露天开采矿山采矿技术及管1

1露天开采矿山采矿技术及管理新疆金宝矿业李永凤前言随着我国国民经济的快速增长，城市化、工业化进程的加快以及我国社会消费结构的变化，对资源的需求越来越大，拉动了我国矿业的快速发展，可以说最近10年矿产资源开发达到前所未有的顶峰时期，同时在这一时期采矿技术和理论取得较大进展，许多采矿新技术、新工艺、新设备和新材料在矿山得以应用。而各个矿山的矿产资源的埋藏条件、矿岩性质、开采条件等方面存在各自不同，开采方式也就随之不同，金属非金属矿山主要开采方式有露天开采和地下开采，这里主要就金属、非金属矿山露天开采的采矿技术和管理以金宝公司铁矿山开采的一些实践经验与大家一起探讨。第一章：露天矿山的基本概念、特点和构成要素对于一个从事露天矿山开采和管理的采矿专业人员，必须对矿山的基本概念及其特点和构成要素十分熟悉，甚至要掌握，这样才便于我们管理和掌控矿山生产和建设的各个过程，能更准确和针对各个工作内容的特点去解决问题。一、露天开采矿山概念露天开采矿山指对露出地表或埋藏不深的矿床，采用一定的采掘运输设备在敞露的空间从事矿石开采作业，通过露天运输道路把矿石或岩石运至地表的矿山。根据矿床埋藏的地形条件和地形条件，露天矿山分为山坡露天矿和凹陷露天矿：开采水平高于当地地表标高的部分称为山坡露天矿，2低于当地地表标高的部分称为凹陷露天矿。对于一个露天矿山来说，从开始到终了，可能一直以种形态存在，也可能开始是山坡露天，到后期发展为凹陷露天矿，或者在某一生产时期内两种形态并存。判断一个矿山是山坡露天还是凹陷露天矿，最简单和直观的方法就是看看矿山的最终出入沟是单壁沟还双壁沟，单壁沟为山坡露天，双壁沟既为凹陷露天矿。对一个露天矿山，尽可能利用地形条件，增加山坡露天区域。金宝公司铁矿前期为山坡露天矿、中期为山坡和凹陷露天矿并存、后期转为全凹陷露天矿。（附图或照片）二、露天开采矿山的特点（或优缺点）：1、优点：（1）受开采空间限制小，可采用大型机械设备，有利于实现自动化生产，从而大大提高开采强度和矿石产量。目前世界上最大的露天铁年产铁矿石量已超过6000万吨。（2）资源回收率高。一般矿石损失率为3－5%，贫化率为5%－８%。（3）劳动生产率高。露天开采由于作业条件好，机械化程度高，其劳动生产率要比地下开采要高许多。（4）生产成本低。露天开采的成本一般比地下开采成本低50－75%，因而有利于大规模开采低品位矿石。（5）开采条件好，作业比较安全。（6）建设速度快，单位矿石基建投资低。我国大中型露天矿基3建期一般约为3－4年，而大型地下矿基建时间要7－10年。一般大型露天矿单位矿石基建投资比地下矿要低1－3倍。2、缺点：（1）占用土地多，地表受破坏严重，污染环境大。（2）受气候影响大。如严寒、冰雪、酷热和暴雨等天气对露天开采有较大影响。（3）对矿床的埋藏条件要求严。埋藏较深的矿床，露天开采范围受到限制。掌握露天开采的特点，对于新开发矿山的方案选择方面有着重要意义。三、露天采场的构成：露天采场是指由开采形成的采坑、台阶和露天沟道的总和构成。（附图）其中采坑由：边帮、工作帮、工作平盘、非工作帮、最终境界线、采场最终开采深度等构成。（附件１）。掌握和熟悉露天采场的构成及其概念、特点和要求，对于我们日常开采管理和制定生产方案时能准确作出对应安排。第二章露天矿山采矿方法和采矿工艺一、露天矿床开拓方式：露天矿床开拓的概念：就是建立地面与露天采场各工作水平之间的运输通道（即出入沟或井巷），以保证露天采场正常的运输联系，及时准备出新的工作水平。露天矿床开拓与运输方式有着密切关系。开拓方式的选择正确与4否直接影响矿山基建工程量、基建投资、投产与达产时间、矿山生产能力、生产成本等重要指标。露天矿山开拓运输方式可分为公路运输开拓、铁路运输开拓、公路――铁路联合运输开拓、公路（或窄轨铁路）――斜坡提升联合运输开拓、公路（或窄轨铁路）――平硐溜井联合运输开拓、公路――破碎站――胶带机联合运输开拓、自溜――斜坡卷扬提升运输开拓等7种方式。