露天采矿学

基础理论和专业知识一露天开采的基本概念1、矿山是采矿作业的场所，包括开采形成的开挖体、运输通道和辅助设施等，开挖体暴露在地表的矿山称为露天矿；开挖体在地下的矿山称为地下矿2、剥采比：采出一吨矿石所需要剥离的岩石量3、？开采境界：是由采场底部周界、最终便迫、开采深度三部分组成。4、？境界封闭圈：是划分山坡露天矿与凹陷露天矿的界限。最终开采境界范围内的地表是山坡或山包(图15-12)，随着开采的进行，矿山由上部的山坡露天矿逐步转为深凹露天矿。采场由山坡转为深凹的水平称为封闭水平，即在该水平上采场形成闭合圈。5、？山坡露天矿和深凹露天矿：在封闭圈以上的为上坡露天矿在封闭圈以下的为深凹露天矿6露天采场的构成要素1）露天采场的边帮。即露天采场的四周表面，由台阶坡面、倾斜干线的坡面和平台组成的表面总体。位于矿体顶盘的叫顶帮，位于矿体底盘的叫底帮，位于矿体走向两端的叫端帮。2）露天采场的工作帮。正在开采和将要开采的工作台阶组成的边帮或边帮的一部分。工作帮的位置是不固定的，她随着开采工作的进行而不断的移动。3）工作帮坡面。通过工作帮坡面最上和最下一个台阶的坡底线所做的一个假想平面。4）工作帮坡角工作帮坡面与水平面的夹角。5）露天采场非工作帮。由已结束开采工作的非工作台阶组成的边帮或边帮的一部分。非工作帮的位置是固定不动的。6）非工作帮坡面。通过露天采场非工作帮最上一个台阶的坡顶线和下一个台阶的坡底线所作的假想面，他代表露天采场的最终位置，所以必须保持稳定。7）露天采场最终边坡角。非工作帮坡面与水平面的夹角。8）上部最终境界线。开采结束时，非工作帮坡面与地表相交的闭合线。9）下部最终境界。露天开采结束时，由其上下部最终境界所限定的位置。二露天开采的特点同地下开采相比，露天开采的优缺点优点：1）基建期短、见效快。根据国内经验，建成一个大型露天矿，一般只需2－4年，小型矿只需3－4个月，而建成同等规模的地下矿山，至少需要增加一倍的时间。2）开采空间大、劳动生产率高。露天开采可采用大型或特大型、高效机械设备，有利于实现采矿机械化，从而大大提高开采强度，劳动生产率比地下开采高2－10倍。3）开采成本低。由于露天矿作业范围大，有利于机械化开采，降低了采矿成本。一般来讲，露天采矿比地下采矿开采成本降低200％－300％。4）矿石损失贫化较小。金属露天矿，矿石损失率一般为3％－5％，贫化一般为5％－8％，而地下开采一般损失率为15％－25％，品化率为3％－20％。因此露天开采对充分回收国家矿产资源有利，尤其是对一些高温、易燃、多水的矿体，露天开采更具适应性和灵活性。5）劳动条件好，生产比较安全。缺点：1）由于露天开采是敞露作业，受气候影响比较大，暴雨、大雪等恶劣天气都可能影响开采作业。2）基建投资较大。由于露天开采采用大型机械设备，基建剥离量较大，加上矿山大量的征用土地，往往导致基建投资较大。3）矿山占地较多，对环境破坏大，工作中粉尘、噪声、废气等所造成的污染范围比地下开采大。露天开采在经济、技术、安全等方面具有明显的优越性，只要条件允许，应优先考虑露天开采，这也是国内外总的趋势。但露天开采不能取代地下开采，尤其是对埋藏较深的矿床，一般只宜选用地下开采。三、国内外铁矿露天开采的现状和发展趋势1基本现状2发展趋势四、露天开采境界1、露天开采境界的组成和主要影响因素？组成：开采深度、最终边帮主要影响因素：1)自然因素：矿体埋藏条件，矿石和围岩性质，地形及工程水文地质条件等；2）经济因素：基本建设投资、矿石成本、矿石的损失和贫化、投产期限、设备供应情况及国民经济发展水平等。3）技术组织因素：矿山附近的河流、铁路、重要建筑物对露天矿的限制等。2、几种剥采比平均剥采比：境界内的岩石总量为W，矿石总量为O，W与O之比称为平均剥采比，用Ra表示。境界剥采比：是指露天开采境界增加单位深度后所引起的岩石量与矿石量之比。分层剥采比：指露天矿开采境界内某一水平分层的岩石量与矿石量之比。