露天矿开采工艺

目录一、露天开采要素1、台阶2、采场3、工作平盘4、二量二、开采工艺分类1、开采工艺分类2、各类开采工艺的优缺点、适用条件三、开采工艺的选择1、开采工艺选择原则2、朝阳露天煤矿开采条件概述四、我矿开采工艺1、剥离工艺（1）基建期开采工艺（2）过渡期开采工艺及可行开采工艺探讨（3）生产期开采工艺2、采煤工艺一、露天开采要素1、台阶1、5—平盘（上部平盘、下部平盘）2—台阶坡顶线3—台阶坡面4—台阶坡底线h—台阶高度α—台阶坡面角A—采掘带宽度2、采场AB—地表境界CD—底部境界AC—非工作帮DF—工作帮EF—工作平盘H—开采深度β—最终帮坡角（最上台阶坡顶线与最下台阶坡底线之间的连线与水平面的夹角）φ—工作帮坡角（工作台阶最上台阶坡底线与最下台阶坡底线之间的连线与水平面的夹角）3、工作平盘A—采掘带宽度B—最小工作平盘宽度L—工作线长度开拓煤量：指全矿或在某采区，已完成了运输系统，并在开采时不需要再进行剥离工作的煤量。回采煤量：指在开拓煤量中减去最小平盘宽度（不包括采宽）及规定段高范围内的煤量后剩余的煤量。开拓煤量的可采期一般为4-6月，回采煤量的可采期一般为的2-3月。4、二量二、开采工艺分类露天煤矿常用的开采工艺可分为下列五类：(1)间断开采工艺；(2)连续开采工艺；(3)半连续开采工艺；(4)拉斗铲倒堆开采工艺；(5)综合开采工艺。1、间断开采工艺（1）概述间断开采工艺各主要生产环节的矿岩流是间断的。目前单斗铁道工艺基本被淘汰，单斗—汽车开采工艺的发展趋势是向采运设备大型化、系列化发展，应用范围越来越广。（2）间断工艺分类单斗—汽车工艺间断工艺分为单斗—铁道工艺平朔安家岭露天矿单斗—汽车间断工艺平庄西露天矿单斗—铁道间断工艺阜新海州露天矿单斗—铁道间断工艺（3）单斗—汽车工艺的特点及适用条件优点：①对矿床赋存条件适应性强；②对岩性适应性强；③汽车运输，具有爬坡能力强（8%）、转变半径小（30—40m）、机动灵活、建设速度快等优点；④剥采作业较灵活，可实现横采、陡帮开采（组合台阶）、宽采宽等，矿山开拓简单。缺点：①汽车作业受气候（严寒、雨）影响较大；②汽车运输合理运距短（3—5km），一般应在3km以内；③汽车运输成本高（吨公里费用高）；④消耗大量燃油及轮胎；⑤污染环境（道路飞尘太大、尾气量大）。适用条件①地形和矿体产状复杂、矿场长度受限的露天矿；②经济合理运距不大于3—5km；③剥采总量大、要求建设快的露天矿。2、连续开采工艺（1）概述连续开采工艺系统对岩性及气候适应性差，但是随着科学技术的不断发展和采取各种措施，这种开采工艺在开采硬岩（爆破）露天矿以及气候寒冷地区的露天矿也得到了成功的应用。在我国云南小龙潭露天煤矿，准格尔黑岱沟露天煤矿，平庄的元宝山露天煤矿都部分地采用连续工艺系统。露天矿的采掘、运输、排卸三大生产环节中的矿岩流是连续的。（2）连续工艺分类按各生产环节设备的组合情况，连续开采工艺主要包括：轮斗挖掘机—带式输送机—排土机；轮斗挖掘机—运输排土桥(悬臂排土机)；元宝山露天矿黄土剥离采用轮斗连续工艺云南小龙潭布沼坝露天矿轮斗连续工艺准格尔黑岱沟露天矿黄土剥离采用轮斗连续工艺（3）连续开采工艺系统的特点、适用条件优点：①同样功率下，生产能力大（一般为单斗挖掘机的1.5—2.5倍）；②同样生产能力下设备总重小（一般为单斗挖掘机的1/2—1/3）；③单位产量（m3）的能耗小（轮斗挖掘机为0.3—0.5kw·h/m3，单斗挖掘机为0.5—0.87kw·h/m3）；④剥离或采矿的成本低；⑤易实现集中自动化控制；⑥作业效率高。缺点：①设备投资高；②对物料块度、硬度有限制；③作业机动性差；④需设专门的辅助运输设备、电路系统；⑤要求系统有很高的可靠性，各环节之间紧密配合；⑥受气候影响大。适用条件：①以经济角度，目前连续开采工艺系统适用于物料硬度为f1—2的；②气候不过于严寒；③矿层赋存较规整；④物料中不含研磨性物料，或堵塞性的物料。