第十章露天礦開采工藝

教學主要內(nèi)容與要求一、理解和掌握下列內(nèi)容：1、露天礦爆破方法和露天礦開采對爆破工作的要求；2、露天礦臨近邊坡的控制爆破技術與方法；3、掌握采掘工作面參數(shù)確定方法；4、掌握影響廢石場位置選擇的主要因素；廢石場的安全防護。二、一般了解的內(nèi)容：1、穿孔設備的選型和數(shù)量確定方法；2、采掘設備選型及其影響因素；3、露天礦運輸?shù)姆绞?、特點與基本要求；

6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程

內(nèi)容簡介

穿孔、爆破、采裝、運輸、排巖、復墾等工藝構成金屬露天礦開采的主要工藝。圖10－1穿孔作業(yè)圖10－2臺階爆破作業(yè)圖10－3采裝作業(yè)6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第一節(jié)穿孔爆破穿孔爆破：將礦巖從整體中分離出來，并破碎成適合的塊度。穿孔爆破工藝是影響露天礦生產(chǎn)的一個最重要的工藝環(huán)節(jié)。圖10－4潛孔鉆機鉆孔6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程一、穿孔工作1、穿孔方法：機械鉆孔、熱力鉆孔、化學鉆孔、超聲波鉆孔及高壓水力鉆孔等。圖10－5潛孔鉆機鉆孔6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程機械穿孔法常用的設備有牙輪鉆機、潛孔鉆、鋼繩沖擊式鉆機以及鑿巖臺車。2、穿孔設備

圖10－6牙輪鉆頭圖10－7牙輪鉆機6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程圖10－8潛孔鉆機6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程穿孔設備選型：主要考慮露天礦的生產(chǎn)規(guī)模，其次考慮礦巖性質(zhì)、作業(yè)條件等。

穿孔設備數(shù)量計算：主要取決于礦山的采剝總量、鉆機效率、工作制度。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程二、爆破工作⒈露天礦爆破方法⑴淺眼爆破法。

⑵深孔爆破法。根據(jù)起爆順序和起爆時間的不同，又分為齊發(fā)爆破、秒差爆破、微差爆破。

⑶大爆破(或稱硐室爆破法)。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程圖10－9臺階深孔爆破

圖10－10大爆破6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程⒉露天開采對爆破工作的要求⑴對爆破礦巖數(shù)量的要求

工作面每次爆破的礦巖量，至少能保證挖掘設備5～10晝夜的采裝。⑵對爆破質(zhì)量的要求

①大塊率。超過允許塊度的礦巖塊稱為大塊。大塊總量與爆破總量的比率稱為大塊率。允許塊度d的計算：※按挖掘設備要求確定允許塊度d：d≤0.8E1/3※按挖掘設備礦倉漏斗口或破碎設備要求確定允許塊度d：d≤0.8A6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程②爆堆形狀和尺寸爆堆的形狀和高度、寬度和松散度，對采裝、運輸工作都有很大影響。爆破后，臺階工作面的形狀要規(guī)整，不允許出現(xiàn)根底、傘巖等凹凸不平的現(xiàn)象，如圖所示。圖10－11爆破工作面根底、傘巖

1—爆堆；2—根底；3—傘巖6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程③爆破后沖在新形成的臺階上部，產(chǎn)生新的裂隙，并出現(xiàn)了破碎礦巖的堆積體，如圖所示。圖10－12爆破后沖

1—爆堆；2—上翻堆積體；3—裂隙⑶對爆破安全的要求爆破可能產(chǎn)生空氣沖擊波、爆炸震動波，以及爆破飛石，對露天礦的邊坡、周圍的建筑物和構筑物、人員和設備等造成危害。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程⑷對爆破經(jīng)濟上的要求

合理確定孔網(wǎng)參數(shù)，采用不同的炸藥、裝藥結構、爆破方法和起爆方式，以提高爆破效果、降低爆破成本。⒊露天礦的生產(chǎn)爆破即露天礦生產(chǎn)臺階的深孔爆破。⑴多排孔微差爆破

多排孔微差爆破，是指排數(shù)在4排以上、孔深>6m的微差爆破。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程※主要優(yōu)點：①—次爆破量大；②改善爆破質(zhì)量；③提高穿孔設備利用率；④提高采裝、運輸設備效率。

⑵多排孔微差擠壓爆破在臺階工作面前留有一定數(shù)量的碴體，并選用合理的微差間隔時間和起爆順序所進行的—種微差爆破。擠壓爆破的鉆孔排數(shù)，至少應在4排以上,如圖所示。

