Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

LỜI NÓI ĐẦU
Cơ sở thiết kế mỏ lộ thiên là môn học chính và rất quan trọng đối với mỗi sinh
viên ngành khai thác. Môn học này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ
bản nhất về trình tự và cách tiến hành thiết kế một mỏ lộ thiên. Để sinh viên có
thể nắm và hiểu rõ hơn những kiến thức mà môn học đã cung cấp thì việc làm đồ
án là không thể thiếu. Sau một kỳ học tập và nghiên cứu môn học này,chúng em
đã được giao làm đồ án môn học cơ sở thiết kế mỏ lộ thiên nhằm giúp mỗi sinh
viên củng cố thêm kiến thức đã được học.
Bằng tất cả cố gắng bản thân đã đem hết sức mình để hoàn thành bản đồ án
này nhưng do thời gian có hạn kinh nghiệm cho công tác thiết kế chưa có do vậy
bản bài tập chưa mang lại kết quả mỹ mãn. Kính mong được sự tận tình hướng
dẫn của cụ và đồng nghiệp tham gia đóng góp để bản bài tập hoàn thành tốt hơn
nữa. Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của TS.Lê Thị
Thu Hoa đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

1

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

§Ò tµi:

I. Cho vỉa than có điều kiện kinh tế - kĩ thuật như sau:
1. Điều kiện tự nhiên
- Vỉa quy cách, có chiều dày và góc cắm không đổi, chiều dài theo phương
L = 1000 m;
- Chiều dày nằm ngang của vỉa, M = 30 m;
- Góc cắm của vỉa γ = 25°;
- Chiều dày lớp đất phủ ho = 15 m;
- Góc nghiêng bờ dừng phía vách và phía trụ của vỉa là 30°;
- Tính chất cơ lý

,

- Đất đá có độ cứng trung bình fđ = 8 ÷ 10, than có độ cứng ft = 3 ÷ 4;
2. Điều kiện kinh tế kĩ thuật
- Chi phí khai thác than thuần túy , a = 110.000 đ/tấn
- Chi phí bóc 1 m3 đất đá, b = 50.000 đ/
- Giá bán than nguyên khai trên thị trường, Co = 660.000 đ/tấn
Hình vẽ :

h =15m

25°
M = 30m

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

2

Lớp Khai thác D-K58

Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

II. Nội dung thiết kế
- Xác định biên giới mỏ.
- Thiết kế mở vỉa cho khoáng sàng.
- Thiết kế hệ thống khai thác.
- Xác định sản lượng mỏ (Aq, Ađ).
- Chế độ công tác mỏ, lập lịch kế hoạch.
- Tính toán số lượng thiết bị sử dụng trong mỏ.

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

3

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

CHƯƠNG I
XÁC ĐỊNH BIÊN GIỚI MỎ LỘ THIÊN
Biên giới mỏ lộ thiên được quy định bởi bờ mỏ và chiều sâu khai thác với
các vỉa có khoáng sản nằm sâu trong lòng đất. Việc xác định mỏ lộ thiên sẽ đem
lại hiệu quả cho mỏ lộ thiên trong quá trình khai thác đảm bảo tận thu đến mức
tối đa trữ lượng quặng trong lòng đất và sử dụng có hiệu quả vốn đầu tư ban đầu.

Nội dung của chương này gồm việc xác định độ sâu khai thác, biên giới
phía trên mặt đất và biên giới đáy mỏ. Trình bày cách tính toán trữ lượng và khối
lượng đất đá bóc trong biên giới và trữ lượng khoáng sản có ích trong biên giới
mỏ.
I.1. Lựa chọn xác định các thông số γ v , γ t :
Lựa chọn thông số γ v, γ t cũng là vấn đền quyết định quan trong đến hiệu
quả của mỏ lộ thiên. Việc xác định các thông số γ v , γ t dựa trên cơ sở của các
tính chất cơ lý của đất đá, cấu tạo địa chất và địa chất thuỷ văn. Khi ta chọn góc γ t
và γ v nhỏ thì hệ số bóc của mỏ lộ thiên tăng lên, khi chon lớn quá thì bờ mỏ kém
ổn định dẫn đến trượt lở bờ.
Trong đồ án có γ ôđ =300 và góc cắm của vỉa quặng γ =250 nên ta chọn γ t
=250 và γ v =300 sẽ thoả mãn về mặt kinh tế - kỹ thuật nhất.
I.2. Xác định hệ số bóc giới hạn của mỏ (Kgh):
Hệ số bóc của mỏ lộ thiên( hay còn gọi là hệ số bóc kinh tế hợp lý) là khối
lượng đất đá phải bóc lớn nhất để thu hồi một đơn vị khối lượng quặng với giá
thành bằng với giá thành cho phép.
Kgh