3、半连续开采工艺（1）概述这种工艺的生产环节，一部分是连续的，另一部分是间断的，综合了间断工艺的广泛适应性和连续工艺生产效率高的优势。然而，由于生产环节增多，也带来了中间环节的衔接和环节之间的缓冲问题。在开采深度或运距大的中硬和硬岩露天矿中，半连续开采工艺有较大的发展前景。（2）半连续工艺的分类①连续采掘、间断运输的半连续开采工艺系统（轮斗挖掘机—汽车（铁道）工艺系统）②带筛分设备的半连续工艺系统（单斗挖掘机（推土机）—筛分设备—胶带输送机工艺系统）③带移动破碎机的半连续开采工艺系统（单斗挖掘机—自移式破碎机——转载机——胶带输送机工艺系统）④带固定或半固定破碎机的半连续工艺系统（单斗挖掘机—工作面汽车—半固定（固定）破碎机—胶带机工艺）伊敏露天矿出煤采用单斗—自移式破碎机—胶带半连续工艺准格尔黑岱沟露天矿采煤使用电铲+卡车+半固定破碎机半连续工艺澳大利亚GoonyellaRiverside煤矿剥离采用电铲—自移式破碎机—胶带半连续工艺（3）半连续工艺系统的特点、适用条件优点：①对坚硬岩性可使用连续运输，可提高单斗挖掘机利用率和生产能力；②大型单斗挖掘机配合高速宽胶带输送机，可扩大露天开采规模，可达近亿m3；③露天矿深部应用带式输送机开拓，可减少运输距离和开拓工程量；④生产费用（成本）较间断式工艺低；⑤相互克服间断与连续式开采的缺点，发挥各自的优点。缺点：①因采用胶带输送机运输，对矿岩块度有较严格的限制(一般不大于胶带宽度的40%)，增加了穿爆工作的难度和费用；②为保证块度，须设筛分破碎设备，增加了生产环节，使生产系统复杂化；③半连续工艺系统用于剥离时，岩石的破碎将增加生产费用；④采用胶带输送机或轮斗挖掘机，受气候影响大。适用条件：①适用于采煤；②由于受矿岩块度、硬度限制而不易于使用连续开采工艺时。4、拉斗铲倒堆开采工艺（1）概述所谓剥离倒堆工艺就是用挖掘设备铲挖剥离物并直接堆放于旁侧的采空区，从而揭露出煤炭的开采工艺。这是一种合并式开采工艺，采掘、运输、排土三个环节合并在一起由同一种设备（挖掘设备）来完成。由于省去了剥离运输环节，生产成本较低，且效率较高，采矿一般是另成系统。拉斗铲结构简单，维修简单，斗容比单斗铲大，可达160m3，臂长也超过单斗铲，可达130m，故扩大了倒堆工艺的应用范围。拉斗铲在美国、澳大利亚、加拿大、南非、俄罗斯、印度等主要产煤国家的露天矿得到了广泛的应用，其生产成本仅为单斗—卡车工艺的40%～60%。在我国露天煤矿拉斗铲倒堆剥离工艺应用刚刚起步，神华集团准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿在扩能工程中，选用了Bucyrus公司生产的8750-65型号拉斗铲（斗容90立米，卸载半径100米）剥离6号煤层顶板以上45m厚的岩石，并于2007年11月12日投入使用。年生产能力在2500万立米左右。（2）倒堆工艺分类无运输倒堆工艺又可分为单斗铲倒堆工艺和拉斗铲倒堆工艺。在矿山条件适宜时，无运输倒堆工艺，特别是拉斗铲倒堆工艺，以其低成本剥离应列为首选工艺。黑岱沟露天矿吊斗铲倒堆工艺BE公司2570WS型吊斗铲BE公司2570WS型吊斗铲拉斗铲倒堆工艺（3）剥离倒堆工艺的特点、适用条件优点：（1）将采掘、运输、排土三个环节合并在一起，致使工艺系统简单化，生产管理简单化；（2）剥离成本低；（3）劳动效率高，可采用特大型设备。缺点：（1）适用条件严格；（2）用于剥离倒堆的设备一般是大型设备，生产能力大，当设备发生故障时，对露天矿剥离生产影响较大。适用条件：（1）水平、近水平或缓倾斜煤层（≤10°—12°），以保证提供足够的内排土场空间和排土场的稳定性；（2）剥离物一般应为松散土岩，或爆破效果好的坚硬岩石。5、综合开采工艺同一采场内有间断、连续、半连续、倒堆工艺系统中任意两个（或以上）单一开采工艺系统的组合称为综合开采工艺。