第三篇 金属矿床露天开采

1. 第三篇金属矿床露天开采 第九章 露天开采的基本概念 第十章 露天矿生产工艺过程 第十一章露天矿床开拓 第十二章 砂矿床露天开采

2. 露天开采的基本概念 • 露天开采就是从地表直接采出有用矿物的矿床开采方法。 • 露天开采是一种历史悠久的古老采矿方法，由于受到矿床赋存条件和生产力的限制，比重一直比较小，随着各种高效率的采掘设备和运输设备等不断问世，露天开采的矿山获得了空前迅速的发展。 • 开采方式有两种：机械开采和水力开采。

3. 露天开采的优点 • 1受开采空间限制较小，可用大型设备，有利于实现自动化，可提高开采强度和矿石产量。 • 2劳动生产率高，比地下开采高2-10倍以上。 • 3开采成本低，一般比地下开采低2-3倍。 • 4矿石损失贫化小，损失率不超过3-5% ，废石混入率不超过5-10% 。 • 5对于高温易燃矿体的开采，更安全可靠。 • 6基建时间短。 • 7劳动条件好，工作比较安全。

4. 露天开采的缺点 • 1粉尘较大，废气多，有害成分对大气、水和土壤的污染大。 • 2须占用面积广大的土地和农田。 • 3气候对露天开采有较大的影响。

5. 露天开采名词术语 • 露天采矿场：由露天开采所形成的各种矿山坑道的总体。 • 山坡露天矿：露天矿场位于露天开采境界封闭圈以上的露天采矿场。 • 凹陷露天矿：位于露天开采境界封闭圈以下的露天采矿场。

6. 露天开采名词术语

7. 台阶是露天矿场的基本构成要素台阶的开采和命名台阶是露天矿场的基本构成要素台阶的开采和命名

8. 台阶构成要素 1-台阶上部平盘 2-台阶下部平盘 3-台阶坡面 4-台阶坡顶线 5-台阶坡底线 h-台阶高度 a-台阶坡面角

9. 露天矿场构成要素 • 最终边帮(AC,BF) • 底帮；顶帮；端帮 • 工作帮(DF) • 最终帮坡面(AG,BH)工作帮坡面(DE) • 最终边坡角(β,γ)工作帮坡角(φ) • 工作平盘(1) • 上部最终境界线(A、B)下部最终境界线(G、H) • 最终深度 • 安全平台、运输平台和清扫平台。 • 剥采比

10. 露天开采的一般程序 • 地面准备 • 矿床疏干和防排水 • 矿山基建工作 • 剥离和采矿 • 地表的恢复利用

11. 露天矿生产工艺过程 • 穿孔工作 • 爆破工作 • 采装工作 • 运输工作 • 排土工作

12. 穿孔工作 • 露天矿生产的增长、采掘设备效率的发挥，均受到穿孔爆破工艺的限制。 • 露天开采中使用的穿孔设备，主要是牙轮钻机、潜孔钻机和回转式钻机；一些小型露天矿也有采用凿岩台车的。

13. 牙轮钻机 • 二十世纪五十年代中期兴起 • 回转式钻机 • 借助镶齿的钻头，在重压下快速回转，使钻头上的轮齿压入孔底岩石中，并在钻具回转扭矩和牙轮滚动作用下，挤压、切削岩石进行钻孔。

14. 牙轮钻机 牙轮钻机的钻具是钻杆和牙轮钻头 适用干中硬和坚硬矿岩中凿岩。其穿孔进尺，一般可达4000-6000米/台月；台年穿爆量可以达到400-600万吨以上。 提高牙轮钻机效率的途径是合理选用轴压和转速，加大排渣风量，增大钻孔直径，以及提高工作时间利用系数。

15. 潜孔钻机 • 回转冲击式钻机 • 外形大，重量大(最大达45吨)，孔径大(150-250mm) • 台月钻孔进尺约2000m，台年穿爆量达60-150万吨；可以钻垂直孔，也可以钻带有一定角度的倾斜孔；钻机价格比较便宜，特别适用于中小型露天矿。

16. 凿岩台车 • 使用导轨式重型风动凿岩机的穿孔设备。 • 设备简单，机动灵活，孔径小，可以打任意角度的炮眼。 • 适用于小型露天矿，或用于处理平台、清理边坡等辅助作业的凿岩。

17. 破工作 作用 要求 为了保证采掘设备的持续生产，要求有足够的爆破贮备量。 为了保证采掘设备能高效率，要求爆破矿岩的块度要适宜、工作面平整、爆堆要集中、没有根底和伞岩。 为了降低矿石的生产成本，要求在保证矿岩块度的前提下，降低爆破工艺费用。 为了保证安全，要求爆破对边坡及附近建筑物产生的有害影响最小，并要求能够有效地加以控制。 • 爆破质量的好坏，直接影响着采装工作的进行，并间接影响露天矿的其他生产环节。

