1、伊泰集团生产事业部灾害治理中心绪论 金属矿床开采按不同的埋藏条件，主要有以下三种方法 ： 露天开采， 地下开采， 砂矿床开采， 目前主要是机械化采掘，本课程主要讲机械化露天开采的方法。一、露天开采的基本概念及述语露天开采是在一定范围内敞露的空间里，将掩盖在矿体上部的表土及周围部分的岩石剥除掉，而把矿石开采出来。因此为了采出矿石，还必须开采矿石。1台阶（bank）：（图1-1）开采时，自上而下把矿岩划分成具有一定厚度的水平分层，用独立的采掘、运输设备进行开采，各分层保持一定的超前关系，从而形成阶梯状。台阶由以下要素构成：上部平盘、下部平盘、坡面、坡顶线、坡底线、高度、坡面角。台阶分：工作台阶工作
2、平盘布置采掘、运输设备。非工作台阶保安平台：用于缓冲和阻截滑落岩石，减缓边坡角。清扫平台：阻截滑落岩石并用清扫设备进行清理。运输平台：作为工作台阶与出入沟运输的联系通道。2、工作线（Avdvance line）已经做好准备而形成的矿岩区段。3、采掘带（excavation zone）：开采时将台阶划分为若干个条带，逐条顺次开采，每一个条带叫做采掘带。参数：宽度 1、实方取决于爆破方法和参数。2、电铲取决于电铲的挖掘和卸载半径。4、采区（working section ）每一条带开采时也可划分为若干区段配以独立的采运设备。参数：长度一条电铲所占的采掘工作线长度。5、露天坑道：按用途分：1、出入沟
3、建立开采水平间的运输通道。(Bl4中的AB)。2、开段沟建立第一条工作线（初始台阶）见图l4中的CD。 按断面形状分：整断面（15 a）,单侧沟（15 b）6露天矿场（open pit）已经进行和正在进行露天开采的区域，由台阶和露天坑道形成。山坡露天：封闭圈以上。凹陷露天：封闭圈以下。构成要素：（1）边帮：露天矿场四周表面的总体，分 ：顶帮、底帮（slope）、端帮 （2）工作帮：（working slope），非工作帮（slope of respose） （3）工作帮坡面及工作帮坡面角 （4）非工作帮坡面及最终边坡角。 （5）上下部最终境界线开采结束时，非工作帮坡面与地面或露天矿底平面相交的
4、闭合曲线。 （6）露天矿场最终境界：上下部最终境界线所限定的位置。二、露天开采工艺过程穿孔爆破采装运输排卸工艺形式分：间断式工艺，连续化工艺，半连续化工艺。这几个生产环节是互相紧密配合的，因而在不断完善各生产环节的同时，还必须考察他们的联系，以便提高全露天矿的综合生产能力。三、露天矿山工程的发展程序如前所述，从露天矿场采出矿石和岩石是从一定工艺过程实现的，这种工作总称为露天矿山工程。露天矿山工程：按施工对象分：剥离工程和采矿工程。按施工形式分：掘沟工程和括帮工程。矿山工程的发展按一定程序进行的。对于一个台阶：掘出入沟 开段沟 扩帮对于上下水平：掘沟与扩帮同时进行，即上部水平扩帮的同时下部水平掘
5、沟，于是：1、 矿山工程深度不断增加，直到最终开采深度。2、 各开采水平的工作线从最初开段沟的位置不断向外推进，直到最终边界。3、 露天矿场在发展过程中，逐步由小变大，由浅至深，不断采出矿石和剥离岩石，直至最终境界范围内开采终了为止。露天矿山工程的发展程序的本质特征是渐进的即开采工作要不断在空间移动，台阶工作线不断扩展推进，露天采场随之逐深扩大。综述露天采矿工作特点：生产对象是天然赋存矿岩，开采地点及生产条件不断推移变化，旧水平不断结束新水平陆续投产，构成了采矿过程从准备到生产又从生产到新的准备的循环运动规律，使掘沟、剥离、和采矿三者之间总是保持相互依存和相互制约关系。第一章 露天矿生产工艺综
6、述第一节 穿孔爆破工作一、 概述矿岩采掘前要进行准备，其方法有：穿爆法，机械法（犁土机松破，推土机堆集），水力法。常用穿爆法，对于爆破后的矿岩有如下基本要求：1、有足够的爆破贮备量,至少能满足电铲5一10昼夜的采装需要。（对矿岩数量上的要求）。2、要有合格矿岩块度要求： ( 质量上的要求) 电铲:a=0.8 破碎机:a=0.8A 胶带机:a=(0.30.4)B3、要有规整的爆堆和台阶。4、安全:减震、减少冲击波，注意碎石抛掷。经济:爆破本身的经济：合理的装药结构、起爆方式、爆破方法、总的采装运输经济效果。二、 穿孔设备的选择和使用根据岩石破碎方式有：1、牙轮钻机（rotary drill） 属
