露天开采第二章-露天开采工艺

李建忠太原理工大学矿业工程学院露天开采第二章露天开采工艺间断开采工艺连续开采工艺半连续开采工艺综合开采工艺间断开采工艺煤岩松碎采装运输排土间断开采工艺——煤岩预先松碎一、穿孔作业穿孔方法：机械破碎穿孔、热力破碎穿孔、高压水力穿孔、化学穿孔、声波穿孔。机械穿孔设备：钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻、凿岩台车。热力穿孔设备：火钻。目前主要应用设备：牙轮钻、潜孔钻。间断开采工艺——煤岩预先松碎1、钢绳冲击式钻机工作原理：钢绳冲击式钻机（俗称磕头钻）是靠钻具自由下落冲击孔底而破碎岩石。这种穿孔设备结构简单，适应性强，易于维修，但穿孔效率低，劳动强度大，使穿孔工作成为露天开采过程中的薄弱环节，从而严重的影响其他生产工作的进行，目前已基本淘汰。间断开采工艺——煤岩预先松碎2、潜孔钻机工作原理：潜孔钻机是一种冲击回转式钻机，凿岩时把产生冲击作用的气动装置—冲击器和钻头潜入孔底，随着孔深的增加，冲击器和钻头随之向孔底进行冲击并推进，同时钻杆在上部回转机构的带动下进行回转，使钻头对孔底产生剪切作用形成钻孔。潜孔钻机具有结构简单，穿孔速度较快，机械化程度高，可以打倾斜孔，制造费用低等优点，穿孔效率比冲击绳钻机高2-3倍，适用于中等硬度的岩石。间断开采工艺——煤岩预先松碎3、牙轮钻机工作原理：牙轮钻机是一种回转式钻机。它是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动，同时对钻头施加轴向压力，以回转动压和强大的静压使与钻头接触的岩石粉碎破坏。同时通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将岩粉吹出孔外，从而形成炮孔。间断开采工艺——煤岩预先松碎牙轮钻机特点：回转机构布置在加压小车上，小车可沿立架上下滑动，连续加压，故称滑架式，其加压方式多为封闭链—齿条式。此种钻机的机械化程度高，操作方便，辅助时间少，作业率高，钻孔效率高，与冲击式钻机比较，可以减轻劳动强度，并使穿孔效率提高4-5倍。牙轮钻机使用三牙轮合金柱钻头。间断开采工艺——煤岩预先松碎牙轮钻机牙轮钻机的钻具包括：钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头。钻杆长度一般为9.2或9.9m。稳杆器可减小钻杆摆动，防止钻孔偏斜。牙轮钻机使用三牙轮合金柱钻头。间断开采工艺——煤岩预先松碎牙轮钻机的工作参数钻压、钻具转速、排渣风量与风压。钻压超过岩石的抗压强度，岩石被压碎，此时，钻孔速度快，钻头寿命长。根据实践经验总结出不同矿岩硬度系数选取不同的钻压，如右表：f直径190mm直径250mm直径310mm81012.315.91012.215.519.91214.619.023.81417.621.627.81619.524.931.8182228.035.72024.331.239.7间断开采工艺——煤岩预先松碎牙轮钻机转速：在不同的轴压下钻头钻进速度V与钻具转速n的关系。由图可见，转速达到一定值后，钻进速度不增反而减小。钻机类型轻型钻机中型钻机重型钻机岩石硬度系数F8F=10~14F=15~20转速r/min80~12060~10050~80排渣风速与风量：经验表明：排渣风量不足时，岩渣在孔底被反复破碎，将显著地降低钻进速度和钻头寿命；另一方面，排渣风量过大，从孔底吹出的岩渣对钻头和钻杆的磨损作用也将显著增大。drilling视频间断开采工艺——煤岩预先松碎4、火钻在国外个别矿山使火力钻机作为坚硬矿岩的穿孔设备。火钻穿孔原理是以喷气技术为基础，用类似火箭发动机推力室的火焰燃烧器，在纯氧中燃烧炭化氢（如2号柴油或煤油），以高温（2480º-3200℃）和高速（超音速：1800米／秒）的火流喷向岩石表面，使岩石在热应力作用下，骤热、膨胀、碎裂、剥落而成孔，并不是将岩石熔化。火钻适宜于含矽较多的极硬而又致密的矿岩（如辉长岩、花岗岩和石英岩等）中穿孔，但对裂隙发达的岩石以及粘土含量超过2-4％的岩石，不宜采用火钻。