第08章 矿床露天开拓

矿床露天开采第8章矿床露天开拓8.1概述露天矿开拓就是建立地面到露天采场各工作水平以及各工作水平之间的矿岩运输通道，建立采矿场、受矿点、废石场、工业场地之间的运输联系，形成开发矿床的合理运输系统。其主要研究内容是开拓运输方式、开拓坑线的位置及其布置形式，目的是保证矿山持续生产。露天矿床开拓与运输方式和矿山工程的发展有着密切联系，而运输方式又与矿床地质地形条件、开采境界、生产规模、受矿点和废石场位置等因素有关。所以，露天矿床开拓问题的研究，实质上就是研究整个矿床开发的程序，综合解决露天矿场的主要参数、工作线推进方式、矿山工程延深方向、剥采的合理顺序和新水平准备，以建立合理的矿床开发运输系统。按运输方式不同，露天矿开拓可以分为：公路运输开拓铁路运输开拓平硕溜井开拓胶带运输开拓斜坡提升开拓联合开拓8.2开拓方法8.2.1公路运输开拓公路运输开拓采用的主要设备是汽车。其坑线布置形式有：直进式回返式螺旋式多种形式相结合的联合方式（1）直进式坑线开拓当山坡露天矿高差不大、地形较缓、开采水平较少时，可采用直进式坑线开拓，如下图所示。运输干线一般布置在开采境界外山坡的一侧，工作面单侧进车。当凹陷露天矿开采深度较小，采场长度较大时，也可采用直进式坑线开拓。公路干线一般布置在采场内矿体的上盘或下盘的非工作帮上。条件允许时，也可在境界外用组合坑线进人各开采水平。但由于露天矿采场长度有限，往往只能局部采用直进式坑线开拓。（2）回返式坑线开拓当露天矿开采相对高差较大、地形较陡，采用直进式坑线有困难时，常采用回返式坑线开拓，或采用直进－回返联合坑线开拓，如下图所示。山坡露天矿开拓干线在基建时期应修筑到最上一个开采水平。开拓线路一般沿自然地形在山坡上开掘单壁路堑，随着开采水平不断下降，上部坑线逐渐废弃或消失。在单侧山坡地形条件下，坑线应尽量就近布置在采场端帮开采境界以外，以保证干线位置固定且矿岩运输距离较短。在采场位于孤立山峰条件下，则应将坑线布置在开采工作面推进方向的对侧山坡卿非工作山坡一侧），这样，多水平同时推进时，可以保证下部工作面推进不会切断上部开采台阶的运输通道。凹陷露天矿的回返坑线一般布置在采场底盘的非工作帮卜，可使开拓坑线离矿体较近，基建剥岩量较小，可缩短基建时间，节约投资。若坑线布置在采场顶盘的非工作帮上时，则与上述柏反。只有当底帮岩石不稳固，或地形不允许，或为了减少矿岩接触带的矿石损失贫化时，才将坑线布置在采场的顶帮。回返坑线开拓适应性较强，应用较广。但由于回返坑线的曲线段必须满足汽车运输要求（如线路内侧加宽等），使最终边帮角变缓，从而使境界的附加剥岩量增加。因此，应尽可能减少回头曲线数量，并将回头曲线布置在平台较宽或边坡较缓的部位。（3）螺旋坑线开拓螺旋坑线开拓一般用于深凹露天矿。坑线从地表出人沟口开始，沿着采场四周最终边帮以螺旋线向深部延伸。由于没有回返曲线段，扩帮工程量较小，而且螺旋线的曲率半径大，汽车运行条件好，不必因经常改变运行方向而不断变换运行速度，因而线路通过能力大。但回采工作必须采用扇形工作线，其长度和推进方向要经常变化，巳各开采水平相互影响，使生产组织工作复杂。当采场面积较小，且长、宽尺寸相差不大，同时开采的水平数较少，以及采场四周岩石比较稳固时，可采用螺旋坑线开拓。由于露天采场空间一般是变化的，坑线往往不能采用单一的布置形式，而多采用两种或两种以上的布置形式，即联合坑线，如下图为上部回返，下部螺旋的回返－螺旋联合坑线开拓方式。（4）公路运输开拓的出人沟口与连接平台a.出人沟口公路开拓的坑线出人沟口应尽量设置在工程地质条件较好，地形标高较低，距工业场地及矿、岩接受点较近的地方；应避免和减少重载汽车在采场内作反向运行及无谓增加上坡距离，尽可能使矿石及岩石的综合运输功小，所需运输设备数量少。当废石场的位置分散和为了保证露天矿的生产能力，以及为使空、重车顺向运输时，在服务年限较长的露天矿可采用多出人沟口。