采煤概論教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二十一章 露天開采第一節(jié) 概述 露天開采就是采掘空間直接敞露于地表，為了采煤需剝離煤層上覆及其四周的土巖。因此，采場(chǎng)內(nèi)建立的露天溝道線路系統(tǒng)除擔(dān)負(fù)著煤炭運(yùn)輸外，還需將比煤量多幾倍的土巖運(yùn)往指定的排土場(chǎng)。所以，露天開采是采煤和剝離兩部分作業(yè)的總稱。 一、生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié) 露天開采工藝環(huán)節(jié)分主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)兩類。 (一)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) (1)煤巖預(yù)先松碎 采掘設(shè)備的切割力是有限度的，除軟巖可以直接采掘外，對(duì)中硬以上的煤巖必須進(jìn)行預(yù)先松碎后方能采掘。(2)采裝 利用采掘設(shè)備將工作面煤巖鏟挖出來，并裝人運(yùn)輸設(shè)備(汽車、鐵道、車輛、輸送機(jī))的過程。(3)運(yùn)輸 采掘設(shè)備將煤

2、巖裝入運(yùn)輸設(shè)備后，煤被運(yùn)至卸煤站或選煤廠，土巖運(yùn)往指定的排土場(chǎng)； (4)排土和卸煤 土巖按一定程序有計(jì)劃地排棄在規(guī)定的排土場(chǎng)內(nèi)，煤被卸至選煤廠或卸煤站。 (二)輛助環(huán)節(jié) 輔助環(huán)節(jié)包括；動(dòng)力供應(yīng)；疏于及防排水；設(shè)備維修：線路修筑、移設(shè)和維修；滑坡清理及防治等。二、露天開采的采場(chǎng)要素及開采工藝分類1.臺(tái)階在開采過程中，露天礦往往被劃分為若干具有一定高度的水平分層，這種分層被稱為“臺(tái)階”，見圖21-1所示。臺(tái)階要素包括：臺(tái)階上部水平面，即上盤、下盤；朝向采空區(qū)的傾斜面，即坡面和臺(tái)階高度h，臺(tái)階坡面角等。臺(tái)階的位置往往用它的下盤標(biāo)高來表示，如+100m水平，+115水平。圖21-1 臺(tái)階要素圖 2.露

3、天礦場(chǎng)要素(1) 露天開采境界露天開采終了時(shí)的空間狀態(tài)。它包括開采終了時(shí)的地面境界AB、邊幫AC、BD和底部境界線CD (圖212)。圖21-2 露天采場(chǎng)構(gòu)成要素(2)邊幫 由采場(chǎng)四周坡面及平臺(tái)組合成的表面總體。其中包括：工作幫（圖21-2中的GE）：由工作面臺(tái)階所組成，正在進(jìn)行開采的邊幫或一部分。非工作幫（圖21-2中的AG、BF）：由非工作面臺(tái)階所組成的邊幫。 (3)邊幫角工作邊幫角（圖21-2中的）：工作幫最上臺(tái)階和最下臺(tái)階坡底線形成的假想平面與水平面的夾角。最終邊幫角（圖21-2中的、）：露天礦場(chǎng)終了時(shí)，最上臺(tái)階坡頂線和最下臺(tái)階坡底線組合成的假想平面與水平面的夾角。 3.開拓與開采要素

4、出入溝：建立采場(chǎng)與地表運(yùn)輸通道的露天溝道。開段溝：開掘某標(biāo)高采掘工作面的溝道。開采程序：采場(chǎng)內(nèi)土巖的剝離和采煤工程，在空間和時(shí)間上合理配合的發(fā)展順序。三、露天開采的優(yōu)缺點(diǎn) 露天開采與地下開采相比較，有以下優(yōu)缺點(diǎn)： (1)礦山生產(chǎn)規(guī)模大 山西平朔安太堡露天礦年產(chǎn)原煤15.00Mt。黑岱溝、霍林河、元寶山和伊敏河露天煤礦計(jì)劃規(guī)模為5.0012.00Mt/a。國(guó)外已有規(guī)模達(dá)50.00Mt/a的露天煤礦，年剝離量可達(dá)1億到3億m3。 (2)勞動(dòng)效率高 1996年霍林河南露天煤礦原煤全員效率達(dá)19t/工；平朔安太堡露天煤礦全員效率36.6t/工。 (3)生產(chǎn)成本低 露天開采成本的高低與所選擇的工藝、煤巖

