寶清露天礦水平近水平礦床的開采程序

專題設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)單位：國網(wǎng)能源寶清朝陽露天礦培訓(xùn)單位:平莊煤業(yè)元寶山露天礦學(xué)員姓名：******日期：2011年10月21日星期五水平近水平礦體寬形露天礦開采程序1概述整個(gè)露天礦場內(nèi)有非常龐大的剝離和采礦工程量，是采用一定的開采工藝，按照一定的程序開采出來的。完成露天礦場內(nèi)巖石剝離和礦石采出的程序稱為露天礦開采程序。露天礦開采程序主要研究礦山工程的發(fā)展順序，亦即研究剝離工程和采礦工程的合理安排，以及掘溝工程和擴(kuò)幫工程的協(xié)調(diào)發(fā)展，以保持露天礦持續(xù)生產(chǎn)，達(dá)到要求的產(chǎn)量，提高礦石質(zhì)量，減少礦產(chǎn)資源損失，降低投資和成本。特別是降低前期成本，使露天礦的建設(shè)和生產(chǎn)取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。2寶清朝陽露天礦概況朝陽露天礦位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣朝陽鄉(xiāng)境內(nèi)，露天礦開采境界內(nèi)可采地質(zhì)儲(chǔ)量836.64Mt，平均剝采比6.16m3/t。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5.0Mt/a，達(dá)產(chǎn)后逐年向產(chǎn)量11.0Mt/a過渡。露天礦內(nèi)地形平坦，地層傾角一般3。?5。，剝離物和煤較軟。主采10號(hào)煤層，其厚度一般在15m?18m，局部超過26m，煤層平均厚度16.44m。煤層傾角3。?5。近水平賦存；首采區(qū)開采范圍內(nèi)10號(hào)煤層頂板以上剝離物（巖石及表土），平均厚度70m。礦田走向長16km，傾斜寬4.5km，面積72km2，最大開采深度155m，屬于水平近水平寬形礦床。要經(jīng)濟(jì)有效的開采一個(gè)露天礦，首先應(yīng)該確定好開采境界，其次選擇合理的開采工藝，之后才能進(jìn)行開采程序設(shè)計(jì)。2.1開采境界根據(jù)沈陽設(shè)計(jì)院的《朝陽露天煤礦修改初步設(shè)計(jì)》，確定開采境界為：（1） 東北部境界以境界剝采比不大于12.0ma/t圈定10號(hào)煤層底板的深部境界，并以25°幫坡角上推圈定地表境界。（2） 東南部境界以不跨越F3斷層為原則，結(jié)合10號(hào)煤層露頭并以境界剝采比不大于6.0m3/t圈定深部境界，再以25°幫坡角上推圈定地表境界。（3） 西北部境界以勘探區(qū)邊界斷層（朝陽一大孤山斷裂）為界，結(jié)合境界剝采比不大于12.0m3/t圈定10號(hào)煤層底板的深部境界，以25°幫坡角上推圈定地表境界。（4） 西南部境界以境界剝采比不大于12.0m3/t圈定10號(hào)煤層底板深部境界，以25°幫坡角上推圈定地表境界。（5） 深部境界露天礦底部境界以10號(hào)煤層底板為界，不采30號(hào)煤層。根據(jù)上述圈定結(jié)果，圈定后的露天礦境界:深部境界：走向（南西一北東）長度平均約為15.5km；傾向（北西一南東）寬度平均約為4.5km，面積約為69.75km2。地表境界：走向（西南一東北）長度平均約為16km；傾向（北西一南東）寬度平均約為4.8km,面積約為76.8km2。最大開采深度為155m。