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其计算公式为：
Q?S?M?d （2-1）
其中： Q——为煤层地质储量，单位：吨
S——为块段面积，单位：平方米
M——参与储量计算的煤层利用厚度，单位：米 d——煤层的平均容重，单位：吨/立方米
其中，块段面积S的确定利用CAD计算。其精度高，误差小，计算结果可靠。 参与储量计算的煤层利用厚度M的确定，煤层中单层厚度小于0.05米的夹矸，与煤分层合并计算采用厚度。煤层中夹矸厚度等于或大于煤层最低可采厚度时，煤分层分别视为独立煤层分别估算资源储量，夹矸厚度小于煤层最低可采厚度，且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时，将上下煤层厚度相加，作为采用厚度。本区煤层倾角平缓，均小于3°，利用煤层的伪厚度估算资源储量。
煤层的平均容重d，是根据原报告利用钻孔所采的容重样试验成果经汇总计算求得的。
表2.2 地质储量表
煤层编号 2－2 3－1 4－1 5－1 6－2中 6－2下 合计
储量（万吨） 83 1083 379 2018 277 262 4102
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第三章 露天矿合理帮坡角确定
3.1矿区工程地质特征
矿区第四系松散层覆盖面积广，厚度一般为9.05米。基岩岩层一般为砂岩类、粉砂岩、泥岩类。
从试验成果可知，松散层比重为2.69g/cm3；渗透系数为5.6×10－3m/s，不均匀系数为2.18，含水量为2.4%；孔隙度为39%，天然休止角在干燥状态为40度，含水状态为30度。岩层一般为中硬或硬岩。个别岩层遇水易软化。泥岩软化后易碎，砂岩类吸水后，抗压强度减弱，只有原来的一半，将改变原有的自然状态。
3.2岩石性质
3.2.1岩体力学性质
根据测试结果，将岩石分为三类：砂岩类、粉砂岩、泥岩类。按照抗压强度的大小，分别确定岩石的坚硬级别。
砂岩类岩石力学性质：容重一般为2.341g /cm3。孔隙率一般为10.66%。凝聚力为3.48～10.96兆帕。抗剪强度随着角度的增加正应为18.4～4.3兆帕。抗压强度一般为31.85兆帕，属硬～特硬级。
粉砂岩类：一般为2.432 g/cm3。其它各项指标近于砂岩类。一般为35.99兆帕，属软～特硬级。
泥岩类岩石：容重一般为2.420 g/cm3。孔隙率一般为7.57%。而泥岩类的软化系数为0.41，为遇水易软化的岩层。属软～特硬级。
煤岩石力学性质：容重一般为1.306 g/cm3。孔隙率一般为6.56 g/cm3。抗压强度为17.7～26. 2兆帕，一般为22.2兆帕，属硬岩级。 3.2.2影响边坡稳定性因素
第四系松散层疏松，且休止角小，对边坡的稳定性不利。
区内软岩层～粘土岩层及砂质粘土岩层分布较少，且很快相变为泥岩、砂质泥岩类。仅3－1号煤底板有一定范围的粘土岩及砂质粘土岩分布。所以在开采3－1号煤时，底部进水后易软化，对边坡稳定性不利。在开采时，应根据粘土岩及砂质粘土岩的分布范围，做好防护工作。
区内岩层的横向变化大，根据不同的部位，不同的岩性应予以区别对待。如：砂岩
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类吸水后，抗压强度减弱，只有原来的一半，将改变原有的自然状态。3－1号煤底板的粘土岩，吸水后使岩石软化为粘土质的软泥，对边坡稳定不利。在生产中要加强对这些工作的研究，及时采取预防措施，以免造成危害。
基岩大都属硬～特硬级岩层，利于边坡维护，可以适当加大边坡角，减少剥岩量。但泥岩软化后易碎，在开采时应予以注意。
区内软岩层～粘土岩层及砂质粘土岩层分布较少，但是会很快相变为泥岩、砂质泥岩类，需做好防护工作，防止出现滑坡现象。
3.3确定合理边坡角及制定防滑措施
3.3.1确定合理边坡角
高西沟沟露天矿边坡岩体整体强度较高，根据现有的地质资料，在采掘场没有明显的弱层，因此目前认为，采掘场边坡滑坡模式是纯圆弧滑动。
采掘场的边坡稳定取决于岩体的强度，岩体的强度与岩块的强度和节理的密度有关。根据地质报告所提供的数据和相类似矿山的设计经验。结合此矿床的工程地质特征，选取露天矿最终帮坡角为36°。
根据矿山规模，选用斗容为1.6m3挖掘机，最大挖掘高度8.2米，参考采矿设计手册及类似矿山设计资料，初步确定阶段高度8～10米。根据煤岩工程地质特点，确定煤层及岩层的阶段台阶坡面角为65度。
采掘场边坡上部黄土层厚度较小，因此对于黄土边坡不进行单独设计。根据黄土层工程地质特点，确定黄土层的台阶坡面角55度。 3.3.2制定滑坡防止措施
由于高西沟露天煤矿地处干旱地区，地下水缺乏，年降水量少。水对边坡稳定性影响比较小。经过分析，影响采场边坡稳定性的主要因素是爆破震动。所以，采用控制爆破技术来防止采场滑坡。
矿山生产实践证明，不正确的爆破对到界边坡稳定性的影响尤为严重。结合高西沟露天矿爆破特点，决定采用控制爆破技术。主要采用微差爆破技术。
对于排土场边坡的稳定性，主要防滑措施有：不同性质的岩土分类排弃，透水性好的岩土排到排土场底部，透水性差的排弃物排到排土场上部。同时加强对边坡稳定性的监测，随时了解边坡的稳定性情况。必要时做一些抗滑工程，如修建抗滑桩和抗滑挡墙等。
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第四章 露天开采境界
4.1开采境界的确定
4.1.1开采境界影响因素
开采境界的确定，影响因素很多，归纳起来可分为三类：
自然因素：包括煤层埋藏条件，煤层和围岩性质，地形、地貌，工程地质和水文地质等。
技术组织因素：包括开采的技术水平，装备水平，矿山附近的铁路公路等运输条件，主要建筑物构筑物等对开采境界的影响。
经济因素：包括基建投资，基建时间和达产时间，煤炭的开采成本和销售价格，开采过程中资源的回收率及国民经济发展需要等。
除此之外，还有采矿权范围、经济合理剥采比、露天矿最终边坡角等因素。 4.1.2开采境界确定原则
1.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.充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界之内，发挥露天开采的优越性；
3.露天采场的帮坡角应等于露天边坡稳定所允许的角度，保证露天采场的安全生产； 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露天开采深度；
5.当矿体极不规则，矿体上部覆盖层较厚或地形复杂时，境界剥采比不大于经济合理剥采比，还用平均剥采比进行校核；
6.对于特厚的、剥采比很小的矿床，有时应根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应按经济合理剥采比计算；
7.开采境界边缘附近有建筑物、构筑物、河流和铁路干线需保护或难于迁移至露天采场影响范围以外时，可适当缩小露天开采境界。以保证总体经济效果最佳。 4.1.3开采境界的确定
在高西沟露天煤矿勘察范围之内，煤层厚度变化小，近水平分布，倾角小，赋存状态稳定。在矿区范围之内，地面条件几乎没有限制，不会对露天开采境界造成影响。所以，在采矿权范围之内，若开采各煤层的境界剥采比不大于经济合理剥采比，就可以划在境界范围之内。
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根据目前的煤炭市场价格情况和高西沟煤矿露天开采的技术经济条件，确定经济合理剥采比为10m3/t。
由地质报告可知，煤层近水平赋存，其煤层厚度和相邻煤层的间距总结如下：
表4.1 煤层赋存特征表
煤层编号 2－2 3－1 煤层厚度（m） 1.2 煤层间距(m) 说明 地面有露头 38.98 3.59 28.66 4－1 1.57 6.58 4－2 0.57 27.49 5－1 5.37 3.81 5－2 0.32 7.3 6－1中 0.92 4.26 6－1下 0.31 13.77 6－2中 1.13 1.19 不适合露天开采煤层 不可采煤层 不适合露天开采 不可采煤层 露天开采主采煤层全层可采 局部可采
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露天开采专业半脱产班2009级毕业设计
题 目： 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师：
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高西沟露天煤矿年产90万吨初步设计
摘 要
本毕业设计为高西沟露天煤矿年产90万吨初步设计。设计内容主要包括露天矿合理帮坡角的确定、露天开采境界的确定、矿田开拓、露天矿生产能力、穿孔爆破、采装工作、露天矿运输、排土、矿山工程进度计划、总平面布置、经济部分和复垦等内容。
该矿田开采面积约2.72km2，开采保有储量为3563万吨，可采储量为2789.4万吨。 本设计平均剥采比为7.4m3/t，采掘场最终帮坡角为36°，外排土场最终帮坡角为32°。服务年限为33年。山坡露天矿采用斜坡汽车运输开拓，封闭圈以下采用斜坡汽车移动坑线开拓。
设计选用3台KY—150型牙轮钻机穿孔，7台WY—160型液压挖掘机采装，25台ND3310D29型自卸卡车运输，8台T2—120SH型推土机排土。
关键词：露天矿、爆破、采装、运输、排土
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目录
摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 第一章 矿区概况 .................................................................................................................... 1
1.1矿区地面概况 ............................................................................................................... 1
1.1.1矿区位置及交通情况 ......................................................................................... 1 1.1.2矿区附近工农业、水源、电源等情况 ............................................................. 1 1.1.3矿床开采对国民经济意义 ................................................................................. 2 1.2矿区地质概况 ............................................................................................................... 2
