张达贤老师露天开采讲稿(终稿)

讲授单元目录(计划)A部分1.露天开采基本概念2.露天开采工艺3.露天矿山工程4.露天开采安全(边坡、环境、气候、水)5.露天开采计算机支持系统及工程可靠性(资源、工艺、经济等)B部分1.露天矿改扩建工程(安太堡、霍林河1号、白音华1号、伊敏1号、茂名)2.露天矿开采工艺选择(哈尔乌苏、胜利1号、东露天)3.露天矿建设与管理4.国外投资项目的开发、经营每小部分为一个单元，共计9个单元讲授与讨论、实例研究相结合主要参考文献1．中国采煤学，2003；(煤炭版)————露天开采的历史及发展————露天开采领域成熟的、较受公认的内容————理论与实践的较好结合2．中国煤矿高产高效技术，2001；(中矿版)————高产高效露天煤矿介绍————改革开放以来我过露天煤矿在开采技术上的进展3．矿业发展新领域探索，2003；(中矿版)————个人和合作著作————中国及世界露天开采技术及其发展————露天采矿系统工程————吊斗铲倒堆工艺4．中国采煤方法图集，1990；(中矿版)————中国典型露天煤矿介绍5．中国采煤方法，1990；(中矿版)————以哭天开采工艺为线索，中国露天开采工艺技术及经验的综述6．露天采矿手册，1~7册，1986；(煤炭版)————80年代前，国内外露天开采技术资料、理论的较全面的综述7．露天采矿学，1990；(中矿版)————露天采矿技术及理论的“学院式”阐述8．露天矿连续和半连续开采工艺，1991；(煤炭版)9．露天采矿新工艺，1992；(中矿版)————卡车、连续、半连续、综合开采工艺的较全面的分析10．元宝山露天煤矿连续开采成套设备，1997；中国重型机械总公司————代表性矿山以设备为主的全面介绍11．露天煤矿半连续工艺关键技术研究(煤炭部八五重点项目)，1996；12．露天开采设计规划综合优化的理论与实践，1990————国家科技进步二等奖————从计划经济体制到市场经济体制的转变————注重经济效益，动态与近期经济效益————滚动式挖掘————综合优化————技术从凝固走向发展13．半连续工艺国际研讨会文集，1997；————国内外到1996年前的研究成果总述14．综合集成化人工智能技术及其矿业应用，2004；(中矿版)————人工智能在矿业应用的新成果15．安太堡、霍林河1号、白音华1号、伊敏1号、茂名油页岩矿改扩建工程可行性研究报告16．哈尔乌苏、胜利1号、平朔东露天、扎哈淖尔等露天矿可行性研究报告17．印尼南苏门答腊4x600MW坑口电站项目配套露天煤矿可行性研究报告18．研究生论文————矿业系统工程矿床模型及开采模型短期生产计划及长期规划系统工程模拟及系统优化————矿业可靠性————矿业经济(开发评估、市场)————新工艺19．《煤炭工业露天矿设计规范》，GB-50197-2005第一章露天开采总论1.1露天开采特点剥离揭露矿体→敞露空间→劳动生产率、效率高安全投资、成本低建设速度快简单的开采技术(相对于地采)——无水、火、瓦斯、矿压，开采方法资源回收率高对生态环境的影响井工——塌陷区作业受气候影响南方、严寒开凿地下基础→地下硐室→建立采煤工作面(相互对立的)1.2基本概念、各词术语露天矿、采场及其组成、开采工艺、矿山工程、剥采工程管理、设备维护及系统安全作业保障露天开采(SurfaceMining)直接从地表揭露开采出煤炭或其他矿产的工作露天矿(SurfaceMine,open-pitmine,opencastpit,stripmine,opencut,open-cast)从事露天开采的矿山复垦(reclamation，landreclamation)曾称“复田”、“复地”。对因采矿影响遭到破坏的土地采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的工程。