生产剥采比：是指露天矿某一生产时期内所剥离的岩石量与所开采的矿石量之比。经济合理剥采比：经济上允许的最大剥岩量与可采矿石量之比叫经济合理剥采比。五露天开采经济合理剥采比的确定1经济合理剥采比确定的原则1）境界剥采比不大于经济合理剥采比2）平均剥采比不大于经济合理剥采比3）生产剥采比不大于经济合理剥采比2经济合理剥采比确定的方法1）原矿成本比较法2）金属成本比较法3）储量盈利比较法3？经济合理剥采比各种确定方法的评价和适用条件。七境界剥采比的计算方法1长露天矿境界剥采比的计算，面积比法和线段比法应用线段比法与面积比法确定最终开采境界对于走向较长且厚度较小的矿体，设计方法通常为：在地质横剖面图上运用线段比或面积比法依次确定出各剖面位置上的最佳开采深度，然后在矿体的纵断面图上对各剖面最佳开采深度进行综合均衡，确定出最终开采境界。（一）面积比法确定长矿体的合理开采深度如图14-6所示，面积比法的设计步骤如下：dd'a'e'Hi-2BminHi+1HiHi-1H2H1cb'abeWHOc'图14-6地质横剖面面积比法确定合理开采深度示意图第一步：根据开采与运输设备的规格、边帮岩体的稳定性及其力学性质选定最终开采境界的最小底宽（Bmin）及上下盘最终帮坡角α、β；第二步：在每一地质横剖面图上确定出若干深度方案，当矿体形态简单时可少取一些深度方案，否则，应在境界剥采比变化大的地方多增加一些深度方案；第三步：对于某一剖面上的深度方案Hi(参见图14-6），在Hi水平处以选定的最小底宽确定出该开采深度的境界底线位置ab，分别从a、b两点以上下盘境界帮坡角α、β做出上下盘边坡线bc、ad，假设bc线交矿体上盘界线于e点；第四步：从Hi水平开始向上减少△H高度（△H通常取作一个开采台阶的高度），在Hi-1水平处以同样的方法作出开采境界线c'b'a'd'，c'b'交矿体上盘界线于e'点；第五步：利用求积仪求出自Hi-1水平降深到Hi水平后所需开采的岩石面积△W与可能采出的矿石面积△O，其中△W为岩石多边形cc'e'e与dd'a'a的面积之和，△O为矿石多边形e'b'a'abe的面积；第六步：求算Hi开采深度的境界剥采比Ri：Ri=△W/△O；第七步：若RiRb，则Hi水平即为该地质横剖面图上最佳的开采境界深度；否则，重复第三至第六步，试算其它深度方案，直至第七步验算成功。（二）地质横剖面线段比法确定长矿体的合理开采深度地质横剖面上的线段比法是面积比法的一种简化形式，当矿体走向较长，且矿体形态变化不大时，可运用线段比法来代替面积比法，这样既可保证设计工作具有一定的精度，又免除了运用求积仪求算面积的繁琐工作。如图14-7所示，具体的设计步骤如下：第一步：根据开采设备规模、岩体的稳定性及力学性质选定开采境界的最小底宽（Bmin）及上下盘最终帮坡角α、β；第二步：在每一地质横剖面图上结合矿体的赋存形态确定出若干个开采深度方案；第三步：对于某一剖面上的深度方案Hi(参见图14-7)，在Hi水平处以选定的最小底宽Bmin和上下盘最终帮坡角α、β作出Hi水平的开采境界线cbad；第四步：从Hi水平向上升高△H，在Hi-△H水平处以选定的最小底宽Bmin和上下盘最终帮坡角α、β作境界c'b'a'd'；第五步：从c点与d点分别作aa'的平行线交Hi水平线于g与f两点；第六步：计算Hi水平的境界剥采比Ri：Rgbafebbai；第七步：若RiRb，则Hi为该剖面上最佳开采水平；否则，再重复上述各步骤试算其它的深度方案。2短露天矿境界剥采比的计算水平剖面面积法确定短矿体的开采深度对于走向短的矿体，其端部的岩石量对境界剥采比影响很大，此时水平剖面图能较好地反映矿体的赋存特点和形态，所以宜采用水平剖面面积法确定短露天矿的最佳开采深度，具体的确定步骤如下：第一步：选择几个深度方案，基于地质勘探线剖面图绘制出每一深度方案所在水平处的平面图(图14-8）；第二步：在各开采深度的平面图上，依据矿体形态、运输设备的要求确定出该水平境界底平面的周界，再根据该水平境界底平面与境界帮坡角确定出各地质勘探线剖面图上的相应开采境界(如图14-9所示）；第三步：将各地质勘探线剖面图上的地面境界点投影到带有底部周界的平面图上，再依次连接各地面境界点即确定出矿体上下盘两侧的开采境界线(如图14-8所示）；第四步：为了确定矿体端部的开采境界线需要切割出若干个端部辅助剖面。