1.2.1矿区地文 ............................................................................................................. 2 1.2.2矿区水文 ............................................................................................................. 2 1.2.3矿区气候特征 ..................................................................................................... 3 1.2.4矿区地震 ............................................................................................................. 3
第二章 矿床地质特征 ............................................................................................................ 4
2.1矿床区域地质特征 ....................................................................................................... 4
2.1.1矿床地层层序 ..................................................................................................... 4 2.1.2矿床地质构造 ..................................................................................................... 5 2.2煤层赋存情况 ............................................................................................................... 5
2.2.1煤层赋存特征 ..................................................................................................... 5 2.2.2煤层夹石及分布 ................................................................................................. 5 2.2.3煤岩物理力学性质 ............................................................................................. 6 2.3矿床水文地质特征 ....................................................................................................... 7
2.3.1矿床水文地质 ..................................................................................................... 7 2.3.2水文地质条件对露天矿开采的影响 ................................................................. 8 2.4矿床勘探 ....................................................................................................................... 8
2.4.1矿床勘探类型及程度 ......................................................................................... 8 2.4.2矿石储量计算工业指标 ..................................................................................... 8
第三章 露天矿合理帮坡角确定 .......................................................................................... 10
3.1矿区工程地质特征 ..................................................................................................... 10
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3.2岩石性质 ..................................................................................................................... 10
3.2.1岩体力学性质 ................................................................................................... 10 3.2.2影响边坡稳定性因素 ....................................................................................... 10 3.3确定合理边坡角及制定防滑措施 ............................................................................. 11
3.3.1确定合理边坡角 ............................................................................................... 11 3.3.2制定滑坡防止措施 ........................................................................................... 11
第四章 露天开采境界 .......................................................................................................... 12
4.1开采境界的确定 ......................................................................................................... 12
4.1.1开采境界影响因素 ........................................................................................... 12 4.1.2开采境界确定原则 ........................................................................................... 12 4.1.3开采境界的确定 ............................................................................................... 12 4.1.4境界内经济合理开采深度确定 ....................................................................... 16 4.2露天采场内的剥离量、煤量及损失率的计算 ......................................................... 17
4.2.1露天采场内剥离量的计算 ............................................................................... 17 4.2.2露天采场内煤量计算 ....................................................................................... 18 4.2.3露天采场内回采率、可采储量及平均剥采比 ............................................... 19
第五章 矿田开拓 .................................................................................................................. 20
5.1开拓方案的比较与确定 ............................................................................................. 20
5.1.1开拓方案选择的主要原则及影响因素 ........................................................... 20 5.1.2开拓方案的比较与确定 ................................................................................... 20 5.2生产工艺的选择及该工艺设备配 ............................................................................. 22