5、運(yùn)距、開采單位煤量所需剝離的土巖數(shù)量等有關(guān)。但與地采相比是低的。世界露天采煤成本約為地下開采采煤成本的二分之一。 (4)資源采出率高 一般可達(dá)90以上，還可對(duì)伴生礦產(chǎn)綜合開發(fā)。 (5)作業(yè)空間不受限制 露天礦由于開采后形成的是敞露空間，可以選用大型或特大型的設(shè)備，因而開采強(qiáng)度較大。 (6)木材、電力消耗少。 (7)建設(shè)速度快，產(chǎn)量有保證，生產(chǎn)安全，勞動(dòng)條件較好。 (8)占用土地多，污染環(huán)境 露大開采后的復(fù)田作業(yè)需花費(fèi)相當(dāng)數(shù)量的時(shí)間與資金。 (9)受氣候影響大 嚴(yán)寒、風(fēng)雪、酷暑、暴雨等會(huì)影響生產(chǎn)。(10)對(duì)礦床賦存條件要求嚴(yán)格 露天開采范圍受到經(jīng)濟(jì)條件限制，因此覆蓋層太厚或埋藏較深的煤層尚不能用

6、露天開采法。第二節(jié) 露天開采的主要工藝過程露天開采工藝方法，根據(jù)采掘、運(yùn)輸、排土三個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)所采用的開采機(jī)械設(shè)備的工作特點(diǎn)，可以劃分為三種類型：間斷式開采工藝、連續(xù)式開采工藝、半連續(xù)式開采工藝。下面重點(diǎn)介紹我國(guó)露天煤礦采用較多的間斷作業(yè)工藝方式。一、煤巖預(yù)先破碎 露天礦廣泛采用的預(yù)先松碎方法是穿孔爆破。 (一)穿孔 穿孔用穿孔機(jī)完成，穿孔機(jī)有沖擊式和回轉(zhuǎn)式兩類。1鋼繩沖擊式鉆機(jī) 鋼繩沖擊式鉆機(jī)是我國(guó)露天煤礦中的主要穿孔設(shè)備，它的工作原理如圖213所示。 2潛孔鉆機(jī)它是一種風(fēng)動(dòng)沖擊式鉆機(jī)。工作時(shí)將沖擊器和鉆頭一起潛入鉆孔，壓縮空氣經(jīng)鉆桿送入沖擊器沖擊鉆頭，孔底巖粉由壓氣排出孔外。 圖21-4

7、 KQ-200型潛孔鉆機(jī)3.牙輪鉆機(jī)它是一種回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。工作時(shí)借助推壓提升機(jī)構(gòu)向鉆頭施加高鉆壓和扭矩，將煤者在靜壓、少量沖擊和剪切作用下破碎，巖渣通過壓縮空氣吹出孔外。圖21-5 KY-310鉆機(jī)示意圖(二)爆破爆破工作是將煤巖從整體中分離下來，并按一定塊度和工程要求堆積成一定的幾何形體。爆破用炸藥主要應(yīng)用以硝酸銨為主加適量可燃劑組成的干爆炸劑和以硝酸銨水溶液為主加敏化劑等組成的含水炸藥。如銨梯炸藥、銨油炸藥和銨瀝蠟炸藥。起爆方法可分為電起爆和非電起爆兩類。電起爆有電雷管和起爆器兩種，非電起爆有火力起爆和導(dǎo)爆索起爆。二、采裝工作采裝工作就是將軟巖或預(yù)先松碎了的煤巖，通過機(jī)械設(shè)備采挖并裝入運(yùn)輸設(shè)備