6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程※主要優(yōu)點：①可以顯著地增加巖石中爆炸應力，延長爆炸作用時間，改善炸藥能量的利用率和爆破效果；②能控制爆堆寬度，避免礦巖飛散。⒋露天礦臨近邊坡的控制爆破⑴預裂爆破沿露天礦設計邊坡境界線，鉆鑿一排較密集的鉆孔，在采掘帶主爆孔未爆之前先行起爆，從而炸出一條有一定寬度并貫穿各鉆孔的預裂縫。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程預裂縫吸收并反射地震波，從而降低地震效應，減少對邊坡巖體的破壞，提高邊坡坡面的平整度，保護邊坡的穩(wěn)定性。圖10－12預裂爆破6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程⑵光面爆破

光面爆破和預裂爆破基本相似，不同之處在于起爆的時間上。光面爆破并不能反射或抑制采掘爆破的爆炸應力波。圖10－13光面爆破形成臺階坡面圖10－14光面爆破施工面6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程⑶緩沖爆破沿臨近邊坡界線布置若干排抵抗線和裝藥量都逐漸遞減的緩沖孔，組成能衰減地震效應的緩沖層，并在正常采掘爆破之后起爆。

圖10－15電站邊坡緩沖爆破圖10－16公路邊坡緩沖爆破6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

第二節(jié)采裝工藝

采裝工藝：指在露天采場中用設備和方法把處于原始狀態(tài)或經(jīng)爆破破碎后的礦巖挖掘出來，并裝入運輸設備或直接倒卸至—定地點的作業(yè)。

如圖所示。

改善采裝工藝的關鍵，是使采裝設備的選型與采裝工作面參數(shù)互相適應、主要作業(yè)設備和輔助作業(yè)設備的良好匹配。圖10－17露天采場裝運工藝金屬礦床露天開采使用的采裝設備多種多樣。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

一、單斗挖掘機采裝

⒈單斗挖掘機的結構（1）電鏟

電鏟結構如圖所示。1—動臂；2—推壓機構；3—斗柄；4—鏟斗；5—開斗機構；6—回轉平臺；7—繃繩滑輪8—繃繩；9—天輪；10—提升鋼繩；11—履帶行走裝置；12—斗底門；13—開斗電動機圖10－18電鏟結構6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

⑵液壓鏟液壓鏟在動力裝置和工作裝置之間采用液壓傳動。液壓鏟外形結構如圖所示。

1—鏟斗；2—斗柄；3—鏟斗油缸；4—斗柄油缸；5—動臂油缸；6—動臂7—操縱系統(tǒng)；8—回轉機構；9—行走機構；10—上部機構

圖10－19液壓鏟結構6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

2．單斗挖掘機的工作參數(shù)

挖掘機主要工作參數(shù)是指挖掘半徑、挖掘高度、卸載半徑和卸載高度。如圖所示。

圖10—19單斗挖掘機工作參數(shù)

★挖掘半徑RW──挖掘時由挖掘機回轉中心至鏟斗齒間的水平距離。最大挖掘半徑RWmax站立水平挖掘半徑RWZ最大挖掘高度時的挖掘半徑RW′★挖掘高度HW──挖掘時鏟斗齒尖距站立水平的垂直高度。最大挖掘高度HWmax6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

★卸載半徑Rx─卸裁時由挖掘機回轉中心至鏟斗中心的水平距離。最大卸載半徑Rxmax

★卸載高度Hx──鏟斗斗門打開后，斗門的下緣距站立水平的垂直距離。最大卸載高度Hxmax★下挖深度Hx·W─鏟斗下挖時由站立水平至鏟斗齒尖的垂直距離。

上述工作參數(shù)隨動臂傾角α的調(diào)整而變更。

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3、采掘工作面參數(shù)

單斗挖掘機工作面參數(shù)主要有：臺階高度、采區(qū)長度、采掘帶寬度和工作平盤寬度。

⑴臺階高度h

圖10—20原巖(松軟)圖10—21堅硬巖石采掘工作面采掘工作面

對臺階高度的要求：既要保證安全，又要有利于提高采裝效率。

★平裝車時的臺階高度：一般要求（臺階）爆堆高度不大于挖掘機的最大挖掘高度；但也不應低于掘機推壓軸高度的2/3

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★上裝車時的臺階高度：臺階高度以挖掘機最大卸載高度和最大卸載半徑來確定。

圖10—22上裝車時臺階高度確定

⑵采區(qū)長度LC：劃歸一臺挖掘機采掘的臺階工作線長度叫作采區(qū)長度。如圖所示。

圖10—23采區(qū)長度

采區(qū)的最小長度應滿足挖掘機正常作業(yè)，至少應保證挖掘機有5～10天以上的裝載量。

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⑶采掘帶寬度bC

圖10—24原巖(松軟)采掘工作面

合理的采掘帶寬應保持挖掘機向里側回轉角不大子90°，向外側的回轉角不大于30°，其變化范圍為：bc=(1～1.7)RWZ

⑷工作平盤寬度B最小工作平盤寬度(Bmin)：布置采掘運輸設備和實現(xiàn)正常采裝運輸作業(yè)所需的最小寬度。工作平盤寬度主要取決于爆堆寬度、運輸設備規(guī)格、動力管線的配置方式以及作業(yè)的安全寬度等。