5.2.1生产工艺的选择 ............................................................................................... 22 5.2.2设备配备 ........................................................................................................... 22 5.3开拓坑道定线 ............................................................................................................. 25 5.4开拓运输系统 ............................................................................................................. 26
5.4.1煤的开拓运输系统 ........................................................................................... 26 5.4.2岩石的开拓运输系统 ....................................................................................... 26 5.5掘沟工程 ..................................................................................................................... 26
5.5.1掘沟位置的确定 ............................................................................................... 26 5.5.2掘沟方法的选择 ............................................................................................... 28
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5.5.3确定开拓坑道及开段沟的规格 ....................................................................... 29
第六章 露天矿开采参数与开采程序 .................................................................................. 32
6.1露天采剥方 ................................................................................................................. 32
6.1.1采剥方法选择 ................................................................................................... 32 6.2主要开采参数的确定 ................................................................................................. 32
6.2.1台阶划分及台阶高度的确定 ........................................................................... 32 6.2.2最小工作平盘宽度Bmin的确定 ....................................................................... 33 6.2.3采区长度的确定 ............................................................................................... 34 6.3矿山工程发展程序 ..................................................................................................... 35 第七章 露天矿生产能力 ...................................................................................................... 36
7.1露天矿工作制度 ......................................................................................................... 36 7.2均衡生产剥采比 ......................................................................................................... 36
7.2.1均衡的必要性及可能性 ................................................................................... 36 7.2.2生产剥采比的初步确定 ................................................................................... 37 7.2.3生产剥采比的调整与均衡 ............................................................................... 37 7.2.4储备矿量 ........................................................................................................... 38 7.3验证露天矿生产能力 ................................................................................................. 38 7.4验算露天矿年、日、班生产能力 ............................................................................. 39 7.5露天矿服务年限 ......................................................................................................... 39 第八章 穿孔爆破 .................................................................................................................. 40
8.1选择穿孔爆破方法 ..................................................................................................... 40
8.1.1爆破作业方法 ................................................................................................... 40 8.1.2起爆方法 ........................................................................................................... 40 8.1.3爆破器材的选择 ............................................................................................... 40 8.2爆破参数的确定及施工技术 ..................................................................................... 40
8.2.1爆破参数 ........................................................................................................... 40 8.2.2穿孔爆破施工技术 ........................................................................................... 44 8.3穿孔设备能力及数量计算 ......................................................................................... 45
8.3.1穿孔设备能力计算 ........................................................................................... 45 8.3.2穿孔设备数量计算 ........................................................................................... 45
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第九章 采装工作 .................................................................................................................. 47
9.1采掘方式及工作面参数 ............................................................................................. 47 9.2挖掘机生产能力及数量计算 ..................................................................................... 47