2.1開采工藝根據(jù)沈陽設(shè)計(jì)院的《朝陽露天煤礦修改初步設(shè)計(jì)》，確定開采開米工藝為：剝離采用10號(hào)煤層以上45米拉斗鏟倒堆工藝，45米以上巖層單斗挖掘機(jī)+自移式破碎機(jī)幾+膠帶機(jī)半連續(xù)工藝，地表土巖采用單斗挖掘機(jī)+自卸式卡車間斷開采的綜合開采工藝。采煤采用單斗+自卸式卡車+半固定破碎機(jī)+帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝。下面以寶清朝陽露天礦為例，具體介紹水平近水平礦體寬形露天礦的開采程序設(shè)計(jì)。3采區(qū)劃分與工作線布置3.1采區(qū)劃分礦田走向長16km，傾斜寬4.5km，如果劃分單一采區(qū)進(jìn)行開采采場工作線過長，運(yùn)距過長，經(jīng)濟(jì)上不合理。設(shè)計(jì)沿礦田走向劃分劃分為五個(gè)采區(qū)，每個(gè)采區(qū)工作線長度在3000米左右，根據(jù)各采區(qū)開采條件的難易程度，開采順序依次為：首采區(qū)一二采區(qū)一三采區(qū)一四采3.2工作線布置首采區(qū)煤層賦存較淺，煤層較厚，基建工程量小，生產(chǎn)剝采比小，所以選擇作為首采區(qū)。確定首采區(qū)后要確定工作線布置方式，不同的布置方式導(dǎo)致露天開采過程中經(jīng)濟(jì)效果的不同。工作線可沿露天礦走向布置，傾向布置，斜向布置，L形和U形布置或圈形布置等。工作線沿走向布置，傾向推進(jìn)，簡稱縱采。沿走向布置時(shí)工作線較長，適合于露天礦各種開采工藝系統(tǒng)，也是目前大多數(shù)賦存簡單礦床常用的工作線布置形式。工作線沿傾向布置，簡稱橫采，這時(shí)工作線較短，主要適應(yīng)于汽車運(yùn)輸?shù)拈_采工藝。工作線斜向布置，指工作線與露天礦走向保持

定的交角，為了達(dá)到增長工作線，使工作線保持一定縱坡，調(diào)劑一定時(shí)期的礦石質(zhì)量和品種。工作線L形和U形布置，是開段溝采取基坑形式的工作線發(fā)展形式，它是適應(yīng)于采用汽車運(yùn)輸?shù)拈_采工藝條件下的開采程序。工作線圈形布置，指將工作線布置成封閉圈的形態(tài)，逐步加大或縮小封閉圈，其工作線長度是不斷變化的。朝陽露天礦采區(qū)劃分時(shí)是按走向劃分，煤層近水平賦存，工作線也采用走向布置，工作線長度約3000米左右，這種工作線長度有利于采運(yùn)設(shè)備效率發(fā)揮，向傾向推進(jìn)，縱采開采程序。4拉溝位置與掘溝工程4拉溝位置與掘溝工程=i4.1拉溝位置選擇露天礦拉溝位置就是進(jìn)行基建工程的初始位置，拉溝位置的選擇影響露天礦的剝采程序、開采的經(jīng)濟(jì)效果。露天礦常采用的拉溝方案有：1）工作線走向布置，由底幫或者頂幫拉溝，工作幫向一側(cè)推進(jìn)工作幫由底幫向頂幫推進(jìn)，對于傾斜礦體和緩傾斜礦體是比較普遍的，因?yàn)閯儾晒こ坛跏嘉恢媒咏V體，基建剝離量少，投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)快，因而是比較合理的，但是這種推進(jìn)方向易在礦體頂板的礦巖交界處引起礦巖的損失和貧化，這是不利的一面。當(dāng)由頂幫向底幫推進(jìn)的時(shí)候，礦巖交界處的礦石選采條件好，礦石損失和貧化少，這時(shí)候的邊幫也較為穩(wěn)定。但是初始的基建剝離工程量更大，經(jīng)濟(jì)上是不利的。2）工作線沿走向布置，在露天礦中間拉溝向兩側(cè)推進(jìn)這種推進(jìn)方向，使得礦山工程初始位置接近礦體，有利于減少礦山基建工程量和降低初期生產(chǎn)剝采比，使得工作線加長，有利于布置更多采掘設(shè)備，加大采掘強(qiáng)度，同時(shí)沿中間拉溝向兩側(cè)推進(jìn)對深度勘探也是一個(gè)補(bǔ)充。