砂岩强烈风化所形成。矿石为泥质结构，土状至土块状构造，质地松软，遇水膨胀崩解，可塑性中等。具体化学成分见表1-3所示。 矿体 编号 AlO（%） FeO（%） TiO（%） 23232小-大 平均 VVVV18.26-20.89 19.06 6.89-21.80 19.58 17.01-20.55 18.90 18.49-21.0 19.30 小-大 平均 1.04-1.36 1.24 0.88-1.47 1.08 1.00-1.50 1.32 1.02-1.34 1.20 小-大 平均 0.03-0.05 0.04 0.02-0.06 0.03 0.02-0.08 0.04 0.04-0.08 0.06 SiO（%） 2小-大 平均 67.70-70.01 69.31 67.07-72.07 70.07 67.47-73.37 70.03 69.04-72.61 70.34 （%） KO2NaO CaO（%） MgO 烧石 2 0.05 0 0 0 0 4.14 1 2 3 42.71 0.07 2.68 0.06 2.40 0.07 2.46 0.07 0.24 4.47 0.14 5.38 0.05 5.12 第 2 页
V 518.04-20.21 18.56 19.07 1.02-1.31 1.10 1.16 0.03-0.04 0.032 0.04 68.51-71.66 70.63 70.09 2.9 0.07 0 0 0.05 4.34 0.11 4.71 全区 平均 2.63 0.07 表1-3 各矿体的化学成分
矿区地层岩性较复杂，部分矿体出露地表，地质构造虽不甚发育，但有一大型的断裂构造带在1号
矿体附近经过。对矿体在爆破等动力荷载下稳定性有一定影响，局部地段有发生矿山工程地质问题的可能。综合以上工程地质条件，工程地质条件属层状坚硬岩类的简单类型，适于露天开采。矿区水文地质条件属简单类型，本矿山地层主要为上奥陶统（O3）岩层，岩性以中层至厚层状浅变质粉砂岩、砂质板岩为主，岩石结构致密坚硬、难风化，岩石抗压强度大，均属坚硬岩类。岩石稳定性很好，未见滑坡、崩塌等外动力现象，矿山环境地质条件属简单类型。
1.3设计要求
1.参数要求
由任务书可知，矿山日生产能力为2000吨，年工作日300天，三班工作制。最终阶段坡面角，上盘41o，下盘44o。
2.格式要求
①严格按科研论文的排版格式；②页面设置：页边距：上2厘米，下2厘米，左2.5厘米，右2厘米，页眉1.5厘米，页脚1.75厘米 间距：段前0行，段后0行 行距：固定值，15.6磅（题目行、公式行采用单倍行距）；③字体和字号一级标题：四号，宋体和Times New Roman字体，加粗，靠左顶格； 二级或三级标题：小四号，宋体和Times New Roman字体，加粗，靠左顶格； 正文部分：五号，宋体和Times New Roman字体；希腊字母用Symbol字体 ；图题、表题：小五号，加粗，宋体和Times New Roman字体；图、表中文字用小；五号Times New Roman字体，量与单位之间用“/”间隔 ；图注与说明、表注与说明：小五号Times New Roman字体。④图用CAD出图，所有的图纸都要图签，图签格式要统一。
1.4设计提示
（1）露天矿合理开采深度设计 在所给的地质横断面上，按，并作
的原则确定合理开采深度，其步骤是：计算经济合理剥采比
图；按任务书中所指定的勘探线（8个左右），用面积法计算出每个地质横断面
曲线；求合理开采深度H：
与
两曲
在相应开采深度下的境界剥采比
线交点的横坐标即为该断面上的合理开采深度。
（2）调整开采深度
将所确定的各勘探线上的合理开采深度投影到地质纵断面图上，按调整深度的原则进行调整，并将此深度再投影到各相应的断面上，确定各勘探线横断面上的最终开采境界。
（3）初步圈定露天开采终了平面图 圈定露天矿底部周界，将调整后各地质断面图上露天矿底部宽度投影到平面图上，连接所有点成闭合曲线，并按满足采掘运输条件进行修整，即为露天矿底部周界。绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图。从底部周界开始，按设计的边帮组成要素，在图低上绘制具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图。
（4）开拓坑道定线
根据设计任务书所给的出入沟方位、参数（包括联络平台参数)、运输设备规格，进行开拓坑道定线。
（5）绘制露天开采终了平面图 该图为本课程设计的最终成果。在具有各水平台阶坡底线的开采终了平面图上，从定线后沟道的终
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点开始，按沟道参数自上而下逐层绘制而成，要求曲线光滑，图纸用铅笔或上墨均可。
（6）露天采矿工艺设计
根据设计任务书，完成露天矿床开采的工艺设计，包括采（穿孔、爆破)、装、运、排工艺过程所需设备的选及参数的设计。
1.5设计依据
1. 湖南省地质矿产勘查开发局四一六队2000年编写的《湖南省茶陵县大古坑矿区高岭土矿普查报告》;
