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1、-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：-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
2、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 KY150 型牙轮钻机穿孔，7 台 WY160 型液压挖掘机采装，25 台ND3310D29型自卸卡车运输，8 台 T2120SH 型推土机排土。关键词：露天矿、爆破、采装、运输、排土 -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、 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 10-3.2 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
4、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
5、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 28-5.5.3 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
6、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
7、 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-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
8、.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
9、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-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。-第一章矿区概况 1
10、.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：11011501101313 北纬：394244 394407 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
11、要为黄河水系。煤矿附近现有若干热电厂，电源充足。-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
12、，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
13、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 6070%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
14、发生。-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 90120 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
15、发生过地震。-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（J12Y）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
16、1煤层就位于延安组的中上部，下部含煤性也较好，51 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2.02152.23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；
17、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 3.4412.52 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。-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 13。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.
18、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 1018 层，一般为 1416 层；含煤总厚度为12.9928.41 米，平均 20.57 米。含可采煤层 6 层，可采煤层总厚度 10.1420.98 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
19、煤组，11 个分煤层。其中 2 号煤组位于上岩段（J12y3），内含 21 及 22 两个煤层，21 煤层在本区遭受剥蚀，不发育，22 煤层也遭受剥蚀，在区内大部残存。上岩段中含煤 17 个分层，一般为 23 层。含煤总厚度 3.6211.92 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%；34 号两个煤组位于中岩段（J12y2）。主要含 31、41 煤层。该岩段中含煤 28 层，一般 35 层。含煤总厚度 6.2511.26 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（J12y1）。两
20、煤组自上而下可分出51、52、61中、61下、62中、62下六个主要煤分层。下岩段中含煤 415 层，一般 811 层。含煤总厚度为 1.457.82 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 21、22 煤层，核实区内 21 煤层已全部被剥蚀，22 煤层也遭受剥蚀，大部残存。其中，22 煤层位于上岩段（J12Y3）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
21、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-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 31 煤层，层位稳定，厚度较大，煤厚有一定的变化，煤厚为 1.404.52 米，平均 3.59 米，煤层结构简单，含夹矸 01 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
22、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 41 煤层间距为 17.5235.52 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 41、42中煤层。其中，41 煤层区内工程点多数见煤，煤厚为 0.232.66 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01 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 42中煤层间距为 1.1012.19 米，平均 6.58 米。42 中煤层位于 41 煤层之下
23、，煤厚为 0.480.80 米，煤层平均厚度为 0.57 米，为不可采煤层，与 51 煤层间距为 22.4833.00 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51、52 煤层。51 煤层全区可采，煤层厚度较大，变化较小，煤厚为 4.726.02 米，平均为 5.37 米，为全区可采的稳定煤层，与 52 煤层的间距为 2.377.22 米，平均为 3.81 米。52 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 0.120.43 米，平均为 0.32 米，为不可采煤层，与 61 中煤层的间距为 6.408.17 米，平均为 7.30 米。6 号
24、煤组分为 61、62 两个分煤组，61 分煤组又可分为 61中、61下两个煤层，62 分煤组又可分为 62中、62下两个煤层。61中煤层基本全区可采，煤厚为0.701.07 米，平均为 0.92 米，为较稳定煤层，与 61下煤层的平均为 4.26 米。61下煤层大部发育平均厚度 0.31 米，为不可采煤层，与 62中煤层的平均间距为 13.77 米。62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 62下煤层平均间距为 1.19 米。62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
25、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-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 容重 t/m3 平均厚度 m 22 1.24 1.2 31 1.24 3.59 41 1.25 1.57 51 1.25 5.37 62中 1.25 1.13 62下 1.27 1.17 此矿煤的燃点在 300左右。22、31、62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
26、、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 22 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 22 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
27、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-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
28、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
