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2.受气候的影响大暴雨、飓风、严寒等都可能影响生产;
3.初期投资大包括购置大型设备、征购土地及初期剥离等。
露天开采以它在经济上、技术上明显的优越性,决定了它在矿床开采领域内具有优先发展的总趋势。
因此,凡是有条件采用的矿床,都应该首先采用。
但是,露天开采也并不是在一切条件下经济上都是合理的。
从矿山设计和技术经济方面衡量,露天开采采出矿石的成本当高于地下开采采出矿石的成本时,露天开采不应取代地下开采,尤其是对埋藏较深的矿床,一般只宜用地下开采。
目前我国开采各类矿石的露天矿约有1500个,其中重点铁矿40个,重点有色金属矿12个。
根据1981年统计,露天开采的矿石量占有关工业部门矿石总产量的百分比:
铁矿石为86.4%,黑色冶金辅助原料矿石为90.5%,有色金属矿石为49.6%,化工原料矿石为70.7%,而建筑材料则为100%。
国外露天矿目前向规模、设备大型化,工艺连续化及半连续化,开拓方式多样化,生产管理现代化的方向发展。
二、图1-1是露天采矿场概貌
图1-1露天采矿场概貌
露天矿分为山坡露天矿和凹陷露天矿,山坡露天矿和凹陷露天矿是以露天开采境界封闭圈划分的,封闭圈以上为山坡露天矿,封闭圈以下为凹陷露天矿。
对于一个露天矿来说,从开始到终了,可以一直以一种形态存在,也可能开始是山坡露天矿,到后期发展为深凹露天矿,如图1-2所示。
图1-2山坡露天和深凹露天示意图
依据2005年中冶北方工程技术有限公司尖东铁矿初步设计说明,我矿采场封闭圈标高1458米。
目前我矿采场最高标高为1860米,最低开采标高1563米,属于山坡露天矿。
三、露天开采时,需要把被开采的矿床划分成一定厚度的水平分层,自上而下逐层开采,并保持一定的超前关系,在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状,每个阶梯就是一个台阶或称为阶段,台阶是露天矿场的基本构成要素之一,台阶构成要素如图1-3所示。
图1-3台阶构成要素
上部平盘1------台阶的上部水平面;
下部平盘2------台阶的下部水平面;
台阶坡面3------朝向采空区的台阶斜面;
台阶坡面角(α)------台阶坡面与下部平盘水平面的夹角;
坡顶线4------台阶坡面与上部平盘的交线;
坡底线5------台阶坡面与下部平盘的交线;
台阶高度(h)------上部平盘与下部平盘的垂直距离。
台阶的上部平盘和下部平盘是相对而言的,一个台阶的上部平盘同时又是其上一台阶的下部平盘。
它是用以安置设备进行穿爆、采装和运输工作的场地。
台阶的命名,通常以开采该台阶的下部平盘(即装运设备站立平盘)标高表示,因此常把台阶叫做某某水平,比如,我矿现在17#铲站立平盘为1578m标高,就称为1578水平,它是1593~1578的下部平盘。
开采的时候,将工作台阶划分成若干个条带进行开采,每一条带叫采掘带。
四、露天开采的特点是从地面开掘露天沟道并形成开采工作面把矿石开采出来。
露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道即构成露天采矿场。
为进入露天采场而挖掘的坑道称为出入沟,为了开辟新的工作台阶而挖掘的坑道称为开段沟。
出入沟底面具有一定坡度,一般为8%~10%。
开段沟底面通常是水平的。
根据地形条件和堑沟位置的不同,在水平地面以下开掘的沟道,其横断面一般呈完整的梯形,称双壁沟。