18. 破工作 • 露天矿广泛采用的正常采掘爆破，是深孔爆破，也叫中爆破。孔径一般在150-300mm之间，并有垂直深孔和倾斜深孔之别。 • 目前我国露天矿广泛采用多排孔微差爆破。

19. 破工作 爆破参数 • 孔径(d) • 底盘抵抗线(WD) • 孔距(a) • 排距(b) • 超钻深度(hc) • 单位炸药消耗量(Q=qha WD)

20. 破工作 • 微差爆破是以顺序起爆的炮孔或炮孔组之间，间隔数十毫秒时间为特征的爆破技术。 • 技术的关键是控制一次起爆的药量和微差时间。 • 起爆的顺序也很重要，起爆顺序有a-平行顺序起爆,b-波浪式起爆,c-梯形起爆

21. 采装工作 • 是指用采掘机械将矿岩从整体或松散爆堆中采出来，并装人运输容器或直接卸到一定地点的工作。 • 是露天开采全部生产过程的中心环节，其他生产过程，如穿爆、运输、排土等，都是围绕采装而工作的。 • 采装设备和工艺，在很大程度上影响整个露天开采的工艺方式、技术面貌、矿床的开采强度和最终的经济效果。 • 金属露天矿最广泛应用的是单斗挖掘机，也有采用轮胎式前装机的，有些露天矿还开始采用连续作业的大型斗轮挖掘机，它属于多斗挖掘机。

22. 单斗挖掘机采装 机械铲；索斗铲；抓斗铲 ； 机械铲 又分：正向铲、反向铲和刨铲；电铲 和柴油铲。 采装工作

23. 正向机械铲的工作规格 挖掘半径、挖掘高度、卸载半径、卸载高度。 采装工作

24. 采掘工作面参数 1)台阶高度 2)采掘带宽度 3)采区长度 采装工作

25. 提高单斗挖掘机生产能力的途径 挖掘机生产能力是指在某一计算单位时间内，从工作面装入运输容器中的矿岩实体立方数。 式中T-班工作时间，小时；η-挖掘机工作时间利用系数；E-铲斗容积，m3 ；KM-满斗系数；t-挖掘循环时间，秒；KS-矿岩在铲斗中的碎胀系数。 挖掘机生产能力受挖掘循环时间、满斗系数和工作时间利用系数的影响。因此，重视司机的培训，提高其操作技术水平，改善爆破质量，加强设备维修，加强管理，改进工作面的供车状况等，以缩短电铲挖掘循环时间，提高满斗系数和时间利用率，是提高单斗挖掘机生产能力行之有效的途径。 采装工作

26. 前端式装载机 它用柴油发动机驱动和液压传动，一机多能，轻便灵活。 既可以向运输容器装载，又可以自装自运；同时还可以用来作牵引货载及清理工作面等各种辅助工作。 随着前装机设计和制造工艺技术的不断改进，在露天矿已占有一定的地位，在一定的条件下，尚可成为露天矿的主要采掘设备。 前装机在我国已广泛应用于土建工程和露天矿的辅助作业，并在一些矿山用于排土和矿石捣运等作业。 采装工作

27. 露天矿连续开采工艺比较有效的采掘设备为轮斗式多斗铲 。 它与胶带运输机配合，较间断作业的单斗挖掘机具有一系列的优越性。 生产能力大，生产流程连续化，胶带运输机运输的爬坡能力大，开采成本低。 由于轮斗式挖掘机的改进及钢绳芯胶带运输机的出现，轮斗式挖掘机系统，在国外已用于开采一些致密以下的矿岩。 采装工作

28. 运输工作 • 在露天开采过程中，矿山运输的基建投资额占基建总费用的60％左右，运输成本和劳动量分别占矿石总成本和总劳动量的一半以上。 • 露天矿运输的基本任务，主要是将露天矿场采出的矿石运到选矿厂、破碎站或贮矿场，把剥离的废石运往排土场，并将生产过程中所需的人员、设备和材料送到工作地点等。 • 大中型金属露天矿，主要采用铁道运输、汽车运输，也有采用胶带和箕斗运输。

29. 一、铁道运输 • 六十年代以前建设的大型露天铁矿，都采用铁道运输。 • 国采用铁道运输的大中型露天矿，其轨距基本上都是1435mm的标准轨距，只有小型矿山才采用各种规格的窄轨运输。