9.2.1挖掘机生产能力 ............................................................................................... 47 9.2.2挖掘机数量计算 ............................................................................................... 48 9.3 煤岩选采措施 ............................................................................................................ 49 第十章 露天矿运输 .............................................................................................................. 50
10.1运输方法及运输设备 ............................................................................................... 50
10.1.1露天矿运输方法及运输设备型号 ................................................................. 50 10.1.2汽车运输参数计算 ......................................................................................... 50 10.1.3自卸汽车运输能力及数量计算 ..................................................................... 52 10.2运输系统 ................................................................................................................... 53 10.3运输线路技术标准 ................................................................................................... 54
10.3.1确定限制坡度及汽车载重量 ......................................................................... 54 10.3.2确定道路技术标准及道路结构 ..................................................................... 54 10.3.3确定干线数目及线路通过能力 ..................................................................... 54 10.4辅助作业运输设备 ................................................................................................... 55
10.4.1辅助作业运输设备选型 ................................................................................. 55 10.4.2辅助作业设备数量 ......................................................................................... 58
第十一章 排土 ...................................................................................................................... 60
11.1排土场的确定 ........................................................................................................... 60
11.1.1排弃物种类及排弃量 ..................................................................................... 60 11.1.2选择排土场的原则及排土场位置的确定 ..................................................... 60 11.1.2排土场参数设计 ............................................................................................. 61 11.2排土方式及设备数量计算 ....................................................................................... 61
11.2.1排土方式 ......................................................................................................... 61 11.2.2排土设备数量计算 ......................................................................................... 62
第十二章 矿山工程进度计划 ................................................................................................ 63
12.1矿山工程进度计划编制原则 ................................................................................... 63 12.2矿山工程进度计划编制依据及方法 ....................................................................... 63
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第十三章 企业总平面布置 .................................................................................................... 65
13.1总平面布置的原则 ................................................................................................... 65 13.2排土场的布置 ........................................................................................................... 65 13.3工业场地的布置 ....................................................................................................... 65 13.4行政及生活区布置 ................................................................................................... 65 13.5炸药库布置 ............................................................................................................... 65 第十四章 经济部分 ................................................................................................................ 66
14.1劳动定员和劳动生产率 ........................................................................................... 66 14.2基建投资费用概算 ................................................................................................... 67 第十五章 露天矿主要技术经济指标 .................................................................................... 69 第十六章 土地复垦 ................................................................................................................ 71 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 72 附 录 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。 致 谢 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。
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第一章 矿区概况
1.1矿区地面概况
1.1.1矿区位置及交通情况
高西沟煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜煤田铜匠川详查区的东南部，行政区划属于准格尔旗乌兰哈达乡，整个矿区的地理坐标为：