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★汽車運輸時最小工作平盤寬度，如圖所示。Bmin=b+c+d+e+f+g

★鐵路運輸時最小工作平盤寬度，如圖所示。

Bmin=b+c1+d1+e1+f+g圖10—25汽車運輸最小工作平盤寬度圖10—26鐵路運輸最小工作平盤寬度6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝采裝工藝

三、前裝機采裝四、鏟運機采裝前裝機有可供更換的工作部件達30種左右，使之用途更加廣泛。

鏟運機是一種兼具挖掘、運輸和翻卸功能的工程機械。

圖10－27前裝機圖10－28鏟運機6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

第三節(jié)露天礦運輸露天礦運輸，是將露天采場的廢石運至廢石場，礦石運至選礦廠或貯礦場，人員、材料運至工作地點。在露天開采的礦山中，礦山運輸工序十分重要，其基建投資額約占總基建費用的40～60%。運輸成本和工時分別占礦石開采總成本和總工時的一半以上。圖10－29露天礦采運現(xiàn)場6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

一、公路(汽車)運輸

⒈運輸設備

在露天礦公路運輸設備中，普遍采用各種載重量的后卸式自卸汽車。礦用自卸汽車載重量與挖掘機斗容必須保持一定的比例關系。當運距在1.0～1.5km時，車箱與鏟斗容積比為(4～6)：1。圖10－30自卸汽車6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

露天礦的公路與一般公路相比，具有特點，要求公路結構簡單，在一定服務期間內(nèi)保持相當?shù)膱怨绦院湍湍バ?。⒉公路分類與技術等級

露天礦公路按用途可分為生產(chǎn)型和運營型兩類。生產(chǎn)型公路又可分為固定公路，半固定公路和臨時公路。圖10－31露天礦運輸網(wǎng)6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

⒊公路路基與路面結構★露天礦公路干線的公路路基必須堅固、平整。

★路面寬度及路肩寬度，可根據(jù)不同規(guī)格的自卸汽車外形尺寸從有關資料選取。

★路面類型及結構對于自卸汽車作業(yè)的主要技術經(jīng)濟指標具有重要影響。路面類型一般可根據(jù)礦巖運量選擇。

⒋公路的平面要素

公路由直線段和曲線段組成。

★線路平面包括下列要素：平曲線半徑、切線長度、曲線長度、曲線段超高、曲線段加寬、回頭曲線等。

圖10－32公路平面要素6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

5、工作面汽車入換常用的入換方式有同向行車、回返行車和折返倒車。如圖所示。

圖10—33汽車在工作面入換方式

汽車在工作面的位置和入換，應當力求減小挖掘機采裝時的回轉角并盡量縮短入換時間。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

6、道路通過能力與運輸能力

道路通過能力取決于單位時間內(nèi)通過線路一定地點的最大汽車數(shù)量，它與行車線數(shù)量、路面質(zhì)量與狀態(tài)、汽車運行速度以及安全行車間距有關。

自卸汽車運輸能力取決于汽車的載重量、運輸周期和班工作時間的利用程度等。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

這是一種連續(xù)運輸方式，是實現(xiàn)露天礦生產(chǎn)連續(xù)化的重要環(huán)節(jié)。其特點是物料以連續(xù)的貨流沿固定線路移運。如圖所示。其主要優(yōu)點是生產(chǎn)能力大、爬坡能力強、勞動條件好、能量消耗少且易于自動控制。二、帶式輸送機運輸圖10－34皮帶運輸機輸送機的主要部分──膠帶，既是牽引機構又是物料運送機構。如圖所示。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

裝載工作面的輔助設備：帶式輸送機用于露天礦采掘工作面運輸時，根據(jù)礦巖種類和大塊率等因素選用不同的輔助設備。圖10－35破碎篩分給料皮帶運輸系統(tǒng)6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

三、聯(lián)合運輸指從露天采場工作面的裝載點到貨流卸載點(礦石或廢石場)之間有兩種以上的運輸方式。如圖所示。

要實現(xiàn)聯(lián)合運輸，必須設置轉載站，以便把礦巖從一種運輸工具轉載到另一種運輸工具中。圖10—36礦石從汽車向箕斗轉載、箕斗向料倉轉載6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

