本科毕业设计日产1000kt露天采矿1上篇.docx
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本科毕业设计日产1000kt露天采矿1上篇
毕业设计（论文）任务书
国土资源工程学院采矿工程专业2009级
学生姓名：
刘佶林
毕业设计（论文）题目：
迪迈矿段露天1000Kt/a采矿工程设计
毕业设计（论文）内容：
1.露天开采境界的确定
2.开拓运输方案设计
3.穿爆、采装工艺设计
4.排土及复垦工作
5.露天采场防排水设计
6.生产能力验证及采剥计划编制
7.主要技术经济指标
专题（子课题）题目：
露天矿开拓运输设计
专题（子课题）内容：
1.开拓方案选择条件
2.开拓方案比较
3.最终开拓方案设计
4.绘制开拓方案设计图
毕业设计（论文）指导教师（签字）：
主管教学院（部）长（签字）：
年月日
迪迈矿段露天1000Kt/a采矿工程设计
专题：
露天矿开拓运输设计
班级：
采矿工程2009级
姓名：
刘佶林
学号：
200910104134
指导教师：
戴晓江副教授
昆明理工大学国土资源工程学院
二〇一三年五月
1000kt/aOPEN-PITDESIGN
OF
DIMINEMINE
SUBJECT:
DevelopTransportationfor
1000kt/aOpen-PitMining
BY
Mr.LiuJilin
MiningEngineering2009
adviser:
DaiXiaojiang（Associateprofessor）
KunmingUniversityofScienceandTechnology
25May2013
摘要
按年产矿石1000kt/a的要求，完成了迪迈矿段金属矿床的露天开采设计。
设计中，用矿业软件提供的经济合理露天境界的运筹学优化方法，完成了露天境界形状的基本几何参数确定：
境界最高台阶标高225m，最低台阶标高-5m。
境界上口长1310米，宽260米，平均剥采比5.55t/t。
开拓方式为汽车运输开拓。
开采境界内的总矿量964万t，金属量：
铁269万t、铜5.5万t。
设计开采年限10年。
设计了三个外部排土场和一个内部排土场，总排土容积为2606.5万m3，能够满足剥离排土需要。
本设计的专题为露天开拓运输方案设计。
设计中以DiMine和3DMine三维矿业软件为工具，建立了钻孔数据库和矿床模型，在空间上实现了三维立体可视化，完成了境界的圈定、公路设置、排土场布置、采剥计划制定等设计工作。
同时在此基础上，可以得到矿床的矿岩量、品位等相关信息，从而可以算出各种设备的选型与需求量。
本文完成了露天矿开拓运输设计，设计了一条露天矿山道路。
关键词：
露天开采、矿床数字模型、境界设计、开拓运输、DiMine软件应用
ABSTRACT
ICompletedtheopen-pitminingofDiMinedesign,tin-zincpolymetallicdeposits，asrequiredbytheannualoutputofore1000kt/a.
DiMinesoftwareprovidesaoperationsresearchoptimizationmethodsofreasonableeconomicopenrealm，andwecangetthebasicgeometricparametersoftheopenrealm:
therealmofthetopstepofelevationis225,theminimumstepelevationis-5.ThelengthofRealmofcatchyis1310m,thewidthis260m,theaveragestrippingratiois5.55t/t.Pioneeringthewayistheautomotivetransportdevelopment.
Thetotalamountoforeintheminingboundaryis9.64milliontons,theamountofmetal:
ferrumis2691875t,Copperis55130t.thelifeofmineis10years.
Wedesignthreeexternalwastedumps,andaninternaldump,26,065,098m3,tomeetthestrippingdumpneeds.
Inthispaper,usingDiMinesoftwareand3DMinesoftwarestudythedigitizationoftin-zincpolymetallicdeposit,andestablishthedrillingdatabaseandoredepositmodeinDiMinedulongmaguan,wecangettheorebodythreedimensionalvisiblemodel,ithappentomayachievethesegoal:
facilitatethemineenterpriseclearunderstandingoftheinternalandexternaldepositfeaturesoftheform,delineatetherealmofminingarea,designminingareahighwayanddump,makeminingplan,orematching,etc.Andonthebasis,wecangetthedepositamount,gradeandrelatedstudyoftheinformation,andtofigureoutwhatkindofequipmentneedandhowmanywedemand.
