露天开采工艺

采矿学教学课件——金属矿床露天开采露天开采绪论矿床品位与储量计算岩石的力学性质及分级最终开采境界的确定露天开采程序露天矿生产计划露天矿床开拓露天开采的生产工艺矿山技术经济第十八章露天开采工艺穿孔作业爆破作业采装与运输排岩作业金属矿床露天开采一般要经过以下四道生产工序：穿孔、爆破、铲装及运输和排岩，以上各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，共同构成了露天开采的最基本生产周期，本章将介绍以上各生产工序中的主要问题。1穿孔作业概述穿孔方法与穿孔设备牙轮钻机1.1概述穿孔作业是矿床露天开采的第一道生产工序，其作业内容是采用某种穿孔设备在计划开采的台阶区域内穿凿炮孔，为其后的爆破工作提供装药空间。穿孔工作质量的好坏直接影响着爆破工序的生产效率与爆破质量。在整个露天开采过程中，穿孔作业的成本约占矿石开采总生产成本的10％~15％。1.2穿孔方法与穿孔设备穿孔方法：热力破碎法与机械破碎法，其相应的穿孔设备有火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻与凿岩台车。露天矿穿孔设备的选择主要取决于开采矿岩的可凿性、开采规模要求及设计的炮孔直径。目前露天矿山常用的穿孔设备：大型露天矿多用牙轮钻；中小型露天矿常用潜孔钻。各类钻机及其相应特性一览表钻机种类钻孔直径(mm)用途钻孔方法一般最大最小火钻200~250380~580100~150含石英高的极硬岩石热力破碎手持式凿岩台车38~4223~25浅孔凿岩和二次破碎等辅助作业冲击式机械破碎凿岩台车56~76100~14038~42小型矿山的主要穿孔作业或大型矿山辅助作业冲击式机械破碎钢绳冲击钻200~250300150大中型露天矿山各种硬度的岩石冲击式机械破碎潜孔钻150~250508~76265~80主要用于中小型矿山中硬以上的岩石冲击式机械破碎旋转式钻机45~160软至中硬矿岩切削式机械破碎牙轮钻机250~310380~44590~100大中型矿山中硬至坚硬的岩石滚压式机械破碎1.3牙轮钻机牙轮钻机的工作原理牙轮钻机的钻具牙轮钻机的工作参数牙轮钻机的生产能力牙轮钻机设备需求数量的确定提高牙轮钻机穿孔效率的途径1.3.1牙轮钻机的工作原理主要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形式使与钻头接触的岩石粉碎破坏，钻进的同时，通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将孔底的粉碎岩渣吹出孔外，从而形成炮孔。牙轮钻头破碎岩石的机理实际上是冲击、压入和剪切的复合作用。KY-310型牙轮钻机1钻杆；2钻杆架；3起落立架油缸；4机棚；5平台；6行走机构；7钻头；8千斤顶；9司机室10净化除尘装置；11回转加压小车；12钻架；13动力装置钻机1.3.2牙轮钻机的钻具牙轮钻机的钻具包括钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头四部分。1牙轮钻头；2稳杆器；3钻杆；4减震器三牙轮钻头外形和三牙轮钻头结构典型的三牙轮钻头外形三牙轮钻头结构图1钻头丝扣；2挡渣管；3风道；4牙爪；5牙轮；6塞销；7填焊；8牙爪轴颈；9滚柱；10牙齿；11滚珠；12衬套；13止推块；14喷嘴；15爪背合金；16轮背合金牙轮钻头1.3.3牙轮钻机的工作参数钻压的确定取决于矿岩的物理机械性质（硬度系数）、钻头的承载能力和钻机的技术性能。钻速与钻具的转速轴压和岩石硬度不同，钻速都有相应的合理取值范围，如当f＝15－20时，宜采用重型钻机，转速取50－80r/min。排渣风速和风量的确定根据炮孔直径、钻杆直径和要求的排渣风速，在风量诺模图上查取所需的风量。1.3.4牙轮钻机的生产能力牙轮钻机的台班生产能力钻机的台年综合效率1.3.4.1牙轮钻机的台班生产能力Vb=0.6VTb式中：Vb牙轮钻机台班生产能力，m/台班；V牙轮钻机机械钻进速度，cm/min；Tb班工作时间，h；班工作时间利用系数，一般情况下＝0.4~0.5。