3） 工作線橫向布置，在露天礦一側(cè)端幫掘溝，工作幫向另一側(cè)推進(jìn)橫向布置工作線，使露天礦沿傾向分期降深，這樣基建剝離量和初期生產(chǎn)剝采比是比較小的，這就是這種推進(jìn)方式的優(yōu)越性。4） 工作線橫向布置，在露天礦中間拉溝哦，向兩側(cè)推進(jìn)這種推進(jìn)方式可利用露天礦中間覆蓋物薄，礦體厚和品位高的部位掘溝建立工作線，工作幫向兩側(cè)推進(jìn)，以提高經(jīng)濟(jì)效益，提高露天礦開采強(qiáng)度，增加礦石產(chǎn)量。朝陽露天礦首采區(qū)南部地表處煤層埋藏較淺，煤質(zhì)較好，選為初始拉溝位置，此處拉溝接近礦體，基建剝離量少，投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)快，因而是比較合理的，如圖4-1所示。4.2掘溝工程現(xiàn)代露天礦常用的掘溝方法按設(shè)備類型有單斗挖掘機(jī)+汽車掘溝和拋擲爆破掘溝，對于基建礦來說，初期設(shè)備比較少，如果表土層比較松軟，常采用液壓反鏟配合前四后八自卸車進(jìn)行掘溝。按掘溝方式有分層掘溝和全斷面掘溝。2009年—2011年寶清朝陽露天礦基建期基建期剝離全部采用外包，外包隊(duì)挖掘設(shè)備為反鏟和運(yùn)輸設(shè)備前四后八自卸車，兩者配合進(jìn)行掘溝，由于液壓反鏟挖掘能力和挖掘深度有限，采用分層進(jìn)行掘溝，液壓鏟設(shè)計(jì)選用卡特CAT330C，斗容1.5m3,如下圖4-2所示。參考實(shí)習(xí)單位元露設(shè)備使用情況確定反鏟實(shí)際年生產(chǎn)能力為50萬m3/臺(tái)年。運(yùn)輸設(shè)備選取20T自卸式卡車與反鏟平裝車配合掘溝，參考元露設(shè)備能力選取在加權(quán)平均運(yùn)距為1.5公里情況下，年實(shí)際運(yùn)輸能力為15萬m3/年臺(tái)。圖4-2液壓反鏟與自卸卡車配合

掘溝參數(shù)：開段溝深度與臺(tái)階高度一致，為15米，溝道坡面角為60°—70°，為保證掘溝時(shí)水能夠自流，ip取3—5%，調(diào)車方式選為回返式調(diào)車，確定溝底寬b由公式確定為25米。bminbmin=2（R +e）+B，min ，式中Rmin——汽車道路的最小轉(zhuǎn)彎半徑，m（取汽車最小曲率半徑的1.2倍）;b——汽車車體寬度，m；e——汽車據(jù)溝道坡底線的安全距離，取1m。掘溝工程量計(jì)算：按照掘溝參數(shù)畫出出入溝和開段溝示意圖，如圖4-3所示。進(jìn)行掘溝工程量粗略計(jì)算。掘溝工程量為溝道橫截面積乘上影響距離，影響距離大致為首采區(qū)工作線長度約為3000米，V=SL，V=151.5萬m3圖4-3出入溝與開段溝圖4-3出入溝與開段溝2012年—2018年寶清朝陽露天礦過渡期到2012年，朝陽露天礦的產(chǎn)量達(dá)到5Mt,穩(wěn)產(chǎn)幾年后，產(chǎn)量逐漸向11Mt過渡，到2019年達(dá)產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá)到11Mt。過渡期期間剝離還是進(jìn)行外圍施工，采煤由本礦自己設(shè)備完成，采裝設(shè)備為太重WK—35,最大挖掘高度16.20米，最大卸載高度9.4米，最大挖掘半徑24米，最大卸載半徑20.90米，挖掘深度1.92米，最大提升力2150KN，最大爬坡角度13°，如下圖4-4所示。35m3單斗挖掘機(jī)年生產(chǎn)能力參考相近露天礦、實(shí)際使用情況，最后確定大約為1000萬噸。