8、中，或倒卸在指定地點(diǎn)。 廣泛得到應(yīng)用的間斷式采裝設(shè)備有：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)、前裝機(jī)和鏟運(yùn)機(jī)等幾種形式。(一)單斗挖掘機(jī)單斗挖掘機(jī)按其工作裝置可分如下幾種：正鏟、反鏟、刨土鏟、拉鏟和抓斗鏟。（圖21-7） (二) 前裝機(jī) 該機(jī)將采裝、短距離運(yùn)輸、排棄和輔助作業(yè)集于一個(gè)設(shè)備。它靈活機(jī)動(dòng)，運(yùn)行速度高，爬坡作業(yè)性能好，維護(hù)費(fèi)用低。前裝機(jī)多是輪胎式的，運(yùn)輸距離一般不超過150 m。國(guó)產(chǎn)的前裝機(jī)斗容為5m3，國(guó)外有斗容達(dá)22m3的前裝機(jī)。圖21-9 前裝機(jī)三、運(yùn)輸煤巖從工作面經(jīng)采裝設(shè)備挖掘裝入運(yùn)輸設(shè)備后，煤被運(yùn)往卸煤站或選煤廠，巖被運(yùn)往排土場(chǎng)，生產(chǎn)上所需材料等被運(yùn)往指定地點(diǎn)。運(yùn)輸工作是采裝和排卸的連接環(huán)節(jié)，起著“

9、紐帶”的作用。也決定著整個(gè)生產(chǎn)任務(wù)完成的好壞。常用的運(yùn)輸方式有：準(zhǔn)規(guī)和窄軌鐵路運(yùn)輸，公路運(yùn)輸，箕斗運(yùn)輸和聯(lián)合運(yùn)輸。1.鐵路運(yùn)輸2.公路運(yùn)輸3聯(lián)合運(yùn)輸四、排土露天開采為了采煤而必須剝離的土巖，經(jīng)運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至一定地點(diǎn)排棄，這個(gè)排棄的場(chǎng)所稱排土場(chǎng)。由于被剝離的土巖往往是采煤量的好幾倍，所以場(chǎng)地的選擇、容量大小、距離采場(chǎng)的遠(yuǎn)近都將直接影響到剝離成本。第三節(jié) 露天開采程序及開拓運(yùn)輸系統(tǒng)一、 開采程序露天礦場(chǎng)開采程序系指在露天開采范圍內(nèi)采煤、剝巖的順序。即采剝工程在時(shí)間和空間上發(fā)展變化的方式。諸如采剝工程臺(tái)階劃分，采剝工程初始位置確定，采剝工程水平推進(jìn)、垂直延深方式，工作幫構(gòu)成等。開采程序的選擇與煤巖賦存

10、條件、露天礦場(chǎng)的尺寸和幾何形狀、工藝類型、開拓方式以及煤產(chǎn)量、質(zhì)量、投產(chǎn)時(shí)間、達(dá)產(chǎn)時(shí)間等有關(guān)。根據(jù)煤巖賦存條件和礦場(chǎng)尺寸，可以考慮臺(tái)階劃分及臺(tái)階高度、設(shè)備的選型、開拓運(yùn)輸系統(tǒng)及第一個(gè)溝位的確定。同一個(gè)礦山，所選的開采程序、工藝系統(tǒng)、開拓方式不同、將有不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。所以，決定方案時(shí)，應(yīng)擬多個(gè)方案從中擇優(yōu)。（一）采剝工程臺(tái)階劃分及臺(tái)階開采程序露天礦場(chǎng)內(nèi)，采煤、剝離工程通過劃分成臺(tái)階來開采。臺(tái)階的劃分應(yīng)利于設(shè)備效率的發(fā)揮、作業(yè)安全及提高煤質(zhì)。對(duì)勺斗斗容為34m3的單斗挖掘機(jī)，臺(tái)階高度一般為1012m；大規(guī)格的挖掘機(jī)，臺(tái)階高度可達(dá)2025m；大型倒堆挖掘機(jī)，臺(tái)階高度可在30 m以上；輪斗挖掘機(jī)，

11、組合臺(tái)階高度可達(dá)4050 m。臺(tái)階劃分，一般按水平劃分，稱水平分層；有時(shí)是傾斜的表面，稱傾斜分層。水平分層利于采掘、運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)，多采用此方式；在某些緩斜煤層條件下，為了提高煤質(zhì)，減少頂?shù)装鍘r石的混入，可在煤層開采中選用傾斜分層開采程序。 （二）工作幫及其推進(jìn)1、開段溝初始位置確定 第一個(gè)臺(tái)階的開段溝位置一般選在剝離量少的煤層露頭處，可設(shè)在煤層底板，也可設(shè)在煤層頂板，溝道可以平行煤層走向，也可以平行煤層傾向，如圖23-13中的(a)、(b)。溝道亦可以成圈形布置，如圖21-13中的(c)、(d)。圖21-13 開段溝位置2、工作幫構(gòu)成工作幫形態(tài)決定于組成工作幫的各臺(tái)階之間的相互位置，通?？捎霉?/p>