东经：110°11′50″～110°13′13″ 北纬： 39°42′44″～ 39°44′07″
本区交通以公路为主，高西沟煤矿西行9公里到包头～府谷公路，沿包府公路到东胜市约25公里，东胜～包头有运煤专线，里程为100公里。详见交通位置图（图1.1）。
图1.1 交通位置图
1.1.2矿区附近工农业、水源、电源等情况
高西沟露天煤矿地处鄂尔多斯高原，地形复杂，地表土壤不够肥沃，年降水量少，为干旱地区，不宜发展农业。地下水源匮乏，地表水源主要为黄河水系。煤矿附近现有若干热电厂，电源充足。
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1.1.3矿床开采对国民经济意义
本区的农业受当地地理与经济状况的限制，耕作方式主要以传统的方式生产，农业生产落后。
本区的主要经济支柱为采矿业，随着东胜煤田的大规模开发，许多从事传统农业的农民也加入到煤炭采掘的工作中，成为煤炭工人，农村剩余劳动力不多。随着采矿业的大力发展，当地第三产业也呈大力发展的趋势，带动了地方经济的进一步发展。
随着矿山企业的发展，当地的经济情况明显好转，当地居民的生活水平有了很大的提高。政府财政收入有了很大提高，企业为当地创造了税收，当地经济发展速度加快。
1.2矿区地质概况
1.2.1矿区地文
高西沟煤矿煤层结构简单，局部含夹矸，煤层近水平赋存，厚度变化小。煤质指标如下：原煤灰分为（Ad）5.25%，发热量（Qnet.d）26.58MJ/Kg，全硫（St.d）0.23%，浮煤挥发分（Vdaf）为36.02%，煤种确定为不粘煤，由钻孔中煤心煤样的测试结果可知，煤质变化较小。
煤层顶板为粗砂岩，底板为炭质泥岩。煤层构造倾角平缓，近似水平赋存，未见断层。个别岩层硬度较大，f值超过7。 1.2.2矿区水文
潜水的补给方式是以垂向补给为主，在基岩覆盖区，局部为侧向补给。承压水的补给受地质构造的控制。地下水的补给主要以侧向补给为主。本区的充水因素，潜水受地形地貌的控制，承压水受地质构造的控制，其次受地形及降雨量等因素的控制。矿区主要充水分为二大段，其一是潜水的充水因素，其二是承压水的充水因素。
据伊旗气象局近30年的水文统计资料，当地年平均降水量为357.3毫米，降水集中在七、八、九3个月，占全年总降水量的60～70%左右，历年日最大降雨量为115.2毫米（75年月25日），大气降水除部分地表迳流外，其余均补给地下，这部分地下水除在沟谷、地势低洼处，有不同程度的地下潜水出露，流入区内的沟谷。
由于煤矿所处位置地形切割严重，煤矿开采范围内有沟谷穿过，坡度较大，且有煤层露头存在，山洪暴发时，可能会影响煤矿的正常生产。在设计时，应考虑到防洪问题，采取相应的防洪措施，避免淹没煤矿，防止水灾的发生。
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1.2.3矿区气候特征
该地区属北温带大陆性气候，早晚温差较大，全年只有100天的无霜期。冬季较长，白雪皑皑。夏季较短，绿草茵茵。寒冷、多风、干旱，年平均气温 1 ～ 2 ℃，无霜期 90～120 天。年降水量从西北向东南为 150 ～400 毫米，属中温带半干旱、干旱大陆性季风气候。该地区四季分明，春季气温回升迅速，风多风大雨量少；夏季凉爽多雨，雨量变率较大；秋季天气凉爽，天气晴朗，风力不大，气候稳定；冬季漫长严寒，总降雪量一般在 10 ～ 20 毫米。 1.2.4矿区地震
依据“中国地震动参数区划图” 得知：本区所处地域地震动峰值加速度（g）为0.10，对照烈度为7度，据了解本区近年来未发生过地震。
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第二章 矿床地质特征
2.1矿床区域地质特征
2.1.1矿床地层层序
本次储量核实区位于铜匠川详查区的东南部，地形切割较为严重，约有50%的地段被第四系风积砂与黄土覆盖，其它为基岩出露，出露的地层为侏罗系中下统延安组，据钻孔资料揭露，区内地层由老到新有：
1.上三叠统延长组：（T3Y）
岩性特征为灰绿、灰白色中粒石英砂岩，含较多的云母及少量的暗色矿物，中上部夹煤线或油页岩，该组地层为煤系地层的沉积基底。
2.中下侏罗统延安组（J1－2Y）
该组为本区主要含煤地层，岩性主要为灰、灰白色砂岩及深灰色泥岩、砂质泥岩和煤组成，该组地层的上部含煤性较好，发育的煤层厚度大，层位稳定，本矿所采的3－1煤层就位于延安组的中上部，下部含煤性也较好，5－1煤层厚度较大，平均5.37米，为全区可采的稳定煤层，其它煤层为大部可采的较稳定与不稳定煤层。该组地层平均厚度为206.22米，与下伏地层呈假整合接触。
3.中侏罗统直罗组：（J2Z）
该组地层岩性为一套杂色的细、中粒砂岩，泥质或粘土质胶结，较疏松，含有铁质结核和硅化木。区内所有钻孔揭露，由于遭受后期剥蚀，厚度在横向上变化较大，为2.02～152.23米，平均厚度119.52米，与下伏地层呈假整合接触，该组地层仅在核实区西北角残存并出露。
4.第三系上新统（N2）
区内零星赋存，主要岩性下部为灰色、棕黄色砾岩夹棕红色砂岩，呈半胶结状态，松散；上部为粉红色砂质粘土、亚砂土，含白云母碎片及钙质结核，该层不整合于老地层之上，厚度3.44～12.52米，平均7.68米。
5.第四系（Q）
区内广泛分布，不整合于老地层之上，底部为更新统马兰组黄土（Q3m），岩性为淡黄色亚砂土，柱状节理发育，含钙质结核，厚约12米；下部为更新统淤积层（Q3a12）岩性为砂、粉砂及黑色土壤层，局部赋存；上部为全新统风积砂（Q4eol），在区内大面积覆盖。
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2.1.2矿床地质构造
本区位于铜匠川矿区东南部，其构造特征和铜匠川矿区相一致，为一向SW倾斜的单斜构造，地层倾角1～3°。褶曲与断层均不发育，无岩浆活动，为简单构造地区。
2.2煤层赋存情况
2.2.1煤层赋存特征
在高西沟露天煤矿境界范围之内，煤层近水平分布。在延安组含煤地层中，自上而下各岩段均有煤层赋存。由于各煤层所处环境位置不同，致使各岩段煤层发育情况及含煤性亦各不相同。延安组含煤地层中含煤10～18层，一般为14～16层；含煤总厚度为12.99～28.41米，平均20.57米。含可采煤层6层，可采煤层总厚度10.14～20.98米，平均15.36米。延安组地层平均厚度为206.22米，该组地层总含煤系数为10%，可采含煤系数为8.2%。
依据延安组各岩段的环境及岩性特征、煤层自身的发育情况及其组合关系，将区内煤层自上而下划分为2、3、4、5、6五个煤组，11个分煤层。其中2号煤组位于上岩段（J1－2y3），内含2－1及2－2两个煤层，2－1煤层在本区遭受剥蚀，不发育，2－2煤层也遭受剥蚀，在区内大部残存。上岩段中含煤1～7个分层，一般为2～3层。含煤总厚度3.62～11.92米，平均7.92米。上岩段地层总厚度平均为67.65米，岩段含煤系数11%；3～4号两个煤组位于中岩段（J1－2y2）。主要含3－1、4－1煤层。该岩段中含煤2～8层，一般3～5层。含煤总厚度6.25～11.26米，平均8.83米。中岩段地层平均厚度为62.81米，其含煤系数为14%；5、6号两个煤组位于下岩段（J1－2y1）。两煤组自上而下可分出5－1、5－2、6－1中、6－1下、6－2中、6－2下六个主要煤分层。下岩段中含煤4～15层，一般8～11层。含煤总厚度为1.45～7.82米，平均3.82米。该岩段含煤系数为5.3%。 2.2.2煤层夹石及分布
根据《内蒙古自治区东胜侏罗纪煤田铜匠川区煤矿详查报告》资料反映，本区含煤地层中自上而下发育有2、3、4、5、6、五个煤组。
2号煤组赋存于延安组上岩段之中，含2－1、2－2煤层，核实区内2－1煤层已全部被剥蚀，2－2煤层也遭受剥蚀，大部残存。其中，2－2煤层位于上岩段（J1－2Y3）的中部，在核实区西部及东部赋存，区中部约1/2的面积遭受剥蚀，煤层露头线自核实区中部通过，煤层残存可采地段位于矿区范围内，矿区内可采面积比为51%，仅117号孔和861号孔揭露该煤层，煤层厚度分别为1.35米和0.26米，结构简单，顶板岩性一般
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为砂质泥岩，底板岩性为细粒砂岩，据报告反映：该煤层为局部可采的不稳定煤层。与3号煤层间距为38.98米。
3号煤组赋存于延安组中岩段，区内表现为一单煤层，编号为3－1煤层，层位稳定，厚度较大，煤厚有一定的变化，煤厚为1.40～4.52米，平均3.59米，煤层结构简单，含夹矸0～1层，夹矸岩性为砂质泥岩、泥岩、局部为粉砂岩，在区北部及东南部遭受剥蚀，致使煤层连续性变差，局部地段失去工业开采价值，为大部可采的较稳定煤层。顶板岩性主要为砂质泥岩、粉～粗砂岩，底板岩性为砂质泥岩及泥岩。与4－1煤层间距为17.52～35.52米，平均28.66米。
4号煤组赋存于延安组中岩段，核实区内表现为二层，即4－1、4－2中煤层。其中，4－1煤层区内工程点多数见煤，煤厚为0.23～2.66米，平均1.57米，煤厚由北向南呈变薄趋势。可采区位于矿区北部。该煤层结构简单，含夹矸0～1层，夹矸岩性为泥岩及粉砂岩，为大部可采的不稳定煤层。顶板岩性为泥岩、砂质泥岩以及细砂岩，底板岩性多为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩。与4－2中煤层间距为1.10～12.19米，平均6.58米。4－2中煤层位于4－1煤层之下，煤厚为0.48～0.80米，煤层平均厚度为0.57米，为不可采煤层，与5－1煤层间距为22.48～33.00米，平均为27.49米。
5号煤组位于延安组下岩段，核实区内含煤二层，为5－1、5－2煤层。5－1煤层全区可采，煤层厚度较大，变化较小，煤厚为4.72～6.02米，平均为5.37米，为全区可采的稳定煤层，与5－2煤层的间距为2.37～7.22米，平均为3.81米。5－2煤层区内大部发育，区内工程点均不可采，局部地段尖灭，煤厚为0.12～0.43米，平均为0.32米，为不可采煤层，与6－1中煤层的间距为6.40～8.17米，平均为7.30米。
6号煤组分为6－1、6－2两个分煤组，6－1分煤组又可分为6－1中、6－1下两个煤层，6－2分煤组又可分为6－2中、6－2下两个煤层。6－1中煤层基本全区可采，煤厚为0.70～1.07米，平均为0.92米，为较稳定煤层，与6－1下煤层的平均为4.26米。6－1下煤层大部发育平均厚度0.31米，为不可采煤层，与6－2中煤层的平均间距为13.77米。6－2中煤层全区发育，可采区位于矿区北部，平均厚度1.13米，煤厚由北向南呈变薄趋势，至130号孔尖灭。为大部可采的不稳定煤层，与6－2下煤层平均间距为1.19米。6－2下煤层位于延安组下岩段的下部，区内零星发育，平均为1.17米，为零星可采煤层。 2.2.3煤岩物理力学性质
此露天矿煤呈黑色、条痕褐黑色，一般呈暗淡光泽或沥青光泽。呈细条带～宽条带状结构，层状构造，参差及阶梯状断口。局部含有粘土质结核。各煤层均致密坚硬，容