VPnDf37598103..式中：P轴压，N；n钻具的转速，r/min；D钻头的直径，cm；f岩石的坚固性系数；1.3.4.2钻机的台年综合效率钻机的台年综合效率是钻机台班工作效率与钻机年工作时间利用率的函数。影响钻机工作时间利用率的主要因素有两方面：一是因组织管理不科学造成的外因停钻时间；另一方面是钻机本身故障所引起的内因停钻时间。矿山名称矿岩硬度(f)矿岩穿孔单台平均综合效率(m/a)1994年1995年1996年南芬铁矿矿：f=14~18岩：f=8~12317802868834320东鞍山铁矿f=8~20294912265029220水厂铁矿f=8~14358773170535220眼前山铁矿矿：f=16~20岩：f=8~12252402243328032齐大山铁矿f=12~18307382401223160歪头山铁矿f=12~152605727172293521.3.5牙轮钻机设备需求数量的确定NQLqe.1式中：N所需钻机设备的数量，台；Q矿山设计年采剥总量，吨；L每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/年；q每米炮孔的爆破量，t/m；e废孔率，%；国内部分矿山每米炮孔爆破量实际指标矿山名称段高(m)孔径(mm)年份每米孔爆破矿(岩)量(t/m)矿石岩石东鞍山铁矿大孤山铁矿齐大山铁矿眼前山铁矿121212122502502502501977~19811980~1984128~146125~135125115103~126120~135137110南芬露天矿122503101980~1983103~120122~13389~97114~1251.3.6提高牙轮钻机穿孔效率的途径一方面应继续改进牙轮钻机本身的技术性能，提高钻头的工作强度与使用寿命；另一方面，在牙轮钻机穿孔作业时，应当合理配置好各种工作参数，协调好生产中的组织管理，提高钻机的工作时间利用率。2爆破作业概述基建剥离大爆破生产台阶正常采掘爆破靠帮并段台阶的控制爆破2.1概述爆破工作是露天开采中的又一重要工序，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，为后续的采装作业提供工作条件。爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装作业的生产效率与采装作业成本。在露天开采的总生产费用中，爆破作业费用大约占15%~20%。露天开采对爆破工作的基本要求有足够的爆破贮备量，以满足挖掘机连续作业的要求，一般要求每次爆破的矿岩量至少应能满足挖掘机5~10昼夜的采装需要；要有合理的矿石块度，以保证整个开采工艺过程中的总费用最低。具体说来，生产爆破后的矿岩块度应小于挖掘设备铲斗所允许的最大块度和粗碎机入口所允许的最大块度；爆堆堆积形态好，前冲量小，无上翻，无根底，爆堆集中且有一定的松散度，以利于提高铲装设备的效率。在复杂的矿体中不破坏矿层层位，以利于选别开采；无爆破危害，由于爆破所产生的地震、飞石、噪音等危害均应控制在允许的范围内，同时，应尽量控制爆破带来的后冲、后裂和侧裂现象。爆破设计合理，使整个开采过程中的穿孔、爆破、铲装、破碎等工序的综合成本最低。露天开采过程中的爆破作业种类基建期的剥离大爆破生产期台阶正常采掘爆破控制爆破2.2基建剥离大爆破概述大爆破的设计原则及要求主要爆破参数2.2.1概述在山坡露天矿的基建期，为了剥离矿体上部（或侧向）较厚的覆盖岩层，平整工业场地、开挖公路或铁路运输通道，通常要进行大爆破。这种大爆破系指利用开凿地下硐室进行集中装药的大型爆破工程，又称为硐室大爆破。