7、回转式钻机：50年代兴起，美国，加拿大，澳大利亚露天矿几乎全用。 西方国家主要使用美国产品：孔径为250、310、380。比塞骆斯伊利（B-E）R型。加登纳丹佛（gardner denver）GD.n 。马里思（Marion）M4。 东欧国家用苏联产品：cbm250c,cbm320 ,bam320。 我国:KY250c（XYZ250c） 0.383pn/fD1（厘米/分），p轴压（千牛顿），h转速（转/分），f岩石坚固性参数，D1钻头直径（厘米）。1)强制钻进：高压轴（300600k/v）低速（150转/分 以内）2)高速钻进：低压轴（100200 k/v）高速（300转/分） 大冲功低频率（
8、每厘米为卡810卡/千米，8501300次/分）合理 小冲功5.57，高频率（1900-2500）评价：效率高 40006000米/月，最高 10000米/月 是钢绳冲击式45倍 ，孔径大 台年穿孔量达400600万吨，最高1200万吨/年，是潜空钻机24倍。应用：用于大型金属矿山中硬以上的矿岩穿孔。2、潜孔钻机（downthehole percussive drill） 属冲击回转式，潜孔技术早在1932年由美国英格索兰法（ingersell rand）公司首先推出。最初用于地下矿崩落法，五年代初才用与露天矿。 型号：国外 T5（大型） DM3（中型） 我国 KQ150A KQ200 KQ2
9、50 评价：孔径小，能穿凿各种不同倾角的炮孔有利于矿石分采和合理控制品位、块度，结构简单、操作维修方便、价格便宜、设备效率发挥较好。30004000米/台月，适用于中小型露天矿。1.27ank/DE a冲击功 公斤米 n冲击频率 次/分 k冲击波利用参数 E岩石凿碎功比耗 公斤米/厘米 D钻头直径 厘米3、火钻（jet piercing drill）jpm型 储高温(16003000C)、高速(1100一1800ms)的火焰喷向岩石表面,使岩石在热力作用下骤热、膨胀、碎裂、剥落成孔。火钻的穿孔机理就是建立在岩石受热产生不均匀变化的基础上，因此适用于热容量小、导热性差、膨胀性大的岩石。 优点：在
10、极硬而且磨蚀性强的矿岩中穿孔效率610米/小时，同时还可以进行扩孔作业。 缺点：消耗大量的柴油和氧气(或压气)，穿孔成本很高。 （关于各种钻机穿孔效率的分析，可参阅教材内容自学）。穿孔设备数量计算。P17三、爆破作业 爆破技术已再爆破工程课中详细学到，现只把露天矿用的爆破方法作一归纳。正常台阶爆破。1、多排孔微差爆破 （multiplerow delay blasting） 机理：产生新的自由面，应力波的叠加，岩石互相碰撞，地震波的互相干扰。微差间隔时间：2550毫秒起爆顺序：逐排，斜线，波形，掏槽优点：一次爆破量大，减少爆破次数和避炮时间，改善爆破质量，减少大块，提高穿孔效率。2、 大巴微差
11、挤压爆破（buffer blasting）保留一定厚度的堆渣：一方面能延长爆破的有效作用时间改善炸药能的作用和破碎效果，另一方面能控制炸堆宽度避免矿岩飞散，但要求台阶平盘宽度增加，爆堆高度大，炸药消耗量大。 3、高台阶爆破。（high bench blasting） 成倍的增大爆破量，有利于穿爆、采、运工作平行作业，爆破集中，改善爆破质量减少超钻开孔量，提高穿钻开孔效率。 但穿钻深度大，钻机作业困难，台阶 下部夹制作用大，质量不易保证。 几点帮爆破：a) 多段微差爆破采用更多段数可分离各段爆破地震波，减少地震作用。b) 预裂爆破先爆密集的预裂孔，采用不偶合装药，使采掘爆破地震波在裂缝面上被吸收