圖4-4太重WK—35寶清朝陽露天礦為了與WK—35電鏟相配合，從裝載能力和線性尺寸上考慮，選取220T自卸式卡車。通過比較相近露天礦自卸式卡車的使用情況，并通過計(jì)算220T自卸式卡車臺(tái)年運(yùn)輸能力約為為170萬m3/臺(tái)年，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表4-1所示。表4-1采煤自卸卡車性能參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目單位車型1自重t1662載重t2203卡車自重系數(shù)0.434車長m13.3275車寬m7.726車高m6.97發(fā)動(dòng)機(jī)功率kw18648最小轉(zhuǎn)彎半徑m30掘溝參數(shù)：開段溝深度與煤臺(tái)階告訴保持一致，平均約為16米，溝道坡面角為60°—70°，為保證掘溝時(shí)水能夠自流，ip取3—5%，調(diào)車方式選為回返式調(diào)車，確定溝底寬b由公式確定為70米。掘溝工程量計(jì)算：在煤臺(tái)階進(jìn)行掘溝比基建時(shí)掘溝深度稍大，溝底由于為220T大型自卸式卡車回返運(yùn)輸，溝底寬加大。對掘溝量進(jìn)行粗略計(jì)算，掘溝工程量為溝道橫截面積乘上影響距離，影響距離大致為首采區(qū)工作線長度約為3000米，V=SL，V=380.4萬m3。2019年寶清朝陽露天礦達(dá)產(chǎn)達(dá)產(chǎn)年（2019年）及以后采用拉斗鏟倒堆開采工藝，2013年以后剝離就已經(jīng)全部內(nèi)排，剩余剝離量采用外包。達(dá)產(chǎn)至達(dá)產(chǎn)第5年（2023年）剝離僅有單斗-卡車（外包）和拉斗鏟倒堆兩種開采工藝組成，內(nèi)排量由此兩套工藝的剝離物組成。達(dá)產(chǎn)第6年（2024年）至達(dá)產(chǎn)第13年（2031年）自移式破碎機(jī)投入生產(chǎn)，此時(shí)，內(nèi)排量由單斗-卡車（外包）、拉斗鏟和單斗-自移式破碎機(jī)開采工藝三部分排棄量組成2019年拉斗鏟投入使用，工作半徑117米，斗容為99m3，如下圖4-5所示。10號(hào)煤層以上45米剝離臺(tái)階為拉斗鏟倒堆作業(yè)，拉斗鏟站立在臺(tái)階頂盤下挖作業(yè)。45米以上剝離臺(tái)階還是設(shè)計(jì)為35m3電鏟進(jìn)行剝離，直接裝入自移設(shè)破碎機(jī)，省去汽車運(yùn)輸環(huán)節(jié)，掘溝參數(shù)和掘溝工程量和煤臺(tái)階基本一致。圖4-5吊斗鏟倒堆作業(yè)5臺(tái)階劃分露天礦場內(nèi)的礦巖，一般劃分成許多臺(tái)階進(jìn)行開采。臺(tái)階的劃分應(yīng)有利于發(fā)揮設(shè)備的效率，提高礦石質(zhì)量和保證作業(yè)安全。臺(tái)階可按水平面和傾斜面劃分，分別稱水平分層和傾斜分層。臺(tái)階一般采取水平分層，以利于采掘和運(yùn)輸設(shè)備的作業(yè)。為了發(fā)揮設(shè)備效率，劃歸同一臺(tái)階的礦巖應(yīng)力求一致，不應(yīng)把表土、不需爆破的軟巖與需要爆破的映巖劃歸一個(gè)臺(tái)階；從選采要求，則盡量不要把礦石和土巖劃歸同一臺(tái)階。傾斜分層一般指按礦巖的分層接觸面劃分臺(tái)階，以便選擇開采，實(shí)現(xiàn)礦巖分采分運(yùn)。為了充分利用傾斜分層進(jìn)行選擇開采的優(yōu)點(diǎn)，一般煤層實(shí)行傾斜分層，頂板以上仍用水平分層，這種分層方式為混合分層。寶清朝陽露天礦為水平進(jìn)水平礦床，又為單一煤層賦存，煤和巖都較軟，全區(qū)大部分不須爆破直接可以進(jìn)行采裝。