按爆破后岩石的破碎程度和堆积状态，硐室大爆破的方式有以下两种：破碎松动爆破、抛掷爆破：2.2.2大爆破的设计原则及要求经济合理性原则：在保证良好的爆破效果的前提下，尽可能减少基建投资与爆破工程量，加快基建工程的建设速度、降低爆破成本；爆破设计要求：根据矿山基建期与生产期的整体要求，结合矿床的地形地质条件，科学合理地确定大爆破的各项参数及爆破范围，应尽量方便施工，不给后续工程留下隐患；爆破质量要求：爆堆的形态及分布应符合要求，降低大块率，减少边缘欠挖量，爆破后形成的场地要平整。爆破安全要求：在工业场地、重要建筑物或重要设施附近进行大爆破时，必须保证周围环境的安全，在采场边帮附近进行大爆破时，必须保证采矿场边帮的稳定；2.2.3主要爆破参数爆破作用指数n最小抵抗线W药包的间距装药量的计算2.2.3.1爆破作用指数n通常以爆破漏斗半径和最小抵抗线的比值来表征爆破作用指数n的大小。决定着爆破作用的性质、爆破漏斗的尺寸、岩石的破碎程度、抛掷方量的比率以及爆破的技术经济效果。弱松动爆破，n小于0.75，强松动爆破，n在0.75到1之间。抛掷爆破，n受地形坡角和预计爆破方量的抛掷率的影响，通常可参考下表中的经验值选取。抛掷率％47.550556064687276爆破作用指数n0.750.80.91.01.11.21.31.42.2.3.2最小抵抗线W由各药包中心指向其相邻地表的有向线段的长度即为该药包的最小抵抗线W。最小抵抗线的大小取决于爆破工程的要求、地形条件和药包的布置方式。a单层单排单侧作用药包b单层双排单侧作用药包d单层单排双侧作用药包c双层单排单侧作用药包i多重作用的复合药包采空区f单层双排单侧作用药包g单层单排双侧不对称作用药包h单层双排单侧作用的不等量药包e单层多排主药包双向作用辅药包单向作用药包的布置形式与抵抗线硐室爆破药包布置分类表爆破作用方向药包布置形式适用条件单侧作用单层单排布置单层双排布置双层单排布置缓坡地形，高差小同上，要求爆破后形成宽平台陡坡地形，高差大双侧作用单排布置多排布置，(主药包双侧作用，辅助药包单侧作用)并列单侧作用单排布置，(一侧松动作用，另一侧抛掷)并列不等量药包，(单侧作用)山脊地形坡度平缓的山包顶部较宽的山脊或山包两侧地形坡度不同的山脊或山包两侧地形坡度不同的山脊或山包多向作用单一药包单一主药包多向作用，辅助药包群多向作用孤立山头，多面临空，地形坡度较陡孤立山头，多面临空，地形坡度较缓，爆破山头高差较大多重作用复合布置一切复杂的地形地质条件2.2.3.3药包的间距硐室爆破的药包间距通常根据最小抵抗线和爆破作用指数来定。在其它条件一定时，岩石越软，药包的间距应越大；反之，岩石越硬，药包的间距应越小。在不同的地形地质条件下，各种硐室爆破的药包间距的取值如下表所示。药包间距计算经验公式Wfn()3Wfn()3(.~.)080912Wn1n爆破类型地形条件岩性间距公式松动爆破平坦斜坡、台阶土、岩土、岩(0.8~1.0)W(1.0~1.2)W加强松动爆破平坦岩石土、软岩0.5W(1+n)斜坡硬岩软岩(1~1.34)nW多面临空土抛掷爆破斜坡土、岩土、岩0.5W(1+n)~nWnW~0.9W2.2.3.4装药量的计算装药量是标准炸药单耗q与爆破作用指数n和最小抵抗线W的函数，通常依据以下的经验公式计算：(1)松动爆破的装药量：斜坡地形Q=0.36qW3平坦地形Q=0.44qW3(2)抛掷爆破和加强松动爆破的装药量：Q=(0.4+0.6n3)qW3此计算方法在0.7n3和W25m的时，计算结果较符合实际。如果W25m，计算出的药量偏小，应再将计算结果乘以系数k：从式中可以看出，W值越大，k值就越大，Q值也相应增大。但当W值很大时，则需对药量进行特别校验。kW252.3生产台阶正常采掘爆破概述生产台阶正常采掘的爆破方法台阶正常采掘爆破参数及爆破设计2.3.1概述露天台阶正常采掘爆破是在每一生产台阶分区依次进行的，爆破区域的大小即为一个采掘带。对于每一爆破区域当前序穿孔作业完成炮孔的穿凿工作后，爆破工序即开始运行。首先，由爆破设计人员依据穿孔工序所生成的实测布孔图进行爆破设计与计算。设计的内容主要有炸药类型及单耗(或装药密度)的选取，炮孔装药结构设计，每孔装药量与总炸药消耗量计算，起爆网络及起爆方式设计，然后爆破人员依据爆破方案进行