在山坡上开掘的堑沟,其横断面不是完整的,称为单壁沟,如图1-4所示。
(a)(b)
图1-4堑沟的断面形状
a---双壁沟;
b---单沟
开采过程中和开采终了时形成的露天采矿场是由以下要素组成的,如图1-5所示。
图1-5露天采矿场构成要素
工作帮(AD)------由正在进行采掘工作的台阶组成。
工作帮坡线(KG)------工作帮最上一个台阶和最下一个台阶的坡底线连成的直线。
工作帮坡角(φ)------工作帮坡线与水平线的夹角。
工作平盘------工作帮上各台阶的水平部分,即工作台阶的平盘,在平盘上布置穿孔、采装和运输等主要设备。
露天采矿场最终边坡(非工作帮)------露天采矿场开采终了时或其一部分已经结束工作的四周表面,是由台阶坡面和平台组成的。
在采矿场内,位于下盘岩石的边坡叫底帮;
位于上盘岩石的边坡叫顶帮;
位于采矿场两端的边坡叫端帮。
最终边坡线(BE和CF)------最上一个非工作台阶坡顶线与最下一个非工作台阶坡底线连成的直线。
最终边坡角(β和δ)------最终边坡线和水平线的夹角。
采矿场底盘------采矿场底部平面。
分为某一开采深度的底部平面(AK)和开采终了时的底部平面(EF)。
非工作帮上的平台,按其用途可分为安全平台、运输平台和清扫平台。
安全平台------是用作缓冲和阻截滑落的岩石,同时还可用作减缓最终边坡角,以保证最终边帮的稳定性和下部水平的工作安全,它设在露天采矿场的四周边帮上,安全平台宽度一般约为台阶高度的1/3。
运输平台------是作为工作台阶与出入沟之间的运输联系的通路。
它设在与出入沟同侧的非工作帮和端帮上。
清扫平台------是用于阻截滑落的岩石并用清扫设备进行清理,它又起安全平台的作用,现在很多矿山取消了安全平台,而将清扫平台宽度适当加大,用清扫平台代替安全平台,最终边坡角不变。
五、在露天矿,为了采出一吨矿石,一般需要剥离一定数量的岩石。
剥离的岩石量与采出的矿石量之比,即每采出一吨矿石所需剥离的岩石量叫做剥采比,其单位是吨/吨、或米3/米3。
对于各开采水平的工作平盘,要保证其不小于正常生产的最小宽度(即最小工作平盘宽度)。
最小平盘宽度根据爆堆宽度、运输设备规格和在平盘上的运行方式确定。
根据一般经验数据,最小工作平盘宽度是台阶高度的3~4倍。
第二节露天矿开采程序
露天开采通常包括:
地面的场地准备、矿床的疏干和防排水、矿山基建工作以及生产期间和生产结束时地表的恢复利用等步骤。
地表场地准备是排除开采范围内和建立地面设施地点的各种障碍物,如砍伐树木、河流改道、疏干湖泊、迁移房屋和道路改线等;
矿床疏干和防排水是在开采地下水很大的矿床时,为保证露天矿正常生产,必须预先排除一定开采范围内的地下水进行疏干工作,并采取修筑挡水坝或截水沟的办法隔绝地表水的流入。
矿山基建工程是露天矿投产前为保证生产所必须的工程。
包括掘进出入沟和开段沟、剥离上覆岩石、铺设运输线路、建设排土场以及修建工业厂房和水电设施等。
掘沟、剥离和采矿是露天矿生产过程中的三个重要矿山工程,其生产工艺过程基本相同,一般包括:
穿孔爆破、采装、运输、排土工作。
开采结束时则要进行地表恢复工作,就是把露天开采占用的农田进行复土造田。
第三节我矿露天开采生产工艺
上一章已提到过,露天开采生产工艺一般包括穿爆、采装、运输、排土工作,若其中任何一个工艺跟不上,都不能保证生产任务的顺利完成。
下图是我矿采矿工艺流程图见:
第二章露天矿床开拓
第一节概论