設(shè)計(jì)煤臺(tái)階依據(jù)煤層傾角進(jìn)行傾斜劃分，煤層以上覆蓋物設(shè)計(jì)為水平劃分臺(tái)階，分別為倒堆臺(tái)階、半連續(xù)剝離臺(tái)階和表土外圍剝離臺(tái)階。所以朝陽露天礦臺(tái)階為混合劃分。6工作幫推進(jìn)6.1工作幫構(gòu)成露天礦通常以多個(gè)剝離臺(tái)階和采礦臺(tái)階進(jìn)行開采，由進(jìn)行開采的臺(tái)階所組成的邊幫稱工作幫。工作幫由一些開采臺(tái)階的坡面和平盤構(gòu)成，通過工作幫最上和最下一個(gè)臺(tái)階坡底線的平面與水平面的夾角，稱為工作幫坡角，如下圖6-1所示。6.2工作幫的推進(jìn)工作幫推進(jìn)過程中，不同區(qū)段的推進(jìn)速度常常是不同的。在一定時(shí)期內(nèi)，有的區(qū)段推進(jìn)的快些，有的區(qū)段推進(jìn)的慢些，有的區(qū)段則處于停頓狀態(tài)，但較長時(shí)間內(nèi)的平均推進(jìn)速度應(yīng)當(dāng)接近相等。否則，若下部水平推進(jìn)過快，則使上部水平不能保持工作平盤寬度，破壞正常作業(yè)條件，而上部水平推進(jìn)過快亦將造成過大的超前剝離，降低經(jīng)濟(jì)效果。工作幫不同區(qū)段的推進(jìn)速度不同，是由調(diào)節(jié)生產(chǎn)剝采比和調(diào)節(jié)礦石品味和品種的客觀要求決定的。工作幫推進(jìn)的約束條件，工作幫正常推進(jìn)部分的工作平盤寬度不得小于最小平盤寬度8皿，工作幫坡角不不得大于最大的工作幫坡角^max，即BNB.；^W^。工作幫平行推進(jìn)時(shí)，通常各臺(tái)階的工作線接近于平行，推進(jìn)方向亦接近一致，使得工作幫上的臺(tái)階相互協(xié)調(diào)推進(jìn)。工作幫扇形推進(jìn)時(shí)，各臺(tái)階工作線通常圍繞一個(gè)回轉(zhuǎn)中樞旋轉(zhuǎn)，工作線呈放射狀，工作平盤寬度由小到大不等，但是最窄處仍不小于最小工作平盤寬度。寶清朝陽露天礦工作線走向布置，水平進(jìn)行推進(jìn)，工作幫上的臺(tái)階相互協(xié)調(diào)，設(shè)備可以根據(jù)進(jìn)度在上下臺(tái)階進(jìn)行調(diào)動(dòng)，所以水平進(jìn)行推進(jìn)較為合理。7礦山工程延深程序7.1礦山工程延深方向露天礦某開采水平的延深方向，是指該水平開段溝相對于上一水平開段溝位置的錯(cuò)動(dòng)方向，可用延深角e表示。延深角即延深方向與工作線推進(jìn)方向的夾角。傾斜與緩傾斜礦體的凹陷露天礦，以礦體底板為露天礦的底幫，通?？裳氐V體延深，延深角等于礦體傾角y，并隨礦體傾角變化而變化。為了減少礦石的損失和貧化，也可采取剝離工程沿礦體頂板延深，采礦工程沿礦體延深的程序進(jìn)行開采。急傾斜礦體的露天礦，為了減少礦山基建剝離量和加快建設(shè)，也常沿礦體延深，延深角與礦體傾角一致。朝陽露天礦為進(jìn)水平礦床，不需要經(jīng)常進(jìn)行延深，可研礦體延深，延深角等于礦體傾角y，并隨礦體傾角變化而變化。7.2礦山工程延深程序露天礦礦山工程延深程序，就是露天礦新水平開拓準(zhǔn)備程序，它決定于礦床埋藏條件，露天礦形狀，采用的開采工藝和開拓運(yùn)輸系統(tǒng)等因素。目前露天礦常見為汽車運(yùn)輸條件下的新水平開拓準(zhǔn)備程序。寶清朝陽露天礦為近水平礦床，可以利用汽車運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活，具有爬坡能力大、曲線半徑小、線路鋪設(shè)方便和要求的