KEYWORDS:
surfacemining,Depositdigitalmodel,openboundarydelimitation、Developtransportation、DiMinesoftwareapplication
前言
本设计是根据“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛和昆阳磷矿实习情况而选题。
本次设计中的地质资料除了“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛组委会提供的数据之外，除矿体、地形之外的资料均为引用昆阳磷矿的资料。
通过在昆阳磷矿全面收集各类数据，集合“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛组委会提供的资料，借助DiMine三维矿业软件和3DMine三维矿业软件提供的相关功能，本设计利用地质勘探资料及钻孔数据，建立了矿床三维模型。
并在此基础上，按设计大纲要求为完成了相关的设计内容。
按原始资料，设计矿山以前存在的主要问题是：
（1）矿山数字化程度低，很多地质勘探成果都以纸质图纸、表格、文字形式存在；
（2）非数字化矿床勘查成果资料不适应于市场经济和现代化矿山生产管理，不利于大规模正规化的矿山开发和生产规划以及矿产资源充分合理利用；
（3）非数字化矿床勘查成果资料不适应于市场经济和现代化矿山生产管理，不利于大规模正规化的矿山开发和生产规划以及矿产资源充分合理利用；
（4）露天道路设计不合理，使得运输费用增大。
针对上述问题，在本次设计中，用DiMine软件中的境界优化功能对露天坑境界进行了优化，得到了最优境界；用3DMine软件对矿山道路进行了设计，完成了露天道路设计。
1矿区地质情况
1.1矿区一般概述
本设计使用的资料是“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛，是个虚拟的矿山，除大赛组委会提供的基本资料外，其余资料来自昆阳磷矿资料。
1.1.1矿区地理交通位置和概况
昆阳磷矿区于1955年1月在矿区最东端4.6平方公里正式进行勘探工作，矿区位于东经102°40′北纬25°，勘探区属昆阳县管辖，其东临滇池西南岸，距滇池约2公里，其东北65公里为昆明市，南7公里为昆阳县城。
北距海口约10公里，是昆明市近郊之工业区，有水泥厂、造纸厂、水力发电厂，矿区东部水陆交通皆较方便。
本矿区始建于1965年，经过46年的建设发展，拥有一支1407人职工队伍，已形成年生产剥离1500万立方米，产品销售260万吨的国有大型现代化露天矿山。
主要产品有磷铁矿、黄铁矿、赤铁矿矿、黄铜矿，铁矿石产品销售到全国30个省市及东南亚国家，为我国国民经济的发展和农业生产做出了重要贡献。
除了注重经济效益的同时还紧抓落实社会效益，在采空区填土种树，恢复植被6250亩，得到全国人大环境资源委员会、国土资源部、国家林业局、云南省国资委和云南省林业厅的高度评价。
2011年3月被列为首批国家级绿色矿山试点单位。
1.1.2矿区的气象和水文地质条件
本矿区为裂隙充水矿床，矿区呈单斜构造，地形为顺向坡，勘探矿体全部在当地最低侵蚀基准面以上。
矿区内地下水位，在倾斜方向上北高南低，在走向方向上西高东低，设计开采的矿体绝大部分在地下水位以上。
影响矿床充水的主要含水层为矿层底板下寒武系渔户村组白云岩裂隙含水层，该层富水性不均匀，钻孔单位涌水量0.0037～0.4754l/s.m，属富水性弱——中等的含水层。
其次为矿层本身——磷块岩及白云岩裂隙含水层，富水性亦不均匀，钻孔单位涌水量0.0022～0.1023l/s.m，属富水性弱的含水层。
矿区范围内没有地表水体和大的储水构造，地下水的主要补给来源为大气降水。
矿区内横向沟谷发育，切割又深，有利于地表水的排泄，而不利于地表水的补给。
露天采场主要充水来源为大气降水。
矿区水文地质类型应属于水文地质条件简单的裂隙充水矿床。
水文条件很简单，勘探区均在最低侵蚀基准面以上，工业用水、饮用水皆不困难，气候非常温和，气温平均自9.6—20.2℃，6—9月为雨季，10—12月及1—5月雨量稀少，春季风力常达5—10级。