多出人沟口使坑线增多，附加剥岩量加大，掘沟工程量及费用也增多，因此，出人沟口的数目应根据矿山规模、矿山总平面布置及生产需要综合进行技术经济分析后确定，一般数目不宜过多。b.连接平台开拓坑线一般采用较大的坡度以缩短运距，但重载汽车长距离上坡或下坡运行时，容易使发动机和制动装置过热而引起机械损坏，发生事故。为了保证行车安全，延长汽车使用寿命，满足坑线坡长限制的要求，以及便于从坑线向各采剥台阶引人运输线路，故应在开拓坑线与各台阶交汇处设置长度40～60m、坡度不超过3％的平坡或缓坡段，这就是连接平台。8.2.2铁路运输开拓（1）坑线位置因铁路运输牵引机车爬坡能力小，每个水平的出人沟和折返站所需线路较长，转弯曲线半径很大，故不适用于采场面积小，高差较大的露天矿开拓；也不宜采用移动坑线或回返坑线。铁路运输开拓采用较多的坑线形式为直进式、折返式和直进－折返式。山坡露天矿的坑线位置，主要取决于地形条件和工作线的推进方向。当地形为孤立山峰时，通常将坑线布设在工作帮的背面山坡上；当地形为延展式山坡时，通常将坑线布设在采场的一侧或两侧。山坡露天矿常采用直进式或直进折返式布置。下图为歪头山露天铁矿上部开拓系统示意图。凹陷露天矿的坑线布置形式主要取决于采场的大小与形状、工作线的推进方向和生产规模。通常将坑线布设在底帮或顶帮上，但有时为了减少折返次数，也可将上部折返坑线改造成螺旋坑线。下图为凹陷露天矿顶帮固定直进－折返坑线开拓系统。大多数露天矿都先是山坡开采后转为凹陷露天开采。故确定坑线位置时，既要考虑总平面布置的合理性，又要照顾以后向凹陷露天矿的过渡，力争使线路特别是站场的移设和拆除工程诅最小。（2）线路数目及折返站根据露天矿的年运输量，开拓沟道可铺设单线或双线。大型露天矿年运输量超过700X104t时，多采用双干线开拓，其中一条为重车线，另一条为空车线；年运量小于该值时，则采用单干线开拓。折返站设在出人沟与开采水平的连接处，供列车换向和会让之用。折返站的布置形式较多，下图为单干线开拓，工作水平为尽头式运输和环行运输的折返站。环形运输折返站的附加剥岩量较大，但当台阶上有两台或两台以上挖掘机同时作业时，相互干扰较小、采用双干线开拓时，折返站的布置形式分为燕尾式和套袖式，如下图所示。其中燕尾式折返站站场长度和宽度相对较小，线路通过能力也相对较小；套袖式折返站线路的通过能力大，站场的长度和宽度均比燕尾式大。8.2.3公路－铁路联合开拓公路－铁路联合开拓的基本形式有：地表用铁路运输开拓，采场内用公路运输开拓，转载站设在境界外不远的地方；采场内某一标高以上用铁路开拓，此标高以下用公路运输开拓，在采场内设转载站；山坡露天部分用公路运输开拓，把矿岩转载到下部，再用铁路运输。下图为大冶铁矿东露天采场公路－铁路联合开拓示意图。8.2.4平铜溜井开拓平碉溜井开拓是借助于开凿的平桐和溜井（溜槽），建立露天矿工作台阶与地表的运输联系。合理地确定溜井位置和结构要素是其关键。确定溜井位置时，应使溜井与采掘工作面间的平均运距短，溜井和平硐的掘进工程量小，一般应保证溜井穿过的岩层稳固，避开含水层和含泥多的岩层。平硐的位置与溜井位置关系密切，平硐应尽可能短，不受爆破作业的影响，平硐口应设在最高洪水位之上。下图为平硐溜井开拓典型示意图。当溜井布置在采场内时，随着开采水平的下降，溜井口也要降低到相应水平，即溜井降段，一般每次降低一个台阶高度。下图为溜井贮矿爆破降段示意图。降段时溜井周围的矿石可用浅孔爆破，以免产生大块落人溜井引起堵塞。溜井的堵塞、跑矿以及磨损是平硐溜井开拓的三大灾害、矿石粉矿多或含泥多时，在相应水分条件下易产生堵塞，处理堵塞时又易发生跑矿。磨损是溜井在矿石冲击作用下井壁形态发生改变的破坏。8.2.5胶带运输开拓胶带运输开拓是利用胶带运输系统建立矿岩运输通道的开拓方法。国外煤炭、冶金、建材露天矿广泛应用胶带运输开拓，我国近几年也开始应用这一方法。