露天采礦學第9章露天礦生產能力.ppt

露天采礦學,第9章 露天礦生產能力 與采掘進度計劃,9.1 露天礦生產能力,露天礦生產能力是露天礦設計中的一個重要參數。生產能力的大小直接影響到礦山設備的選型和數量，工業(yè)場地建設的規(guī)模，礦山的定員，投資的大小，生產成本的高低和礦山服務年限的長短等。 露天礦生產能力包括兩個指標：礦石生產能力和礦巖生產能力。露天礦所需的人員和設備等要按礦巖生產能力來計算。礦巖生產能力與礦石生產能力可以通過生產剝采比進行換算：,露天礦的礦石生產能力應從市場或用戶要求，技術上可行和經濟上合理等方面予以綜合考慮，最后編制采掘進度計劃，使之落實。,9.1.1按需求量確定生產能力,按需求量確定生產能力是將成品礦（精礦）的市場需求量換算成原礦產量，即： 換算Tj公式： 成品礦需求量受許多因素的影響。要克服盲目生產，提高投資的經濟效益，就必須對市場的需求量進行預測。需求量要根據國內和國際歷年供求實際情況進行統(tǒng)計和分析，在此基礎上預測未來的供求關系。同時，還應對技術上的新成就如新材料替代等及時進行預測。,9.1.2按采礦技術條件確定生產能力,露天礦的生產能力常常受到礦山具體的技術條件及技術水平的限制，因此，要從采礦技術條件方面研究礦山可能達到的生產能力。這可以從以下兩個方面進行試算。 1）按可能布置的挖掘機工作面數確定生產能力 挖掘機是露天礦的主要生產設備，每個采區(qū)工作線布置一個挖掘機工作面。挖掘機選型后，露天礦的生產能力取決于可能布置的挖掘機工作面數，其中可能布置的采礦工作面數決定了礦石生產能力。,首先確定一個采礦臺階可能布置的挖掘機臺數NWK計算式為： 然后計算可能同時采礦的臺階數目。對于較厚的傾斜礦體可根據下圖中的幾何關系計算：,露天礦可能的生產能力為： 2）按礦山工程延深速度確定生產能力 露天礦通常用工作線推進速度和礦山工程延深速度兩個指標來表示開采強度。對于水平和近水平礦體，除了基建時間以外，一般不存在延深的問題，此時露天礦的生產能力主要取決于工作線水平推進速度。,對于傾斜和急傾斜礦體，延深速度快意味著采礦量大，這時工作線水平推進速度與礦山工程延深速度之間要滿足一定的關系。 這一關系如下圖所示，即： 從上式可以看出，在、一定的情況下，欲加快延深速度，必須相應地加快水平推進速度，否則將影響延深，出現采剝失調。 水平推進對山坡露天礦（ 900）的延深制約較小，對凹陷露天礦（ 900）的制約較大。,延深速度有兩個概念，一個是礦山工程近深速度，另一個是采礦工程延深速度。礦山工程延深速度是根據新水平的準備時間及其臺階高度，折合每年下降的進尺來計算。采礦工程延深速度是指開采境界內每年采出礦體的垂直深度。兩者的幾何關系及數值關系如上圖（a）所示，即：,露天礦按延深速度可能達到的生產能力用下式計算： 從上兩公式可以看出，生產能力與礦山工程延深速度成正比。因此，按延深這度確定可能的生產能力可以歸結為論證可能達到的延深速度。在臺階高度不變時，礦山工程延深速度取決于新水平的準備時間。新水平準備一般包括上一水平為保證新水平掘溝所需的擴幫工程及新水平出入溝、開段溝的掘溝工程。完成這些工程所需時間即新水平準備時間，它隨采用的設備及工藝方式、工程順序等條件的不同而異。,設計中，新水平準備時間及礦山工程延深速度可以參照類似礦山的實際資料選取，也可以通過編制新水平準備的進度計劃來確定。下面以汽車運輸為例說明新水平準備時間的確定。 