=

C0 − a
b (m3/m3, m3/t)

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

4

Lớp Khai thác D-K58

Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

C0 :giá thành cho phép , đ/tấn
a : giá thành khai thác 1 tấn quặng chưa kể đến chi phí bóc đất đá, đ/tấn
b : giá thành bóc đất đá , đ/m3
Hệ số bóc giới hạn được xác định gián tiếp qua chỉ tiêu kinh tế tính toán của
các mỏ lộ thiên thiết kế hoặc các số liệu thống kê của một mỏ lộ thiên đang hoạt
động có điều kiện tự nhiên và kỹ thuật tương đương.
Với C0 =660.000đ/t, a =110.000đ/t, b=50.000 đ/m3
m3/tấn

Vậy:
Than có khối lượng riêng γ = 1,4 t/m3
Kgh = 11. 1,4 = 15,4 m3/m3

I.3 . Lập luận và chọn nguyên tắc xác định biên giới mỏ:
Để xác định biên giới của mỏ lộ thiên có 5 nguyên tắc xác định:
1)

Kgh ≥ Kbg

2)

Kgh ≥ Ktb

3)

Kgh ≥ Kt

4)

Kgh ≥ Ksx + K0

5)

Ktb ≤ Kgh≥ Kbg

Đối những vỉa có góc cắm ổn định γ =250 và có chiều dày lớp đất phủ không lớn
h0=15m và bề mặt bằng phẳng. Như vậy vỉa này là vỉa đơn giản nên ta chọn
nguyên tắc Ktb ≤ Kgh≥ Kbg để xác định biên giới của mỏ.
I.4. Xác định biên giới của mỏ bằng phương pháp đồ thị:
Phương pháp đồ thị được tiến hành bằng cách trực tiếp đo vẽ trên lát cắt địa
chất và dùng đồ thị để xác nhận kết quả vừa tìm. Nội dung của phương pháp gồm
5 bước:

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

5

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

Trên các mặt cắt đặc trưng kẻ đường song song nằm ngang cách nhau
một khoảng h = 15m (bằng chiều cao một tầng khai thác).

Từ giao điểm của các đường nằm ngang với vách và trụ từ trên xuống dưới kẻ
các đường kẻ các đường xiên với góc γ v=300, γ t =250 biểu thị bờ dừng phía vách
và phía trụ cho tới khi gặp mặt đất.

Xác định hệ số bóc biên giới ( K bg) cho tất cả các tầng từ trên xuống dưới bằng
cách do vẽ trực tiếp trên mặt cắt khối lượng đất đá phải bóc ∆Vγ i và khối lượng
quặng khai thác tương ứng ∆Qγ i giữa 2 bờ mỏ liên tiếp.
Kbg = ∆Vγ i/∆Qγ i
Bảng xác định Kbg theo chiều sâu H:

Phõn
tầng

Chiều
sõu
(m)

Khối lượng
đất bóc ( m2 )

Khối lượng than
( m2 )

Hệ số búc Kbg
(m3/m3)

1

-15

886,11

0

0

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

6

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

2
3
4
5

-30
-45
-60
-75

1308,34
2180,56
3052,8

3925

450
450
450
450

2,9
4,85
6,784
8,72

6
7
8
9

-90
-105
-120
-135

4797,24
5669,47
6541,69
7425,56

450
450
450

450

10,66
12,6
14,55
16,5
9,4

Hệ số bóc trung bình

Vẽ biểu đồ thể hiên mối quan hệ giữa hệ số bóc biên giới và chiều sâu khai
thác Kbg = f(H). Hoành độ giao điểm của đường K bg=f(H) và đường Kgh=15,4
(m3/m3) đó chính là chiều sâu cuối cùng của mỏ lộ thiên.