12、作幫坡角大小來表示。如圖21-14所示。 圖21-14 工作幫坡角3、工作幫推進(jìn)工作幫推進(jìn)方向與礦山工程開段溝初始位置有關(guān)。圖2115(a)是煤層底板拉溝，向頂幫推進(jìn)，即一個(gè)工作幫。圖2115 (b)是從煤層頂板拉溝，工作幫向頂、底幫兩個(gè)方向推進(jìn)，形成一個(gè)剝離工作幫，一個(gè)采煤工作幫。這兩種臺(tái)階工作幫的推進(jìn)方式均為平行推進(jìn)。有的可以扇形方式推進(jìn)(圖2116)。 圖21-15 工作幫推進(jìn)圖(a)一個(gè)工作幫；(b)一個(gè)剝離工作幫，一個(gè)采礦工作幫圖21-16 工作幫扇形推進(jìn)1剝離臺(tái)階；2采礦臺(tái)階；3內(nèi)部排土場(chǎng)二、礦床開拓 礦床開拓指開掘礦山坑道(或修筑通路)以開辟?gòu)牡乇碇恋V床或自礦床的某一開采部分至另

13、一部分的運(yùn)輸通路，并為開掘開段溝和開掘礦山坑道(溝道或井巷)的工作創(chuàng)造條件。 礦床開拓包括確定礦體開采順序、開拓方法、臺(tái)階高度及坑線布置等項(xiàng)內(nèi)容。第四節(jié) 露天礦生產(chǎn)能力 露天礦的生產(chǎn)能力，不僅指年產(chǎn)煤量，還有年剝離土巖量。一、露天開采境界露天開采境界系指露天礦場(chǎng)開采終了時(shí)形成的空間輪廓。它由礦場(chǎng)的地表境界、底部境界和四周幫坡組成。 1、影響露天開采境界的因素(1)自然因素 包括煤層埋藏條件，如：賦存狀態(tài)、厚度、傾角、煤質(zhì)、圍巖巖性、地形地貌、工程和水文地質(zhì)條件等。 (2)技術(shù)組織因素 包括開采技術(shù)水平、裝備水平、地面主要建筑物、城市、廠房等。 (3)經(jīng)濟(jì)因素 包括基建投資、基建期和達(dá)產(chǎn)時(shí)間、煤

14、炭的開采成本及銷售價(jià)格中煤炭的貧化損失、設(shè)備供應(yīng)情況及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等。 2、合理開采深度的確定原則當(dāng)一個(gè)煤田或煤田的部分被確定用露天法開采時(shí)，首先必須確定以什么原則圈定其合理的開采范圍。現(xiàn)以圖21-21所示傾斜煤層為例加以說明。圖21-21 露天礦橫斷面開采示意固設(shè)煤層厚度為m，頂幫邊幫角為，臺(tái)階高度為h，露頭上部巖土量為V0。每向下延深一個(gè)高度h采出煤量為P，為此所需剝離巖土量為V。則h1時(shí)采出煤量為P1、剝離巖土量為V1；h2時(shí)采出煤量為P2、剝離巖土量為V2···；直至hi時(shí)為Pi和Vi。從中可以看出，在m、h不變時(shí)，各水平采煤量P值變化不大，而V值隨著

15、深度的加大和的減小而增加。由此可見，露天開采的范圍（深度）必然有一限度，即CLPiaPi+bVi （21-1）式中：CL露采煤炭售價(jià)，元t；Pi第i標(biāo)高采出煤量，t；Vi第i標(biāo)高所需剝離土巖量，m3；a露天純采煤成本，元t；b露天純剝離成本，元m3。式（21-1）說明了每延深一個(gè)深度所采出的煤量，市場(chǎng)上銷售所得金額應(yīng)大于或等于采煤費(fèi)用和為采煤而必須剝離巖土的費(fèi)用兩項(xiàng)之和。上式亦可表示為（21-2）左式 表明采出的煤量和所需剝離巖量的比值；公式右邊 為煤售價(jià)與單位采剝成本間的關(guān)系，表明采出單位煤量經(jīng)濟(jì)上允許的最大剝離量值。由上可知，合理開采深度的確定主要取決于經(jīng)濟(jì)因素和受賦存條件決定的煤量與巖量