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重为1.3左右。各煤层容重及平均厚度见表2.1.。
表2.1 煤层特征表
煤层编号 2－2 3－1 4－1 5－1 6－2中 6－2下 容重t/m3 1.24 1.24 1.25 1.25 1.25 1.27 平均厚度m 1.2 3.59 1.57 5.37 1.13 1.17 此矿煤的燃点在300℃左右。2－2、3－1、6－2中煤层由暗煤、亮煤、丝炭、镜煤组成，一般为暗淡型或半暗淡型煤，其它煤层由亮煤、暗煤、丝炭、镜煤组成，以半暗型煤为主，暗淡型与半亮型煤较少。丝炭含量高是本区煤的一个主要特点。
2.3矿床水文地质特征
2.3.1矿床水文地质
矿区位于干旱地区，水文地质比较简单。该区地下水的补给、迳流、排泄条件，三者相互依存，条件简单。主要充水以第四系松散层补给2－2煤顶部潜水。其次是以裂隙为主的承压水。区内水文地质条件简单，可划为一类一型，但沟谷地段为一类二型。
地下潜水的补给条件：铜匠川详查区的水文地质条件与区域水文地质条件相一致。以2－2号煤顶板为界，上为潜水段，下为承压水段。潜水分两种形式补给，一是受大气降水的直接补给，二是大气降水的间接补给。基岩潜水的补给一般是以间接补给为主，但在基岩裸露区为直接补给。因而，潜水的补给方式是以垂向补给为主，在基岩覆盖区，局部为侧向补给。
地下承压水的补给条件：区内承压水的补给受地质构造的控制。地下水的补给主要以侧向补给为主。承压水的补给区远，同区域补给构造相一致，由于区内水源补给不充沛，补给量小，相应的地下水补给量也小。
第四系松散层潜水迳流，决定于地貌形态及地表的植被多少，而基岩潜水的迳流，决定于裂隙的发育程度，分布于裂隙发育密集处，上覆岩层透水性好的部位，基岩潜水流经路径长，不完全按照地表形态流动，地下水流具有一定的方向性。承压含水层的迳
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流，决定于地质构造、含水层的岩性及地下水动力条件。含水层分布较为分散，迳流条件差，地下水的运移速度慢，迳流好、地下水流集中的部位，往往在含水岩性突变处，承压含水层地下水运移的方向受井田构造控制，大体为东偏北向西偏南方向运移，但迳流速度小，水力联系差，形成一个层状分布的迳流体系。
此外，区内各大沟谷均为潜水的排泄点，而杨森～高西沟以及随地形相一致的洼地、冲沟等，既为区内的排泄点又为迳流分布带，地表排泄区域明显。承压水的运移，主要受地质构造的控制。本区为一单斜构造，岩层平缓，迳流条件差。因而在区内的西北部，岩性变化急剧处及一些岩层转折的凹地，为本区的承压水排泄点。 2.3.2水文地质条件对露天矿开采的影响
水会给露天开采带来不利影响。大量积水会降低穿孔速度，给装药带来不便。会降低采装效率。
高西沟露天煤矿地处干旱地区，水文地质条件简单，对露天矿开采影响不大。地面水源距矿区距离较远，不会对开采产生大的影响，不需要疏干排水。但在开采深部煤层时，坑内会出现积水。开采时，视采场涌水情况，在坑底超挖蓄水坑，利用水泵排水。炮孔内存有积水时，爆破时采取防水措施，或者采用抗水的乳化炸药。
2.4矿床勘探
2.4.1矿床勘探类型及程度
本区为向南西倾斜的单斜构造，地层倾角1～30，断裂不发育，无岩浆活动，属于构造简单类型。主要可采煤层5－1层位稳定，对比可靠，全区可采，故煤层稳定程度确定为稳定类型。次要可采煤层3－1、6－1中煤层厚度有一定的变化，对比可靠，大部可采，为较稳定煤层。其它可采煤层均为不稳定煤层。由于5－1号煤层厚度较大，资源储量在核实区内占优势，故矿区基本勘查类型确定为一类一型。
由于勘查面积较大，煤层在局部范围内十分稳定，但在大区内煤层的厚度呈一定的变化趋势，煤层的稳定类型最高为较稳定型，勘探类型为一类二型。勘查工程基本网度为1000×1000米。较稳定煤层以1000×1000米的网度圈定B级储量，以2000×2000米的网度圈定C级储量，大于此网度圈定D级储量。 2.4.2矿石储量计算工业指标
本区煤层倾角平缓，仅在3o以内，构造简单，参加资源储量估算的煤层层位稳定，厚度、煤质及水文地质条件变化小，勘探工程分布均匀，故用地质块段法进行储量计算，
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6－2下 1.17 不适合露天开采 由煤层赋存状况可知，该矿主采煤层为5－1煤层。各煤层的境界剥采比分别计算如下：
2－2煤层：由于2－2煤层近水平赋存，地表覆盖层厚度变化较大（0～50m），平均厚度14m。覆盖层的地方多为独立山包，所以在计算境界剥采比时，境界剥采比与平均剥采比利用nj≈np的关系。
nj?h114??9.04 m3/t （4-1）
h2??21.2?1.24 nj ≤ njh （4-2）
其中：nj——境界剥采比m3/t； njh——经济合理剥采比m3/t； h1——岩层平均厚度m； h2——煤层平均厚度m； γ2——煤层平均容重t/m3。
所以，2－2煤层适合露天开采。2－2煤层在可采厚度范围之内的，其露天开采的经济效果大于地下开采，均可以划到开采境界之内。
3－1煤层：煤层平均厚度为3.59m，与2－2煤层平均间距为38.98m。分两种情况论述。
第一，考虑3－1煤层上部赋存有2-2煤层。3－1煤层与2－2煤层平均间距为38.98m。
nj?h138.98??8.75 m3/t （4-3）
h2??23.59?1.24 nj ≤ njh （4-4）
露天开采的经济效果大于地下开采，可以划到开采境界之内。
第二，考虑到3－1煤层位于2－2煤层赋存范围之外的部分，其上覆岩层平均厚度为52.98m。此时nj≥njh,需综合考虑3－1煤层其下部煤层的开采经济效果。
4－1及4－2煤层平均厚度分别为1.57m和0.57m。与3－1煤层平均间距分别为28.66m和35.24m。其经境界剥采比大于经济合理剥采比，需考虑之下的5－1煤层开采经济效果。
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5－1煤层：煤层平均厚度5.37m，与4－2煤层平均间距27.49m。综合考虑3－1、4－1及4－2煤层：
nj?h1?7.4 （4-5）
h2??2 nj ≤ njh （4-6）
露天开采的经济效果大于地下开采，均可以露天开采。
所以，确定高西沟露天矿的境界范围为采矿权全部范围。境界拐点坐标如下：
表4.2 地表境界拐点坐标
拐点标号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X坐标 4400550.00 4400550.00 4400550.00 4400500.00 4400110.00 4400030.00 4398900.00 4397960.00 4399300.00 Y坐标 37431200.00 37431950.00 37431200.00 37432360.00 37432350.00 37433130.00 37432800.00 37433140.00 37431460.00 由拐点连起来的范围即露天开采地表境界范围。 预计采用单斗卡车开采工艺，参考设计资料，高西沟露天煤矿最小底宽约20m，边坡角36°，由此确定出底部境界。露天矿地表境界及底部境界圈定范围如图4.1。
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图4.1 露天矿境界范围图
4.1.4境界内经济合理开采深度确定
由开采2－2、3－1、4－1、5－1、5－2煤层及以下的两个煤层的开采深度和相应的平均剥采比，绘制出开采深度H与平均剥采比np的曲线。如图4.2。
图4.2 H－np曲线
在图4.2的纵轴上，绘制出剥采比为10m3/t的直线。由图可知，开采到116m深度
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的时候剥采比最小，开采到以后煤层的剥采比均大于10m3/t，采用露天开采不合理。所以，合理开采深度为116m，即对应开采到5－1煤层底部。5－1煤层以下的各煤层转为地下开采。
由5－1煤层的底板等高线可以看出，煤层近水平赋存，开采深度几乎在同一标高，能够满足露天矿采装、运输要求，无需进行底部深度调整。
4.2露天采场内的剥离量、煤量及损失率的计算
4.2.1露天采场内剥离量的计算
在露天采场境界范围之内，由上至下有2－2、3－1、4－1、4－2、5－1五层煤层。煤层剥离量计算如下：
2－2煤层上覆岩土层厚度为0～40m。由煤层底板等高线图和地形图推算出，2－2煤层上覆岩层平均厚度约15m。经计算，覆盖面积为0.7112km2。所以，2－2煤层上覆岩土层的剥离量为：
Q?S?H （4-7）
式中：S——岩层的覆盖面积；
H——岩层平均厚度；
15?0.7112?106?1066.8?104 m3。
2－2煤层与3－1煤层之间的岩土厚度为0～50m，平均厚度为24m。覆盖面积2.4691 km2。所以，2－2煤层与3－1煤层之间的岩石量为：
24?2.4691?106?6172.5?104 m3。
3－1煤层与4－1煤层之间的岩石平均为28.66m，覆盖面积为2.420 km2。3－1煤层与4－1煤层之间的岩石量为：
28.66?2.5883?106?6935.6?104 m3。
4－1煤层与4－2煤层之间的岩石平均厚度为6.58m，覆盖面积为2.4340 km2。所以，4－1煤层与4－2煤层之间的岩石量为：
6.58?2.4340?106?1601.6?104 m3。
4－2煤层与5－1煤层之间的岩石平均厚度为27.5m，覆盖面积为2.3972 km2。所以，4－2煤层与5－1煤层之间的岩石量为：
27.5?2.4392?106?6573.6?104 m3。
综上所述，露天采场内总的剥离量为为：
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1066.8+6172.5+6935.6+1601.6+6573.6=20486×104m3。 4.2.2露天采场内煤量计算
露天采场边坡压煤量计算如下： 露天矿的最终边坡角为36°。
2－2煤层大部分属于山坡露天矿，边坡压煤量较少，计算中忽略不计。
3－1煤层坡面到矿区范围的平均水平距离a=28m，煤层平均厚度b=3.59m，采场范围内的周长L=5068m，煤层平均容重γ=1.24t/m3。则3－1煤层的压煤量为：
a×b×L×γ=28×3.59×5068×1.24=631700t =63.170×104t。
4－1煤层的坡面到矿区范围的水平距离a=66m，煤层平均厚度b=1.57m，采场范围内的周长L=3802m，煤层平均容重γ=1.25t/m。则4－1煤层的压煤量为：
a×b×L×γ=66×1.57×3802×1.25=492454t =49.245×104t
5－1煤层的坡面到矿区范围的水平距离a=98m，采场范围内的周长L=6481m，煤层平均厚度b=5.37m，平均容重γ=1.25t/m3。则5－1煤层的压煤量为：