2. 湖南省地质矿产勘查开发局四一六队2019年2月编写的《湖南省茶陵县大古坑矿区高岭土矿资源储量报告》;
3. 湖南省茶陵县大古坑矿区高岭土矿提供的有关设计基础资料; 4. 《金属非金属矿山安全规程》; 5. 《爆破安全规程》;
第2章 露天开采境界的确定 2.1 确定露天开采境界的原则
露天开采境界确定的原则有以下几点：
(1).圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石有盈利，即采用的境界剥采比不大于经济合理剥采比；
(2).要充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，发挥露天开采的优越性； (3).所圈定的露天采矿场的帮坡应等于露天边坡稳定所允许的角度，以保证露天采矿场的安全生产； (4).用经济合理剥采比圈定的露天开采范围很大，服务年限太长时，应按矿山一般服务年限确定初期露天开采的深度；
(5).下列情况可适当扩大露天开采境界：
按境界剥采比不大于经济合理剥采比圈定露天开采境界后，境界外余下的工业矿量不多，经济上不宜再用地下开采；
矿石和围岩稳固性差，水文地质条件复杂，水量大，矿石和围岩有自燃危险等，在安全上和技术上不适合于地下开采；
(6).下列情况可适当缩小露天开采境界 开采境界边缘附近有重要建筑物、构筑物、河流和铁路干线等需要保护或难于迁移至露天采场影响范围之外；
(7).当矿体极不规则，沿倾向厚度变化大，矿体上部覆盖层较厚或地形复杂(如境界内有孤立山头等)时，用境界剥采比不大于经济合理剥采比初步确定境界后，再用平均剥采比进行校核；
(8).如果基建剥离量大，初期生产剥采比大，则需进行综合技术经济比较，以确定用露天或地下开采；
(9).对于特厚的剥采比很小的矿床，有时要根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应该按境界剥采比确定开采境界。如硅石、白云石、石灰石及特厚巨大的铁矿床，主要是根据服务年限和勘探程度确定合理的开采深度
2.2影响露天开采境界的主要因素
影响露天开采境界的主要因素有：
(1).自然因素。包括矿床埋藏情况、矿岩性质、地形、工程地质和水文地质以及矿石品位； (2).技术组织因素。包括技术水平、装备水平及道路情况；
(3).经济因素。包括基建投资、基建时间和达产时间、矿石的开采成本和销售价格，开采过程中矿石的贫化和损失，以及国民经济发展需要等。
2.3 露天开采境界确定的主要程序及主要参数的确定 2.3.1经济合理剥采比的计算
在露天开采单位产品的全部成本等于该类产品的价格为计算基础，计算时还可以考虑一定的利润指
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标。
假设产品为精矿，利用价格法，确定经济合理剥采比（m/m）计算如下：
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3
/?TLb? （1） nJH??AL?aL?e1??、式中：AL—露天开采时精矿价格，元/t，取300元/t； TL—露天开采1t精矿需要的原矿量，t/t，取8t/t； e1—利润指标，20元/t；
aL—露天开采获得精矿的采、选费用，取12元/m； b—露天开采剥离费用，元/m，取12元/m； γ—矿石体重，t/m，取2.5t/m。
故nJH=(300-12-20)*2.5/(8*I2)=7
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3
3
2.3.2最小底宽
露天矿最小底宽：采用回返式调车时，最小底宽为
Bmin?2(Rcmin?0.5bc?e)
式中：Rcmin ——汽车最小转弯半径，m；
(3-1)
bc——汽车宽度，m；
e——汽车距边坡的安全距离，m。
根据矿山年采剥总量和参照相关矿山数据，年生产能力73万t，剥采比为7:1，所以年运输总
量为511万t，所以，选用型号为日本小松HD985型自卸车与WK-8矿用挖掘机配套使用，HD985载重105t，，最小转弯半径为12.5m，整机全宽5.9mm。 代入数据，得：
Bmin?2?(12.5?0.5?5.9?1)?32.9m取Bmin=33m。
2.3.3开采深度的确定
在地质剖面图上，按境界剥采比不大于经济合理剥采比(即nj?njh)的原则确定合理开采深度，其步骤为：
(1).在各横剖面图上初步确定露天开采深度
1).根据矿岩的情况，初选最终边坡角为上盘41o，下盘44°； 2).在各横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案；
3).针对各个方案，用面积法计算其境界剥采比nj；
4).将各方案的境界剥采比nj与开采深度H绘成关系曲线，再画出代表经济合理剥采比的水平线，
300m280m260m240m220m200m300m280m260m第 5 页 240m220m200m
露天矿开采课程设计共14页