间断开采工艺——煤岩预先松碎二、爆破作业爆破是露天矿开采的第二个工艺环节，通过爆破作业，将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续采装作业提供工作条件。露天矿爆破工作的好坏，对采装工作影响很大，要求爆破后的爆堆集中，爆破的矿岩块度应满足采装设备的要求，尽量减少根底和大块，保证工作平盘平整，还必须努力降低爆破材料消耗和穿爆费用。间断开采工艺——煤岩预先松碎1、炸药和起爆方法矿用工业炸药：硝酸铵为主的铵梯、铵油及铵沥蜡炸药。起爆方法分为电起爆和非电起爆两类。电起爆有电雷管和起爆器两种。非电起爆有火力起爆及导爆索起爆。间断开采工艺——煤岩预先松碎2、爆破参数常用的爆破方法有浅孔爆破、深孔爆破、裸露爆破和药壶爆破四种。浅孔爆破：在小型矿山的台阶爆破和大型矿山的辅助性爆破，如开出入沟、修路、处理根底及不合格大块等，其直径在50mm左右。深孔爆破：露天矿台阶正常采掘爆破常用的方法。裸露爆破：不钻孔进行的大块二次爆破或根底处理。药壶爆破：可以克服较大的底盘抵抗线，减少钻孔工作量，通常在工作困难的条件下使用。间断开采工艺——煤岩预先松碎露天矿的穿爆参数如图所示，包括：孔径d、底盘抵抗线Wd、孔距a、排距b、超钻深度h0、填塞长度L0、单位炸或消耗量q。底盘抵抗线：炮孔中心至台阶坡底线的最小距离。根据经验有：Wd=(25-45)dWd=(0.6-0.9)h台阶高度一般为10-12m。间断开采工艺——煤岩预先松碎边沿距：第一排炮孔的孔位距台阶边沿之间的距离C。底盘抵抗线Wd的应满足约束条件：Wd≥h(ctgα–ctgβ)+CC——边沿距；h——台阶高度；α——台阶坡面角；β——炮孔倾角；孔距：同排两相邻炮孔中心的距离。a=mWdb=asin60º行距：平行于台阶坡顶线方向上两排炮孔之间的距离。超钻长度：炮孔超过台阶底盘的垂直深度，作用是降低装药中心的高度，克服台阶底盘的阻力。以避免出现根底。h0=(0.15-0.35)Wd填塞长度：L0≥0.75Wd装药量：Q=qhaWd间断开采工艺——煤岩预先松碎爆破方法采用单排孔即发和多排孔毫秒爆破。毫秒爆破是将炮孔分组起爆，各组之间间隔延迟若干毫秒，先爆部分为后爆部分岩石创造自由面，而且，先爆岩石对后爆部分产生挤压作用。因此，多排孔毫秒爆破增加了每次爆破的矿岩量，爆破时，在相邻钻孔的爆破波相互挤压下，使岩石破碎均匀，产生的根底和大块少，地震作用减少，爆堆比较集中，从而有利于提高采装效率、减少爆破次数，并提高了挖掘机纯工作时间及效率。间断开采工艺——煤岩预先松碎布孔方式与起爆顺序排间顺序起爆大孔距排间顺序起爆斜线顺序起爆V形起爆波浪形起爆中间或楔形掏槽起爆间断开采工艺——煤岩预先松碎爆破方法挤压爆破预裂爆破缓冲爆破光面爆破间断开采工艺——煤岩预先松碎挤压爆破：台阶工作面前面留有一定数量的渣体，爆破时起到挤压效果和阻挡作用，使矿体均匀破碎，爆堆更集中。间断开采工艺——煤岩预先松碎预裂爆破：在一个台阶向边帮台阶过渡时，在紧邻边帮的最后一排孔布置预裂孔，在正常台阶爆破之前爆破预裂孔，形成预裂面，以减小爆破对最终边帮的震动破坏作用。````预裂孔缓冲孔主爆孔间断开采工艺——煤岩预先松碎缓冲爆破：缓冲孔位于预裂孔和生产炮孔之间的一排孔。特点：孔网参数略小于生产炮孔，且孔底不设超深，装药量也小于生产炮孔的装药量,缓冲孔与预裂孔同时起爆，或略迟于预裂孔起爆。````预裂孔缓冲孔主爆孔间断开采工艺——煤岩预先松碎光面爆破：临近边坡的光面爆破和预裂爆破基本相似，也是沿边坡界线钻凿一排较密集的平行钻孔，往孔内装入少量炸药，在采区钻孔起爆之后起爆，从而沿密集钻孔中心连线形成平整的岩壁面。间断开采工艺——采装采装是将软岩或被预先破碎了的煤岩，通过机械设备采挖并装入运输设备中，或倒卸在指定地点。间断式采装设备有：单斗挖掘机、前装机和铲运机等。单斗挖掘机是采装的主要设备。按传动方式可分为电铲和液压铲。按其工作装置分为正铲、反铲、刨土铲、拉铲和抓斗铲。按行走机构分为履带式、迈步式和轮胎式。露天矿使用电动、正铲的居多。