a×b×L×γ=98×5.37×6481×1.25=4263364t =426.336×104t。
所以，露天采场内总压煤量为： 63.170+49.245+426.336=538.7×104t。
在高西沟露天采场内，可采煤层共四层，分别为2－2煤层、3－1煤层、4－1煤层和5－1煤层。各煤层的工业储量及边坡压煤量计算结果见表4.3。
单位：万吨
表4.3 煤量计算结果表
地质储量 83 495 588 397 2018 3563 储量级别 333 122b 333 333 122b — 煤层编号 2-2 3-1 4-1 5-1 合计 可信度系数 0.9 1 0.9 0.9 1 — 工业储量 74.7 495 529.2 357.3 2018 3474.2 边坡压煤量 0 63 49 426 538
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4.2.3露天采场内回采率、可采储量及平均剥采比
露天采场内设计回采率为95%。 露天开采可采储量可按公式4-8计算。
Qk??Qg?Qy??? （4-8）
式中：Qk——可采储量，万吨； Qg——工业储量，万吨； η——回采率。
计算得：高西沟露天煤矿可采储量为(3474.2-538)×95%=2789.4万吨。
露天采场内平均剥采比为总剥离量与可采储量之比。计算得，平均剥采比为：7.4m3/t。
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第五章 矿田开拓
5.1开拓方案的比较与确定
5.1.1开拓方案选择的主要原则及影响因素
选择开拓方式的主要原则主要有：要求矿山基建时间短，早投产，早达产；生产工艺简单，可靠，技术上先进；初期剥采比小，提高初期生产效益；基建投资小，尤其是初期投资要小，生产经营费低；尽量少占良田，少占耕地，不搬迁村庄。距离排土场较近，便于建立采场与工业广场的运输联系等。
影响露天矿开拓方案选择的主要因素有三方面：自然地质条件，即地形、矿床地质、水文地质、气候等。生产技术条件，即矿山规模，矿区开发程序，露天采场尺寸，生产工艺流程，选用设备型号等。经济因素，即矿山建设投资，矿山生产成本及劳动生产率等。
考虑以上原则及影响因素，对高西沟露天煤矿开拓方案进行比较与确定。 5.1.2开拓方案的比较与确定
露天矿的开拓方法有：公路开拓、铁路开拓、带式输送机道开拓、平硐溜井开拓、提升机道开拓等。根据高西沟露天煤矿的技术经济条件以及自然地质条件，首先淘汰明显不合理的方案：
由于地形复杂，沟壑纵横，地形条件不具备布置带式输送机道的条件。若采用平硐溜井开拓，则只在开采2－2煤层时可以考虑，其他煤层开采均为深凹露天矿开采。而2－2煤层储量相比其他煤层比较小，仅为开采此煤层而单独选用一套开拓系统明显不合理，所以不宜采用平硐溜井开拓方案。对于提升机道开拓方案，需与汽车或者铁路等配合才能构成完整的开拓运输系统。对于高西沟露天煤矿，年产量仅90万吨，为小型露天矿，不宜选用复杂的开拓运输系统。所以淘汰明显不合理的开拓方案：带式输送机开拓、平硐溜井开拓和提升机道开拓等开拓方案。
初步选择公路开拓和铁路开拓两种开拓方式。对这两种开拓方式进行评价如下： 公路开拓主要适用于各种地形条件的山坡露天矿和矿坑呈各不规则形状，尺寸的凹陷露天矿，采矿场可设置多出入沟进行分散运输，分散排岩，便于多品级矿石选择开采，便于改变工作线推进方向，新水平准备速度快，能达到较高的开采强度。
铁路开拓运营费用低，运输能力大，运输设备坚固耐用，运输工作可靠，受气候条件影响小，但由于开拓坑线受铁路的平面曲线半径大和纵向坡度小的影响，开拓坑线展
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线长度大，使露天采矿场的附加剥岩量增加，基建工程量大，基建时间长，在日常生产中的线路移设和维修工作量大，开拓系统和工作组织较复杂，新水平开拓延伸工程缓慢。且铁路开拓多为折返式坑线，随着开采深度的增大，折返次数增加，列车运行周期增长，运输效率明显下降。此外，铁路运输还有采掘工作面的空车供应率和采掘机效率低，线路移设工作量大和各采区的死角处理较复杂等缺点。
对公路开拓和铁路开拓这两种开拓方案进行技术经济比较：
由于高西沟露天煤矿地处山区，地面高低起伏不平，沟壑纵横，区内大部分被第四系松散层覆盖。结合周围工业情况，可初步估算运输距离为运岩土为1km，运煤为3km。
公路开拓方法具有汽车运输的特点，对于复杂地形的适应能力强，能比较好的适应高西沟露天煤矿的开采条件 。其运费大约占采矿总成本的40～60%，对露天矿开采的经济效益影响较大。故汽车运输的运距要控制在合理的范围之内。目前，采用普通的载重自卸汽车运输时，其合理运距一般不超过3.5km。当采用大型电动轮自卸汽车时，合理运距一般不超过5～6km。考虑到深凹露天矿重载汽车上坡在合理运距范围之内，公路开拓合理开采深度应限制在合理范围。采用40t以下的汽车运输时可为80～150m，采用电动轮汽车运输时可为200～300m。高西沟露天煤矿的条件陡符合公路开拓的特点。
所以，采用公路开拓技术上是可行的，但不一定优于其他开拓方法，在进行经济比较后才可以确定。
对于铁路开拓，其运营费用约为汽车运输的25%～35%，但由于受回转半径和纵向坡度的影响会增加采场的剥岩量，同时增加基建工程量。线路移设占用的时间长，影响露天矿的生产，开拓延伸速度慢，初期投资也会增加。对于高西沟露天煤矿，不采用铁路开拓的原因有三个：
第一、高西沟露天煤矿地形复杂，铁路的适应性不强，受坡度的影响，不利于修筑铁路。
第二、高西沟露天煤矿的边界特点是：死角多。若采用铁路开拓，采区的死角处理困难。
第三、高西沟露天矿年产量仅为90万吨，考虑到企业经济实力，建设初期在经济上不允许投资过大，否则将会影响整个企业的正常运行。
通过上述分析，初定采用公路开拓方案。
确定选用公路开拓中的方案：移动坑线具有生产能力大，基建速度快，运距短的优
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点，且更适宜汽车运输，故确定选用公路开拓中的移动坑线开拓方案。
5.2生产工艺的选择及该工艺设备配
5.2.1生产工艺的选择
由于选用公路开拓方案，所以生产工艺一般选择国内应用最广泛的、技术最成熟的单斗挖掘机采装，自卸卡车运输，推土机排土的生产工艺。选择此生产工艺，主要考虑到在国内此开采工艺应用广泛，技术成熟，设备性能好。维修工作简单，机动灵活，能够适应高西沟露天煤矿的开采条件。 5.2.2设备配备
在选择设备时，除了要遵循设备选型原则和按规模确定设备规格等级外，还要仔细研究设备的结构特点、技术性能、材质情况和制造工艺等。从而选出适合本矿作业的最佳设备。
穿孔设备选择：
露天矿穿孔设备主要有冲击钻机、回转钻机、潜孔钻机以及牙轮钻机等。其中，冲击钻机因其技术落后，穿孔效率低，现基本上已经淘汰。回转钻机适合于矿岩硬度为4～6的露天矿。因高西沟露天煤矿岩石硬度平均为7，个别岩层硬度大于7，回转钻机不能很好的适应矿山生产，设备的效率不高，所以不选择回转钻机。
潜孔钻机适用于一般坚硬的矿岩。虽然设备投资较小。但是设备的性能和适应性远不及牙轮钻机。
牙轮钻机具有很好的适应能力，几乎适用于各种矿岩的穿孔作业，并具有很高的生产效率。牙轮钻机与潜孔钻机比较，穿孔速度比潜孔钻机高50%，穿孔成本比潜孔钻机低15%。设备的性能良好，成孔率高，自动化程度高，但设备成本比较高。但是，牙轮钻机在高西沟露天煤矿的地质条件下，使用寿命长，节约的钻孔成本足以抵消增加的设备初期投资。
综合各穿孔设备的特点及技术性能，经过技术经济比较后，决定选用牙轮钻机。 采装设备选择：
高西沟露天矿采用单斗卡车开采工艺。单斗挖掘机有多种选择，按传动方式不同可分为液压铲、机械铲（电铲）。液压挖掘机与电铲相比，重量轻35～40%，动作灵活，行走速快；可以比较准确的控制铲斗的插入和撬动，在选采的时候，具有下铲准确的优点。购置费用比电铲低50%左右。占用资金少，投资少。由于液压系统比较复杂，矿山
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工作条件恶劣，维修比较困难。近年来随着机械制造技术的发展，元件寿命有了很大的提高，检修人员的素质也有很大的提高，在很大程度上克服了维修困难的缺点。采用液压铲能够很好的适应高西沟露天煤矿的开采。
综上所述，采装设备决定选择液压铲。由于煤层近水平分布，所以适宜选用液压正产。并配备前装机辅助作业。
运输设备的选择：公路开拓汽车运输，运输设备一般选择矿用自卸汽车。在设备选型时，主要考虑自卸汽车的结构特点和性能参数。其中，结构特点主要考虑发动机、传动系统、和制动系统等。性能参数主要考虑重量利用系数、比功率、车辆动力特性曲线和性能限制因素。结合高西沟露天煤矿公路运输特点，选择合适的车铲配套方案，查设备选型表选定运输设备。
辅助设备选型：由于辅助设备数量少，所以在选型时，结合开采条件，参考类似矿山及设计手册，选择与高西沟露天煤矿开拓开采方法相适应的辅助设备。
由以上分析，查《露天矿设备选型配套计算》表1－1－3，设备选型方案如下： 穿孔设备：牙轮钻机Φ=150 mm 挖掘设备：单斗挖掘机1.6m3 运输设备：自卸汽车15t 辅助设备：推土机88.2kw
平路机132.3kw 装药车8t 洒水车4 m3 汽车吊20t
查《露天矿设备选型配套计算》设备选型手册，经过综合比选，确定各种选用的设备型号。
表5.1 设备选型表
设备类型 穿孔设备 采装设备 运输设备 设备名称 牙轮钻机 液压铲 自卸汽车 型号 KY－150 WY－160 生产厂家 江西采矿机械厂 长江挖掘机厂 北方奔驰包头北奔重型汽车有限责任ND3310D29 公司
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推土机 平路机 辅助设备 装药车 洒水车 汽车吊 T2－120SH PY－160 BC－8 解放 QY－40 山西长冶矿山机械厂 丹东汽车厂 主要设备的技术参数见设备技术参数表：
表5.2 KY－150牙轮钻机技术参数表
项目 钻孔直径 钻孔方向 推进速度 提升速度 回转扭矩 空压机能力 排渣方式 行走方式 爬坡能力 行走速度 钻机总重量 单位 mm ° m/min m/min kN.m m3/min % km/h t 参数 120～150 70～90 0.17～3.4 0.79～15.72 4.77 25 湿式/干式 履带 14 0.85 40 表5.3 WY－160液压铲技术参数表
项目 铲斗容积 理论生产率 最大挖掘高度 最大挖掘深度 最大挖掘半径 最大卸载高度
单位 m3 m3/h m m m m 24
参数 1.6 280 8.1 3.25 8.05 5.7 毕业设计说明书
回转速度 行走速度 最大爬坡度 功率 机重 r/min km/h % kW t 7.88 1.77 40 135 38 表5.4 北方奔驰ND3310D29自卸汽车技术参数表