胶带运输开拓具有生产能力大、升坡能力强、运输距离短、运输成本低等优点，但也有基建投资大、胶带寿命短、生产系统受气候条件影响大、系统自适应凋节能力差等缺点。按露天矿各生产工艺环节是否连续，胶带运输开拓分为连续开采工艺开拓和半连续开采工艺开拓。连续开采工艺主要采用轮斗（链斗）挖掘机挖掘松散矿岩，并将矿岩转载到胶带运输机上运出，其中矿石直接运至矿仓，废石运至废石场后经排土机排土。半连续开采工艺又称间断－连续工艺，它指生产工艺环节中，一部分为连续工艺，另一部分为间断工艺。与半连续开采工艺紧密相连的开拓方案主要有：①公路（铁路）—固定破碎—胶带运输开拓。矿岩一般用单斗挖掘机装入汽车（机车），运至固定破碎站，破碎后经胶带运输机运出。②公路（铁路）－半固定破碎－胶带运输开拓。该方案不同的是几个开采台阶共用一个破碎站，随采场的下降，破碎站逐渐向下移设，下图为大孤山铁矿设计的深部铁路－半固定破碎－斜井胶带运输开拓示意图。③移动式破碎机－胶带运输开拓。其特点是移动式碎破机组安放在采矿、剥离工作水平上，随工作面的推进和下降，破碎机组随之自行移动，矿岩通过挖掘机直接卸入破碎机或装入汽车，运至破碎站破碎机。8.2.6斜坡提升开拓斜坡提升开拓是通过较陡的斜坡提升机道建立工作面与地面卸矿点和废石场的运输联系，是一种投资省、建设速度快、设备简单、生产成本低、提升坡度较大的开拓方案。但斜坡提升机不能直接到达工作面，需与汽车或铁路等配合才能构成完整的开拓运输系统。该开拓方法运输环节多、转载站和矿仓结构复杂且移设困难。常用的斜坡提升开拓方法有斜坡箕斗开拓和斜坡矿车开拓。斜坡箕斗开拓是以箕斗为主体的开拓运输系统，在采场内用汽车或其他运输设备将矿岩运至转载站装入箕斗，提升或下放至地面矿仓卸载，再装入地面运输设备。下图为抚顺西露天煤矿斜坡箕斗开拓示意图。在凹陷露天矿，箕斗道设在最终边帮上；山坡露天矿的箕斗道设在采场境界外的端部。箕斗的转载方式有直接转载和漏斗转载，转载站随开采水平的下降每隔2～4个水平移设一次。斜坡矿车开拓用小于4m3的各型窄轨矿车运输，适用于采用窄轨铁路运输的中小型露天矿。矿车在工作面装载后，由机车牵引至斜坡道的车场，矿车被单个或成串挂至提升机钢丝绳上，用提升机提升或下放至地面站。斜坡矿车道的坡度一般小于250，最大可达300。8.3开拓方法选择露天矿开拓系统是露天矿开采中极其重要的问题，它不仅影响到最终境界的位置，生产工艺系统的选择，矿山工程发展程序等，还直接关系到基建工程量、基建投资、投产和达产时间、生产能力、矿石损失与贫化、生产的可靠性及生产成本等技术经济指标、开拓系统一旦形成，不易改变，因此，正确选择开拓系统是设计中带全局性的关键问题之一。8.3.1选择开拓系统的原则及影响因素（1）选择开拓系统的主要原则确保矿山生产的可靠性和合理性减少基建工程量和投资，施工方便，做到早投产和早达产矿石损失、贫化小少占土地，充分利用地下矿产资源生产工艺简单可靠，设备选择因地制宜生产成本低此外，还要执行我国矿山建设的有关政策和相关行业法现，结合我国国情，因地制宜（2）选择开拓系统的主要影响因素1）矿区自然条件它包括地形、气候、矿床埋藏条件（矿床埋藏深度、倾角、厚度、走向长度、矿床形态、地质构造、覆盖层厚度、矿岩稳固性等），水文及工程地质条件，矿石价值，矿床勘探程度及储量发展远景等。若矿区是山坡地形，比高较大，矿床赋存于地表水平以上，矿岩较稳固，应优先考虑采用平碉溜井开拓；若地形比高较小，坡度较缓，矿床平面尺寸较大，废石场较远时，应采用以铁路为主的开拓系统。2）露天矿生产能力生产能力的大小对选择开拓类型和设备起重要作用。生产能力大时可考虑准轨铁路运输、大型胶带运输、大型汽车运输；生产能力小时可考虑一般的汽车运输、窄轨运输、斜坡提升等开拓方式。3）基建工程量和基建期限矿山建设要求较急或急倾斜矿床上、下盘剥岩量很大时，可考虑靠近矿体布置移动坑线开拓，能显著地缩短建设期限和减少初始基建工程量。4）资金和设备的供应条件现代