（附件2）。金宝公司属于单一汽车――公路开拓方式。矿山开拓方式没哪一种是最优的，只有更适合的，同时随着勘探程度的提高，地质情况变化到一定程度，开拓方式还可以进一步优化，甚至完全改变。二、露天矿的开采方式露天矿的开采方式是指在露天矿合理的境界（或最终境界）范围内，采剥顺序在时间、空间和条件的发展变化形式。我国露天矿（特别是金属露天矿）的开采方式随开采设备和技术的不断发展而不断改革。20世纪50年代一般采用全境界（不分期）开采方式，存在建设周期长、投资大等弊病。60～70年代，凡具备条件的矿山普遍采用分期开采方式。这样矿山可由小到大、先富后贫、先易后难，并使矿山初期建设速度加快，经济效益明显改善，单矿山在过渡期剥离洪峰值往往很高，导致矿山设备、供电、人员及成本陡增，给生产管理带来很多不利因素。70年代以后，设计和可行性研究中提出了在分期过渡开采特别是全境界开采方式中的一些弊病。5我国金属露天矿开采方式大体分为全境界（不分期）开采方式和分期开采方式两大类。而分期开采又分为分期过渡开采（分期时间长）、扩帮开采（或称分期开采，其分期时间短）和分区开采。（附件三）金宝公司属于分期开采：初期设计为露天和地下联合开采，露天部分又分为10号、18号、22号三个采场，开采深度至1030水平，后期经过勘探，查明矿体上部分枝较多，深部18号、22号矿体合并为一个矿体，埋藏深度在距地表400米范围，矿体厚大，连续性好，适合大露天开采，经设计论证，可以采用大露天开采。因此，金宝公司矿山初期分成三个独立小采区，逐步过渡至一个大采区，属于较典型的分期开采的露天矿山。露天矿山开采是一个动态的管理过程，开采方式也将随着开采条件变化和地质情况变化而不断调整。三、露天矿采剥方法露天矿采剥方法通常包括开沟位置，推进方向，采掘工作面布置形式及构成要素等方面的内容。采剥方法不仅在技术上对整个露天矿生产工艺有较大影响，而且在经济上对基建工程量、建设速度、投产达产时间、初期生产剥采比等有密切关系。矿山初期常常对厚大、品位高的矿体段作为首采方向，并针对该区段进行开沟和设计开采布置，以期以最快的时间和最小的投入达到矿石采出目的，但这里需注意，我们必对矿山同步做出中期施工规划，达到时间换空间的目的，最终回归到正常开采次序上来。露天矿采剥工作面最常见的布置形式有两种：即纵向采剥工作面6和横向采剥工作面。（附件四）金宝公司铁矿山初期由于选矿产能低，采矿能力大，生产时间短（冬天低温停产），为增加产量，对矿山最富的22号矿体采取并段开采、短期超前采矿的方式强化对富矿体的开采，增加产量（陡帮开采中的分区法附图）。在新建了一座选矿厂后，选矿产能急剧增加，而矿山上部矿体薄，分枝复合严重，矿石需求量大，采取横向采剥工作面方式，多台阶组合推进，并根据矿岩性质差异大，采用矿岩混合爆破方式解决了这一矛盾。后期因矿体归集，厚大、夹层少，根据矿体为同条件，采用横向、纵向联合使用的方法进行采剥，保持了矿山的规模和采矿质量（附照片）。因此，矿山采剥方法应随着不同时期，矿体条件的变化及生产规模的变化，需采取灵活的方法操作。四、露天采剥工艺：穿孔、爆破、采装（或叫铲装）、运输、排岩是露天开采的基本工艺。1、穿孔作业：穿孔作业是露天矿山开采的首要工序，其施工质量好坏，直接影响到后续工序作业效率和成本、安全。在整个露天开采中，穿孔费用约占生产总费用的10%－15%。（附件五）穿孔质量、效率、成本的好坏，首先在于选取适合的穿设备，其次是有条件的情况下选取高风压穿设备，其三是不同的作业需求选取不同的穿设备，其四是尽可能提供电力作为动力。7潜孔钻可分为普通气压（0.5－0.7ＭＰa）、中气压（1.0－1.4ＭＰa）、高气压（1.7－2.5ＭＰa）潜孔钻机。实践证明，采用高气压潜孔钻，钻孔速度可提高数倍，如工作气压提高到原来的2倍、3倍、和4倍，其冲击功率将提高2.8倍、5.2倍和8倍，钻孔速度一般与冲击功成正比。