露天煤矿开采设计方案.docx
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露天煤矿开采设计方案
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10M，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32M。
煤、岩的采掘带宽度均为15M。
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
Abstract
Thisdesignforulamhadadopencoalmineminingdesign,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
第一章矿田简况及建设条件
1.1矿田简况
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：
铜匠川详查报告在东胜北部的酸刺沟煤矿新井采集4-1号煤层大样一套，：
灰分（Ad）为6.5%与7%，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
东胜矿区电力充足，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
煤矿与内蒙古科源水务有限责任公司签定的《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，由内蒙古科源水务有限责任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
市有线电话直达本矿，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、东胜、陕西省大柳塔等地购入，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，距包头110km，距呼和浩特230km，包头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。
包头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，包头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
矿区位于东胜煤田东缘，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延安组上部被剥蚀，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），侏罗系中下统延安组（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、力学性实验成果：
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。
从实验成果分析，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自然滑坡简况
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
2.2.1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
根据内蒙古自治区国土资源厅于2009年4月1日为乌兰煤矿颁发采矿许可证，证号C41120009620，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2006年5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《内蒙古自治区东胜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
X
Y
拐点编号
X
Y
1
4398900
37432800
17
4397215
37436760
2
4398600
37434055
18
4397200
37435990
3
4398360
37434670
19
4396650
37436000
4
4398600
37434670
20
4396570
37435630
5
4399220
37434010
21
4397140
37434800
6
4399610
37434010
22
4397150
37434700
7
4399940
37433800
23
4397390
37434690
8
4399938
37434933
24
4397810
37434400
9
4399215
37435520
25
4397930
37434280
10
4399200
37436800
26
4397960
37434055
11
4400500
37438067
27
4397590
37434055
12
4399538
37438488
28
4397635
37433650
13
4398855
37438550
29
4397515
37433330
14
4397929
37438550
30
4397630
37433125
15
4397190
37438550
31
4397960
37433140
16
4397190
37437822
表3.2截止2006年5月31日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
3-1
1410～
1368
C
456
456
0
455
1
（333）
C
150
150
0
27
123
（333）
C
747
747
0
730
17
（333）
4-1
1390～
1340
C
168
53
-115
0
53
（333）
C
98
98
0
0
98
（333）
C
0
324
+324
0
324
（333）
C
231
231
0
0
231
（333）
4-2中
1370～
1338
C
36
63
+27
0
63
（333）
C
102
102
0
0
102
（333）
C
74
74
0
0
74
（333）
5-1
1386～
1300
B
313
293
-20
5
288
（122b）
C
266
241
-25
0
241
（333）
B
905
905
0
0
905
（122b）
C
88
98
+10
25
73
（333）
B
0
652
+652
54
598
（121b）
675
23
-652
0
23
（122b）
C
357
1710
+1353
85
1625
（333）
B
231
231
0
0
231
（121b）
B
954
954
0
209
745
（122b）
C
814
814
0
415
399
（333）
6-1中
1307～1300
C
113
113
0
0
113
（333）
6-2中
1340～
1270
B
0
210
+210
0
210
（122b）
C
1264
1054
-210
0
1054
（333）
B
69
69
0
0
69
（122b）
C
524
450
-74
0
450
（333）
全
井
田
1410～
1270
B
313
293
-20
5
288
（122b）
C
946
813
-133
455
358
（333）
Σ
1259
1106
-153
460
646
B
905
905
0
0
905
（122b）
C
463
463
0
27
436
（333）
Σ
1368
1368
0
27
1341
C
88
98
+10
25
73
（333）
B
0
652
+652
54
598
（121b）
675
233
-442
0
233
（122b）
C
1621
3088
+1467
85
3003
（333）
Σ
2296
3973
+1677
139
3834
B
231
231
0
0
231
（121b）
B
1023
1023
0
209
814
（122b）
C
2390
2316
-74
1145
1171
（333）
B+C
3407
3570
-74
1354
2216
（122b）
B
883
883
0
54
829
（121b）
2474
2454
-20
214
2240
（122b）
C
5278
6778
+1500
1737
5041
（333）
B+C
8635
10115
+1480
2005
8110
查明矿
产资源
（5）《煤炭工业露天矿设计规范》GB50197-2005
3.2.1.2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178.85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=［（257-75）X95%－（290-178.85）X50%］／0.95/9.5
＝13m3/t
3.2.2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
B1
4395927
37435772
B2
4395626
37437031
B3
4395387
37437642
B4
4395143
37438059
B5
4395019
37438010
B6
4394905
37438066
B7
4394632
37438296
B8
4394628
37438491
B9
4394549
37438661
B10
4394482
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