1、第四章第四章 露天開采程序及開拓運輸系統露天開采程序及開拓運輸系統 第二講 露天開采基本知識 第一節第一節 慨慨 述述 露天礦山作業的特點是：除了必須注意選擇和除了必須注意選擇和確定生產工藝系統和設備的類型、規格及數量之外，確定生產工藝系統和設備的類型、規格及數量之外，還應十分重視露天礦開采程序和建立有效的開拓運還應十分重視露天礦開采程序和建立有效的開拓運輸系統。輸系統。 露天礦從建礦至開采終了，一般要經歷：(1)(1)基建投產；基建投產；(2)(2)達到產量；達到產量；(3)(3)剝離洪峰；剝離洪峰；(4)(4)減產采完等各個階段。減產采完等各個階段。 如圖所示露天煤礦，其開采境界為ORQ，

2、沿煤層底板延深一側推進，在這個過程中，各工作臺階可利用采掘運輸設備實現不斷地沿AB方向推推進進和沿底板CD方向延深延深。 沿煤層底板延深一側推進開采程序示意圖沿煤層底板延深一側推進開采程序示意圖 使用同樣的工藝設備也可實現礦山工程沿煤層沿煤層頂板向下延深頂板向下延深，這時露天礦同時存在兩個各向一側各向一側推進的工作幫，一為剝離一為采煤。推進的工作幫，一為剝離一為采煤。 沿煤層頂板延深兩側推進開采程序示意圖沿煤層頂板延深兩側推進開采程序示意圖 若開采范圍ORQ的深度較大，可以先開采OMN范圍，使前期經濟效果較好。 用單斗鏟和汽車運輸工藝，不僅可以先在OMN范圍按照AC及BD等位置所構成的從底板向

3、頂板推進的程序發展，甚至可以在OMN范圍內先采ODE部分，再采DMNE部分。（分期開采程序分期開采程序） 分期開采示意圖分期開采示意圖 在一定礦山條件下，采用同一種工藝，可以有在一定礦山條件下，采用同一種工藝，可以有不同的開采程序；若用不同的工藝，則可出現較多不同的開采程序；若用不同的工藝，則可出現較多的開采程序。由此可見，當礦山的地形埋藏條件和的開采程序。由此可見，當礦山的地形埋藏條件和技術條件變化，則可以出現更多的開采程序。不同技術條件變化，則可以出現更多的開采程序。不同的開采程序，其開采經濟效果不同。的開采程序，其開采經濟效果不同。它應與工藝方式的選擇結合起來考慮，恰當安排礦山工程在礦山

4、工程在時間時間和空間上和空間上的發展程序的發展程序，并建立有效的開拓運輸和平面布置系統，才能充分發揮設備效能，達到經濟有效地開發礦山的目的。 露天礦山的共同點：（1）平面布置（2）運輸線路（3）排土場（4）地面生產系統海洲露天煤礦平面圖概概 述述一、露天礦場：一、露天礦場：幫：非工作幫工作幫端幫底：深部水平 組成：形狀：長、方、圓，長可達數 公里，深可達幾百米。工程量：一個露天礦的工程總量一般可達數千萬m3乃至數億m3。二、開采程序內容：二、開采程序內容： 臺階的劃分； 首采位置的選擇； 工作幫的推進； 采區長度的確定； 剝采工程的延深程度。第二節第二節 露天開采程序露天開采程序 露天礦開采程

5、序系指在采場內進行剝離巖石和采出礦石的程序。露天礦一般均劃分為若干個臺階進行開采，每個臺階的開采程序為：(1)(1)開掘出入溝開掘出入溝( (一般為傾斜的一般為傾斜的) )；(2)(2)開掘開掘開段溝開段溝( (一般為水平的一般為水平的) )；(3)(3)進行擴幫。進行擴幫。對于一個臺階開采全過程來說，開掘出入溝稱為開拓工程開拓工程，開掘開段溝稱為準備準備工程工程，進行擴幫稱為回采工程回采工程。 三、相鄰兩個臺階的開采順序三、相鄰兩個臺階的開采順序1、挖出入溝(傾斜溝)-滿足限坡及出入臺階要求;2、挖開段溝(水平溝)-滿足運輸設備的站坪要求;3、擴幫-實現臺階的正常采掘;4、開挖下水平的出入溝