1、轉載站是實現(xiàn)汽車與鐵路聯(lián)合運輸、汽車與箕斗聯(lián)合運輸、汽車與帶式輸送機聯(lián)合運輸?shù)嚷?lián)合運輸?shù)幕A。圖10—37汽車與帶式輸送機聯(lián)合運輸轉載站(a)—篩分式轉載站；(b)—篩分破碎式轉載站1—汽車2—固定式篦子篩3—料倉4—破碎機5—帶式輸送機6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

2、溜井運輸

按照溜井與露天采場境界的相對位置，可分為內(nèi)部溜井和外部溜井運輸。溜井由井口、井筒及放礦裝置組成。

圖10—38溜井結構(a)—內(nèi)部垂直溜井(b)—帶貯礦倉的內(nèi)部垂直溜井(c)—外部傾斜溜井6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝露天礦運輸

3、溜槽運輸溜槽運輸一般用于山坡露天礦的自然斜坡上。

按坡角劃分為斜坡（45°以下）、陡坡（45°～60°）和極陡坡（60°～80°）溜槽。圖10—39露天礦溜槽1—卸載平臺；2—襯壁式溜槽；3—非襯壁式溜槽；4—檔土墻；5—有裝載設備的漏斗倉；6—受料平面6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

排巖工作包括廢石場位置的選擇、排巖工作方法的選擇、廢石場的建設與發(fā)展、廢石場的穩(wěn)固性與防護措施、廢石場的污染控制與復墾等內(nèi)容。第四節(jié)排巖工作廢石場：接受排棄巖土的場地。排巖工作：將巖土運送到廢石場以一定方式堆放巖土的作業(yè)。按廢石場與露天采場的相對位置，廢石場可分為內(nèi)部廢石場和外部廢石場。

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一、廢石場位置的選擇1、占地面積少，不占或少占農(nóng)田；2、安全；3、排土運距短；4、保護環(huán)境；5、總容積應與露天礦總剝巖量相適應。按剝離量所需的廢石場有效容量為：圖10－40廢石場排土6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

二、排巖工藝排巖工藝可分為：汽車運輸—推土機排巖、鐵路運輸—挖掘機排巖、排土犁排巖、前裝機排巖、膠帶排土機排巖。1、汽車運輸—推土機排巖圖10—41汽車運輸推土機廢石場

圖10—42汽車在廢石場卸載

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2、帶式排土機排巖圖10－43帶式排土系統(tǒng)由輸送機運來的剝離物，經(jīng)轉載機進入排土機里的接收輸送機，輸送到卸載輸送機后進行排巖，推土機平整場地。帶式輸送機和排土機向排棄方向跟進移設，進行下排而形成下部排巖臺階，每移動一個步距，推進一個排巖帶寬度。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

三、廢石場建設1、廢石場初始排土線的修筑

2、排土線的擴展

圖10—44鐵路運輸山坡廢石場初始排土線

圖10—45挖掘機修筑初始排土線6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

四、廢石場的安全防護與復墾⒈廢石場的穩(wěn)定性與防護

★常見的失穩(wěn)現(xiàn)象是滑坡和泥石流。

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⑴廢石場的滑坡與防護措施★廢石場的穩(wěn)定性影響因素:主要取決于廢石場的地形坡度、排棄高度、基底巖層構造及其承壓能力、巖土性質(zhì)和堆排順序。圖10—41廢石場滑坡類型(a)—廢石場內(nèi)部的滑坡；(b)—沿基底面的滑坡；(c)—基底軟弱層的滑動★廢石場的滑坡防護措施①要先清除表土及軟巖層，然后開挖成階梯，以增強基底表面的抗滑力。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

②對含水的潮濕基底，應將不易風化的剝離物堆排在基底之上，并設置排水工程將地下水引出廢石場；③對傾斜度較大且光滑的巖石基底，可采用交叉式布點爆破，以增加其表面粗糙度；④用筑堤或其它疏導工程，攔截或疏引外部地表水不使其進入廢石場，防止在基底表面形成大量潛流，產(chǎn)生較大的動水壓力沖刷基底。⑤調(diào)整排棄順序，對于地形上陡下緩的廢石場，宜先從底部堆排或采取水平分段排棄，以保護廢石場坡角的穩(wěn)定性。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

⑵廢石場泥石流防護措施廢石場泥石流多與滑坡相伴而生。有降雨和地面溝谷流水時，廢石場坡面受到?jīng)_刷，使滑坡迅速轉化為泥石流而漫延。6/18/2025礦物資源工程專業(yè)主干課程第十章露天開采工藝排巖工作

①泥石流的發(fā)生需具備三個基本條件：

★泥石流區(qū)含有豐富、松散的巖土來源；

★山坡地形陡峻并有較大的溝谷河床縱坡；

★泥石流區(qū)中上游有較大的匯水面積和充沛的水源