矿区属暖温带夏雨温凉气候。
年平均气温14.7℃最高气温31.4℃最低气温6.2℃。
年平均降雨量901.4mm年最大降雨量1172.1mm年最小降雨量628.2mm每年5~10月为雨季占全年降雨量的87%最大一日降雨量123.6mm最长连续降雨日数19天降雨量243.3mm。
年平均蒸发量1952.8mm年最大蒸发量2212.9mm最小蒸发量1657.0mm。
平均风速3.0m/s最大风速15.0m/s。
四采区矿体赋存于香条村背斜南翼在采区内矿体为单斜构造地形为顺向山坡北面高南面低。
矿床水文地质条件简单为裂隙充水矿床。
1.2矿区地质概述
以下计使用的资料来自“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛，是个虚拟的矿山。
1.2.1区域构造
主要构造为褶皱构造和断裂构造，其中有一个较为明显的近南北向的向斜褶皱构造，轴向8.2°，向北倾伏，倾伏角35°；断裂构造主要为断层，本矿区内共有7个较大的断层构造，3个正断层，4个逆断层，断层倾角均较大，范围75°—85°。
1.2.2矿床类型
该矿床为多金属元素矿床，铁元素为主，铜元素伴生，称为铁·铜矿床，系层状矿床。
1.2.3矿体特征
本矿区内共包含5个铁矿体和3个铜矿体，分别为Fe1、Fe2、Fe3、Fe4、Fe5、Cu1、Cu2、Cu3号矿体，其中Fe5号矿体最大，Fe1、Fe2、Cu1、Cu2、Cu3次之，Fe3、Fe4最小。
矿体总产状：
走向EEN-WWN（80.5°），倾向9.5°，倾角15°。
矿体中Fe矿体垂直厚度范围3—17m，Fe5号矿体平均厚度40m，其它Fe矿体平均厚度10m；Cu矿体垂直厚度范围3—17m，平均厚度8m。
矿体较稳固。
1.2.4围岩和夹石
矿体主要赋存于Ar4Z1岩石中，夹石也为该类岩石。
围岩不稳固，稳定性差。
1.2.5矿床控制程度
勘探线间距50m，钻孔间距30m。
1.2.6资源储量估算工业指标
铁边界品位20%；铁工业品位25%；铜边界品位0.3%；铜工业品位0.5%；矿体最小可采厚度3m；夹石剔除厚度4m；最低工业米百分率铁60m·%铜0.9m·%。
1.2.7矿石储量计算
经迪DiMine业工程软件初步计算，该矿段矿石储量为2022200m3共计10,033,704吨。
其中铁矿石2497814m3共计8,292,742吨；铜矿石524386m3共计1,740,961吨
1.3矿山数字建模
本设计使用迪迈数字矿山软件和3Dmine三维矿业软件进行数字建模和设计。
1.3.1地表模型的建立
依据：
依据“迪迈杯”数字矿山三维建模与应用大赛组委会给的矿区地质地形图，通过迪迈软件，建立地表DTM模型。
方法简述：
（1）将原始地质地形图导入迪迈软件，转换为多段线。
（2）对地质地形图进行修整，处理各种缺失或断开的等高线。
（3）然后对处理好的等高线赋高程，最后生成实体模型。
成果截图：
等高线截图
地表DTM面截图
1.3.2矿体模型的建立
矿体模型的建立要依托断层。
从断层穿过的剖面图综合分析，逆断层有F310、F311、F320，正断层有F309，F212和F312没有穿过矿体，无法判断其正逆。
矿体的建立大致分为以下几步:
从坐标转换好的各个剖面图中将各种矿的矿体轮廓线复制到一个图层进行保存，得到矿体轮廓线，如图1-4.
矿体轮廓线图
实体的建立，以Fe1矿体的建立为例，通过对穿过断层的矿体考虑错动，错开以后断层两侧的线框通过实体建模中的线框功能连接成实体，然后实体左右通过有效性检验后，再次实际进行布尔运算即可得到矿体实际模型。
矿体模型
1.3.3块体模型的建立
打开已建立的（单个）矿体模型，首先利用地质下的空块创建块段模型，然后对块段进行实体约束，对约束后的块段通过搜索椭球体利用距离幂反比法对其估值。
现以Fe1为例，其操作步骤及参数选择如下：
先打开Fe1矿体模型
创建空块
对创建好的空块进行约束：
创建估值时所用的搜索椭球体.。
利用距离幂反比法对其估值。
估值参数图
2设计基础资料
2.1设计任务书
2.1.1设计要求
按照露天矿山设计要求，对迪迈矿段露天100万t/a采矿工程进行设计，详见设计任务书。
2.1.2设计主要依据