6、,循環重復 ;固定坑線條件下的新水平準備程序固定坑線條件下的新水平準備程序固定坑線條件下的新水平準備程序固定坑線條件下的新水平準備程序一、臺階劃分及采掘程序一、臺階劃分及采掘程序 露天礦一般劃分成若干臺階進行開采露天礦一般劃分成若干臺階進行開采。臺階高度在保證安全作業的條件下高一些為好，有利于發揮設備效率。通常按水平通常按水平分層方式劃分臺階分層方式劃分臺階。為了便于選采與提高設備效率，盡可能不把礦石和土巖、表土與基巖、軟巖與硬巖劃分在一個臺階內。 當礦體傾角較小(一般小于10)，為便于礦、巖分采，在條件許可時，可以沿礦層傾斜方向對臺階進行傾斜分層。傾斜分層。傾斜分層與水平分層傾斜分層與水平分

7、層 臺階通常劃分成具有一定寬度的采掘帶采掘帶進行開采。采掘帶一般沿臺階工作線平行(縱向)布置。當用汽車運輸時，根據需要也可與工作線垂直(橫向)布置。 采掘帶布置采掘帶布置a縱向布置；b橫向布置 開段溝位置開段溝位置的選擇很重要，為了減少基建工程量(盡早見礦)和初期剝采比，并使剝離量與采礦量的比例較為均衡，一般緩傾斜礦層的開段溝可設于底板，而急傾斜礦層可設于頂板。開段溝布置的方向與礦體形狀及采用的運輸方式有關。 開段溝的長度開段溝的長度主要與境界尺寸、采用運輸方式、產量要求等因素有關。 當露天礦走向長度較大露天礦走向長度較大時，常采用分區開采方式，也可相應減少開段溝長度，以縮短運距，提高設備利用

8、率，減少基建工程量及初期生產剝采比等。 二、工作幫及其推進二、工作幫及其推進 露天采場內工作臺階組成的工作幫坡角與臺階高度h，平盤寬度B及臺階坡面角有關。 一個采場可以有一個工作幫，也可以有兩個工作幫，甚至三個工作幫 2112arctancotninniiihBh三、新水平延深方向及程序三、新水平延深方向及程序- 傾斜或急傾斜礦層開采時，要求不斷向下延深建立新的開采臺階，才能使露天礦連續而均衡地完成產量。剝、采工程延剝、采工程延深方向是指相鄰兩個水平深方向是指相鄰兩個水平( (臺階臺階) )開段溝位置的錯動方向。開段溝位置的錯動方向。 延深方向延深方向延深方向:相鄰兩個臺階開段溝同側坡底線的連

9、線方向。延深角:延深方向與工作線推進方向之間的夾角，用表示。剝采工程延深方向(山坡部分) 初期隨著地形變化初期隨著地形變化, ,后期后期則隨著境界變化則隨著境界變化 新水平的掘溝延深必須在上一臺階擴幫到一定位置時才能進行。因此，在一定的礦山條件下，推幫速度必須與延推幫速度必須與延深速度相適應深速度相適應，這就使剝離與采礦在數量上也有一定的比值這就使剝離與采礦在數量上也有一定的比值關系關系。為使擴幫與延深速度的配合滿足采礦產量的要求，必須研究新水平開拓準備的合理程序，即在一定的礦山埋藏條件和工藝設備條件下，對掘溝與擴幫工程的穿爆、采掘、運輸、供電、排水等主要及輔助生產環節在時間與空間上的緊密配合

10、，進行最有利的協調安排。 不同的延深方向，要求適應的推幫與延深速度相配合，不同的延深方向，要求適應的推幫與延深速度相配合，因此產生的剝采比例關系也不同因此產生的剝采比例關系也不同。當延深方向改變時，剝采比例關系也要改變，這將對露天礦在開采技術條件和經濟效果上產生很大影響。四、影響露天礦開采程序的因素四、影響露天礦開采程序的因素 在露天礦的設計和生產中，確定合理的開采程序是一項重要而復雜的任務。它受礦床賦存條件、礦床賦存條件、開采境界尺寸、工藝設備類型、開拓運輸系統、生開采境界尺寸、工藝設備類型、開拓運輸系統、生產能力和建設速度的要求以及對礦石質量的要求產能力和建設速度的要求以及對礦石質量的要求