露天矿规模(SurfaceMineCapacity)按露天矿设计生产能力划分的露天矿类型露天矿设计储量(designedsurfaceminereserves)露天矿开采境界内的工业储量露天矿可采储量(workablesurfaceminereserves)露天矿设计储量乘以采出率所得到的储量露天矿田(surfaceminefield)划归一个露天矿开采的矿床或其一部分露天采场(openpit)曾称“露天矿场”、“露天掘场”具有完整的生产系统，进行露天开采的场所山坡露天采场(mountainsurfacemine)在地表封闭圈以上进行露天开采的场所边帮安全系数(slopesafetyfactor，slopestabilityfactor)又称“边坡稳定系数”。反映边帮岩体稳定程度的系数边帮破坏(slopefailure)边帮岩体明显变形的规律1.3现状及发展1.3.1现状比重：硬煤30；褐煤86；铁78；建材100；平均80单矿规模：最大5000万t∕a。全员2300人1.3.2经验1．优先发展露天矿2．实现开采集中化；降低成本、提高效率3．开采设备大型化及过程连续化4．分期建设，提高前期开发效率5．设备的维护管理6．建立坑口电站，实现煤电联营7．矿区开发规划1.3.3中国露天采煤比重：5~6%发展阶段：1949~1958前苏联模式1959~1966自力更生，三边方针，剥采失调1978~1997五大露天矿区建设，引进与制造并举2003~至今设计理论的发展————五大露天，内蒙(胜利、白音华、宝日希勒、准格尔)黑龙江宝清————才25%(资源总量，赋存条件，资金及设备)————煤价；煤电结合；资金；设备1.4发展综述及前景1.4.1国内露天科学技术的发展1．露天开采理论有重大进展，并形成了体系——从计划到市场的转(计划控制一切；重视经济效益，特别是动态经济效益)——均衡；矿山规模滚动发展；分区分期；矿建施工；生产规模确定；矿产品价格2．新矿区建设及老矿改造除了设备与高新技术外，中国露天矿山在设计、建设、经营上业已与国际水平靠近3．以提高矿业开发效益为基础的关键技术研究1)降低卡车运输费——倒堆、表土连续、煤炭半连续，表土连续的主要参数及应用条件2)深露天矿运输——急倾斜矿3)矿岩块度控制4)质量控制4．矿业经济——市场预测、风险研究5．环境工程——复垦、伴生矿物和疏干水的综合利用1.4.2世界的趋向1．随市场为转移的矿业科学研究的下降2．设备规格已达极限，趋向于改善其可靠性及机动性3．新设备研制——C。S。M。，陡帮胶带1．露天开采从本质上说是大量物料流的移运作业，故采场工艺发展及在具体矿山下采场工选择对提高露天开发效益有重要作用，露天采煤的重点是作业连续化及分采2．采场是科学？技艺、工艺？一捅就破，不是高技术，但效益显著应用科学的基础是实践第二章露天开采工艺2.1总述2.1.1开采工艺(工艺环节与工艺系统)与矿山工程工艺——针对矿山赋存条件选择合适工艺与实现高效运用工程——一定工艺与矿山赋存条件下矿山工程在时空发展上的合理化工艺在露天煤矿中的决定性地位——露天煤矿从本质上说是大量物料流的移动——相辅相成2.1.2工艺分类按照各环节所采用的设备作业方法的特征或者物料流的特征作为主要分类标准，以设备可完成的生产环节数、设备类型作再分类——间断、连续、半连续、综合——独立、合并式2.2单斗铲-卡车开采工艺2.2.1引言——应用最广泛的开采工艺，特别是在中硬岩露天矿中赋存条件多样化→←设备作业的机动灵活性↓潜力、效益↑采矿工作者的成功应用局部分散排序；(运距)短工作线及提高推进度短段沟及高延深速度→生产规模大灵活的开采程序(推迟剥离)，黑宝山例加大工作帮坡角φ，陡帮式开采——致命弱点是t-km费用高(油、轮胎、备件)2.2.2基本采掘方式及参数——端工作面双侧折返入换——t入换≈0；电缆桥；辅助设备清理工作面——勺容比V∕E及铲车数量比——卡车机动调度2.3连续式开采工艺2.3.1应用、系统——以间断式卡车运输到连续开采工艺高效率、低成本使用条件严格(赋存条件、软岩、气候条件)欧洲有广泛应用——链斗铲、轮