露天開采第三章 開采程序課件

1、l 概述l 臺階幾何要素l 掘溝l 臺階的推進方式l 采場擴延過程與布線方式l 幫坡形式與幫坡角l 分期開采開采程序：露天開采范圍內(nèi)采煤、剝巖的順序。即采剝工程在時間和空間上發(fā)展變化的方式。包括內(nèi)容：臺階劃分、掘溝、采剝初始位置確定、水平推進、垂直延伸方式、工作幫構成等。 -12m0m12m24m36m48m48m-12m0m12m24m36m封閉圈48m36m24m0m12m臺階由坡頂面、坡底面和臺階坡面組成。臺階幾何要素：l臺階坡面角，是巖體穩(wěn)定性的函數(shù)；l臺階高度，受生產(chǎn)規(guī)模、采裝設備、開采的選別性影響；l臺階寬度，W= Wc (爆破帶寬度)+Ws(安全平臺寬度) 。WWAHHA200m

2、200m176m176m188m188m臺階坡面坡頂線A-A坡頂面坡底線臺階坡面坡底面臺階三要素：W臺階寬度H臺階高度臺階坡面角臺階高度：不小于挖掘機推壓軸高度的2/3（以便滿斗）。臺階高度應小于挖掘機最大挖掘高度（為了挖掘機的安全）。臺階坡面角與礦巖穩(wěn)定性有關。 巖石普氏系數(shù)f 臺階坡面角（度） 8-14 70-75 3-8 60-70 1-3 50-60工作臺階：正在被開采的臺階。爆破帶：工作臺階上正在被爆破、采掘的部分。其寬度為爆破帶寬度（或采區(qū)寬度）。臺階的采掘方向臺階的采掘方向：挖掘機沿采掘帶前進的方向。臺階的推進方向：臺階的推進方向：臺階向外擴展的方向。安全平臺：安全平臺：在開采過

3、程中，工作平臺不能一直推進到上各臺階的坡底線位置，而是應留下一頂寬度。留下的這部分叫安全平臺。安全平臺寬度一般為2/3-1個臺階高度。最小工作平盤寬度：最小工作平盤寬度：剛剛滿足采運作業(yè)需要的空間的寬度。安全擋墻：安全擋墻：在工作平盤的外沿用碎石堆筑的一道安全擋墻。臺階劃分：水平劃分、傾斜劃分劃分原則：有利于發(fā)揮設備效率，作業(yè)安全和提高煤質。單臺階開采程序:開采傾斜的出入溝、開掘開段溝、進行擴幫。 掘溝掘溝是新臺階開采的開始，一般分為兩階段進行：首先挖掘出入溝出入溝，以建立起上下兩個臺階水平的運輸聯(lián)系；然后開掘段溝段溝，為新臺階的開采推進提供初始作業(yè)空間。出入溝參數(shù)：l出入溝的坡度出入溝的坡度

4、，取決于汽車的爬坡能力和運輸安全要求；l出入溝的坡度：100t以上的大型汽車的出入溝坡度為8-10% ，臺階高度為12米，坡度為8%時的出入溝坡長為150米左右。152m140m出入溝段溝164m開段溝初始位置選定：露頭處，可設在頂板或底板。 在許多礦山，最終開采境界范圍內(nèi)的地表是山坡或山包，隨著開采的進行，礦山由上部的山坡露天礦逐步轉為深凹露天礦。采場由山坡轉為深凹的水平成為封閉水平，即在該水平上采場形成封閉圈封閉圈。 在山坡地帶的開采也是分臺階逐層向下進行的。與深凹露天礦開采不同的是不需要在平地向下掘溝以達到下一水平，只需在山坡適當位置拉開初始工作面就可以進行新的臺階的推進。習慣上將“初始