适用于采场平面尺寸大或开采深度大、生产规模大的露天矿。国内平朔安太堡、安家岭露天矿，准能黑岱沟露天矿，华能伊敏露天矿，平庄元宝山露天矿都是采用综合开采工艺。波兰-贝尔哈托夫露天矿-综合工艺三、开采工艺的选择1、开采工艺选择原则露天开采工艺的选择，应结合地质条件、气候条件、开采规模等因素，本着因矿制宜的原则，必须是避害趋利，近期与长远利益相结合，通过多方案比较确定，并应遵守下列原则：（1）保证剥、采系统的可靠性；（2）力求生产过程的简单化；（3）具有先进性、适应性和经济性；（4）设备选型规格尽量大型化、通用化、系列化。2、朝阳露天煤矿开采条件概述（1）本区属于寒温带大陆性气候，冬季严寒、冻结期较长、年最低气温-37.2℃，夏季多雨、年有效作业天数较短。（2）朝阳露天矿地形平坦，地层倾角一般3°～5°，剥离物和煤较软，剥离物中粘土含量较高。（3）设计确定本矿只采10号煤层，首采区开采范围内10号煤层顶板以上剥离物（岩石及表土），平均厚度70m，煤层平均厚度16.44m，单一煤层累计厚度较薄，平均剥采比6.16m3/t偏大。四、我矿开采工艺1、概述（1）剥离工艺我矿初步设计中剥离工艺采用以拉斗铲无运输倒堆开采工艺为主，以单斗挖掘机－自移式破碎机－带式输送机－排土机半连续工艺及单斗挖掘机－自卸卡车间断工艺为辅的综合开采工艺。（2）采煤工艺初步设计中采煤工艺采用单斗挖掘机－自卸卡车－半固定式破碎站－带式输送机半连续工艺。2、基建期开采工艺2009年7月—2012年12月为矿建阶段，矿建剥离全部采用外委施工单位液压反铲—自卸式卡车间断工艺；（1）工艺设备及能力主要设备为1.5—2m3液压反铲配合20t自卸式卡车，由于我矿特殊的气候、地质条件，导致这套工艺剥离能力较低，目前年能力（受雨水、冬季停产影响）在800万m3左右。朝阳露天矿外委剥离间断工艺（2）开采参数台阶高度H液压反铲下挖深度在3—4m，作业条件较好时，采用组合台阶作业，上挖4.5m，下挖3m，台阶高度为7.5m，两个7.5m台阶可随时并段形成设计的15m作业台阶。液压反铲上挖下装组合台阶作业采掘带宽度A采用两台挖掘机在同一台阶并列作业，采掘带设计宽度为30m，这样既保证了相邻设备之间满足最小安全距离，同时还可以提高设备作业效率。最小平盘宽度Bmin最小平盘宽度Bmin要满足采掘带宽度、双车道汽车运行宽度、辅助设备宽度和台阶坡顶土挡宽度等要求。3、过渡期开采工艺2013年上半年联合试运转结束后移交—2019年为过渡期，土方剥离仍采用外委施工单位液压铲—自卸式卡车间断工艺；（1）过渡期剥离工艺探讨朝阳露天矿2013年至2019年为过渡期，煤炭产量由300万t、500万t、700万t逐渐向设计能力1100万t过渡。按首采区过渡期均衡剥采比为3.5m3/t计算，2013年剥离量为1050万m3、2014年为1750万m3、2015年2450万m3……根据我矿外委剥离实际作业能力，完成2013年度剥离是可能的但仍很困难，要达到年剥离2000万m3以上几乎是不可能的，因此需对过渡期剥离工艺进行探讨，选择适合我矿实际的剥离工艺及设备，以保障剥离工作的顺利进行。第一种可行的开采工艺：轮斗连续工艺这种先进的开采工艺适用于剥离量很大的矿山，德国应用较多，这与德国的轮斗和带式输送机制造水平和管理水平较高有关。因我国的资源条件所限，完全适用轮斗—带式输送机的矿山并不多。云南小龙潭露天煤矿、平庄元宝山露天煤矿、准格尔黑岱沟露天煤矿使用轮斗挖掘机用于剥离上部黄土层。这表明轮斗—胶带工艺仍有它的发展空间，但价格也相当昂贵。我矿表土松软，在加强疏干排水的基础上，基本满足轮斗—胶带机连续工艺的适用条件。考虑到目前大连重工集团可以生产中小型轮斗，价格相对较低，国内也有露天矿外包轮斗进行剥离的先例，因此我矿过渡期可以考虑使用外包国产轮斗进行表土剥离。自卸卡车向半固定破碎站卸煤单斗—工作面汽车—半固定破碎站半连续采煤工艺