30. 一、铁道运输 l、机车车辆 • 目前我国大型露天矿所用的牵引机车，主要是电机车。 • 我国使用的是直流电机车，它具有操作简单、起动快、制动灵敏、牵引力大、运输成本低等优点，缺点是要架线，直流电机车还要设置牵引变流所，电机车造价较高，故运输的基建投资较大。 • 准轨铁道运输的车辆，普遍采用载重量为60吨和100吨的自卸翻斗车。

31. 一、铁道运输 • 为了保证行车安全，调剂车流，加大线路的通过能力，用分界点（车站、会让站、线路所及色灯信号机等）把线路划分成区间。 • 线路通过能力，就是指单位时间内通过线路区间的列车对数（一列空车和一列重车为一对）。 • 线路运输能力，是指列车在单位时间内通过区间的货载量。 • 线路的通过能力或运输能力，是按运输条件最困难的区间来确定的，这个区间叫做限制区间。

32. 一、铁道运输 • 根据矿床开拓运输系统，工作平盘配线方式如下图所示，有尽头式和通行式两种。 • 尽头式配线只有一个出口，空、重车对向行车，空车进人工作面装载，重车沿原线路开出。这种配线方式，可减少露天矿的剥岩量和线路工程量，但列车的人换时间较长，使挖掘机利用率降低。 • 通行配线分别有入车口和出车口，空、重车同向运行，空车由人车口进入工作面，重车经出车口开出。这种配线方式的优缺点与尽头式正好相反。

33. 一、铁道运输 铁道运输的优缺点 • 铁道运输的主要优点是：运输能力大，能满足大中型露天矿运输的要求；能和国有铁路直接办理行车业务，简化了装、卸工作；设备和线路比较坚固，备品配件供应可靠三运输成本低廉。 • 铁道运输的主要缺点是：基建投资大，建设速度慢；受矿体埋藏条件和地形条件影响大，灵活性差；线路系统和运输组织工作复杂；随着露天开采深度增加，运输效率显著下降。

34. 一、铁道运输 2、运输线路 • 露天矿铁道运输具有如下的特点：线路坡度大，转弯多，平曲线半径小，行车困难；线路服务年限短，线路区间短，移动线路多，标准低，行车速度慢；运输距离和运输周期短，行车密度大，不易按行车图表行车等。 • 要求线路的路基稳固，转弯处和换坡点必须保证行车平稳和安全，必须加强线路的养护工作。

35. 二、汽车运输 • 汽车运输在露天矿中既可作为单一的运输方式，也可以与其他运输类型配合组成联合运输方式。 • 汽车运输在国外露天矿应用广泛；在我国金属露天矿采用汽车运输的比例也逐年增大，一些矿山已使用了120吨级和170吨级的电动轮卡车。

36. 1、露天矿用汽车 我国使用的主要是自卸汽车和电动轮自卸汽车。 电动轮自卸汽车就是采用柴油发电机组，通过电动轮驱动车辆前进的汽车。 与自卸汽车的区别，主要是采用电传动。 结构简单，容易制造和修理。 牵引性能较好，爬坡能力强，运输效率高。 操作比一般汽车简单、平稳、行车比较安全，各部件寿命较长，能提高汽车完好率。 载重量有100-250吨，近年来还出现了350吨级的。 二、汽车运输

37. 二、汽车运输 • 装运设备的配套 • 汽车载重量与挖掘机铲斗容积之间，客观上存在着一定的匹配关系。 • 如果挖掘机的斗容过小、汽车载重量很大，虽然挖掘机的装车效率较高，但汽车的装车和等待装车的时间将大大增加，使得汽车的运输效率锐减；如果与上述情况相反，汽车运输效率提高了，但挖掘机的时间利用率将大大下降，进而影响整个露天矿生产能力的提高。 • 一般认为，当运距在1-1.5km时，自卸汽车容积与挖掘机斗容的最优比例为(4-6)：l。

38. 二、汽车运输 2、露天矿用公路 露天矿用公路断面比较复杂，线路坡度较陡，曲线半径小，拐弯多，运输强度大，相对的服务年限短，行驶车辆的载重大。 要求露天矿用公路的结构简单，造价便宜，而且在一定的服务年限内具有相当的坚固性和耐磨性。

39. 二、汽车运输 • 露天矿用公路的服务年限是不尽相同的，根据其服务年限的长短，可分固定公路、半固定公路和移动性公路三种。固定公路一般是指出入沟及采场以外的永久性公路，服务年限在3年以上，在矿床开采的全部年限内为露天矿服务；半固定公路是指进入采场和排土场工作面的半永久性公路，使用年限l-3年，随露天矿的延深和露天矿作业的进展而延伸；移动性公路是指采掘工作面的线路和排土场内的线路，它们是随着工作面的推进而移动的。