项目 载重 自重 车厢容积 长 外形尺寸 宽 高 轴距 燃烧种类 最小离地高度 最小转弯半径 货箱最大倾角 最大爬坡度 最大速度 发动机功率 车厢升降升降时间 车厢举升 最大 离地高度 最小 单位 t t m3 参数 15 15.3 14.5 8.8 m 2.5 3.4 m m m ° % km/h kw s 5.9 柴油 0.29 9.5 70 50 80 214 40 6.5 m 0.9 5.3开拓坑道定线
在矿山定线时遵循的原则是：满足开拓运输、剥采工程发展计划及矿山总平面布置
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的要求，保证露天矿的生产工艺成为一个有机的整体；符合矿山道路设计规范的规定，保证行车安全；尽量减少土石方的工程量，以降低工程造价和节省运营费用。
遵循以上定线原则，按以下定线步骤进行定线。 1、拟定线路系统。
主要考虑矿山的具体情况和总平面布置，根据已确定的公路开拓运输方案，初步拟定线路的大致形式、位置和走向。
依据高西沟露天煤矿开采境界、地形图，结合总平面设计的排土场、工业场地及炸药库等设施的位置及高程，初步拟定线路系统。
2、确定线位
在山坡露天矿时（1380以上水平），岩土由各开采水平经山坡运输道路运到西南部的外排土场。煤的运输通道和岩土运输走一条干线，运到工业场地的储煤场。
深凹露天矿时，总出入沟设在在石灰川沟的1375水平，岩土及煤经此出入口运到地面。当岩土全部实现内排时，在矿区中西部的最终边帮设置运煤通道，缩短煤的运输距离。
5.4开拓运输系统
5.4.1煤的开拓运输系统
高西沟露天煤矿为中小型露天煤矿，年产量为90万吨，公路开拓。初步计算煤的运距一般为3km，地形复杂。为了更好的适应地形条件，简化生产系统，便于管理和操作，决定煤炭开拓运输也采用公路开拓运输。由采场直接运至坑口的储煤场。在储煤场设置破碎站，由胶带运输机运至附近的选煤厂。 5.4.2岩石的开拓运输系统
移交生产时，岩石由采场运至境界外的外排土场进行排弃。投产后，当5－1煤层开采到一定时期，具备实现内排条件时，逐渐转为内排。
5.5掘沟工程
5.5.1掘沟位置的确定
掘沟位置的选择遵循的原则是：初期剥采比小,提高初期生产效益；地质勘探程度高，煤层赋存稳定，地质构造简单；覆盖厚度小，基建工程量小，基建工期短。尽量少搬迁或不搬迁村庄，少占农田，减少初期投资；距外排土场较近，适于建立采场和工业广场的运输联系。
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根据以上原则，结合高西沟露天煤矿的地形地质条件，以及煤层赋存条件，将3－1煤层的底板等高线与矿区地质地形图对比，进行拉沟位置的比选。
第一方案：
在境界的西北部开拉沟，形成东西方向的工作线后，工作线向南推进。
由矿区地形图可以看出，高西沟露天煤矿地形比较复杂。矿区北东方向地形高，煤层平均埋深大于西南区。但是北东方向赋存有最上层的2－2煤层，而西南地区2－2煤层剥蚀。选择从北部拉沟的原因就是：2－2煤层埋藏浅，见煤快。2－2煤层平均可采厚度1.2m，基建剥离量少，移交生产前可以采出的煤比较多，初期经济效益较好。
图5.1 一拉沟位置示意图
第二方案：
在境界南部拉沟。由于在矿区的南部（石灰川北东方向）有一条横穿矿区的沟，此地的主采煤层埋藏深度浅，若外排土场设置在石灰川，从此沟开始拉沟，形成工作线后，
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同时向北西方向和南东方向推进。减少初期剥离量。当南东方向境界内的5－1煤层开采完毕后，采场实现内排，节约排岩费用。
在此位置开始拉沟的特点是：充分利用自然地形，减少初期剥离量。尽早实现内排，节约排土费用。
图5.2 二拉沟位置示意图
经过比较上述两种拉沟方案，确定第二方案优于第一方案。其主要原因是：第二方案不仅考虑了基建期剥离量少，经济效益高，还考虑了投产后，尽早实现内排，从而能够提高开采的综合经济效益。所以选择第二种拉沟方案。
5.5.2掘沟方法的选择
在露天开采中，为保持持续正常生产，需及时准备出新的水平。而新水平准备的及
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计算得，A=94.5万吨。理论生产能力能够达到设计生产能力。 露天矿生产能力验证结果：生产能力能够满足设计生产要求。
7.4验算露天矿年、日、班生产能力
露天矿年生产能力为90万吨。年工作日310天，每天三班，每班8小时。则露天矿的日生产能力为2903t，班生产能力为968t。
7.5露天矿服务年限
高西沟露天煤矿工业储量为3563万吨。由于矿区地比较复杂，所以在计算服务年限时，取1.1备用系数。露天矿的服务年限可按公式（7-4）计算。
A?Q? （7-4） TK式中：A——露天矿服务年限，年； Q——工业储量，3474.2万吨； η——回采率，95%；
T——露天矿年生产能力，90万吨； K——备用系数，取1.1。
计算得：高西沟露天煤矿服务年限为31.5年。
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第八章 穿孔爆破
8.1选择穿孔爆破方法
8.1.1爆破作业方法
在露天开采中使用的爆破作业方法有深孔爆破、浅眼爆破、裸露药包爆破和硐室爆破。
根据各种爆破方法的特点和高西沟露天矿设备配备水平及煤层的赋存情况，岩石台阶选择深孔松动爆破的方法，煤台阶选择浅孔松动爆破。深孔爆破方法的特点是：穿孔的机械化程度高，爆破效果好；爆破量大，可为采装设备提供足够的爆破矿岩量。由于煤层厚度小于5m，煤层台阶单独爆破，选用浅孔松动爆破的方法。煤层松动爆破的特点是：爆破质量好，粉碎的面煤较少，炸药单耗低。煤台阶及岩石台阶分别选用深孔松动爆破和浅孔松动爆破的经济效果比较好。能够适应高西沟煤矿露天开采的生产条件。 8.1.2起爆方法
高西沟露天煤矿设计的试题采掘带宽为10米，岩石台阶采用垂直孔排间微差爆破，靠近境界采用预裂爆破，起到保护边坡的作用。煤台阶一次爆破量较少，为了简化爆破网络，爆破起爆方法采用齐发起爆，延期雷管延期。 8.1.3爆破器材的选择
根据现有的技术经济状况和各类爆破器材的特点，爆破器材选择火雷管、塑料导爆管、塑料导爆管雷管、联通器等。炸药选用防水炮皮铵沥腊炸药和氨油炸药，用水胶炸药做起爆药包。
引爆用火雷管，采用非电微差起爆，采用3段毫秒继爆管实行孔外延期，主干线用导爆管传爆。
选择这类爆破器材的原因是：非电起爆网络简单，不会有雷电等安全隐患。操作简单，技术要求比较低。爆破成本低。能够适应西露天煤矿的生产。
8.2爆破参数的确定及施工技术
8.2.1爆破参数
深孔爆破参数包括：台阶高度、孔径、孔深、超深、底盘抵抗线、孔距、排距、堵塞长度和炸药单耗等。合理的爆破参数对于改善爆破效果，降低工程成本有着决定作用。同时，这些参数受岩石性质、地形地质条件、开挖要求、施工机械等的影响。各参数确
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定如下：
(1)台阶高度H
由矿山的开参参数可知，煤台阶及岩石台阶的台阶高度均为10m。表土台阶不需要爆破。
(2)孔径d
由KY－150牙轮钻机的技术参数可知，此设备的钻孔直径为150mm。 (3)超深h与孔深L
超深的作用是为了克服台阶底盘抵抗线的夹制作用，爆破后不留根底，开挖后形成平整的底部平面。超深h可按经验公式（8-1）确定：
h=（0.05～0.25）H （8-1）
式中：h——超深 H——台阶高度
式中，爆破台阶松软时，h取小值；爆破台阶坚硬时，h取较大值。高西沟露天矿煤岩较软，取超深h=0.05H=50cm。所以，超深确定为0.5m。
孔深L=H+h=10.5m。 (4)底盘抵抗线WD
底盘抵抗线过大会造成根底多、大块率高、后冲作用大；过小会产生飞石、浪费炸药、增加穿孔工作量。底盘抵抗线的大小与钻孔直径、炸药做工能力、岩石可爆性、台阶高度和台阶坡面角等因素有关。底盘抵抗线的大小可用经验公式（8-2）来计算：
WD=(0.6～0.9)H （8-2）
考虑钻机安全作业条件，
WD?Hcot??c （8-3）
式中：α——台阶坡面角，已确定为65°；
c——钻孔中心至台阶坡顶线安全距离，取2m。 计算得，WD≥6.7m。 底盘抵抗线WD取7m。 (5)孔距与排距
孔距a按经验公式（8-4）计算：
a=m WD （8-4）
式中，m——炮孔密集系数，经验可知，通常m为0.9～1.5。最后一排炮孔往往由
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于夹制作用，应选较小值。但是由于高西沟露天煤矿煤岩比较软，夹制作用比较小。孔网参数取一致。孔距a取6.5m。
排距大小对爆破质量影响较大。后排孔由于夹制作用，排距应减小，按经验公式8-5计算：
b=(0.6～1.0)WD. （8-5）
前排排距取5.0m，后排取4.5m。 (6)钻孔孔边距c和台阶坡面角α
c=WD－Hcotα （8-6）
开采参数α已确定为65°。计算得，c=24m (7)堵塞长度l
合理的堵塞长度能降低爆炸气体能量损失。堵塞长度过长会降低钻孔延米爆破量，增加钻孔费用，造成台阶上部岩石破碎不佳；堵塞长度过短，则炸药能量损失大，将产生较强的空气冲击波、噪声和飞石，并影响下部的爆破效果。常用的经验公式为：
l=（20～40）d。（8-7）
取炮孔堵塞长度l=30d=4.5m。 (8)单位体积炸药消耗量q
影响炸药单号的因素主要有岩石的可爆性、炸药种类、自由面条件、起爆方式和块度要求等。选取合理的炸药单耗需要长期的生产实践来验证。
由矿区的地质资料可知，岩石单轴抗压强度为30～40MPa。对于2号岩石炸药，查表得q=0.43kg/m3。
(9)单孔装药量Q
对于单排炮孔或多排炮孔的第一排炮孔的单孔装药量按公式（8-8）计算。
Q=qaWDH （8-8）
计算得Q =195.65kg，取195kg。
对于多排炮孔，从第二排起，以后各排炮孔的单孔装药量按公式（8-9）计算。
Q’=（1.2～1.3）Q （8-9）
式中，松软岩石取较小值，坚硬岩石去较大值。计算得，Q’=1.2Q=234.8kg。取235kg。
（10）炮孔倾角
在靠近上一水平坡底线时，靠近坡底线的钻孔倾角与台阶倾角一致，取65度，其
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它炮孔均为垂直炮孔。炮孔布置如图8.1。
图8.1 炮孔布置图
煤台阶爆破参数计算方法与岩石台阶类似。将岩石台阶及煤台阶的爆破参数计算结果类表如下：
表8.1 爆破参数表
台阶 参数 岩石台阶 煤台阶 3－1煤台阶 阶 4 65 150 0 4 4 5 4 5.5 65 150 0 5.5 4.5 5 4 5－1煤台台阶高度（m） 台阶坡面角（°） 孔径（mm） 超深（m） 孔深（m） 底盘抵抗线（m） 孔距（m） 排距（m） 10 65 150 0.5 10.5 7 6.5 前排5
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