露天礦山采礦概論

1、露天礦山采礦概論目錄第一章 地質(zhì)基本知識-第一節(jié) 地球概述-第二節(jié) 地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造-第三節(jié) 礦物與巖石-第四節(jié) 與礦床相關(guān)的基本概念-第二章 露天開采-第一節(jié) 概述-第二節(jié) 開采臺階和露天采礦場構(gòu)成-第三節(jié) 山坡露天礦和凹陷露天礦的概念-第四節(jié) 露天采礦的一般程序-第五節(jié) 露天采礦與剝離的關(guān)系-第六節(jié) 剝采比與露天開采境界-第三章 露天礦床開拓-第一節(jié) 公路運輸開拓-第二節(jié) 鐵路運輸開拓-第三節(jié) 膠帶運輸開拓-第四節(jié) 斜坡卷揚開拓-第五節(jié) 平峒溜道開拓-第四章 露天礦采掘工藝-第一節(jié) 穿孔爆破-第二節(jié) 采裝工作-第三節(jié) 運輸工作-第四節(jié) 排土恢復(fù)-第一章 地質(zhì)基本知識第一節(jié) 地球概述地球是

2、太陽系九大行星之一。地球表面分為海洋和陸地。海洋占地球面積的70.8%，陸地占29.2%。地球內(nèi)部根據(jù)莫霍不連續(xù)面和古登堡不連續(xù)面劃分為地殼、地幔和地核三個圈層。地殼，是地球表面的堅硬外殼，由巖石組成。地殼是地殼運動、地震作用、火山爆發(fā)以及其他地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的場所。目前人們開采的各種礦產(chǎn)資源就在這里形成和蘊藏。所以地殼是地質(zhì)學(xué)的主要研究對象。第二節(jié) 地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造自然界引起地殼組成物質(zhì)、地殼構(gòu)造和地表形態(tài)發(fā)生變化的自然作用叫地質(zhì)作用。地質(zhì)作用按其產(chǎn)生的動力不同分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。一、內(nèi)力地質(zhì)作用由地球內(nèi)部動力引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用叫內(nèi)力地質(zhì)作用，其

3、表現(xiàn)形式為地殼運動、巖漿活動、變質(zhì)作用和地震。1、地殼運動2、巖漿活動3、變質(zhì)作用4、地震作用二、外力地質(zhì)作用地殼表層巖石在地球外部能量作用下破碎、遷移和富集形成沉積巖和礦產(chǎn)，這種地質(zhì)作用叫外力地質(zhì)作用。1、風(fēng)化作用2、剝蝕作用3、搬運作用4、沉積作用5、固結(jié)成巖作用三 地質(zhì)構(gòu)造未經(jīng)地殼運動影響的沉積巖層呈水平產(chǎn)出，經(jīng)地殼運動作用后，其原積形態(tài)發(fā)生傾斜，彎曲，斷裂等形態(tài)各樣的地質(zhì)構(gòu)造。1、巖層產(chǎn)狀。地殼中巖層的空間產(chǎn)出狀態(tài)叫巖層產(chǎn)狀。巖層產(chǎn)狀用巖層走向、傾向和傾角表示。ABCD水平面 AB走向線BH傾斜線 BC傾向 傾角2、褶皺構(gòu)造。巖石在水平地殼運動作用下發(fā)生塑性變形，被擠成彎彎曲曲，但連續(xù)

4、性、完整性仍保持完好的一種地質(zhì)構(gòu)造。巖層褶皺的彎曲部分叫褶曲，向上拱起的褶曲叫背斜，向下彎曲的褶曲叫向斜。3、斷裂構(gòu)造。系地殼運動使巖層遭到破壞，發(fā)生斷裂和錯動的一種地質(zhì)構(gòu)造。斷裂構(gòu)造分節(jié)理和斷層兩種。節(jié)理，就是通常所說的裂隙是斷裂后不發(fā)生錯動或錯動不明顯的斷裂構(gòu)造。巖層沿斷裂面發(fā)生明顯位移或錯動的斷裂構(gòu)造叫斷層。根據(jù)斷層兩側(cè)巖層的相對移動方向，斷層有以下幾種類型：1、正斷層2、逆斷層3、平移斷層第三節(jié) 礦物與巖石一、礦物礦物是礦石和巖石的基本組成成分，由一種或數(shù)種化學(xué)元素組成，有一定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)以及各自的物理化學(xué)性能。二、巖石巖石是組成地殼的物質(zhì)基礎(chǔ)，按其成因分為三大類。1、巖漿巖。由巖