某礦設計采用載重 68t的汽車運輸，7.6m3挖掘機采裝，挖掘機效率為 120130萬 m3/臺年。沿礦體上盤掘開段溝，向頂、底幫推進，移動坑線推至底幫成固定坑線，出入溝縱坡為810，臺階高度12m，溝底寬度30m，最小工作平盤寬度50m。新水平準備工程當開段溝掘進400m后，邊掘開段溝，邊向頂幫擴幫。當擴幫寬度達71m后，又開始下一水平的掘溝工作。工程布置情況見如下幾個圖片，各項工程的進度見課本表9-1。,從表9-1可以看出，新水平準備工程完成一個循環(huán)所需時間為7.6個月，臺階高度是12m，因此礦山工程延深速度為19m/a。 對于采用大型采掘設備的現代露天礦，技術上可能達到的生產能力主要取決于礦山工程延深速度。 因此，目前設計中通常依據計算的分層礦量和選定的礦山工程延深速度估算可能達到的生產能力。,9.1.3按經濟臺理條件確定生產能力,對于技術上可能的生產能力，尚需按經濟合理條件進行優(yōu)化，以尋求經濟上最佳的生產能力。目前，國內主要是按礦山服務年限加以分析論證。 顯然，露天礦合理的服務年限應與主要生產設備的壽命以及礦山工業(yè)構筑物、建筑物和后續(xù)工業(yè)設施的折舊年限相適應。若服務年限過短，除采裝運輸設備及部分機具可折舊處理外，其他固定資產將提前報廢，造成經濟損失。,露天開采境界內的礦石工業(yè)儲量圈定后，原礦的生產能力決定了露天礦的服務年限，兩者的關系是： 露天礦合理服務年限受諸多因素影響，尤其與礦山生產規(guī)模密切相關。國內礦山規(guī)模類型的劃分見課本表9-2，一般礦山服務年限的確定可參考課本表93。,泰勒公式是反應礦石工業(yè)儲量與礦山經濟壽命之間合理關系的經驗公式，確定露天礦服務年限時可以參考。 該公式可寫作：,9.2 露天礦生產剝采比,露天礦為了保持一定的生產能力，經濟、持續(xù)地開采境界內的礦石，就要合理地推進礦山工程。通常，露天礦每個水平分層按先掘出人溝和開段溝再擴幫的程序進行開采。 在開采時間和空間上，上部水平的礦山工程進展先于和超前下部水平；在工程形式和內容上，上一水平擴幫為下一水平掘溝提供條件，上部臺階一般是剝離臺階，而下部臺階一般是采礦臺階。因此，上下臺階的時空超前關系，反映了剝離與采礦的時空超前關系。 露天礦除基建時期大量剝離而不采礦或附帶采出少量礦石外，正常生產時期都要一邊剝離一邊采礦，剝離工作必須超前采礦工作，這是一條不能違背的客觀規(guī)律。反映采剝關系的數量指標是生產剝采比和儲備礦量。,9.2.1 生產剝采比的變化規(guī)律,露天開采過程中，工作幫的范圍和位置隨著礦山工程的進展不斷變化，剝離巖石量和采出礦石量也相應變化從而使生產剝采比發(fā)生變化。 1）露天礦工作幫 露天礦工作幫及其幫坡角與生產剝采比的變化有密切聯系?，F代露天礦，根據工作幫坡角的大小，可分為緩幫（80150）和陡幫（160350）兩種開采方式。 緩幫開采的特點是，組成工作幫的工作臺階各自獨立開采（下圖所示）。,因此，每個臺階必須保待正?；蜃钚〉墓ぷ髌奖P寬度。緩幫開采的工作幫坡角?？捎孟率接嬎悖?通常h和a是定值，因此隨B變化。當BBmin時， = max；當單臺階逐個開采時= min=0。由此可知，B值的改變可以調節(jié) 。,隨著露天采礦技術的發(fā)展及大型設備的使用，出現了陡幫開采工藝，這種開采工藝一般用于剝離臺階。陡幫開采可分為組合臺階開采和傾斜條帶開采兩種主要形式。 