5、工作面的拉開”也稱之為掘溝。山坡上掘出的“溝”是僅在指向山坡的一面有溝壁的單壁溝單壁溝。 H 最終境界礦體封閉圈推土機開掘單壁溝WDGeT 電鏟開掘單壁溝WD = G + T + e G為電鏟站立水平挖掘半徑；T為電鏟回轉中心到履帶外緣距離；e為電鏟履帶外緣到單壁溝外緣的安全距離。 最小溝底寬度最小溝底寬度W WDmin，是滿足采運設備基本作業(yè)空間要求的溝底寬度，其值取決于電鏟的作業(yè)技術規(guī)格、采裝方式與汽車的調(diào)車方式。不同的掘溝方式下，所需要的不同的掘溝方式下，所需要的WDmin ：1 1）溝外調(diào)頭中線采裝）溝外調(diào)頭中線采裝 ，WDmin2G2 2）溝外調(diào)頭雙側交替采裝）溝外調(diào)頭雙側交替采裝

6、，WDminGK 3 3）溝內(nèi)折返調(diào)車）溝內(nèi)折返調(diào)車 ，WDminRLd/22e 4 4）溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車）溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車 ，WDmin2Rd2e WDmin2G GGBWDmin =2GG電鏟站立水平挖掘半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。WDminGK WDmin =G+KG電鏟站立水平挖掘半徑；K電鏟尾部回轉半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。KGBBGKWDminRLd/22e leedRRWDmin = RLd/22e R汽車最小轉彎半徑；L汽車車身長度；d汽車車身寬度；e汽車距溝壁的安全距離。WDmin2Rd2e leeddRRWDmin = 2Rd2e R汽車最小轉彎半徑；d汽車車

7、身寬度；e汽車距溝壁的安全距離。 采用Weboo-120c(109t)汽車，R=12.4m，L=11.73m，d=6.179m，e=1.5m；6.88m3電鏟，站立水平最大挖掘半徑G=10.75m，尾部回轉半徑K=6.02m，最大卸載高度處的卸載半徑B=13.87m。計算得： 溝外調(diào)頭中線采裝：WDmin2G=21.5m； 溝外調(diào)頭雙側交替采裝: WDminGK=16.77m； 溝內(nèi)折返調(diào)車: WDminRLd/22e=30m； 溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車:WDmin2Rd2e=34m（最大） 一）采掘方式及工作平盤參數(shù) 1） 垂直采掘 2） 平行采掘 3） 采區(qū)寬度與采掘帶寬度 4） 最小工作平盤寬度二）

8、工作線布置方式 1） 縱向布置 2） 橫向布置 3） 扇形布置 垂直采掘時電鏟的采掘方向垂直于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相平行。垂直采掘時，若采用雙點裝車，電鏟的裝載回轉角度小(10-110之間，平均為60左右)，裝載效率高；缺點是汽車在電鏟周圍調(diào)車對位需要較大的空間，要求較寬的工作平盤。當采掘到電鏟回轉中心位于采掘前的臺階坡底線時，電鏟沿工作線移動到下一個位置，開始下一輪采掘。 一）采掘方式及工作平盤參數(shù)采掘方向下一輪采掘位置工作線采區(qū)寬度臺階推進方向一次采掘深度（即采掘帶寬度A）為電鏟站立水平挖掘半徑（G），沿工作線一次采掘長度為2G。 平行采掘時電鏟的采掘方向平行于臺階

9、工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相垂直。根據(jù)汽車的調(diào)頭與行駛方式（統(tǒng)稱為供車方式），平行采掘可進一步細分為許多不同的類型。單向行車不調(diào)頭和雙向行車折返調(diào)車是兩種有代表性的供車方式。 B臺階推進方向工作平盤寬度采掘方向安全擋墻優(yōu)點：優(yōu)點：調(diào)車簡單，工作平盤只需設單車道。缺點：缺點：電鏟回轉角度大，需雙出入溝，增加了掘溝工作量。工作平盤寬度安全擋墻臺階推進方向采掘方向B優(yōu)點：需要一個出入溝。缺點：需要雙車道；汽車調(diào)車時，電鏟等待；電鏟裝車時，下一輛車處于等待狀態(tài)。安全擋墻臺階推進方向工作平盤寬度采掘方向BB12汽車1正在裝車優(yōu)點：減少了等等時間，車和鏟的作業(yè)率得到提高。：減少了等等時間，車