Đồ thị thể hiện Kbg =f(H)

Từ đồ thị ta xác định được chiều sâu cuối cùng của mỏ lộ thiên Hc =126m
Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

7

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

* Xác định hệ số bóc trung bình Ktb :
Ktb =

Trongđó :
∑V= (Hc2 cotgγ v + Hc2cotgγ t )/2+ Hc.M -(Hc- ho).M
= Hc2.( cotgγ v+ cotgγ t)/2+ ho.M
= 1262 .( cotg30o + cot25o)/2 + 15.30
= 31170,06 (m3)
∑Q = (Hc- ho).M
= (126 - 15).30 = 3330 (m3)
Ktb =

= 9,36 (m3/m3)

I.5. Xác định biên giới mỏ trên mặt đất
I.5.1. Chiều rộng biên giới mỏ phía trên mặt đất
Từ đồ thị ta xác định được chiều sâu cuối cùng của mỏ là Hc=126m. Với
chiều sâu Hc trên ta biểu diễn trên mặt cắt đặc trưng để xác định biên giới phía

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

8

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

trên mặt mỏ (AB).

Mặt cắt ngang đặc trưng của mỏ

Từ mặt cắt ngang đặc trưng ta xác định được biên giới phía trên mặt đất AB:
AB =HC( cotgγ v + cotgγ t ) + M
Thay số vào:
AB = 126 (cotg30o + cotg25o) + 30
= 519 (m)
I.5.2. Chiều dài của mỏ
Do góc ổn định của đất đá γ ôđ=300 nên ta lấy góc đầu mỏ δ =300
- Chiều dài thêm của đầu mỏ trên mặt đất :
l =Hk.cotgδ = 126. cotg300= 218(m)
Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

9

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

- Chiều dài mỏ phía trên là :
L = Lm +2.l =1000+2. 218 =1436 (m)
Trong đó :
Lm : Chiều dài theo phương của vỉa quặng (m)
I.6. Tính trữ lượng trong biên giới mỏ
I.6.1. Trữ lượng than trong biên giới mỏ
Q = M( Hk – ho).Lm
Trong đó :
M: Chiều dày của vỉa , M = 30m
Hk: Chiều sâu cuối cùng của mỏ, Hc =126m

ho : Chiều dày lớp đất phủ, ho =15m
Lm : Chiều dài theo phương của vỉa quặng, Lm=1000m
Vậy : Q =30(126 - 15).1000 = 3.330.000 (m3)
I.6.2 Khối lượng đất đá bóc
- Khối lượng trong biên giới của mỏ :(Bỏ qua khối lượng hai đầu mỏ)
. Lm

. 1000= 34.500.060 (m3)

=

- Khối lượng đất đá bóc trong biên giới mỏ:
Vd = Vm - Q = 34.500.060 - 3.330.000 = 31.170.060 (m3)

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

10

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

CHỌN ĐỒNG BỘ THIẾT BỊ HOẠT ĐỘNG TRÊN MỎ

Để công tác thiết kế mỏ đạt được hiệu quả cao khi đưa mỏ vào hoạt động . Để các
thông số trong bản thiết kế phù hợp với các thông số của các thiết bị làm việc trên
mỏ . Do đó ta chọn một số thiết bị đồng bộ để đưa vào hoạt động trên mỏ như:

Máy khoan, loại thuốc nổ ,máy xúc, máy ủi ,ôtô kèm theo các thông số làm việc
của chúng.
1)

Về máy khoan: Chọn loại máykhoan thuỷ lực đập - xoay

ATLASCOPROC742HC-12
Bảng đặc tính kỹ thuật
STT
1

Đặc tính
chung

Hệ thống
nén khí

Hệ thống
thuỷ lực

Đại lượng
Loại động cơ DIEZEN

2
3
4
5
6
7

Công suất động cơ DIEZEN
Tốc độ di chuyển(bánh xích)
Góc dốc di chuyển
Áp suất thuỷ lực
Áp suất trên mặt đất
Kích thước:Dài x Rộng x

8
9
10
11

Cao
Khả năng khoan nghiêng
Trọng lượng dàn khoan
Máy nén khí
Áp suất làm việc

12
13
14

Búa khoan thuỷ lực
Trọng lượng
Công suất đập ở áp suất

15
16
17
18

19

Max
Mômen khoan
Tần số đập
Áp suất đập
Áp suất thổi phoi
Đường kính choòng khoan

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

11

Đơn vị

HP(KW)
Km/h
độ
Bar(Pa)
Mpa
mm
độ
Kg

Giá trị
DEUTZBF6L9BC
170(125)
3
30
220(3771)