露天矿床开拓就是建立地面与露天矿场内各工作水平以及各工作水平之间的矿岩运输通道(即出入沟或井巷),保证露天矿场正常生产的运输联系,及时准备出新水平。
露天矿床开拓,其内容是直接研究坑线的布置形式,建立合理开发矿床的运输系统,同时也是解决开发矿床总体规划和矿山工程合理发展的重要问题。
露天矿床的开拓方法,按运输方式主要分为:
1、公路运输开拓;
2、铁路运输开拓;
3、胶带运输开拓;
4、平硐溜井开拓;
5、提升机提升开拓。
公路运输开拓和铁路运输开拓属单一的开拓运输方式,其余开拓方法则属于两种或两种以上运输方式的联合应用。
根据国内外现代露天矿的发展趋势,公路运输开拓和胶带运输开拓在露天矿山应用较多,胶带运输开拓是深凹露天矿的发展方向。
第二节公路运输开拓
公路运输开拓主要应考虑的是坑线的布置形式和掘沟工程,其特点是工作线推进比较灵活。
根据坑线的布置形式,公路运输开拓可分为回返式、螺旋式、联合式以及露天矿地下斜坡道运输开拓等。
联合开拓方法在使用汽车运输的露天矿中应用较广,一般上部采用回返坑线开拓,深部采用螺旋坑线开拓。
图2-1、2-2、2-3是公路运输开拓的几种主要坑线布置形式:
图2-1凹陷露天矿回返干线开拓
1-出入沟;
2-露天开采上部境界;
3-露天底平面;
4-连接平台
图2-2螺旋坑线开拓
图2-3回返-螺旋联合开拓
露天开采中,运输费用随运距的增加而增大。
因此汽车的运距存在着一个经济合理范围,一般采用自卸汽车的合理运距不超过3公里,用大型电动轮汽车则可达5-6公里。
我矿在用的是自卸汽车(7555B和75131),目前运距最大的是的剥岩运距,平均运距为2公里左右。
参照有关露天采矿资料,采用单一汽车运输的合理深度,当载重量为40吨以下时为80-150米;
当用载重量为80-120吨的电动轮汽车时,其合理深度可达200-300米。
第三节胶带运输开拓
在深凹露天矿采用胶带运输开拓是合理的,是目前大型露天矿深部开采的一种发展趋势。
这是因为无论铁路运输开拓还是公路运输开拓,当开采深度增大到一定限度时,存在长距离重载上坡的问题,其运输成本急剧增加,在技术经济指标上已经很不合理。
而胶带运输开拓却能以较低的成本实现深露天矿的运输工作。
在高差大的山坡露天矿,也可以用胶带运输取代单一的汽车运输。
按破碎机的固定性和胶带运输机的布置方式以及生产工艺流程,常用的开拓运输系统可分为:
汽车---半固定破碎机---胶带运输开拓;
汽车---半固定或固定破碎机---斜井胶带运输开拓;
移动式破碎机---胶带运输开拓。
胶带运输开拓的优点:
1、运输能力大,每小时可达8000-10000吨;
2、升坡能力大,可达16°
~-18°
(28%-32%);
3、运距短,约为汽车的1/4-1/3,为铁路的1/10-1/5;
4、基建工程量少,在深露天矿运输成本低;
5、由于连续运输,易于实现自动控制。
6、管状胶带输送粉状物料,有利于环保,受不利气候干扰小
缺点:
1、胶带运输对物料块度有一定要求,矿石必须预先进行破碎,在采场内需设置破碎站;
2、运送棱角锋锐的矿石,胶带磨损大;
3、敞露的胶带运输机,受气候影响;
4、不适于深度不大的露天矿。
第四节平硐溜井开拓
平硐溜井开拓是用溜井和平硐建立露天采矿场与地面之间的运输联系,它专用于开采山坡露天矿,是一种重要的开拓运输方式,在我国金属矿山应用较多。
平硐溜井开拓运输方式的特点是充分利用矿岩的自重。
国内外大型露天矿山采用平硐溜井开拓,其运输的一般形式是,在溜井的上部,大部分采用汽车运输,溜井下部运输形式大致有这么几种:
1、物料经溜口的链式闸门→板式给矿机→颚式破碎机→电机车→破碎厂;
2、物料经溜口的链式闸门→振动筛→颚式破碎机→板式给矿机→主胶带运输机→破碎厂;
3、物料经溜口的重型板式给矿机→100吨的翻斗车,用电机车送至破碎厂;
4、物料经溜口的指状闸门或链式闸门直接卸入矿车,用电机车或其他型式的运输工具运至破碎厂。
溜井主要是溜放矿石的,而岩石一般是从采场直接运至附近排土场排弃,只有在山坡不能排弃时才用溜井溜放岩石。
平硐溜井开拓的优点:
1、可利用地形高差自重放矿,运输费用低;
2、可缩短运输距离,减少运输设备;
3、可以用较轻型设备开采生产规模较大的矿山;
4、基建投资少,基建时间短。
1、井壁易磨损,检修费工时;
2、管理不善时易产生跑漏、堵塞现象。
3、露天矿进入深凹后,溜井渗水不利于矿石输送。
第五节我矿开拓运输现状及采矿扩能改造开拓
某铁矿开拓运输方式为:
矿石
现系统
汽车—溜井—破碎—平峒胶带机联合开拓运输方式
新系统
汽车—溜井—破碎—斜井胶带机联合开拓运输方式
岩石
汽车运输推土机配合排土
汽车—破碎转载站—胶带运输机—排岩机-排土机联合排岩
某铁矿平峒溜井系统示意图(1#、2#溜井等为现系统,3#、4#溜井等为新系统):
某铁矿汽车—破碎转载站—胶带运输机—排岩机-排土机联合排系统示意图:
岩石系统工艺参数:
岩石开拓系统采用地表破碎-明胶带系统,地表破碎-明胶带共分两段,一段破碎站位置确定在露天境界外82地质勘探线附近的1548m标高处(汽车卸载标高),破碎后的岩石经1、2号岩石胶带运输机运至1740m水平排土标高排弃,2017年第2段岩石破碎站移至采场内1458m标高处(汽车卸载标高),通过3、4号胶带斜井与第一段破碎站胶带系统相接,服务至矿山开采结束。
系统建成前采场剥离岩石直接用汽车运往南部排土场1600m标高排弃。
第一段破碎建成以后的岩石分别采用汽车直排和汽车—破碎—胶带—排岩机方式排弃。
2010年~2022年采场剥离岩石一部分用汽车运到岩石破碎站破碎,破碎后的岩石用胶带运输机运至南部排土场1740m标高排弃;
另一部分岩石用汽车直接从采场运至南部排土场1600m标高堆存。
2022年以后采场内剥离岩石全部经明破碎—胶带系统运到胶带排土场排弃。
第三章露天矿生产管理
第一节概述
露天矿生产的特点是:
生产对象及工作条件经常变化,矿石的质量、剥采比等波动较大,作业地点分散并经常移动,生产受季节性气候影响;
各工序之间相互制约较多;
采掘工作需要自身准备,具有从准备到生产又从生产到新的准备的循环运动规律。
因此,对于露天矿,为保持生产能力持续地进行,就必须制定周密的生产计划,进行正确的生产管理。
在露天矿山,最主要的生产技术管理工作就是计划管理和生产管理两个主要方面。
而在计划管理工作中最主要的工作就是编制采剥计划。
在生产管理中主要是生产计划的执行和日常的生产技术管理。
本章重点说明编制采剥计划的意义和生产能力的均衡等问题。
第二节采剥计划及其意义
一、采剥计划
露天矿的采剥进度计划是设计和指导露天矿均衡生产综合平衡的重要文件,是保证矿山正常持续生产,搞好矿山管理的重要环节,因此必须认真编制和实施露天矿采剥进度计划。
采剥进度计划可分为两种:
1、设计中按年编制的采剥进度计划,即长远计划
露天矿采剥进度计划通常是以图表的形式表示的。
它反映矿山工程发展的时间、空间和采剥量三者应遵守的关系。
它具体地表示任何一个时间和空间矿山工程的发展状况,包括工作线长度、工作平盘宽度、斜沟及段沟的掘进、上下水平的超前关系,保有的储备矿量和采装设备的配置等。