12、产生较强的反射，以削弱地震波的强度。c) 光面爆破主要用于处理边坡使坡面岩壁平整。（后爆密集孔，不偶合装药）。d) 缓冲爆破常与预裂和光面配合使用即在密炮孔与预裂孔间（光面孔）间打若干排、缓冲孔抵抗线装药量逐渐递减）。第二节 采装工作 采装工作是露天开采全部生产过程的中心环节，采装工作的好坏直接影响到矿床的开采强度露天矿生产能力和最终经济效果。因此，如何正确选择采装设备采用良好的工作方法，以提高采装工作效率对搞好露天矿生产具有及其重要的意义。一、露天矿用的采装设备 主要是使用：挖掘机、前端式装载机。 分类如下： single bucket shovle dragline Excavatormu
13、ltiple(continuous)-bucketchain bucket excavatorbucket wheelfront-end loader1、机械铲（shovle） 工作间断式，有较强的挖掘力，适用于挖掘各种不同硬度的矿石，可用于采矿、剥离、排土、掘沟、捣堆等工作。 铲斗与悬架钢性连接，挖掘电铲站立水平以上的矿石。随着露天矿规模不断扩大，机械铲规模也增大。 、装载机械铲 矿山以使用的最大斗容量为 19 米 ，常用 411.5米。美国产品：B-E公司： 280-B (10.6米)195-B (7.6米) 295-B (15.2米)Marion： 191-M、192-MHarnisch
14、feger： P&H 2100 (13米)P&H 2300 (16.8米)P&H 5700 (38米) 苏联产品：kt4、kt8N、kt20国产：WK4（4.6米)、WD800 （8米) 、WD10 （10米)、剥离机械铲 已制出6360M（137.5米)美国皇后河煤矿使用Marion生产的95.6米剥离铲臂长68.6米可一次剥离38米厚度岩层每小时剥离矿砂和页岩3800米。2、索斗铲（dragline） 铲斗与悬架挠性连接，挖掘电铲站立水平以下的矿岩。主要用于不需爆破的松软岩层和半黏结性土壤的剥离工作。工作规格大，效率高。 美国俄亥俄州的曼其奈露天矿使用4250W铲 斗容168米生产能力达3
15、400万米/年。3、斗轮铲（bucket wheel）连线作业式采装，常与带式运输机配合组成连续生产工艺系统。目前在金属矿已有发展，如苏联列别金铁矿剥离废石每小时生产能力达10003000米。 卸载方式：前卸、后卸、侧卸。引导方式：轮胎、领带。传动方式：机械、电、液压。操作系统：钢绳、滑轮、液压。4、前装机（front-end loader）是一种自铲自运设备，行走速度快，机动灵活，爬坡能力大（20度左右）作业效率不受台阶低的影响，因此，近年来前装机在露天矿作业中占愈来愈大的比重。 目前常用于装车直接装运高台阶排土场倒运辅助作业与挖掘机配合掘沟 国内用柳州工程机械厂出的Z450和Z44（2.7
16、米)在广西水泥厂石灰石矿和福建潘洛矿用。并引进了日本川崎产品的KLD100(5米)在南芬和海南做辅助设计用。二、机械铲的工作参数及作业方式 1、工作参数 挖掘半径（Rw）:最大（Rwm），站立水平（Rwz） 挖掘高度（Hw）：最大（Hwm） 卸载半径（Rx） 卸载高度（Hx） 下挖深度（Kw） 2、作业方式：侧面平装车，侧面上装车，端工作面层尽头平装车，捣堆作业。 三、电铲采装工作面要素 1、工作面高度（height of bench） 受各方面因素限制：如电铲工作参数、矿岩性质和埋藏条件、穿爆工作要求、矿床开采强度以及运输条件。1) 电铲工作参数的影响平装车 挖掘不需爆破的岩土hHwma)从
17、安全出发 坚硬岩石爆堆高度：h（1.21.3）Hwm从效率出发：h2/3Htb)上装车hHxm-hc-exh(Rxm-Rwz-C)tg2）其它因素a)矿岩埋藏条件：保证稳定和台阶矿岩性质一致b)开采强度：h大降低水平推进速度和延深速度c)运输条件：h大可减少台阶总数，简化开拓运输系统d)矿岩损失贫化：h小有利于减少矿岩混杂面积2 、采掘带宽度（width of excavation zone）实体采掘带宽度：需爆破的坚硬岩石取决于爆破参数，底盘抵抗线和排距。不需爆破直接挖掘的松岩与电铲采掘带宽度相同。电铲采掘带宽度：过窄：电铲移动频繁，减少作业时间，生产能力降低，增加履带磨损，铁运增加移道次数