16、之比值。露天礦合理開采深度的確定，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)煤、巖比值大小的控制，使其不超過經(jīng)濟(jì)上允許的 值。二、剝采比所謂剝采比即是開采單位煤量所須剝離的巖石量。下面簡(jiǎn)單介紹平均剝采比、境界剝采比、生產(chǎn)剝采比和經(jīng)濟(jì)合理剝采比。 1、平均剝采比np露天開采境界內(nèi)，全部巖石量與采出煤量之比，如圖21-22所示。 圖21-22 平均剝采比計(jì)算示意圖 圖21-23境界剝采比計(jì)算示意圖 （21-3）式中 np平均剝采比；V開采境界內(nèi)全部巖土量，m3或t；采出系數(shù)；P開采境界內(nèi)全部工業(yè)儲(chǔ)備量，m3或t。2、境界剝采比nk當(dāng)露天開采境界做少量變化（擴(kuò)大或減少h）所引起的巖土量與煤量變化之比值，如圖21-23所示。 （2

17、1-4）式中 nk境界剝采比；Vk境界少量變化擴(kuò)大的巖土量，m3或t；Pk境界擴(kuò)大后增加的煤量，m3或t。由圖21-23和公式（21-4）可知，境界剝采比實(shí)為邊界巖煤增量之比。在露天礦圈定境界時(shí)，多采用境界剝采比作為公式（21-2）中左邊計(jì)算內(nèi)容。三、生產(chǎn)剝采比ns露天礦某一生產(chǎn)時(shí)期剝離的巖土量與采出煤量之比，如圖21-24所示。 （21-5）式中 ns生產(chǎn)剝采比；Vs某一生產(chǎn)時(shí)期剝離的巖土量，m3或t； 圖21-24 生產(chǎn)剝采比計(jì)算圖Ps同一生產(chǎn)時(shí)期采出的工業(yè)煤量，m3或t。露大礦生產(chǎn)時(shí)，上下臺(tái)階間應(yīng)保持工作平盤寬度，由此構(gòu)成工作幫坡角。的變化會(huì)直接影響ns的變化，生產(chǎn)中亦正是利用調(diào)整工作幫

18、坡角，來均衡生產(chǎn)剝采比，以達(dá)到在某一較長(zhǎng)時(shí)期510（a）內(nèi)設(shè)備數(shù)量和人員的穩(wěn)定。4、經(jīng)濟(jì)合理剝采比njnj系指分?jǐn)偟絾挝幻毫可系淖畲笤试S的剝離量，該值為一系列經(jīng)濟(jì)因素所決定。主要的計(jì)算方法有：（1）露天、地下開采單位煤量成本相等，即Cd=a+nb （21-6）式中 Cd地下開采單位煤量成本，元t；a、b露天開采純采煤、剝離單位成本，元/t、元/m3；n允許剝采比，m3/t。由式(216)可轉(zhuǎn)換為 （21-7）此公式表明若露天開采單位采煤成本不高于地下單位采煤成本時(shí)，允許的經(jīng)濟(jì)剝采比為（2）露天開采法采出煤的成本與其售價(jià)相等，即 CL=a+nb （21-8）則（21-9）在境界圈定中，廣泛采用境界剝采比小于等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比的原則，即（21-10）即 nknj （21-11）式子左邊是煤巖量的比值，右邊是由經(jīng)濟(jì)因素確定的最大剝采比值。三、露天礦生產(chǎn)能力露天礦生產(chǎn)總能力應(yīng)為年采煤和剝離兩個(gè)量之和，亦即年采剝總量為A=Ap+Av=Ap+nsAp=Ap（1+ns） （21-12）式中 Ap年采煤量，t（m3）/a；Av年剝巖量，m3（t）s；ns生產(chǎn)剝采比，m3（t）/ m3（t）。從上式可以看出露天礦的煤巖生產(chǎn)能力A，除受到煤層的生產(chǎn)能力影響外，還受到生產(chǎn)剝采比ns的影響。它還決定著煤炭開采成本、工效、設(shè)備數(shù)量、人員、投資的多少等。復(fù)習(xí)思考題1露天開采的特點(diǎn)？2露