露天矿采剥进度计划是以年为单位由设计部门编制的,其主要任务是确定露天矿基建时间、基建工程量、投产时间、达产时间、均衡生产剥采比、露天矿的矿石及矿岩生产能力、露天矿的稳产年限及服务年限,计算各时期所需的设备和人员等。
2、生产矿山编制的年、季、月采剥计划,又叫生产作业计划
生产矿山编制的采剥计划是露天矿山生产的基础,根据计划时间的长短,可分为:
(1)年度采剥计划主要是以公司下达的产品产量、质量及技术经济等指标为依据编制的,并根据设计中的采剥进度计划要求安排该年的采剥工作。
(2)季度采剥计划根据年度采剥计划编制,是年度采剥计划的具体化。
(3)月度采剥计划根据每月的生产情况,具体安排当月穿孔、采剥部位,并组织按计划实施,以保证季度及年度采剥计划执行率达到规定的指标,从而确保采场时空关系合理,剥采关系不失调。
第三节生产能力的均衡
一、概述
矿石生产能力一般是根据国家或上级部门根据需要事先确定的。
影响露天矿生产能力的因素主要是采矿技术和经济这两个方面。
采矿技术方面的因素有:
同时进行采矿的工作面数,矿山工程发展速度,运输线路通过能力等。
经济方面的因素有:
露天矿工业储量的保有年限、基建投资、劳动生产率和矿石成本等。
二、生产剥采比的变化规律
所谓生产剥采比就是指露天矿在一定生产时期内剥离岩石量与采出矿石量之比。
露天矿生产管理人员的任务就是要认识生产剥采比变化规律与矿山工程发展程序间的联系与制约关系,从而合理地安排矿山工程发展程序,控制生产剥采比的变化,使矿山达到经济合理地持续稳定生产。
矿山工程发展程序,包括台阶开采程序、工作帮的推进、新水平开拓延深等内容。
生产剥采比是随矿山工程的延深而变化的,生产剥采比的变化,必然给露天矿生产带来不利影响。
因为在正常情况下,要求矿石产量基本稳定,大型设备数量也相对稳定,但如果生产剥采比不断变化,矿岩总量也逐年变化,造成在短期内不断改变生产使用的采、运设备数量,如到了剥离高峰期,要投用大量的设备和相应的辅助设施,还要配备足够的人员,等高峰过后又要削减,这样短期的增减,必然降低设备的利用率,使生产成本增高,并使矿山生产组织复杂化,因此,必须对生产剥采比进行调整,使之在一定时期内相对稳定,以达到经济合理地开采矿产资源的目的。
我矿目前共有三个采场(南西、南东、北东),生产能力的均衡可以通过各采场内部调整,也可根据各采场的剥采比,通过采场之间进行调整,近几年来,我矿的生产能力主要是通过采场之间进行调整的。
自北东区投产后,因北东区剥采比小,设备效率高,矿石生产能力大,为满足年矿石需求量,平衡三个采场的出矿量,北区年均采出矿石量在260~280万吨之间,采出矿量最大的一年是2004年,达到300万吨。
随着北东区采场的逐年延深,境界内可采储量也在逐年锐减。
第四节某铁矿的原矿质量控制
为了保证生产的矿石产品符合下工序工艺要求,矿山必须加强原矿质量管理工作,建立起完整的质量管理网,必须采取一系列的技术措施,才能使入选矿石质量达到标准并保证质量稳定。
一、进行采场取样与鉴定
1、爆破前开采块段的取样
我矿目前的穿孔设备是牙轮钻机,取的矿样是钻机穿孔后在岩粉堆四周的岩粉。
因矿体赋存复杂,每个孔都要取样进行品位化验,进行可磨可选性试验的样品是间隔交错的孔样。
2、爆破后矿石堆的检查取样
当矿石可磨可选性分布杂乱时,在露天矿掌子面爆堆上拣块取样,取样时多点均匀,以保证样品的代表性。
二、编制矿石质量计划