11、等多種因素影響。 確定開采程序往往要與采用的工藝方式和開拓運輸系統結合起來考慮，有時要列出多個可行方案進行綜合比較才能抉擇。第三節第三節 露天開拓運輸系統露天開拓運輸系統一、概念及其分類一、概念及其分類 采用工藝設備對露天礦田進行開采，把臺階上的礦、巖采掘下來，運往指定地點，為此，除各臺階應有各自的線路系統之外，除各臺階應有各自的線路系統之外，還要建立各臺階通往地面還要建立各臺階通往地面(包括排土場、選煤廠及其他地面生產系統)的運輸干線系統的運輸干線系統。鋪設干線需開掘坑道開掘坑道(包括露天坑道或地下井巷坑道)系統系統，而坑道與線路密不可分，統稱坑線系統坑線系統。 開辟坑道系統，以建立地面通向

12、各開采臺階開辟坑道系統，以建立地面通向各開采臺階(工作水平工作水平)或各或各開采臺階之間的運輸通路，稱為開采臺階之間的運輸通路，稱為開拓運輸系統開拓運輸系統。其目的是保證露天礦的正常生產運輸聯系，并及時準備出新的開采水平。開拓坑道系統與運輸干線系統往往是一致的，因此，常稱之為開拓坑道系統與運輸干線系統往往是一致的，因此，常稱之為開拓運輸系統。開拓運輸系統。 建立有效和合理的開拓運輸系統是很重要的，因為通過開拓運輸系統的合理布局，就有可能實現實現較為有利的開采程序，縮短運距和減少運輸設備數較為有利的開采程序，縮短運距和減少運輸設備數量，并降低運輸成本量，并降低運輸成本。另一方面，還由于開拓運輸開

13、拓運輸系統一經建成就較難改造系統一經建成就較難改造(改造該系統要引起減產或停產)。 區分露天礦開拓運輸系統的主要依據是露天礦區分露天礦開拓運輸系統的主要依據是露天礦的基本運輸方式的基本運輸方式，進一步區分該系統的特點要利用區分該系統的特點要利用坑道形式，坑線位置和坑線的數量、平面形狀及其坑道形式，坑線位置和坑線的數量、平面形狀及其固定性固定性等特征等特征。 類 別主要特征一般特征l. 鐵 路2.公 路3.膠帶輸送機道4.提升機道5.溜 道(1)采用露天坑道或地下坑道(2)坑線設置在露天采場境界內部或外部，設置于境界的頂幫、底幫或端幫(1)坑線服務水平數及每個水平溝道數(單溝、組溝、總溝、對(雙

14、)溝)(2)坑線平面形狀(直進、折(回)返、螺旋)(3)坑線固定性(固定及移動)6.聯 合幾種運輸方式、坑道形態及坑線特征的聯合開拓運輸系統分類表開拓運輸系統分類表 注；溜道是利用重力溜放礦巖的運輸道路(包括露天明溜槽及地下溜井)的統稱。它存在的坡度一般較斜坡提升機道還要大 二、鐵道運輸開拓系統二、鐵道運輸開拓系統 鐵道開拓運輸系統在我國露天礦山中有最廣泛應用。下圖為我國許多露天礦采用的開拓坑線系統的典型縱斷面透視圖。 從地表至第一水平的坑線AB位于露天礦的境界以外，稱為外部溝外部溝(外部坑線外部坑線)；坑線從B點往下直至坑底均位于露天礦境界內，稱為內部溝內部溝(內部坑線內部坑線)。 設于非工

15、作幫上的坑線稱為固定坑線。固定坑線。固定坑線在生產中不需定期移設，線路質量較好，但要求在設計之前礦床的埋藏條件、水文和工程地質條件清楚，以便能夠確定最終的邊幫位置。開拓坑線置于工作幫上，稱為移動坑線。移動坑線。移動坑線有許多優點，如能適應開采境界的改變；減少運距；有利于新水平準備；減少基建工程量和便于礦巖分采等。 三、汽車運輸開拓系統三、汽車運輸開拓系統 采用汽車運輸時，開拓坑線的基本特征同鐵道坑線相似。唯因公路坡度大，轉彎半徑小，故坑線布置較鐵道時靈活得多公路坡度大，轉彎半徑小，故坑線布置較鐵道時靈活得多。汽車運輸時坑線的平面形狀可為直進，回返及螺旋形式直進，回返及螺旋形式。一般可多設出入多