斗铲紧凑型C框架型连接桥式斗臂回转半径m6~2525~4545~100小时能力m3∕t500~80004000~1000010000~20000重量t50~15001500~45005000~14000——系统轮斗铲——工作面输送机——端帮输送机——干线输送机——分流站——排土工作输送机——排土机——应用条件斗刃线切割力140~160KN/m(140~160KJ/cm)，或抗压强度6000~8000Kpa，或面切割力150N/cm2，或不能直接挖掘而需要爆破的硬物料(抗压强度10Mpa)，量达到总采剥量的50%时耐磨性矿物含量超过15~30%厚度超过0。3~0。5m以上或厚度小但是密集的硬夹层地耐力不符合要求而需要大量换填物料时气温在-25℃以下和大风超过30m∕s的地区2.3.2组合台阶——必要性高生产能力(6000万m3∕a)与受限线性规格RW，G=f(RW)3高生产能力与推进度的矛盾(h•L)采用组合台阶以解决上述矛盾，并可减少配设皮带机的运输平盘数——构成HE——决定于挖掘高度HW，H主HW；H上、H下——决定于设备线性规格；H2——决定于下挖深度；——组合台阶划分原则：V1≥V2≥……≥VnL1H1≥L2H2≥……≥LnHnL1L2……LnH1H2……Hn2.3.3设备选型及能力匹配——大中型轮斗铲均系专用设备，需要针对使用条件进行专门射界——类型、切割力、线性规格、台数——排土机选择2：1；1：1——系统能力以轮斗为中心，开放度2.3.4系统可靠性1．可靠度元器件、设备或者系统在给定条件下或规定时间内完成规定功能的概率。HEH上H下H2RS=1－FSRj——固有可靠性RS=Rj×RuRu——使用可靠性RS=1－FS=(1－F1)(1－F2)……(1－Fn)=R1·R2……Rn2.4半连续开采工艺2.4.1综述1．特点分类半连续开采工艺是指露天矿开采工艺环节中，一部分为连续工艺环节，另一部分为间断工艺环节。起产生的矿岩货流也是部分为连续流、部分为间断流。半连续工艺首先是在西德、美国、前苏联等国家应用，因此名称各异。半连续工艺在国外又称为间断-连续工艺和综合开采工艺。半连续开采工艺主要按采装及运输两个主要环节所采用的不同设备而进行分类，如下表2-1所示顺序工艺过程穿爆采装工作面运输筛分及破碎主要干道运输排土(选矿厂)Ⅰ多斗挖掘机铁道铁道排土犁(或挖掘机)Ⅱ多斗挖掘机汽车汽车推土机Ⅲ穿孔爆破单斗挖掘机汽车地面固定式破碎汽车-胶带排土机或选矿厂Ⅳ穿孔爆破单斗挖掘机汽车矿场半固定式破碎边帮胶带排土机Ⅴ穿孔爆破单斗挖掘机汽车矿场半固定式破碎溜井(或平硐)-斜汽车排土机(或固定破碎)井胶带Ⅵ穿孔爆破单斗挖掘机胶带移动式破碎边帮胶带排土机Ⅶ拉铲、前装机、推土机移动或半固定式筛分装置边帮胶带排土机在该表2-1中，标志着半连续工艺特点及发展的是使用于坚硬煤岩开采Ⅲ～Ⅵ类。这是运输工艺环节在投资及作业费用方面均占煤岩开采费用的50～60%左右，故在坚硬煤岩开采中应用半连续工艺可显著改善露天开采的效益。2．应用准则坚硬煤岩条件下，半连续工艺的应用准则为：1)在各种情况下，原煤均须经分级或者洗选后才作为商品煤进入市场。可以认为，采用半连续工艺后对煤的粗碎并不成为额外支出，仅是将粗碎过程变换了作业位置，故在卡车运距超过经济运距(一般为3～4km)条件下，采用半连续工艺就可能是合理的。2)在中硬、坚硬岩石剥离中采用半连续工艺，破碎费用和较昂贵的排土机排弃费用均成为额外支出。上述费用应由采用胶带运输而节省而来的运输费用和公路修筑费用抵消。故一般情况下，只是在剥离物运量大、提升高度大、运营时期长及运距足够长是，采用半连续工艺才是可行的。2.4.2矿岩块度1．作用及组成作用：设备选型基础；穿爆合理化；作业成本；指标组成：大块率；平均块度；块度分布2．合理矿岩块度提高dcp：升高穿爆费；降低采掘、运输、破碎费Cmin=f(dcp)2.4.3破碎站1．破碎机组分类适应开采作业需要，矿山工程沿水平、深度或同时沿两个方向不