露天开采基础知识1

露天开采总论因矿床赋存条件的不同，按处理围岩的方法分为地下开采和露天开采两类。露天开采又分为机械开采和水力开采。露天开采的特点是采掘空间直接敞露于地表，为了采出有用矿物，需将矿体周围的岩石及其上覆的土岩剥离掉，通过露天沟道线路线路系统把矿石和岩石运至地表（如图）。露天开采的发展趋势是；1.开采规模大型化2.开采设备大型化3.开采工艺连续化4.开拓方式多样化，强化开采5.加强管理现代化和信息化建设6.企业经营方式多样化，经营水平不断提高，经济效益显著提高。7.注重矿山环境保护工程。1.露天开采较矿井开采具有以下优越性：1.1矿井开采的机械化受到巷道和采掘工作空间的限制而露天开采则可采用大型采掘运输设备。露天开采生产规模大和效率高。1.2露天开采成本一般为矿井开采时的1/3～1/5。1.3矿产资源利用的好，有用矿物回收率一般比矿井开采时高15％左右，且可顺便采出伴生矿产，有利于综合利用。围岩矿体1.4木材、金属、电力的消耗少。据我国露天煤矿的统计资料，吨煤消耗露天开采时木材为矿井的1/13；金属材料比矿井少61％；电力消耗节省67％；1.5作业安全，劳动条件好，能开采易燃、多水、超级瓦斯等较困难的矿床。1.6矿山基本建设周期短，投产及达产快。2.露天开采存在的问题：2.1剥离物的排弃占用很多的土地和耕地；2.2需大型设备多，故矿石的单位基建投资高；2.3气候条件对露天开采有一定影响，如严寒和风雪、酷热和暴雨等；2.4要求矿床覆盖层薄和矿层厚，否则基建剥离量过大；2.5对环境的污染比矿井开采严重，如作业过程中排出的粉尘较高；3.露天矿从进行建设到生产需要经过下属步骤。3.1地面准备露天开采的特点是直接从地面将有用矿物采掘出来。所以在矿区开采范围内的各种天然和人为的障碍物，如树林、河流、交通线路、房屋等，应加以消除。3.2矿体疏干、隔水和排水3.3基本建设工作即开掘沟道和进行基建剥离，以建立运输通道和采掘有用矿物的初始工作线，以建立地面运输系统、建设排土场、建造地面生产系统中建筑物和其它设施。3.4日常生产工作即进行剥离和采矿工作。前者是为了剥除覆盖于矿体上部或周围的土岩，使有用矿物暴露出来，后者则指采掘有用矿物的作业。4.台阶及其要素：露天开采时，露天矿田往往被划分为多个具有一定高度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各分层在空间上构成阶梯状，每一个阶梯就是一个台阶。4.1台阶要素：4.1.1台阶上部平盘——台阶的上部水平面4.1.2台阶下部平盘——台阶的下部水平面4.1.3台阶坡面——朝向采空区的台阶倾斜面4.1.4台阶坡面角——台阶坡面与水平面所成的交角4.1.5台阶坡顶线——台阶上部平盘与坡面的交线4.1.6台阶破底线——台阶下部平盘与坡面的交线4.1.7台阶高度——台阶上部平盘和下部平盘的垂直距离5露天矿场要素：5.1露天矿场边邦——矿场四周由所有台阶坡面、平盘和倾斜坑线组成的总体5.2工作平盘——工作台阶上的平盘。其宽度应能设置穿爆、采掘、运输等设备，并保证它们正常作业。5.3平台——非工作台阶上的平盘。用于安设运输线路的称运输平台；阻挡片石下滑维持边帮稳定的保安平台。上平盘坡面下平盘5.4露天矿场边帮的废止角---通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶破底线的假想平面与水平面的交角5.5工作帮坡面角——通过工作帮最上和最下台阶坡底线的假想平面和水平面的交角5.6露天矿场最终境界——露天矿场开采结束时，其上部最终边界线和下部最终边界线所限定的位置第一节露天开采工艺系统露天开采工艺系统是完成采掘,运输和排卸这三个主要环节的机械设备和作业方法的总称。1.露天开采工艺系统可以分为以下三大类别；1.1间断工艺，间断工艺是指在三个主要生产环节中，矿岩的采掘和运输是间断进行的工艺。例如，机械铲是一勺一勺地撞装车，列车或汽车是一车一车地运输岩石。