組合臺階開采是把采掘臺階分為若干組，每組由36個臺階組成，其中包括一個作業(yè)臺階和若于暫不作業(yè)臺階（下圖所示）。作業(yè)臺階保留工作平盤寬度，其他臺階均保留安全平臺寬度。每組臺階一般只配一臺挖掘機，自上而下逐個臺階輪流作業(yè)，上一個臺階推進預定寬度后，設備轉到下一臺階。當一組中的所有臺階均推進到預定位置后，即完成一個開采循環(huán)，循環(huán)周期一般為35a。,如上圖所示，工作平臺寬度Bp是擴幫寬度和安全平臺寬度之和，該值不能小于最小工作平盤寬度。 根據國內部分礦山的設計資料，Bp=4060m。安全平臺寬度b以能截留大部分爆破滾碴為宜，一般為1020m。組合臺階工作幫坡角按下式確定：,傾斜條帶開采（如下圖所示）是把剝巖幫劃分為若干傾斜條帶，由里向外逐條帶擴幫，各臺階從上而下尾隨式開采。尾隨的工作平臺長度根據運輸方式和工作面運輸線路的布置確定，一般為150250m。各臺階除正在作業(yè)的地段留有較寬的工作平臺外，其余地段僅留安全平臺即可。每個臺階設一臺挖掘機，雙側進車時，可設置2臺。當每個臺階全長都推進預定寬度后，即完成一個循環(huán)周期，每個周期一般為13a。,陡幫開采的主要優(yōu)點是基建剝離量小、投產早、達產快、初期生產剝采比小。此外，由于推遲了最終邊幫巖體的暴露，有利于邊幫的穩(wěn)定與維護。 2）生產剝采比的變化規(guī)律 露天礦的采剝工程按一定的工作幫坡角發(fā)展時，生產剝采比通常是變化的。下面以一個示例來研究其變化規(guī)律。 礦體賦存情況和開采境界如下圖所示。采場沿底幫掘溝，工作幫由下盤向上盤推進，礦山工程延深方向與礦體傾向一致。按固定的工作幫坡角開采時，礦山工程延深到各水平的工作幫位置，如圖中一組平行的斜線所示。每延深一個水平所采出的礦石量、巖土量及剝采比用下圖中的曲線表示。,從這些圖示可以看出，工作幫坡角不變時，生產剝采比隨著礦山工程的延深而變化。最初只剝離不采礦，隨后開始出礦，這時生產剝采比隨著礦山工程的延深而不斷增大，達到一個最大值后逐漸減小。這個最大值稱為剝離洪峰或剝采比高峰。高峰期一般發(fā)生在凹陷露天礦工作幫上端接近上部最終境界線的部位。生產剝采比的這種變化是開采傾斜和急傾斜礦體的普遍規(guī)律。,工作幫坡角的大小對生產剝采比的演變有較大的影響。例如，在其他條件相同的情況下，工作幫分別按150和300兩種方式延深（如下圖第一幅），相應的生產剝采比變化曲線如下圖第二幅所示。,從圖示可以看出，工作幫坡角取不同值時，生產剝采比的變化仍然是由小到大，再由大變小。但工作幫坡角較陡時剝離洪峰發(fā)生在較大的開采深度。工作幫坡角越小，生產剝采比與分層剝采比的變化曲線越接近，剝采比初期上升較快，剝采比高峰發(fā)生較早，然后在一個很長的時間剝采比逐漸下降。反之，工作幫坡角越大，生產剝采比與境界剝采比的變化曲線越接近，即剝采比上升較慢，時間較長，剝采比高峰出現較晚，高峰之后剝采比急驟下降。 綜上所述，工作幫坡角越大，初期生產剝采比越小。顯然，這對于減少投資、降低初期生產成本、早出礦、多出礦是有利的。,9.2.2 生產剝采比的調整與均衡,1）問題及意義 礦巖生產能力若固定不變，由公式（9-1）可知，礦石產量的大小取決于生產剝采比。由于生產剝采比經常變化，則礦石產量也隨之變動。礦石產量的頻繁變動對原礦后續(xù)加工生產是不利的，故要求礦石產量相對穩(wěn)定。