18、过宽：挖掘条件恶化，采掘带边缘满斗程度低，残留矿岩多，清理工作量大。通常：bc(11.5)Rwz对于铁路运输还应满足下列条件：bcRxm+Rwz-C3、采区长度（length of working section）较短的采区使每一台阶可设置较多的电铲工作面，但不能过短，应根据电铲和采装的配合，矿岩分布及矿石品级变化，台阶的计划开采以及运输方式等条件确定。 保证足够的采装爆破量Lmin=N(510)Q/qq单位工作线长爆破量 N作业分区数，一般N=3 满足不同运输方式的要求铁路运输 Lmin（23）列车长（400米左右）汽车运输 Lmin150200米4、工作平盘宽度（width of work
19、ing bank）应按采掘、运输及动力管线等设备的安置和通行等条件加以确定。Bmin=b+c+d+e+f+gc铁路中心至爆堆坡底线距d汽车道宽或铁路中心间距e至动力线杆距f动力线杆至台阶稳定边界线34米g安全宽。四、单斗挖掘机生产能力挖掘机生产能力是一项很重要的技术经济指标，全矿挖掘机总生产能力也就是矿山采剥总量，所以充分发挥挖掘机的能力，对保证完成或超额完成矿山计划的采剥量有着直接的关系。研究挖掘机生产能力的目的：组织矿山生产时，能充分挖掘生产潜力，保证稳产、高产制定采剥计划或矿山设计时，能确定出符合实际情竞的指标。1. 挖掘机生产能力的确定方法：对比法：根据实际统计进行！对比，以便挖掘潜力
20、改进生产或设计矿山时，对比其他类似条件的矿山指标确定。分析计算法：小时技术生产能力：QJ=3600EKw/twc，Kw=Km/Ks(Km=VS/E KS=VS/VC KW=(VS/E)/(VS/VC)=VC/E )所以实际测量：KW可用KW=V/NE计算实际班生产能力：QB=QJT QN=QBMW (米3/班)班工作时间利用系数，即装车时间点班工作时间的比例，推土机平整场地，等车，设备故障，交接班，铁路运输的移道等。2.影响挖掘机生产能力因素的分析及提高信息途径1)缩短挖掘机工作循环时间，提高满斗程度。一般挖掘占2030%两次回转占6070%，卸载占1020% 提高操作技能，使每一操作迅速而准
21、确。 加强设备的维护保养，保证机器各部性能良好，使之运转快速而稳定。 采用合理的采装方式和工作面尺寸，使挖掘机和车辆的位置适当，保证小角度装车。 充分利用等车时间，做好装车前的准备工作，包括松动、捣置和清理工作面的矿岩，挑选不合格大块等。2）改善爆破质量，保证穿爆储备量。3）及时供应空车，提高挖掘机工时利用。=121空车供应率，即因等车而引起的挖掘机的工时利用。2除供车条件外，由于其他因素的影响而引起的工时利用。1=tz/tz+tr+totz装车时间 tr 入换时间 to欠车时间对于铁路运输：tr与工作平盘配线线方式有关。尽头式配线:tr1=260(Lo+0.5L)/v)+L 或 tr2=26
22、0(Lo+0.5L)/v)+L减少欠车时间主要有合理的车铲比，关于此分析在下章评述。4）加强设备维修，保证有较高的出勤率。第三节 运输工作（hauling operation）露天矿常用运输方式：1） 自卸汽车运输（truck haulage）2） 铁路运输（railroad haulage）3） 胶带运输机运输（belt conveyor）4） 斜坡箕斗提升（inclined skip hoist）5） 联合运输（combined haulage）第四节 排土工作（spoil (waste) disposal）露天开采的一个重要特点就是要剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设
23、的场地排弃，用一定方式进行堆放岩土的作业称为排土工作。接受排弃岩土的场地称作排土场（或废石场）spoil (waste) bank根据露天矿采用的运输方式和排土机械不同，排土方法可分为： 排土犁（spreader plough）铁路运输 电铲 (shovel) 前装机(front-end loader) 汽车推土机排土（truck-bulldozer） 胶带排土机（belt spreader）一、 排土犁排土工艺1、 排土工序列车翻卸岩土伐、排土犁推土、修整平台和线路移设。 翻卸：开始用前进式，全长翻卸一次岩土后，改用后退式。 推土：翻土填满初期容积后，由排土犁排土，排土线每移设一次通常需要推