（1）《矿产资源法》、《矿山安全法》、《环境保护法》、《爆破安全规程》等及相应的法规、规程和规范。
（2）现场收集的有关资料。
2.1.3设计基本原则
（1）认真贯彻国家、地方及行业颁布的标准、规程规范及有关基本建设政策和规定；
（2）精心设计方案、使设计方案安全可靠、投资省、成本低、经济效益好；
（3）重视节约和合理开发资源，强化综合回收，提高资源利用率；
（4）注重主体方案，技术上先进可行，经济上合理；
（5）根据矿体形态和开采技术条件，设计中尽量扩大露天开采范围，减少矿产资源损失，多回收国家资源。
（6）作好环保、节能、矿山安全与工业卫生设计，贯彻执行建设项目“三同时”原则。
2.2、矿床开采技术条件
2.2.1矿区工程地质条件
矿层直接顶板有一层含磷硅质白云岩，含fe2O5低于8％，岩石硬度，新鲜者为9级，风化者为6级，稳固性较好。
矿层顶板岩石为砂页岩，层理及片理发育，有球状风化现象，属于软弱岩石。
矿石底板为含有石英脉的粉晶白云岩，新鲜时致密坚硬，硬度7级，属于半坚硬岩石。
2.2.2矿岩的物理力学性质
根据矿山的经验，矿石普氏硬度系数6~7，岩石3~7；矿石松散系数1.38，岩石1.65；矿石平均体重2.67t/m3，岩石体重3.23t/m3；砂页岩自然安息角22~42°。
2.2.3矿区实际生产经验
开采过程中应注意，由于断裂构造和地下水活动的影响，常使岩体和矿体的物理力学性质产生不均一性，在断裂带中及其两侧的岩石和矿石变得松软破碎，这样就有可能造成边坡的失稳，给矿山安全生产带来不便。
露天开采对矿区植被形成较大破坏，采场内的排水泥沙居多，会对矿区东部滇池产生不利影响，应采取必要的预防措施。
3露天开采境界的确定
3.1确定露天开采的境界的原则
1）境界剥采比不大于经济合理剥采比（nj≤njH）
其实质是在开采境界内边界层矿石的露天开采费用不超过地下开采费用，使整个矿床用露天和地下联合开采的总费用最小或总盈利最大，此原则在应用上简单方便，已为国内外露天矿设计普遍采用。
其最大的缺点是，所确定的露天开采境界，不能直接控制露天矿的投资和生产成本（生产剥采比）。
2）平均剥采比不大于经济合理剥采比（nj≤njH）
其原则是使露天开采境界内全部储量用露天开采的总费用小于或等于地下开采该部分储量的总费用。
用这一原则圈定的露天开采境界，较用nj≤njH原则所圈定的要大，可能引起基建剥离量大、投资多、基建时间长，还可能使露天开采过程某一时期生产剥采比超过允许值，使企业长期处于亏损状态。
3）生产剥采比不大于经济合理剥采比（ns≤njH）
其实质是，露天矿任一生产时期按正常作业的工作帮坡角进行生产时，其生产剥采比不超过经济合理剥采比，它反映了露天开采的生产剥采比的变化规律。
用这一原则圈定的露天开采境界，较用nj≤njH原则所圈定的要大，较用np≤njH原则所圈定的要小，能较好地反映露天开采的优越性。
但是生产剥采比通常是在圈定了露天开采境界，并且相应地确定了开拓方式和开采程序之后才能确定。
设计中一般采用境界剥采比不大于经济合理剥采比（nj≦nj.H）确定经济合理开采深度，在此基础上圈定境界；然后用平均剥采比不大于经济合理剥采比原则进行校核。
然而，在本设计中，由于矿体平缓，倾角为10°~15°（见图），可以大概确定开采深度，主要确定底盘宽度，所以采用增量剥采比≤经济合理剥采比确定底部宽度。
3.2境界设计各参数初选
3.2.1台阶高度
台阶高度主要根据挖掘设备，钻机穿孔能力，爆破效果矿岩物理学性质，矿体倾角厚度、矿损贫化、采装运效率综合考虑。
我国设计和生产的露天矿,小型矿山的台阶高度一般为8～10m,大型露天矿山一般为10～12m。
大型露天矿选用8m3斗容以上挖掘机时，台阶高度可采用12～15m。
工作台阶高度参照下表选取。
工作台阶高度可参照下表选取。
表3-1
电铲铲斗容积，m3
需爆破的台阶高度m
不需爆破的表土台阶高度
0.2~05
1~2
4-10
≦10
10~12
12~15
根据电铲的最大挖掘高度和岩土性质确定
注：
（1）、当矿体倾角较缓，品级复杂、需要分采的矿床，段高可取最小值。
（2）、当矿岩硬度小、爆破性好、爆堆高度低时，段高可取高些。
（3）、采矿和剥离工作台阶高度一般要一致。
如不一致时也要设计成互为整数倍。