10、和鏟的作業(yè)率得到提高。缺點：工作平盤寬度增加。缺點：工作平盤寬度增加。工作平盤只需設單車道。需雙出入溝，增加了掘溝工作量。優(yōu)點：單出入溝。缺點：電鏟回轉角度大，等待時間長，需要雙車道。采掘帶寬度采掘帶寬度爆堆寬度bAcAcWcWs采區(qū)寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆寬度bWcWs采區(qū)寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆爆堆(b)(a)采區(qū)寬度采區(qū)寬度是爆破帶的實體寬度，采掘帶寬度采掘帶寬度是挖掘機一次采掘的寬度。 當?shù)V巖松軟無需爆破時，采區(qū)寬度等于采掘帶寬度。絕大多數(shù)礦山都需要爆破，故采掘帶寬度一般指一次采掘的爆堆寬度。二者關系見上圖 。 圖中，(a)為一次穿爆兩次采掘，(b)為一次穿爆一次采

11、掘?？捎肁c=1.5G取值，國內(nèi)礦山一般為11.5G，國外礦山可達1.8G。b=2ksWcH/Hb-Wc式中，b爆堆寬度；ks為礦巖爆破后的松散系數(shù)； Wc為采區(qū)寬度；H為臺階高度； Hb為爆堆高度； 為爆堆形態(tài)系數(shù)。堅硬巖石爆堆橫斷面近似三角形，0；不堅硬巖石爆堆橫斷面近似梯形，1；中等堅硬巖石，01。采用一爆一采時，爆堆寬度即為采掘帶寬度（即bAc ），可根據(jù)上式反算出采區(qū)寬度。 其取值需依據(jù)采運設備的作業(yè)技術規(guī)格、采掘方式和供車方式確定。采用單向行車、不調(diào)頭供車的平行采掘方式時，最小工作平盤寬度可根據(jù)裝車條件計算。GBesdAcWcWmin = G + B + d/2 + e + s 3

12、3mG為挖掘機站立水平挖掘半徑10.75m；B為最大卸載高度時的卸載半徑13.87m ；采用Webco-120c汽車，d為汽車車體寬度6.2m；e為汽車到安全擋墻距離,取1.5m；s為安全擋墻寬度3.5m。 臺階推進方向采掘方向BeeLsdRWmin = R + d/2 + L+ 2e + s=33.4m Webco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, L=11.38m, 設e=1.5m, s=3.5m臺階推進方向采掘方向2RBB12eeddsWmin = 2R + d + 2e + s=37.5mWebco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, 設e=1.5m, s

13、=3.5m 實際上，由于汽車的靈活性，即使最小工作平盤寬度比用公式計算結果小一些，也可實現(xiàn)調(diào)車。但調(diào)車的時間會增長，影響作業(yè)效率。 其它供車方式下的最小工作平盤寬度可以仿照上述做法，通過簡單的幾何分析計算求得。實際生產(chǎn)中的工作平盤寬度一般應大于理論計算值。當采用一次穿爆兩次采掘（或如圖所示的橫向采掘）時，由于采區(qū)寬度 (Wc) 大大增加，工作平盤寬度也將大大增加。 依據(jù)工作線的方向與礦體走向的關系，工作線的布置方式可分為： 縱向 橫向 扇形 橫向布置時工作線與礦體走向垂直。這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝，垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面，或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴展，逐步擴成垂直礦體