如图14-10所示，在各辅助剖面上，依据端部境界帮坡角确定出地表开采境界点（图中m点），将该点投影到水平剖面图上，依次连接各辅助剖面的地表境界点，即形成了端部开采境界(如图14-8所示）；第五步：在水平平面图上，根据确定出的地表开采境界内所包含的矿石面积与岩石面积，运用面积比法计算出境界剥采比Ri：RLsosososoi1212dd'a'e'Hi-2BminHi+1HiHi-1H2H1cb'gfabeHc'‘'图14-7地质横剖面线段比法确定合理开采深度示意图八露天矿开采境界的常规确定方法1露天矿最小底宽的确定2露天矿最终帮坡角的确定3露天矿最终开采深度的确定，方案分析法；图解法；4绘制露天底部周界5绘制露天开采终了平面图九露天矿床开拓1按运输方式对开拓方法进行的分类2按沟道特征对开拓方法进行的分类十汽车运输开拓1回返式固定坑线和移动坑线开拓2螺旋式坑线开拓3直进式坑线开拓4汽车运输开拓的合理采深5汽车运输开拓时的新水平准备工作十一铁路运输开拓1开拓沟道和坑线的布置2线路数目分界点和折返站3铁路运输开拓的合理采深4铁路运输开拓的新水平准备工作十二胶带运输开拓1胶带运输开拓的特点2汽车－半固定式破碎机－胶带运输开拓3汽车－固定式破碎机－斜井胶带提升机运输开拓4汽车－移动式破碎机－胶带运输开拓5胶带运输开拓时的新水平准备工作。十三平硐溜井开拓1溜井位置的选择2溜井降段的方法3平硐－溜井开拓的基本评价4平硐－溜井开拓时的新水平准备工作十四开拓方法选择1选择开拓方法的基本原则；2影响开拓方法选择的基本因素；3选择开拓方法的步骤；4开拓沟道的定线图14-8某短露天矿水平剖面图十五穿孔设备1牙轮钻机2潜孔钻机3火力钻机、联合钻机；4穿孔设备选型十六采装工作1挖掘机的类型2单斗挖掘机的主要工作参数：水平挖掘半径、最大挖掘半径、挖掘高度、卸载半径和卸载高度等；3单斗挖掘机的工作面参数：台阶高度、采区长度、采掘带宽度和工作平盘宽度；4挖掘机的生产能力十七露天矿运输1露天矿运输工作的特征及其重要性2露天矿运输方式的种类和选择要素；3汽车运输的主要特点及适用条件4矿山汽车路及定线设计5汽车运营计算6铁路运输的主要特点及适用条件7铁路的运输线路8铁路运输牵引计算和通过能力计算9陡坡铁路运输的基本特点，应用范围和效果10各种联合运输的基本特点和应用范围。十八排土工作1排土场位置的选则2排土工艺的分类3汽车运输－推土机排土4铁路运输－电铲排土和平土犁排土5胶带运输－排岩机排土6排土场的建设与复田十九露天矿生产能力1按经济合理条件确定生产能力2按采矿技术条件确定生产能力二十露天矿采剥关系1生产剥采比的变化规律2生产剥采比的调整与均衡方法3储备矿量的概念及其确定二十一露天矿基建工程与分期开采1基建与投产的标志2基建工程量的确定方法3露天矿的分期开采4分期开采的扩帮过渡方法二十二采掘进度计划1编制采掘进度计划的目的和要求2采掘进度计划的内容：采掘进度计划表、具有年末推进线的分层平面图、露天采矿年末综合图、逐年产量发展表；3编制采掘进度计划的方法和步骤：在分层平面图上逐年逐水平确定年末工作线位置确定水平投产时间，编制采掘进度计划表，绘制露天采场年末综合平面图绘制逐年产量发展曲线和图表。相关知识和新技术、新工艺一地质、岩石和矿床矿石和岩石的定义；铁矿床的成因我国主要铁矿床的分布铁矿石的种类及其主要化学成分矿山岩石的主要物理力学性质矿山岩石的穿凿性、爆破性和挖掘性分级；二、矿石的工业指标1矿石的质量指标1）边界品位：这是矿石与围岩的分界品位，是对圈定矿体的单个样品有益组分含量的最低要求；2）最低工