5、漿冷凝而成。2、沉積巖。由一種次生巖石在外力作用下沉積、固結(jié)而成。3、變質(zhì)巖。地殼中的先成巖經(jīng)變質(zhì)作用而形成的巖石第四節(jié) 與礦床相關(guān)的基本概念一、礦石、廢石的概念1、礦石：一種有用成分含量達到了一定技術(shù)經(jīng)濟條件下能有所利用的特殊巖石。2、礦體：地殼中數(shù)量和質(zhì)量都達到工業(yè)要求，具有開采價值的礦石自然聚積體叫礦體。礦體是具有一定形狀、大小和產(chǎn)狀的地質(zhì)體，是組成礦床的基本單位。3、礦床：由一個或數(shù)個礦體組成。礦床按成礦作用分內(nèi)生礦床、外生礦床和變質(zhì)礦床。4、圍巖:5、夾石:6、廢石:二、礦石品位三、礦石和圍巖的性質(zhì)第二章 露天開采第一節(jié) 概述礦床開采分為地下開采、海洋開采和露天開采。露天開采就是從地

6、表直接采出有用礦物的開采方法。有機械開采和水力開采兩種。第二節(jié) 開采臺階和露天采礦場構(gòu)成露天采礦，為便于穿孔、采裝和運輸，在開采范圍內(nèi)，按一定高度將礦體、圍巖劃成水平層，保持一定超前距離自上而下逐層開采。在開采過程中，逐步形成階梯狀工作面，這種工作面叫臺階，也稱階段。臺階是露天采礦場的基本組成單位，是獨立的剝離單元。如圖：臺階的上部平臺和下部平臺是相對的。一個臺階的上部平臺又是其上一臺階的下部平臺。每個臺階通常以其下部臺階標高命名，習(xí)慣上吧臺階叫做xx水平。臺階的坡面石臺階的臨空傾斜面。其坡面的大小關(guān)系著作業(yè)的安全，一般為55-75，視礦巖穩(wěn)固程度與臺階高度而定。最終邊幫：露天采礦場四周，采礦

7、作業(yè)已經(jīng)結(jié)束的臺階平臺和臺階坡面的總體表面，叫做露天采礦場的非工作幫也叫最終邊幫。非工作幫的位置固定不變，故邊幫必須穩(wěn)定。非工作幫的平臺視用途不同分安全平臺、清掃平臺、運輸平臺。安全平臺寬約為臺階高度的13，一般為2-4m。用于阻擋和容納邊坡上掉落的巖石，調(diào)節(jié)緩和邊坡角，以保證最終邊幫的穩(wěn)定性和下部各水平的作業(yè)安全。清掃平臺寬6m左右，每隔34個臺階設(shè)置一個既起安全作用，又便于裝載，運輸設(shè)備清理堆積在安全平臺的巖渣。最終幫坡面與地表相交的閉合曲線叫露天采礦場的上部最終境界線。最終幫坡面與露天采礦場底平面相交的閉合曲線叫露天采礦場的下部最終境界線。下部最終境界線和最終開采深度所圈定的范圍叫露天采

8、礦場的最終境界。第三節(jié) 山坡露天礦和凹陷露天礦的概念根據(jù)礦體產(chǎn)狀和地形條件，上部分以山坡露天開采，下部分以凹陷露天開采，兩者的劃分以地表封閉圈為界，此圈以上為山坡露天礦，此圈以下為凹陷露天礦。第四節(jié) 露天采礦的一般程序1、地面準備2、礦床疏干和防排水3、礦山基建工程4、剝離和采礦5、地表恢復(fù)露天礦投產(chǎn)前，必須完成相應(yīng)的基建工程，如礦床開拓、表土剝離、建立排土場，鋪設(shè)運輸線路等。礦床開拓，就是掘出入溝和開段溝。前者是建立地面與開采水平之間或各開采水平之間的運輸聯(lián)系而掘進的傾斜溝道。后者是在各開采水平為開辟剝離、采礦工作臺階而掘進的水平溝道，是各水平的初始開采工作線。所謂剝離，就是揭露礦體，挖掉覆

9、蓋在礦體上面的表土及礦體上、下盤部分固巖。掘溝、剝離、采礦是露天生產(chǎn)過程中三大重要礦山工程，其生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)基本相同，都包括穿爆、 采裝和運輸。第五節(jié) 露天采礦與剝離的關(guān)系露天采礦場是一個空間形狀復(fù)雜的幾何體，每個采礦場的形狀、大小及境界內(nèi)的礦巖量都不相同。為確保露天礦以一定生產(chǎn)能力正常、持續(xù)穩(wěn)定、掘溝、剝離和采礦。在同一開采水平，必須順序進行。上下水平之間，掘溝、剝離和采礦在時間和空間上都必須保持適當(dāng)?shù)某瓣P(guān)系。剝離是為了采礦，剝離必須超前采礦。主要歸納為“采剝并舉，剝離先行”八個字。第六節(jié) 剝采比與露天開采境界露天開采范圍叫露天開采境界，由露天采礦場的底平面邊界、最終邊坡及開采深度三個要素組