14、的工作面，沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時，爆破方向與礦體的走向平行，故對于順礦層節(jié)理和層理較發(fā)育的巖體，會顯著降低大塊與根底，提高爆破質量。由于汽車運輸?shù)撵`活性，工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。 縱向布置時，工作線的方向與礦體走向平行。 這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作面，之后依據(jù)溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝），自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。 扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關系，而是呈扇形向四周推進。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸?shù)撵`活性，可使開采工作面盡快到達礦體。 一個臺階的水平推進

15、，使其所在水平的采場不斷擴大，并為其下一個臺階的開采創(chuàng)造條件，新臺階工作面的拉開，使采場得以延深。臺階的水平推進和新水平的拉開，構成了露天采場的擴展與延深。 假設一露天礦最終境界內(nèi)的地表地形較為平坦，地表標高為200m ，臺階高度為12m。首選在地表境界線的一端沿礦體走向掘溝到188m水平（圖a）。出入溝掘完后在溝底以扇形工作面推進（圖b）。 當188m水平被揭露出足夠面積時，向176m水平掘溝，掘溝位置仍在左側最終邊幫(圖c)。之后，形成了188-200米臺階和176-188米臺階同時推進的局面（圖d）。 隨著開采的進行，新的工作臺階不斷投入生產(chǎn)，上部一些臺階推進到最終邊幫（即已靠幫）。若干

16、年后，采場現(xiàn)狀變?yōu)槿鐖De所示。 當整個礦山開采完畢時便形成了如圖f所示的最終境界。 1） 螺旋布線2） 迂回布線3） 固定式布線4） 移動式布線臺階的出入溝沿最終邊幫成螺旋狀布置，故稱為螺旋布線。 螺旋線彎道半徑大，線路通視條件好,汽車直進行駛，不需經(jīng)常改變運行速度，道路通過能力強； 工作線的長度和推進方向會因采場條件的變化而發(fā)生變化，生產(chǎn)組織較為復雜； 各開采水平之間有一定的影響，新水平準備和采剝作業(yè)程序較為復雜； 要求采場四周邊幫的巖體均較為穩(wěn)固。出入溝以迂回形式布置在采場一側的非工作幫上，稱為迂回布線（回返布線）。 迂回布線要求布線邊幫的巖石較為穩(wěn)固，地質條件允許時，一般將迂回線路布置在

17、礦體下盤的非工作幫上，這樣可以使工作線較快接近礦體，減少初期剝巖量?？赏瑫r布置兩套或更多迂回線路，增加出入溝數(shù)目。開采工作線長度和方向較為固定，各開采水平間相互影響小，故生產(chǎn)組織管理簡單。行車條件不如螺旋布線。 每一新水平的掘溝位置選在最終邊幫上，出入溝固定在最終邊幫上不再改變位置。這種布線方式稱為固定式布線。 l由于礦體一般位于采場中部（緩傾斜礦體除外），固定布線時的掘溝位置離礦體遠，開采工作線需較長時間才能到達礦體；l道路條件好。 為盡快采出礦石，可將掘溝位置選在采場中間（一般為上盤或下盤礦巖接觸帶），在臺階推進過程中，出入溝始終保留在工作幫上，隨工作幫的推進而移動，直至到達最終邊幫位置才

18、固定下來。這種方式稱為移動式布線移動式布線。 無論固定式還是移動時布線，新水平的掘溝位置都受到一定的限制，這在螺旋式布線時尤為明顯。實踐中，可以充分利用汽車運輸機動靈活的特點，以掘進臨時溝的方式，盡早進行新水平的準備。 臨時出入溝一般布置在既有足夠空間又急需開采的區(qū)段。臨時出入溝到達新水平標高后，以短段溝或無段溝扇形展開。臨時出入溝一般不隨工作線的推進而移動。 當固定出入溝掘到新水平并與工作面貫通后，汽車改用固定出入溝，臨時出入溝隨工作線的推進而被采掉。 1 工作幫坡角2 組合臺階3 各種幫坡形式6HWWW非工作幫工作幫工作幫工作幫是由工作臺階組成的邊幫，并隨臺階的推進而向最終邊幫 （非工作幫