0.23
7750x2850x3150

Bar(Pa)

Bất kỳ
1250
XAH 125
10,5(180)

Kg
KW

COP.1838ME07
171
20

Vòng/phút
Lần/phút
Bar
Bar
mm

210
2400-3600
230
10
250

Lớp Khai thác D-K58

Trường Đại học Mỏ Địa chất
Hệ thống
choòng
khoan
Chỉ tiêu
năng

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

20
21
22

Kích thước cần khoan
Chiều dài một cần khoan
Chiều sâu khoan tối đa

mm
mm
m

T45
3600
28

23
24

Tiêu hao nhiên liệu
Năng suất khoan lỗ khoan

Lít/h
m/h

22
44,6

lượng
2)

Về vật liệu nổ: Ta chọn thuốc nổ ANFO và mồi nổ PENTOLITE và hệ

thống dây truyền hiệu nổ PRIMADET TLD
Các đặc tính của thuốc nổ
Tỷ trọng rắc, g/m3

: 0,8- 0,9

Tỷ trọng nổ tối ưu, g/m3

:1,1-1,2

Tốc độ nổ, km/giây

:4,1-4,2

Năng lượng hiệu quả, kJ/kg

:3.720

Sức nổ, cm3

:320-330

Sức phá, mm(trong ống thép)

:15-20

3)

Về thiết bị xúc bốc : Chọn máy xúc CAT-537
Đặc tính kỹ thuật của máy xúc CAT-537

STT
1
2
3
4

Đại lượng
Khả năng xúc đầy gầu
Chiều cao xúc lớn nhất
Chiều cao dỡ hàng lớn nhất
Bán kính xúc trên mức máy đứng lớn

Đơn vị
m3
m

m
m

Giá trị
4
11,5
10,35
12,55

5
6
7
8
9

nhất
Bán kính xúc trung bình
Công suất
Tốc độ di chuyển (min , max )
Trọng lượng làm việc
Tiêu hao dầu OD

m
KW
Km/h
Tấn
Lít/giờ

10,2
339,0

2,7; 4,2
83,725
35

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

12

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

4)

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

Về thiết bị san gạt : Chọn máy ủi KOMATSƯ-D257A-2
Đặc tính kỹ thuật của máy ủi KOMATSƯ-D257A-2

STT
Đặc tính
chung
Đặc tính
lưỡi ben
Đặc tính
lưỡi cày
5)

1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Đại lượng
Tốc độ di chuyển
Góc dốc di chuyển
Tiêu hao nhiên liệu
Công suất động cơ
Dung tích lưỡi ben
Kích thước : dài x cao
Trọng lượng ben
Chiều cao nâng max
Góc nghiêng cày
Trọng lượng cày
Chiều sâu đào, nâng Max

Đơn vị
Km/h
độ
Lít/h
KW (cv)
m3

mm
Kg
mm
độ
Kg
mm

Trị số
3-11
30
40-45
302 (405)
12,8
4300x1910
6330
1505
52,7
3550
870

Về thiết bị vận tải : Chọn loại ôtô ECULID R32
Bảng đặc tính kỹ thuật của ôtô ECULID R32
STT
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10

6)

Đại Lượng
Công suất động cơ
Công suất lái bánh đà
Dung tích thung xe
Trọng lượng không tải
Bán kính vòng quay Min
Khả năng vượt dốc
Tốc độ cấp: I-IV ( lùi )
Kích thước ô tô ( dài x rộng )
Tải trọng
Tiêu hao nhiên liệu

Giá Trị
286,8
266,21
16,2
31,25
10
5 (80)
10 – 75 (13,5)
7380x3620
32
15

Đơn Vị
KW
KW
m3
Tấn
m
độ(‰)
Km/h
mm
Tấn
Lít/h

Kiểm tra sự phối hợp giữa ôtô ECULID R32 và máy xúc CAT-537

* Khi vận tải đất đá :
- Số gầu xúc cho một lần chất tải của ôtô:
Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