10、成。由露天采礦設(shè)計根據(jù)地質(zhì)資料及合理的技術(shù)經(jīng)濟指標在礦體中圈出。露天開采隨著礦石的不斷采出要剝離大量廢石。如圖：露天開采境界與巖石剝離量和可采量密切相關(guān)。巖石剝離量和可采礦量之比叫剝采比，它表示露天采礦場采出單位礦石需要剝離的巖石量，以mm或tt為單位。剝采比是反映露天采礦的重要經(jīng)濟指標。第三章 露天礦床開拓一、露天礦床開拓就是指按照一定的方式和程序建立地面與采礦場各工作水平之間的運輸通道，保證露天礦場正常生產(chǎn)的運輸聯(lián)系，并借助這些通道及時準備出新的生產(chǎn)水平。二、露天礦床開拓分類1、鐵路運輸開拓2、公路運輸開拓3、平峒溜井開拓4、膠帶運輸開拓5、斜坡卷揚開拓6、聯(lián)合開拓法第一節(jié) 公路運輸開拓公

11、路運輸開拓常用自卸汽車作為運載工具，所以也叫汽車運輸開拓。由于汽車運輸機動靈活，能較好地適應(yīng)露天礦采剝順序的擴展，有利于強化開采。因此，汽車運輸開拓法在露天礦應(yīng)用最為廣泛。采用公路運輸開拓時，為了建立地面主露天采礦場各工作臺階之間的運輸?shù)缆?，必須開掘一些緩傾斜露天坑道（即出入溝）。這些坑道在平面上的布置形式有：1、直進式坑線：坑線設(shè)置在非工作幫上的，稱為固定坑線。設(shè)在工作幫上的，稱為移動坑線。2、回返式（折返式）坑線：汽車在坑線上行駛時，其運行方向有規(guī)律的改變，上、下水平回返呈“之”字形。3、螺旋式坑線：坑線布置在露天礦場周圍的邊幫上，呈空間螺旋狀。評價：優(yōu)點：公路運輸開拓是現(xiàn)代露天礦應(yīng)用較多

12、的一種開拓運輸方法。它具有機動靈活、調(diào)運方便、爬坡能力大，對線路的技術(shù)要求較低，能通過較大的限制坡度和較小的曲率半徑；運距短，車輛周轉(zhuǎn)快，有利于提高掘溝速度，開拓坑線較短，可減少開拓工程量和基建投資，縮短基建時間，有利于加快新水平的準備等優(yōu)點。缺點：受氣候影響較大，噸公里運費高，輪胎磨損大，維修費用高，燃料消耗量大且價格昂貴。第二節(jié) 鐵路運輸開拓在4050年代，鐵路運輸開拓占世界各國露天礦開拓的統(tǒng)治地位。但隨著世界采礦技術(shù)的發(fā)展以及重型自卸汽車、電動輪自卸汽車等運輸設(shè)備的出現(xiàn)，鐵路運輸開拓法在露天礦的應(yīng)用日趨減少。采用鐵路運輸開拓時，開拓坑道的布置形式亦可分為直進式，折返式和螺旋式三種。由于列

13、車的爬坡能力小，從一個臺階到另一個臺階的坑線較長，轉(zhuǎn)彎時所需曲率半徑又大，而露天礦場的平面尺寸是有限的，因此，在實際工作中，以折返路線應(yīng)用最廣。評價：優(yōu)點：鐵路運輸開拓具有運輸能力大，運輸設(shè)備堅固耐用，合理運距長，噸公里運費及年經(jīng)營費用低等優(yōu)點。缺點：基建工程量大，輔助設(shè)施多，對線路（加坡度、曲線半徑等）要求嚴格，工作靈活性差，運輸組織和調(diào)度工作復(fù)雜，新水平準備困難等。第三節(jié) 膠帶運輸開拓露天礦常用的膠帶運輸開拓系統(tǒng)有：1、移動式破碎機膠帶運輸開拓系統(tǒng)2、汽車固定（半固定）破碎機斜井膠帶運輸機開拓3、汽車半固定破碎機膠帶運輸開拓評價：膠帶運輸開拓具有運輸能力大，爬坡能力強（1016），運距短，