金宝公司矿山穿孔设备的选取也经历了较为曲折的路，初期由于在原始地形上施工，穿孔条件差，各种孔径的钻机都有，电力设施也不足，大部分采用柴油动力，普遍采用低风压设备，穿孔效率极低，成本高，经过不断摸索，最后归集于两种主要设备：一是适用于地表作业的110mm孔径潜孔钻，一是适用于台阶作业的150mm的潜孔钻，均更新至高风压钻机，并加强电力设施建设，形成以电动力为主，柴油动力为辅的格局，与矿山生产规模、生产条件较好地相匹配（附钻机照片）。设备的选择和更新，应随着矿山发展的不同时期、不同要求、不同条件而更新，一步配置到位很可能造成设备效率发挥不出，甚至闲置，造成投资浪费。2、矿山爆破：爆破作业是露天矿山开采中又一重要工序，其目的是为采装、运输和破碎提供块度适宜的矿岩。矿山爆破费用一般约占矿石总成本的15－20%，同时，爆破作业的好坏，不仅影响采装、运输和破碎的设备效率，还影响矿山的总成本。露天矿山爆破按爆破形式有浅孔爆破、深孔爆破、硐室爆破、药8壶爆破及药包外覆爆破（多用于矿岩的大块二次破碎）；按爆破用途可分为台阶爆破、地表处理爆破、边坡处理爆破、大块矿岩爆破、掘沟爆破等。影响爆破质量的好坏的主要因素：爆破材料、孔网参数、网络设计等方面的选择。（附件六）根据影响爆破质量的主要因素，我们必须通过实践选择好合适的炸药、合理的孔网参数（包括超深）、优化爆破网络（选取安全、稳定的起爆器材）。金宝公司在矿山爆破中一直不停顿地研究，走过了一段不平凡的路。新疆环境对爆炸物品管理在国内是最严格，爆炸物品处于严格监管中，初期炸药生产处于垄断状态，品种单一，爆破质量低下，且审批手续繁琐，购买周期长，不能满足矿山需求，为达到及时足额供给初期目的，引进了混装乳化炸药，但混装乳化炸药温度高，普通导爆管无法使用，初期只能用导爆索进行传爆，爆破效果极不理想，为此通过努力引进了奥瑞凯高精度导爆管，才较好解决这一问题；但混装乳化属于高爆能炸药，需高爆能起爆药，但新疆内只有乳化炸药，初期只得委托炸药厂加工乳化药卷作起爆药，后经过调研，内地有专门生产与混装乳化炸药相匹配的起爆具（添加有ＴＮＴ），多方努力得以引进，目前矿山爆破各爆破材料达到最佳匹配，爆破效果和质量得到极大改善，大块率降低、根底基本解决、拒爆率低。同时利用奥瑞凯导爆管的高精度、高质量保证，爆破规模也大型化，逐孔爆破也得以实现，综合爆破成本得到显著降低。9矿山爆破技术的发展，在于我们通过不断的实践和总结，在于对新材料、新技术的关注和应用，紧密结合本矿山的矿岩特性、爆破对象、施工要求，通过实践摸索总结选出适合本矿山的爆破材料、孔网参数、爆破规模，以综合成本为导向，不断优化爆破技术。３、矿岩采装（也叫铲装）：采装工作是露天开采生产过程的中心环节。穿孔爆破、运输、废石排弃等，都是围绕采装工作展开的。采装工艺及其能力在很大程度上决定着露天矿山开采方式、技术面貌、开采强度和最终的经济效果。采装工作，通常是用装载设备将矿岩从爆堆中或实体中挖取，装入运输容器中。露天矿用挖掘设备主要有：挖掘机、索斗铲、液压铲和轮胎式前装机。图1－6各种单斗挖掘机示意图a－正铲；b－反铲；c－刨土铲；d－拉铲；e－抓斗铲采装设备的选择与矿山生产规模相适应，与作业台阶高度、工作线长度、矿岩硬度、密度、矿岩块度要求、运输设备相关联，金属和非金属矿山主要以单斗挖掘机为主，前装机为辅，采装技术发展的趋势是大型化和连续化，因此，随着爆破技术和挖掘机制造的进步，大型轮斗式挖掘机也在逐步应用。设备选型主要以铲斗斗容来确定，如1m³、2m³、4m³斗容挖掘机等。10金宝公司铁矿山采装设备选择和更新也随着矿山不同时期进行着，矿山施工采取外包方式，设备投资全部由施工方承担，初期矿山为山坡露天，作业条件好，为节省投资和运营成本，基本采用小型挖掘机，主要为1－2m³斗容的挖掘机为主，由于矿山规模小，基本满足要求，后期随着作业条件的改善，特别是爆破技术的突破和选矿产能的突增，矿山规模不断扩大，小型挖掘机已不能满足矿山要求，本着作业量保证的承诺，施工方开始更新至中型挖掘设备，至目前采用的挖掘