13

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên
Q0

Ng = E.K .γ , gầu
c d

Trong đó:
Q0 : Tải trọng của ôtô, Q0 =32 (Tấn)
E : Dung tích Gầu, E =4m3
Kc : Hệ số nèn chặt, Kc =

= 0,53

Kd : Hệ số xúc đầy gầu, Kd =0,75
Kr : Hệ số lở rời của đất đá, Kr =1,4
γ d : Trong lượng thể tích của đất đá, γ =2,6T/m3
32

Vậy Ng = 4.0,53.2,6 = 5,8 Vậy chọn Ng =5 (gầu)
- Kiểm tra theo tải trọng của ôtô:
Kq =

=

= 0,86

- Kiểm tra theo dung tích thùng xe ôtô:
Kv =
Trong đó :
Vôtô: Dung tích thùng xe ôtô, Vôtô = 16,2m3
Kv =

= 0,92

Vậy khi chở đá thì Ng =5
* Khi vân tải than:

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

14

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

- Số gầu xúc cho một lần chất tải lên ôtô:
V

16,2

oto
Ng= E.K = 4.0,75 = 5,4
d

Chọn Ng = 5 (gầu)
- Kiểm tra theo điều kiện tải trọng của ôtô:
Kq =

=

= 0,46

Vậy Ng =5 thoả mãn .Nhưng khi vận tải than thì chưa phát huy được hết công suất
của ôtô. Do đó để phát huy hết công suất của ôtô buộc ta khi vận tải than phải lới

rộng thùng xe.

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

15

Lớp Khai thác D-K58


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MỞ VỈA
Mở vỉa khoáng sàng là tạo lên hệ thống đường liên lạc, vận tải từ mặt đất trong
và ngoài biên giới của mỏ đến các tầng công tác ở trong mỏ để bóc đi khối lượng
đất đá ban đầu và tạo lên các tầng công tác đầu tiên trong mỏ. Sao cho khi đưa mỏ
vào sản xuất các thiết bị khai thác vận tải hoạt động được bình thường và đạt được
một tỷ lệ xác định sản lượng thiết kế của mỏ.
Tiêu chuẩn để đánh giá một phương án mở vỉa hợp lý là khối lượng và và thời
gian xây dựng mỏ nhỏ, cung độ vận tải của đất đá ra bãi thải và quặng về kho chứa
, bến cảng hay nhà máy gia công chế biến , trong qua trình tồn tại của mỏ các công
trình mở vỉa ít bị di chuyển , thu hồi tối đa tài nguyên trong lòng đất , tận thu được
các cơ sơ hạ tầng vốn có trong khu vực(điện ,nước, giao thông…), kết hợp hài hoà
các công trình trong mặt bằng công nghiệp, ít ảnh hưởng đến các công trình nông
nghiệp trong vùng lân cận, ít gây tác động ảnh hưởng đến môi trường.
II.1. Vị trí bãi thải và các công trình trên mặt đất
Do vỉa dốc nghiêng không bố trí được bãi thải trong nên phải sử dụng bãi thải
ngoài.Vị trí bãi thải phải được bố trí ở khu đất có khả năng chứa hết lượng đất bóc

Biªn gií i má

trong suốt quá trình hoạt động mỏ, không có tác động xấu đến công tác mỏ, khoảng
cách vận chuyển đất bóc từ khai trường đến vị trí bãi thải phải nhỏ nhất. Như vậy
vị trí bãi thải phải được bố trí gần tuyến đường ra vào mỏ, và nằm cuối chiều gió
thổi vào khu mỏ, nếu có sườn núi thì bố trí ở sườn núi để tăng khả năng dung
lượng chứa đất đá.
Ngoài bãi thải trên mặt mỏ còn gồm các công trình như: Xưởng nghiền đập
phân loại, xưởng tuyển khoáng, kho chứa quặng hoặc các bunke trung chuyển, các
ga bốc dỡ đất Hµo
đádècvà quặng, cácHµophân
chuÈn bÞ xưởng sửa chữa cơ khí, văn phòng hành chính,
HµoSinh
ngoµi

viên: Nguyễn Duy Đạt

16

Lớp Khai thác D-K58
VØa than


Trường Đại học Mỏ Địa chất

Sinh viên: Nguyễn Duy Đạt

Đồ án thiết kế mỏ lộ thiên

17

Lớp Khai thác D-K58