40. 二、汽车运输 3、汽车在工作平盘上的运行方式 • 回返行车是指汽车在工作面需要迂回，改变运行方向，平盘只需一个出口，但需有双车道，平盘要求较宽。 • 折返行车是指汽车倒退进入工作面，平盘宽度较前者为小，只需一个出口，平盘也需有双线，调车量大。 • 同向行车是指汽车在平盘上运行不需要改变运行方向，故调车量最少；平盘只需单车道，故平盘宽度小；但要有两个出口。

41. 二、汽车运输 4、汽车运输的优缺点 • 汽车运输与铁道运输比较，具有许多优点：机动灵活，对各种地形条件适应性强；爬坡能力强，最大可达10-15 %，故运距短，基建工程量小，投资少，建设速度快；可与挖掘机密切配合，提高挖掘机效率；运输组织简单，道路维护保养容易等。 • 其主要缺点是：受气候影响大，特别是在雨季、冰雪期间行车困难；吨公里的运费高；汽车维修和保养工作量大；轮胎寿命短，消耗量大等。

42. 三、胶带运输机运输 • 胶带运输机在国民经济的各个领域中早已广泛应用。 • 它的运输能力大，爬坡能力强，运输连续性，与汽车和铁道运输比较可以缩短运距，降低成本，提高劳动生产率，是一种理想的连续运输设备。 • 过去由于金属露天矿的矿岩坚硬，块度较大，对普通的胶带和辅助设备磨损大，更换频繁，导致运输成本激增，限制了胶带运输机的应用。 • 现在国内外发展了一种高强度胶带运输机，使其结构设计不断完善，寿命不断提高，并配合破碎机，成为当代金属露天矿的一种高效运输设备。 • 国内外高强度胶带运输机有两种类型，即钢绳胶带运输机和钢绳芯胶带运输机。

43. 三、胶带运输机运输 • 胶带运输机在露天矿的应用，大致有以下几种类型： • 轮斗式挖掘机-胶带运输机系统； • 推土机-格筛-胶带运输机系统； • 前端式装载机-移动式破碎机-胶带运输机系统； • 挖掘机-汽车-破碎机-胶带运输机系统等。

44. 第四节 排土工作 • 金属露天矿开采的一个重要特点，是要剥离大量覆盖在矿体上部的表土和周围岩石，并将它们运往专门设置的场地排弃。 • 这种接受排弃土岩的场地称为排土场；在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业称排土工作。

45. 第四节 排土工作 • 建设露天矿时，必须合理地选择排土场位置，其选择原则如下： • (1)排土场应选在山坡荒地，少占地，避免迁移村庄。 • (2)在不妨碍矿山生产发展和边坡稳定的前提下，排土场应尽量靠近露天矿场。 • (3)优先利用露天采空区作排土场。 • (4)排土场应位于居民点的下风侧地带。 • (5)应考虑造地还田，制订土地复原规划。

46. 第四节 排土工作 • 根据废石的运输方式和排土设备不同，露天矿的排土方法主要有： • 汽车运输-推土机排土； • 铁道运输-挖掘机、排土犁、前端式装载机排上等。

47. 一、汽车运输-推土机排土 • 其排土作业包括：汽车进入排土场后，沿排土公路到达卸土地段进行调车，后退到靠近边坡处卸土岩；残留在排土平台的土堆用推土机推下坡底；平整场地和修整排土公路。

48. 二、铁道运输-挖掘机排土 • 铁道运输的露天矿，挖掘机排土是一种常见的排土方法，如下图。其排土工艺包括：列车翻卸废石，挖掘机堆垒以及铁道移设。

49. 三、排土犁排土 • 排土犁是一种在轨道上行走的排土设备，只适用于铁道运输排土场排弃废石。 • 排土犁本身没有行走动力，需由电机车牵引。工作时利用气缸将犁板张开成一定角度，并将堆置在排上线外侧的废石向下推排。

50. 三、排土犁排土 • 排土犁排土的工序包括列车翻卸废石，排土犁推土，修整平台和移设线路。在新的线路上，为了保证行车及排土作业的安全，机车应以低速度顶推列车进人排上线，并自排土线的人口处向终端方向前进翻卸废石；当排土线全长都翻卸了一次废石之后，列车改为由排土线终端向人口处后退式翻卸废石，直至排满全线；此时排土犁即行推土；排土犁推土后形成了新的受土容积，列车又继续沿排土线全长翻卸废石，直至该新的受土容积再度填满。