本设计选取台阶高度为10米
3.2.2终了台阶坡面角
终了台阶坡面角主要根据矿岩稳定性，节理裂隙及钻机设备等确定。
根据采矿手册，均质岩石的台阶坡面可参考表3-2选取。
结合组委会给定的迪迈矿段资料，台阶坡面角度取65°。
表3-2
矿岩坚固系数f
台阶坡面角
8~14以上
70度~75度
3~8
60度~70度
1~3
50度~60度
3.2.3露天矿最终边坡角
最终边坡角是露天采场最下一个台阶的坡底线和最上一个台阶坡顶线构成的假想斜面与水平面的夹角。
初选最终边坡角采用的方法为类比法。
根据采矿手册，查表（国内金属露天矿的边坡角实列），本次设计矿山（f=1~7）的坚固性类似于昆阳磷矿（f=3~7），昆阳磷矿最终边帮角选择45°，按稳定性条件计算的中硬岩石和软岩的最终边坡角为30°~45°，结合组委会给定的资料，本设计最终边坡角取45°
3.2.4终了边帮的组成
1）运输平台宽度B
矿山初选自卸汽车为小松HD405-6，车宽为3.6m，会车安全距离取0.5m,公路两边的路基和路肩宽度取1m,合计3.6+3.6+1+1+0.5=9.7m,取公路宽度为10m，故运输平台宽度取10m
2）安全平台
安全平台是露天矿最终边帮上保持边帮的稳定和阻截滚石下落的平台。
它的一般宽度为台阶高度的1/3。
我国中型露天矿一般为2～4m。
综上，安全平台宽度设为4m。
3）清扫平台
按照国内矿山惯例，通常每个2—3个台阶设置1个清扫平台，其宽度一般为7—10m，本设计取8m
表3-3终了边帮组成参数表
项目
初选数值
台阶高度
10m
台阶坡面角
65°
运输平台
10m
安全平台（清扫平台）
4m（8m）
最终边坡角
45°
3.3经济合理剥采比的确定
本设计中使用价格法格法进行计算经济合理剥采比
首先把把多种金属转化为一种金属计价
铜金属价格50000/t，铁金属价格2500/t；铁平均品位27.9%，铜平均品位为0.57%
铁铜折价系数
当量铁品味＝铁品位+铜品味×k=29.29%
即当可采资源量折算为单一金属铁矿石量时,平均铁当量品位为29.29%。
P0=铁金属价格×计价系数×折合率×平均铁当量品位
P0=2500×0.6×15%×29.29%=65.9
njh=
（P0-a）=
式中：
njh经济合理剥采比
P0开采矿石的原矿成本
a—露天开采纯采矿成本，a=15
b—露天开采的剥离成本，b=14
r—矿石体重，r=3.32t/m3；
3.4露天开采境界的圈定步骤
3.4.1确定露天矿开采深度—利用计算机优化算法确定开采度
三维矿业软件提供了露天开采境界优化计算功能，使用迪迈三维矿业软件境界优化确定开采深度时候，需要用到前面准备好的地表模型、矿体实体模型、块体模型等模型及相应的地表约束条件，以及最终边坡角、采矿成本、剥离成本、矿石售价等数据。
利用此方法可以分析矿石价格变化后的境界变化情况，为最终确定合理的开采深度和境界范围提供了更科学的依据。
利用迪迈三维矿业软件进行境界优化，需要在块体模型的条件下，所以先加载之前建立好的块体模型。
点击露天采矿设计—境界优化，在弹出的对话框中输入相应的数据和导入相应的约束文件以及各项参数。
如图3-1所示
图3-1境界优化参数设置
境界优化参数取值如表3－4所示。
表3-4境界优化设定参数
项目
参数
项目
参数
矿石比重（t/m3）
3．32
回收率（%）
95%
岩石比重（t/m3）
2.67
铜边界品位（%）
0.3
贫化率（%）
5
铁边界品位（%）
20
铁元素价格（元）
2000
铜元素价格（元）
50000
矿石开采成本（元/t）
15
岩石开采成本（元/t）
11
矿岩最终边坡角
45
复垦成本（元/t）
0
铁选矿成本（元/t）
30
铜选矿成本（元/t）
60
铁销售成本（元/t）
4
铜销售成本（元/t）
4
输入上述约束条件和参数，软件会自动优化出结果。
如图3-2所示
图3-2境界优化结果图
由矿业软件对的上图所示境界数据的报告，该境界范围的矿岩情况如表3－5所示。
表3-5境界优化结果报表
项目
矿石量（t）
金属量（t）
平均品位%
收入（元）
废石量（t
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