14、勞動生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點。第四節(jié) 斜坡卷揚開拓斜坡卷揚開拓是采用綜合的開拓方式，它的特點是在采礦場用汽車或其他運輸設(shè)備將礦運到轉(zhuǎn)載站，在卸入斜坡道上的提升設(shè)備（箕斗或串車），然后提升到地面礦倉卸載。這種開拓運輸方式只是露天礦山整個運輸系統(tǒng)的一個中間部分，不能自成體系，必須同其他運輸方式相配合，才能形成完整的運輸系統(tǒng)。第五節(jié) 平峒溜道開拓這種開拓方式同樣不能單獨完成礦巖的運輸任務(wù)，常與汽車運輸或容軌運輸配合，組成露天礦山完整的運輸系統(tǒng)。在采礦場內(nèi)，一般采用汽車或其他運輸設(shè)備將礦石運到卸礦平臺卸入溜道，礦石靠自重溜到下部的放礦口，然后用機車或其他運輸設(shè)備，由平峒運到地面。這種開拓法專門用于山坡露

15、天礦。平峒溜道開拓按溜道的不同形式又可分為：平峒溜井開拓，平峒溜槽開拓和平峒溜槽溜井開拓三種。第四章 露天礦采掘工藝第一節(jié) 穿孔爆破露天礦，特別是開采堅硬礦巖的礦山，穿孔爆破是極其重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它不僅直接影響采掘設(shè)備效率的發(fā)揮，而且往往是露天礦的薄弱環(huán)節(jié)。一、穿孔露天礦穿孔，大中型礦山主要用潛孔鉆機和牙輪鉆機，小型礦山使用鑿巖臺車。潛孔鉆機是一種回轉(zhuǎn)沖擊式穿孔設(shè)備，由沖擊器、回轉(zhuǎn)推進機構(gòu)、提升機構(gòu)、鉆架、除塵裝置等組成，用于中硬和堅硬礦巖穿孔。牙輪鉆機是一種以三牙輪鉆頭破巖穿孔，壓氣排碴的回轉(zhuǎn)式大型穿孔設(shè)備，用于堅硬礦巖穿孔。二、爆破爆破作業(yè)，為用戶和采裝作業(yè)提供塊度適宜的礦巖。為確保爆破質(zhì)

16、量，露天礦爆破應(yīng)滿足以下基本要求：1、爆下的礦巖大小適度。2、臺階規(guī)整，不殘留底根，爆堆集中，爆堆高度符合采掘要求。3、不產(chǎn)生后沖破壞作用，利于后續(xù)穿爆作業(yè)進行。4、應(yīng)有足夠的爆破儲備，以滿足采掘設(shè)備連續(xù)作業(yè)需要。1、孔徑和深度超深h是深孔超出臺階高度的那一段深度，用于降低裝藥中心，以便更好的克服臺階底部阻力，爆后不殘留根底，超深值一般為0.150.35W底2、底盤抵抗線W底底盤抵抗線W底是深孔中心到臺階坡底線的水平距離。W底可按臺階高度的0.60.9選取。3、孔距和排距孔距a是指同排孔中相鄰兩孔的中心距離。排距b是指相鄰兩排孔之間的垂直距離。a=mW底b=(0.90.95)W底式中m為深孔密

17、集系數(shù)。M一般為0.81.24、炸藥單位消耗量q。 kgm或kgt。5、深孔裝藥量QQ=q底、堵塞長度LL（0.70.8）W底7、微差時間和起爆順序微差時間一般為2550ms。起爆順序常用的有逐排起爆 斜向起爆 波形起爆 中間起爆等。如圖：第二節(jié) 采裝工作采裝工作就是采裝機械從工作面把礦巖自整體中（中等硬度以下的礦巖）或自爆堆中將爆破或適當(dāng)塊度的礦巖裝入運輸工具，或直接排卸到一定地點的工作。它是露天開采全部生產(chǎn)過程的中心環(huán)節(jié)，其效率直接影響礦山生產(chǎn)能力，礦床開采強度及最終經(jīng)濟效益。一、單斗挖掘機采裝其種類繁多，按鏟斗支撐結(jié)構(gòu)分為剛性支撐的挖掘機和撓性支撐的索斗挖掘機。前者又分為正鏟和反鏟等形式。1、單斗挖掘機。它是國內(nèi)外露天礦使用最多的一種采裝設(shè)備。目前，國內(nèi)露天礦的單斗挖掘機斗容一般為14m。隨著采礦設(shè)備的發(fā)展，49m已大多裝備于大中型礦山。2、索斗挖掘機。主要用于挖掘不需要爆破的松軟巖層和粘土