我矿目前编制的质量计划主要是周配矿计划,月度质量计划不专门编制,全月配矿部位和配矿量在采剥作业计划图上有体现。
编制周配矿计划的主要依据是月度采剥计划和中孔块段图及可磨可选性配矿试验。
三、矿石质量中和
1、编制采剥计划时质量中和工作
在编制年、季、月采剥计划时,有针对性地安排各爆区,各台阶矿石出矿顺序和产量比例,以利于质量中和。
我矿的矿石质量中和,不仅要考虑原矿品位,更需要考虑矿石的可磨可选性。
2、生产过程各环节的质量中和工作
(1)合理安排不同品位或不同可选性的各爆区的爆破量及爆破顺序,使爆破下来的矿石得以按比例搭配出矿。
(2)根据各采场矿石质量特点,把各工作面、不同爆区、不同品位的矿石,合理安排出矿顺序及数量。
(3)一、二峒输出矿石时,要按比例搭配出矿,进一步进行矿石质量中和工作。
第四章爆破
第一节爆破基本知识
一、爆炸现象与炸药的基本概念
1、爆炸现象
爆炸现象:
如锅炉爆炸、轮胎爆炸、鞭炮爆炸等。
共同特征:
在发生爆炸处,周围压力突然升高,附近物体受到冲击或破坏,同时伴有声响和光的效应。
根据爆炸产生的原因及特征,爆炸现象可分为三类:
2、物理爆炸
特点:
爆炸前后,物质的性质及化学成份没有改变(仅发生压力增大等物理现象)如:
轮胎、锅炉、高压气瓶等爆炸均属物理爆炸。
3、化学爆炸
物态变化时发生极迅速的放热化学反应,生成高温高压的反应物,由此而引起的爆炸称为化学爆炸。
爆炸前后物质的性质及化学成份发生改变,如炸药、瓦斯、煤尘、鞭炮等的爆炸。
4、核爆炸
某些物质的原子核发生裂变或聚变的连锁反应时,瞬间放出巨大的能量,如原子弹、氢弹的爆炸。
5、炸药爆炸的三要素
炸药爆炸是化学爆炸的一种,炸药爆炸时应具备三个同时并存、相辅相成、缺一不可的条件,称为爆炸的三要素。
5.1、化学反应过程大量放热
放热是化学爆炸反应得以自动高速进行的首要条件,也是炸药爆炸对外作功的动力。
5.2、反应过程极快
这是区别于一般化学反应的显著特点,爆炸可在瞬间完成。
5.3、生成大量气体
炸药化学反应所产生的气体产物,是爆炸作功的媒介。
由于气体具有很高的膨胀系数,炸药爆炸瞬间产生大量高温气体产物,在膨胀过程中,将能量迅速转变为机械功,使周围介质受到破坏。
6、炸药化学变化的基本形式
炸药在外能作用下可能发生三种基本形式的化学反应,即热分解、燃烧和爆炸。
6.1、热分解
炸药在常温下或受热作用时,会发生缓慢的分解并放出热量,这就是热分解。
炸药热分解的速度随温度的升高而加快。
所以在贮存炸药时堆放不要过密过多,要注意通风,保持常温,防止炸药因温度过高导致热分解加快而引起爆炸事故。
6.2、燃烧
炸药在火焰或热作用下可能引起燃烧。
燃烧速度一般比较慢,但当燃烧生成的气体或热量不能及时排出时,可能导致爆炸。
因此,当遇到炸药燃烧时,切不可采用砂土覆盖法去灭火。
6.3、爆炸
爆炸:
当炸药受到足够大的外能作用时,会发生最猛烈的化学反应,该反应以一种冲击波的形式高速传播,这就是炸药的爆炸。
爆轰:
爆炸反应传播速度保持在稳定值时的化学反应称为爆轰。
因此爆轰是炸药化学变化的最高形式,这时炸药的能量释放得最充分、最集中。
二、炸药的起爆和感度
1、炸药的起爆
炸药具有爆炸的可能性,但在常态下它还能处于相对的稳定状态,也就是说它不会自行发生爆炸。
要使炸药发生爆炸,必须使炸药失去其相对稳定的状态,即必须给炸药施加一定的外能作用。
炸药的起爆:
炸药在外能作用下发
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