1.2连续工艺，是指矿岩的采掘和移运是连续进行的工艺。多斗挖掘机和胶带输送机上的矿岩流就是如此。1.3半连续工艺，是部分生产环节连续作业的工艺。例如，机械铲把矿岩装入破碎机，破碎后由胶带输送机运送的工艺系统，就是典型的半连续工艺系统。2.按照生产环节中的设备状况，露天开采工艺系统又可分为下两组；2.1独立式工艺，是指三个主要生产环节各有独立的设备的工艺。2.2合并式工艺，是指主要环节中有两个或两个以上是合并在一起。3.就生产工艺而言，无论是剥离或采矿工作，一般经由下述主要工艺环节来实现3.1矿岩的预先松碎工作。3.2矿岩的采掘和装载。3.3矿岩的运输环节。3.4矿岩的排卸环节。露天开采工艺系统分类分类设备间断工艺独立式1单斗挖掘机或前装机-铁道运输-挖掘机2单斗挖掘机或前装机-汽车-推土机3单斗挖掘机或前装机-联合运输合并式1单斗挖掘机倒推2拖拉铲运机开采连续工艺独立式1多斗挖掘机-胶带-排土机2水枪-水利运输-水利排土3挖泥船-水利运输-水利排土合并式1多斗挖掘机-运输排土桥2带排土臂的轮斗挖掘机半连续工艺1单斗挖掘机或前装机-汽车-半固定破碎机-胶带2单斗挖掘机或前装机-移动破碎机-胶带3多斗挖掘机-汽车或铁路第二节倒堆开采工艺当存在水平面或近水平埋藏的不太厚的煤层，覆盖层较薄，又可能获得线性尺寸大的采掘设备时，可以采用向内部排土场进行倒堆的开采工艺进行剥离工作，简称倒堆工艺。倒堆剥离内排土程序示意图1.开采参数计算若剥离面积为S则相应排土面积为Sp，，可将岩石S=AH的面积排到排土场形成Sn=AHp,则有Sp=KsS（Ks为松散系数）这说明剥离台阶允许高度受排土高度限制。而可能的排弃高度，在排土场坡角一定时，多数受剥离设备的卸载半径限制，有时也可能受卸载高度限制。2.典型开采方案2.1直接倒堆机械铲站在煤层顶板吊斗铲站在剥离台阶顶部2.2再倒堆当设备已定而规格不足时，可在排土场一侧的某个位置上增加一台吊斗铲进行“接力排土”，把埋没煤面的土岩倒排至排土场的上方，形成在倒堆工艺方案。第三节生产工艺系统的选择1.概述当针对一个具体矿山条件进行开采设计时，首先要决定采用何种工艺系统，然后要确定设备的类型、规格及数量。在此基础上，在进一步地确定采、运、排各生产环节的工艺参数。RPrAHR11工艺系统选择总的要求是贯彻社会主义建设有关方针政策，做到技术上可靠，经济上合理。所选定生产工艺设备技术上可靠主要是指在满足产量和煤质要求的前提下使采运排各环节设备能适应矿山的地形、地质、气候和水文地质等条件，使生产作业可靠。经济上合理是指在满足煤炭产量和质量要求的前提下，使露天矿达到投资少、成本低、功效高和投产、达产速度快。2.主要影响因素设备选型要考虑的因素有2.1矿床赋存条件2.2气候条件2.3地形及开采境界2.4产量规模及质量要求2.5国产设备的制造状况3.主要生产工艺环节在正常剥离与采矿生产过程中，露天开采包括以下主要工艺环节。3.1矿岩准备3.2矿岩采掘3.3矿岩运输3.4排卸第四节露天开采程序及开拓运输系统1.概述露天矿山作业的特点是；除了必须注意选择和确定生产工艺系统和设备的类型、规格及数量之外，还应十分重视露天矿开采程序和建立有效的开拓运输系统。2.露天开采程序露天矿开采程序系指在采场内进行剥离岩石和采出矿石的程序。露天矿一般均划分为若干个台阶进行开采，每个台阶的开采程序为：（1）开掘出入沟（一般为倾斜的）；（2）开掘开段沟（一般为水平的）；（3）进行扩帮，其程序见图4-5▽±0▽±0A-ABmla图4-5台阶开采程序及相邻台阶的关系3.台阶划分及采掘程序露天矿一般划分成若干台阶进行开采。台阶高度在保证安全作业的条件下高一些为好，有利于发挥设备效率。通常按水平分层方式划分台阶。为了便于选采与提高设备效率，尽可能不把矿石和土岩、表土与基岩、软岩与硬岩划分在一个台阶内。当矿体倾角较小（一般小于10°），为便于矿、岩分采，在条件许可时，可以沿矿层倾斜方向对台阶进行倾斜分层。ABC▽-hABACChh▽-2hEF台阶通常划分成具有一定宽度的采掘带进行开采。