29、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 130，断裂不发育，无岩浆活动，属于构造简单类型。主要可采煤层 51 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 31、61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。
30、由于 51 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 10001000 米。较稳定煤层以 10001000 米的网度圈定 B 级储量，以 20002000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，-其计算公式为：d
31、MSQ（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
32、，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 储量（万吨）22 83 31 1083 41 379 51 2018 62中 277 62下 262 合计 4102 -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 5.6103m/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。
33、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3.4810.96兆帕。抗剪强度随着角度的增加正应为18.44.3兆帕。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 2.420g/cm3。孔隙率一般为 7.57
34、%。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17.726.2 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 31 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 31 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
35、性应予以区别对待。如：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。31 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
36、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 810 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
37、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。-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
38、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
39、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，
40、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。-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 煤层厚度（m）煤层间距(m)说明 22 1.2 38.98 地面有露头 31 3.59 28.66 41 1.57 6.58 42 0.57 局部可采 27.49 51 5.37 露天开采主采煤层全层可采 3.81 52
41、 0.32 不可采煤层 7.3 61中 0.92 不适合露天开采 4.26 61下 0.31 不可采煤层 13.77 62中 1.13 不适合露天开采煤层 1.19-62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 51 煤层。各煤层的境界剥采比分别计算如下：22 煤层：由于 22 煤层近水平赋存，地表覆盖层厚度变化较大（050m），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 njnp的关系。04.924.12.114hhn221jm3/t（4-1）nj njh（4-2）其中：nj境界剥采比 m3/t；njh经济合理剥采比
42、 m3/t；h1岩层平均厚度 m；h2煤层平均厚度 m；2煤层平均容重 t/m3。所以，22 煤层适合露天开采。22 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。31 煤层：煤层平均厚度为 3.59m，与 22 煤层平均间距为 38.98m。分两种情况论述。第一，考虑 31 煤层上部赋存有 2-2 煤层。31 煤层与 22 煤层平均间距为38.98m。75.824.159.398.38hhn221jm3/t（4-3）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 31 煤层位于 22 煤层赋存范围之外的部分，其上
43、覆岩层平均厚度为 52.98m。此时 njnjh,需综合考虑 31 煤层其下部煤层的开采经济效果。41 及 42 煤层平均厚度分别为 1.57m 和 0.57m。与 31 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 51 煤层开采经济效果。-51 煤层：煤层平均厚度 5.37m，与 42 煤层平均间距 27.49m。综合考虑 31、41 及 42 煤层：4.7hhn221j（4-5）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
44、点坐标 拐点标号 X 坐标 Y 坐标 1.00.00 2.00.00 3.00.00 4.00.00 5.00.00 6.00.00 7.00.00 8.00.00 9.00.00 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。-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 22、31、41、51、52 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
45、.2 Hnp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-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 51 煤层底部。51 煤层以下的各煤层转为地下开采。由 51 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 22、31、41、42、51 五层煤层。煤层剥离量计算如下
46、：22 煤层上覆岩土层厚度为 040m。由煤层底板等高线图和地形图推算出，22煤层上覆岩层平均厚度约 15m。经计算，覆盖面积为 0.7112km2。所以，22 煤层上覆岩土层的剥离量为：HSQ（4-7）式中：S岩层的覆盖面积；H岩层平均厚度；46108.1066107112.015m3。22煤层与31煤层之间的岩土厚度为050m，平均厚度为24m。覆盖面积2.4691 km2。所以，22 煤层与 31 煤层之间的岩石量为：46105.6172104691.224m3。31 煤层与 41 煤层之间的岩石平均为 28.66m，覆盖面积为 2.420km2。31 煤层与 41 煤层之间的岩石量为：
47、46106.6935105883.266.28m3。41 煤层与42 煤层之间的岩石平均厚度为6.58m，覆盖面积为2.4340 km2。所以，41 煤层与42 煤层之间的岩石量为：46106.1601104340.258.6m3。42 煤层与51 煤层之间的岩石平均厚度为27.5m，覆盖面积为2.3972 km2。所以，42 煤层与51 煤层之间的岩石量为：46106.6573104392.25.27m3。综上所述，露天采场内总的剥离量为为：-1066.8+6172.5+6935.6+1601.6+6573.6=20486104m3。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
48、：露天矿的最终边坡角为 36。22 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。31 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=1.24t/m3。则 31 煤层的压煤量为：abL=283.5950681.24=631700t=63.170104t。41 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=1.25t/m。则 41 煤层的压煤量为：abL=661.5738021.25=492454t=49.245104t 51 煤层的
49、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=1.25t/m3。则 51 煤层的压煤量为：abL=985.3764811.25=4263364t=426.336104t。所以，露天采场内总压煤量为：63.170+49.245+426.336=538.7104t。在高西沟露天采场内，可采煤层共四层，分别为 22 煤层、31 煤层、41 煤层和 51 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 煤层编号 地质储量 储量级别 可信度系数 工业储量 边坡压煤量 2-2 83 333 0.
50、9 74.7 0 3-1 495 588 122b 333 1 0.9 495 529.2 63 4-1 397 333 0.9 357.3 49 5-1 2018 122b 1 2018 426 合计 3563 3474.2 538 -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。ygkQQQ（4-8）式中：Qk可采储量，万吨；Qg工业储量，万吨；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