為了保持礦石產量穩(wěn)定而讓礦巖生產能力隨生產剝采比不斷變化也不合適，如到剝采比高峰期就要大量增加生產設備和人員，高峰過后又要裁減，這種短期的波動顯然是不經濟的。因此，提出了調整生產剝采比使之均衡的問題，即讓生產剝采比在一定時期內保持穩(wěn)定，從而使露天礦的設備和產量也相對穩(wěn)定。,2）調整方法 調整生產剝采比的基本方法是調整工作臺階間的相互位置，即改變工作平盤寬度。如下圖所示，若將高峰期剝離量的一部分（V1m3）提前，另一部分（ V2m3 ）推后，這樣便削減了剝采比峰值。其減少的剝采比（ nm3/m3）為： 改變工作平盤寬度有一定限度。工作平盤寬度減小后不得窄于最小工作平盤寬度，加大后應使工作幫保持足夠的工作臺階數目，以滿足配置采掘設備的需要。 調整生產剝采比，除了采用改變工作平盤寬度的方法之外，還可以運用改變開段溝長度改變礦山工程延深方向和改變工作線推進方向等方法來實現。,3）均衡分期,生產剝采比的均衡有全期均衡和分期均衡兩種方式。前者表示在露天礦整個或主要生產時期按一個均衡生產剝采比進行生產；后者表示按若干不同的均衡生產剝采比進行生產。均衡生產剝采比是指經過調整并在某一時期內保持穩(wěn)定的生產剝采比。 以下兩圖表示一個存在年限很長的大型露天礦，分別采用不均衡（300）、分期均衡和全期均衡三種方式時，生產剝采比變化曲線示意圖。圖中：H、H 、H 表示分期均衡的分期開采深度；n 、n 、n 表示各期的均衡生產剝采比；nc為深度H 以上采用全期均衡的均衡生產剝采比。,一般情況下，對于存在年限不長的小型礦山，全期均衡問題不突出。對于大、中型礦山，全期均衡要大量提前剝離，這意味著要把幾年甚至十幾年后的工程提前投資，這顯然是不經濟的。因此，大、中型礦山宜采用分期均衡。 均衡生產剝采比的分析和擬定可在礦巖變化曲線V=f（P）圖或生產剝采比變化曲線n=f（P）圖上進行，也可以采用經驗系數法或最大水平分層礦巖量法進行粗略估算。,9.2.3 儲備礦量,露天礦儲備礦量亦稱生產準備礦量，是指開拓和剝離為采礦所準備的礦量。對于生產礦山，保有一定的儲備礦量，是維持正常生產的可靠方法。對于基建礦山，其采剝工程的基建投資是按投產或達產時應保有的儲備礦量所需的工程量撥付的，因此儲備礦量也是關系到基建投資的重要指標。目前，國內金屬礦山、非金屬礦山和化工原料礦山傾向于將儲備礦量劃分為開拓礦量和回采礦量兩級。,1）開拓礦量 指開拓工程已完成，主要運輸樞紐已形成，并具備了采準工作條件的新水平底部標高以上的礦體礦量。 2）回采礦量 指位于采礦臺階最小工作平盤寬度以外，其上部和側面已被揭露的礦體礦量?；夭傻V量是開拓礦量的一部分。 兩級儲備礦量的演化及圖示見下表。,儲備礦量過多，意味著過早進行開拓和剝離工作，會積壓生產資金。因此，應該有一個能滿足持續(xù)生產的合理儲備礦量數值。這一指標可用露天礦按一定的生產能力開采的年數和月數來表示，稱為儲備礦量保有期或保有時間。 儲備礦量保有期可以根據礦山的礦體賦存狀況、開拓運輸方式、采裝運輸設備作業(yè)空間等因素核定。一般情況下，回采礦量保有期為36個月，開拓礦量保有期為12年。 新建礦山投產時，開拓礦量和回采礦量保有期分別按設計規(guī)模和投產年年產量計算。,9.3 露天礦采掘進度計劃的編制,露天礦采掘進度計劃是用圖表形式表示設計或生產礦山采掘工程發(fā)展的時間進度、空間位置和數量指標及其相互關系的綜合性文件。通過編制采掘進度計劃，對初步擬定的礦山生產能力、均衡生產剝采比和儲備礦量保有期予以驗證及修正，并安排落實。