16、設出入溝，以便實現分散、近距排土。溝，以便實現分散、近距排土。在汽車運輸條件下，移動坑線的缺點已不顯著，故實踐中移動坑線有較多的使用。由于汽車運輸時開拓坑線的靈活性，汽車坑線可以較好的滿足有利的開采程序，加速汽車坑線可以較好的滿足有利的開采程序，加速新水平開拓準備、礦巖分采和露天礦深部開采時的需要。新水平開拓準備、礦巖分采和露天礦深部開采時的需要。四、膠帶輸送機開拓系統四、膠帶輸送機開拓系統 在緩傾斜軟巖露天礦采用連續工藝時，帶式輸送機開拓系統比較單一。在深露天礦時，因帶式輸送機允許坡度較陡，在在邊幫上設置邊幫上設置較為方便，與提升機有相似之處。 對于礦、巖硬度大的露天礦，為了加大開采強度和提

17、高工效，在條件適宜時可以采用單斗鏟單斗鏟破碎裝置破碎裝置膠帶的半連續膠帶的半連續工藝系統。工藝系統。 采用單斗鏟和汽車運輸半固定破碎裝置膠帶運輸的半連續工藝的露天礦，當最終邊幫角較大，且非工作幫有汽車運輸坑線，為減少開拓工程費用，避免兩種運輸干線交叉，可將將帶式運輸機放在斜井內。帶式運輸機放在斜井內。這樣，還可以在地下坑道內設置半固在地下坑道內設置半固定破碎設備，并可利用溜井儲礦定破碎設備，并可利用溜井儲礦，也能減輕氣候對帶式運輸機的不利影響。 五、提升機開拓運輸系統五、提升機開拓運輸系統 露天礦使用提升設備(包括箕斗及串車)實際上是聯合運聯合運輸的中間環節輸的中間環節，利用較陡的提升機道克服

18、高差，建立工作水提升機道克服高差，建立工作水平與地面的運輸聯系。平與地面的運輸聯系。 采剝總量較少，平面尺寸不大卻相對較深的小型礦山，地面及坑內均采用窄軌運輸的串車斜坡卷揚開拓運輸系統。 提升機道開拓運輸系統與鐵道、公路系統的坑線特征比較，一般平面形狀均為簡單直線狀，溝道不會引起補充擴幫工程量。溝道可設于非工作幫的最有利的位置或端幫，以使溝道固定，根據需要，可設置多個溝道。 六、溜道開拓運輸系統六、溜道開拓運輸系統 對高而陡的山坡露天礦，為了節約基建投資和降低運輸費用，或由于技術上的原因，常用放礦溜道作為中間環節建立開拓運輸系統。 溜井主要是溜放礦石的，而巖石從采場直接運至附近的山坡排棄。在采

19、場內，用汽車或窄軌設備將礦石運至卸礦平臺向溜井翻卸，在下部通過漏口裝車，經平硐運往地面卸載點。平硐內的運輸方式根據運量及運距，可用汽車、膠帶、準軌和窄軌運輸等。 對溜井平硐開拓運輸系統的設計，主要是確定該系統中溜井位置(在境界內部或外部)、數目(集中布置或分散布置)、溜井結構參數和防止堵塞及跑礦措施以及平硐的位置與標高等。 七、聯合運輸開拓系統七、聯合運輸開拓系統 當開采某些特殊條件的露天礦田，如高而陡的復雜山坡地形，或高差大的深凹露天礦，或深度不大的凹陷露天礦其下部境界范圍窄小，或因邊坡不穩定等，從技術和經濟效果考慮，常常采用兩種或多種運輸(提升)設備。 聯合的方式可以是兩種以上設備同時應用

20、于采場內運送不同位置或不同品種的物料，這時兩套開拓運輸系統可以互不相干，屬于并聯系統并聯系統。也可以是在同一時聞和空間范圍內為了運送相同的物料而接力作業，屬于串聯系統串聯系統。八、開拓運輸系統的合理確定八、開拓運輸系統的合理確定 開拓運輸系統的形成是實現工藝過程和工程發展的必開拓運輸系統的形成是實現工藝過程和工程發展的必要手段和前提要手段和前提，它把兩者緊密地聯系起來，直接影響到露直接影響到露天礦的基建工程量、產量規模、礦石質量、礦巖產量均衡天礦的基建工程量、產量規模、礦石質量、礦巖產量均衡性、生產可靠性及工藝設備的效率和數量性、生產可靠性及工藝設備的效率和數量等。 選擇確定開拓運輸系統的主要