24、土8次左右，而每推一次土的走行次数26次。 平整：要求新坡顶线超高100200毫米 移道：用摇道机（移道机）设步距 a=d-b 一般小于3米 d 排土犁翅板最大悬距 b 线路移设后线路中心至排土台阶。坡顶线距1.52.5米。移道机是一种二轴平板车，车上装有齿条提升机构和发动机，车下有卡子。在提升齿条下有一个在移道时起支撑作用的铁鞋，车身后架有一小齿轮。 一次提升移道距离 0.70.8米 生产能力 A=60Lu/t（米2/小时，一般是60210米2/小时）L两工作点间距离1015米 u动作一次线路横向移动宽度 0.50.8米 t动作一次所需的时间 25分钟2、排土线的受土能力及条数计算 QY=(
25、Mnq)/KS 米3/班（实方）M每班发往排土线的列车数 n列车中自翻车数 q自翻车平均装载容积（松方）KS岩石松散系数 M=60TS/【0.06(2L0+L)/V+ntx+i】 T班工作时间S 排土线班时间利用系数 S=0.60.7L0入模站至排土线的距离（入模距离），米L排土线长V平均运速 公里/小时tx卸车时间，分 i入模联络时间，分需要的排土线数：NS=fwKx/Qy W要求排土场平均每班排弃的岩石量 米3/班 f排土量不均衡系数 1.21.3 Kx排土线在籍系数（考虑平道、移道、故障等线路封闭）1.82.03、评价优点：1）工艺简单、投资少、成本低 2）排土作业与运输之间没有连续性的
26、作业联系互相制约性小 3）排土线比较长，翻卸土岩速度快。缺点：1）线路移设步距小，移设频繁，工作量大。 2）线路质量差，容易发生车辆掉道事故。 3）排土台阶的稳定性差，高底受限制，排土线利用率低。因此对于坚硬岩石，有足够场地时可用此法。二、电铲排土工艺为了加大线路的移设步距，提高排土线的利用率，采用电铲排土。电铲排土工作情况如p104，图4-3所示，排土段分成上、下两个分台阶。电铲站在下部分台阶的平盘上。车辆们于上部分台阶的线路上。将土翻入受土坑，由电铲挖掘并堆垒。在堆垒过程中，电铲沿排土工作线移动。1. 排土工序 列车翻卸土岩、挖掘机堆垒，移设铁路。1） 列车翻卸土岩：逐辆对位，将土岩翻卸到
27、受土坑内。翻卸方式：前进式：列车经过的排土线较短，线路维护工作量小，路基踏实，质量较好，但线路移设不能与电铲同时作业。后退式：与上述相反。2） 堆叠方法：分层堆叠、一次堆叠、分区堆叠3） 移道：吊车移道步距（即排土带宽度） A=0.8RWM+RXM A=R2wm（0.5Lf）2+Rxm2、排土台阶要素1）排土台阶高度（经下沉后的高度） 根据岩土性质一般为1550米上分台阶的高度取决于电铲的最大卸土高度HXM考虑到其沉降因素，需使上分台阶的顶面标高比所规定的排土场顶面标高要高，因此上分台阶高度应为： h1HXM-h h= H-H=KXH-H=(KX-1)H KX=H/H=1+(H-H)/HH下沉
28、前的排土台阶高度H 下沉后的排土台阶高度KX 下沉系数2）受土坑尺寸 长度：要求大于一辆车长度Lf 高度：hf=h1+h+hr hr电铲下挖沉度（11.5米） 宽度：b=RWz-RwZzmin3、电铲排土线排土能力排土线受土能力与排土犁排土相同。电铲的实际排土能力还受重车供应情况限制：Qp=Qj*T*Y1*Y2Qj电铲小时技术生产能力。Y2排土电铲除供车条件外的班时间和用系数。Y1重车供应率。Y1Tp/ntx+tr+t0 Qx1=(3600Ekm/tks)t Qx2=Mnq/ksTp排一列车岩土所需时间Tp(n*Ve*Ke/E*Km) *(t/60)Ve翻斗车容积 Km翻斗车数Ke翻斗车装满系数 n一列车牵引车辆数tx 一辆车卸载时间tr人换时间 tr 0.06(2L0+L)/vt0，欠车时间 联络时间电铲排土的优点为，效率高、移道工作量少，岩