采掘带一般沿台阶工作线平行布置。当用汽车运输时，根据需要也可与工作线垂直布置。开段沟位置的选择很重要，为了减少基建工程量和初期剥采比，并使剥离量与采矿量的比例较为均衡，一般缓倾斜矿层的开段沟可设于底板，而急倾斜矿层可设于底板。开段沟布置的方向与矿体形状及采用的运输方式有关，铁道运输时为沿走向设于底板或顶板，而汽车运输时则可设于端帮或露天矿的中心。四.区分露天矿开拓运输系统的主要依据是露天矿的基本运输方式，进一步区分该系统的特点要利用坑道形式，坑线位置和坑线的数量、平面形状及其固定性等特征。如4-6类别主要特征一般特征1铁路2公路3胶带输送机道4提升机道5溜道1)采用露天坑道或地下坑道2)坑线设置在露天采场境界内部或外部，设置于境界的顶帮、底帮或端帮1)坑线服务水平数及每个水平沟道数2)坑线平面形状3)坑线固定性6联合几种运输方式、坑道形态及坑线特征的联合表4-6开拓运输系统分类第五节间断生产工艺系统1.矿岩预先松碎自然界中所赋存的岩石的性质差别很大，但采掘设备的切割力有一定限制，故仅表土、煤、松软岩石有可能用采掘设备直接铲挖，而其余的大部分岩石必须预先松碎，然后才能用挖掘设备采掘。露天开采中常用穿孔设备有，钢绳冲击钻或钻机、潜孔钻机、牙轮钻机、回转钻机、凿岩台车、火钻等。2.爆破工作，在露天矿中常用的炸药2.1硝铵炸药—主要成分为硝酸铵（82-88%）TNT即三硝基甲苯（3-10%）；木粉（8-9%）。2.2铵油炸药—是以硝酸铵和油类为主要原料混合而成的不含敏感剂的炸药。2.3浆状抗水炸药—是以硝酸铵、TNT和水三种基本成分组成的炸药。2.4起爆材料有导火线及各种雷管；导火线——主要用于起爆火雷管。导爆索。雷管——雷管是主要起爆材料。3.露天开采中使用的爆破方法有；浅眼爆破法、深孔爆破法和硐室爆破法。其中，深孔爆破法在大中型露天中有最广泛应用。即发爆破与毫秒迟发爆破比较项目即发爆破毫秒迟发爆破延米爆破量36.443.6单位炸药耗量0.8320.342大块率52爆堆宽度40-4520-254.露天开采对爆破工作的质量要求4.1要有合格的矿岩块度。4.2爆堆尺寸要适当。4.3尽量避免根底、伞岩，后冲要小。4.4适应选采需要。4.5要有足够的爆破储量。4.6要安全经济。露天矿爆破的弊端1-根底2-伞岩3-后冲5.采装通常使用机械设备来挖取和装入运输容器内或直接倒卸至一定地点，这一工作过程称为采装工作。在间断工艺系统中，采装设备有单斗铲、前装机、铲运机、推土机等。5.1冻土层采装冻土层主要是地表的腐植土和草皮及下部含粘土的砾石层，厚度不稳定。开采时首先剥离草皮层和腐植土，并堆放到南排土场指定位置，按要求排放。草皮剥离后，能直接挖掘的粘土砾石层采装后，对下部冻土层与岩石马上进行穿孔爆破。由于冻土层剥离后煤层就会出露，在靠近各煤层附近进行采装或穿孔时，遇到煤层出露点须报告项目部及海西煤业采矿部现场负责人，经采剥方法确定后再进行作业。3125.2正常台阶采装正常台阶开采时，根据工作线布置采用端工作面或侧工作面平装车；工作面调车方式结合实际为回转式或折返式根据生产工艺及采装条件，我矿选用小松360――小松650型液压单斗挖掘机进行采装工作。6.运输方式6.1公路运输露天矿工路路面等级路面等级路面类型高级路面水泥混凝土路面整齐块石及条石路面次高级路面黑色碎石路面、沥青贯入碎石路面、沥青表面处治路面中级路面碎石路面低级路面粒料加固土路面6.2斜坡箕斗提升运输6.3窄轨矿车提升运输6.4重力运输根据生产工艺系统及与采装设备配套，矿区采用同力TL843及东风DFL3251以上的车型。7.排土7.1排土场的位置，不仅决定着排土工作本身的效率，也直接关系到露天矿总平面布置和矿石成本，故应考虑7.1.1对水平、缓斜矿体或在不影响开采作业的情况下，应优先利用采空区作为内部排土场；7.1.2在选择外部排土场位置时，应选距离采场较近的农田。7.1.3要考虑复土造田的可能性，制定复土造田的规划；7.1.4一般应布置在居民点的下风向地带，以