21、原則主要原則應和選擇生產工藝應和選擇生產工藝系統以及開采程序結合起來，使能適應礦山自然地質條件，系統以及開采程序結合起來，使能適應礦山自然地質條件，達到生產技術可靠和綜合經濟效果良好達到生產技術可靠和綜合經濟效果良好。 具體要求具體要求是在可能條件下采用先進技術裝備，使生產在可能條件下采用先進技術裝備，使生產可靠；滿足國家對礦石產量及質量需要；基建期短，達產可靠；滿足國家對礦石產量及質量需要；基建期短，達產快；投資少、成本低及工效高；充分利用地下資源快；投資少、成本低及工效高；充分利用地下資源等。 影響確定開拓運輸系統的主要因素影響確定開拓運輸系統的主要因素： 自然條件自然條件 包括地形，氣候

22、、礦體埋藏條件(傾角、厚度、層數、構造、覆蓋層厚度及礦體形狀等)、巖石性質、水文及工程地質條件、礦床勘探程度及儲量發展遠景等； 開采技術條件開采技術條件 包括露天開采境界尺寸、生產規模、工藝設備類型、開采程序、總平面布置及建礦前開采情況等； 經濟因素經濟因素 包括國家有關技術、經濟政策，設備材料的供應條件，對建設速度和礦石質量的要求及開采年限等。 應注意因地制宜，針對具體礦山條件，在全面考慮各項因素的基礎上抓住其中最主要的因素，從技術可能和經濟合理兩個主要方面對各種可行方案進行篩選和對比，綜合權衡做出決定。第五章第五章 露天開采規模及礦石質量露天開采規模及礦石質量 第一節第一節 露天開采境界露

23、天開采境界一、概述一、概述 一個礦床，在探明其賦存條件、礦石數量和質量等情況后，首先遇到的問題是采用露天還是地下方法開采。一般說來，影響影響開采方法選擇的主要因素是礦床的賦存條件開采方法選擇的主要因素是礦床的賦存條件。對露天開采有利的礦床賦存條件是覆蓋層薄、礦層傾角小和厚度大；其他如礦層賦存不穩定、礦石易自燃、歷史上已被地下方法開采過的礦床等均不利于采用地下開采法。反之，礦床位于高產農業區和其上有河流及重要設施時，則可能限制了采用露天開采法。總之，應進行分析、比較，以取得礦床開采最好的經濟效果。 對采用露天開采的礦床，還要確定其開采的合理范圍。如圖，假定煤層厚度不變則在一定臺階高度h下，每一水

24、平的采出煤量為Pi，采出P1所需的剝離量為V1，采出P2所需的剝離量為V2，直至第i水平為Pi與Vi。從直觀即可看出，在m、h不變時，各水平采煤量Pi值變化不大，Vi值則隨著深度H的增加和邊幫角的減小而增加。 iioPVbaC從經濟上分析，露天開采的范圍(深度)必然有一經濟上的限度，即： CoPiaPi+bVi 或 一個采完的露天礦場呈一個大凹坑。露天露天開采的境界開采的境界或范圍是由由深度、底的周界深度、底的周界( (長度長度l l和寬度和寬度b)b)、最終邊幫角、最終邊幫角( (底幫底幫、頂幫、頂幫、端幫、端幫)三個要素組成。三個要素組成。二、露天開采合理深度確定的原則二、露天開采合理深度

25、確定的原則1、剝采比、剝采比 露天開采與地下開采的重要區別，就是除了采出礦石外，還要剝離大量的巖石，且剝離量往往多于礦石量。我們把這兩者的比值，稱作剝采比剝采比(n)，其單位可為 m3/m3、m3/t 或 t/t 。 在露天礦的生產及設計中，從不同的角度反映剝采之間的數量關系，有不同的剝采比。（1）生產剝采比）生產剝采比ns 它是相鄰臺階在開拓準備過程中，一個延深周期內各個臺階向外推幫采出的礦、巖量的比值。（2）平均剝采比）平均剝采比np 在露天開采境界范圍內礦、巖總量的比值。 （3）境界剝采比）境界剝采比nK 它是露天開采深度增加h和和 后所引起的剝離量增加值與礦石量增加值之比。2、經濟合理剝采比、經濟合理剝采比nj 是指在現有的開采技術和費用指標條件下，經濟上有利的剝離量與采出礦量的允許最大比值。