正铲由底座、机体、臂架和工作机构组成。间断开采工艺——采装单斗挖掘机的工作参数挖掘半径Rw最大挖掘半径Rw.max站立水平挖掘半径Rw.p卸载半径Rx最大卸载半径Rxmax挖掘高度Hw最大挖掘高度Hwmax卸载高度Hx最大卸载高度Hxmax下挖深度hw间断开采工艺——采装单斗挖掘机的作业方式按与运输设备的相对位置分为平装车、上装车、倒堆和联合装车四种。间断开采工艺——采装采掘工作面参数单斗挖掘机工作面参数主要有：台阶高度、采区长度、采掘带宽度和工作平盘宽度。1）台阶高度h采用平装车：松软煤岩：台阶高度一般不大于挖掘机的最大挖掘高度。2HT/3＜h≤HWmax坚硬矿岩：爆堆高度可以为最大挖掘高度的1-1.3倍。2HT/3＜h（1-1.3）HWmax台阶高度过低，铲斗装不满，增加台阶数目，不得低于挖掘机推压轴高度的2/3。间断开采工艺——采装采用上装车：按照挖掘机的最大卸载高度和最大卸载半径来确定台阶高度。取下列二式中的较小值：h≤HXmax–hc-exh≤(Rxmax–Rw.p-c)tanαhc——台阶上部平盘至车辆上缘高度α——台阶坡面角c——铁道中心线至台阶坡顶线的间距ex——铲斗下缘至车辆上缘间隙0.5-1m台阶高度除了受挖掘机的工作参数影响外，还受矿岩性质与煤藏条件、穿爆工作要求、矿床开采强度及运输条件等因素的影响。高度增加可以减少台阶总数、简化开拓运输系统、降低材料消耗。基建时期应采用较小的台阶高度。间断开采工艺——采装采掘工作面参数2）采区长度Lc划归一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫做采区长度。采区长度应根据需要和可能来确定，一般是按穿爆和采装相结合，至少应保证挖掘机有5-10d以上的采装爆破量。汽车运输时，采区长度一般为150-200m。铁道运输时，采区长度一般不小于列车长度的2-3倍，400m。3）采掘带宽度A挖掘机一次挖掘的宽度。与挖掘半径和卸载半径有关。A≤(1-1.5)Rwp间断开采工艺——采装采掘工作面参数4）工作平盘宽度B工作平盘是采装作业的场地。宽度主要取决于爆堆宽度、运输方式、运输设备规格、动力管线的配置方式以及作业的安全宽度等因素。汽车运输时最小工作平盘宽度：Bmin=b+c+d+e+f+g间断开采工艺——采装采掘工作面参数间断开采工艺——采装挖掘机生产能力间断开采工艺——采装提高挖掘机生产能力的途径1)结合矿山的设计生产能力，合理选择挖掘机自身的设备规格与技术规格。2)优化爆破设计、改善爆破质量，以提高挖掘机装载效率与满斗系数。3)通过技术培训，提高挖掘机操纵人员的工作水平和熟练程度，进而提高挖掘机的工作效率与生产能力。4)合理选择挖掘机的采装方式与运输设备的供车方式，以缩短挖掘机工作循环时间。间断开采工艺——采装习题：某露天煤矿采用间断开采工艺，3个台阶同时生产，每个台阶布置3台单斗挖掘机，挖掘机铲斗容积30m3，满斗率为0.85，松散系数1.3，每5分钟卸斗一次，工作面时间利用系数为0.75，煤容重为1.4t／m3,每班工作8小时，每日三班作业，年工作日按300天计，计算该露天矿原煤年生产能力。间断开采工艺——运输运输工作：目的是将煤岩经运输设备运至卸煤站或选煤厂，排土场，还包括辅助材料及人员的运送。运输工序起到“纽带作用”，在基建时期，其费用占到基建总额的40%-60%，生产期间，运输成本和工时分别占到总成本和总工时的一半以上。根据不同的地形、地质条件及开采要求，露天矿的运输方式分为单一运输方式和联合运输方式。单一运输方式：公路运输、铁路运输联合运输方式：公路-铁路、箕斗运输、提升机运输间断开采工艺——运输露天矿运输的基本要求：1）露天矿物料的运距，尤其是剥离岩石的运距应尽可能最短；2）最好应用最简单的运输方式，和较少的运输设备类型，以简化管理和维修组织工作；3）运输设备的容积和强度应与采装和卸载设备的容积以及矿岩的运输性质相适应；4）所采用的运输方式应保证工作可靠，移运过程尽可能保证最大的连续性；5）采用的运输方式应保证工作安全和采矿成本最低。间断开采工艺——运输铁路运输1）优点：可利用任何种类的能