因此，采掘進度計劃要在全面系統(tǒng)地研究露天礦剝采關系、生產能力協調和各生產工藝配合的基礎上編制。,采掘進度計劃分長遠計劃和生產作業(yè)計劃。 1）長遠計劃 設計中以年為單位編制的采掘進度計劃稱為長遠計劃。它的主要任務是確定露天礦基建工程量、基建時間、投產和達產時間、均衡生產剝采比、礦石與礦巖生產能力、逐年工作線推進位置，以及計算各個時期所需的設備、人員和材料等。 2）生產作業(yè)計劃 年、季、月的采掘計劃稱生產作業(yè)計劃。年采掘計劃以長遠計劃和用戶要求的產品數量及質量指標為依據，安排年末、季末或月末的工作線推進位置，并計算穿爆、采裝、運輸、排土、機修等主要生產工藝和輔助車間的生產能力。 長遠計劃與年采掘計劃的編制方法基本相同，下面僅介紹如何編制長遠計劃。,9.3.1 編制采掘進度計劃所需的基礎資料,編制采掘進度計劃時必須具備下列資料和數據： 1：2000或1：5000的地形地質圖； 1：1000或1：2000的分層平面圖，圖上繪有礦床地質界線、開采境界、出入溝和開段溝的位置等； 分層礦巖量計算表； 露天礦開拓運輸系統(tǒng)圖，擴建或改建礦山的開采現狀圖； 露天礦的臺階高度、采掘帶寬度、采區(qū)長度、最小工作平盤寬度、工作線推進方向、礦山工程延深方式等有關開采參數； 礦石回收率和廢石混入率； 穿孔、采裝、運輸設備的型號、數量和生產能力； 露天礦開始基建的時間，要求的投產日期，以及規(guī)定的投產標準。,9.3.2 露天礦生產時期劃分和基建工程量,露天礦的存在年限，從開始建設到開采結束，可劃分為基建、投產、達產和結束四個時期。 1)投產與達產 露天礦投人生產必須具備下列條件： 正常生產所需要的外部運輸、供電和供水等工程設施均應建成完整的系統(tǒng)； 破碎站、選礦廠和壓氣、機修等輔助設施均應全部或分期建成并達到相應規(guī)模； 礦山內部已建成完整的礦石和廢石運輸系統(tǒng)； 基建剝離工程應保證礦山具有持續(xù)增長的生產能力，并保有相應的儲備礦量； 礦石產量和質量達到規(guī)定的指標，并在經濟上要有所積累。 露天礦投產時礦石產量指標和達產期限見課本表95。,2）達產與設計計算年 礦山達到設計生產能力后應保持較長的穩(wěn)定時間，一般應超過服務年限的2/3。 設計計算年是指露天采剝總量達到最大規(guī)模的初始年度。從這一年開始，將按設計礦石生產能力和最大均衡生產剝采比持續(xù)生產一段較長時間。在設計中將計算年的采剝總量作為計算礦山設備、動力、材料消耗、人員編制、建設規(guī)模及輔助設施的依據。,3）基建工程量 礦山基建工程項目一般包括采礦、選礦或礦物加工、運輸、尾礦處理、機修、供電、供水、通訊、民用福利設施等。 采礦基建工程項目包括以下內容： 露天礦達到設計規(guī)模以前所需完成的開拓及排水工程，主要有運輸線路，開拓系統(tǒng)的溝道及井巷工程，和排水疏干的井巷工程及排水溝。 露天礦投產以前掘進的開段溝、采礦和剝離工程。 露天礦在基建時期使用基建投資完成的工程量叫做基建工程量。,9.3.3采掘進度計劃的編制方法與步驟,編制采掘進度計劃一般在平面圖上進行，并以挖掘機年生產能力為計算單元?，F以凹山鐵礦為例說明具體編制方法。 1）在分層平面圖上逐年逐水平確定年末工作線位置 根據挖掘機的年生產能力，從露天礦上部水平分層平面圖開始，逐水平用求積儀在圖紙上求出挖掘機的年采掘面積，繪出