19、）靠近。工作幫工作幫坡角坡角一般定義為最上一個工作臺階的坡頂線與最下一個工作臺階的坡底線聯(lián)成的假想斜面與水平面的夾角。若工作幫由n個相鄰的工作臺階組成，且工作平盤寬度相等，工作幫坡角（）可由下式計算： 式中，H 為臺階高度，W為工作平盤寬度，為臺階坡面角。實際生產(chǎn)中各工作平盤的寬度一般不相等。上式變?yōu)椋?arctgnHnW nH tg()/1arctgnHWnHtgiin11/假設n=4，H=12m，W=40m，=70。，則求得 =18.94。32154 VH1H2T最終境界陡工作幫緩工作幫如采用緩工作幫，由于礦體規(guī)整，每一條帶的礦量基本保持不變，但所需的剝巖量先是隨著采場的延深而增加，采到第

20、五條帶（H1深度）時達到最大值，而后逐年下降。如果采用如圖中虛線所示的陡工作幫，則前期的剝巖量大大降低，峰值的到來將大大推遲（推遲到H2深度）。資金時間價值顯示出陡工作幫開采的優(yōu)越性。l增加臺階高度（受到設備與開采選別性的限制）l減小工作平盤寬度（受到最小工作平盤寬度的限制）l采用組合臺階開采 組合臺階組合臺階是將若干個（一般4個左右）臺階組成一組，劃歸一臺采掘設備開采。這組臺階稱為一個組合單元組合單元。 在組合單元中，任一時間只有一個臺階處于工作狀態(tài)，保持正常的工作平盤寬度，其它臺階處于待采狀態(tài)，只保持安全平臺的寬度。 組合臺階開采只有當采場下降到一定的深度后才能實現(xiàn)。如果采場空間允許，可以

21、在不同區(qū)段布置多臺采掘設備同時進行組合臺階開采，也可視工作幫的高度在同一區(qū)段垂直方向上布置多個組合單元。g4HWsWcWWsWs 組合單元內(nèi)的工作幫坡角一般定義為單元內(nèi)最上一個臺階的坡頂線與最下一個臺階的坡底線連成的斜面與水平面之間的夾角，計算公式為： g arctgnHnWWnH tgs()/2式中，n為組合單元中臺階的數(shù)目；Ws為安全平臺的寬度；W為工作平盤寬度。假設n=4，H=12m，Ws=10m，W=40m，=70。，則求得 g =31.78。1236H456WsWsWsWsWs 右圖是在開采過程中形成的由6個臺階組成的一段幫坡，每一臺階均保持安全平臺寬度（Ws）。從最上一個臺階的坡頂

22、線到最下一個臺階的坡底線的斜面與水平面的夾角（）稱為該段邊幫的總幫坡角，其計算式與計算幫坡角相同，只需將式中的W換成Ws即可。 設Ws=10m，H=12m， =70。則得 = 43.37。 123456A道路WRDC6HBWsWs12WsWsWs如果上圖中的第三臺階的中腰通過一寬度為WR的斜坡道，該段邊幫變?yōu)樽髨D。左圖的 仍為總幫坡角。道路將整段邊幫分為AC和DB兩段 ，圖中1 和2 稱為路間幫坡角路間幫坡角。若WR=30m，其它數(shù)據(jù)不變，則 =34.13。 ，1 =44.14。， 2 =42.84。可見，在邊幫上加入運輸?shù)缆?會使總幫坡角變緩許多（本例中變緩了約9。）。若該段幫坡是最終邊幫，

23、幫坡角的變緩意味著多剝離大量的巖石。這一簡單的例子說明在設計最終境界時，最終幫坡角的選取應考慮到運輸?shù)缆返牟贾们闆r 。 WsA123456工作平盤WcDC6HBWsWs12WsWs 若圖a所示的邊幫上有一個臺階是工作臺階，邊幫將變?yōu)樽髨D所示。工作臺階對幫坡角的影響與道路相似。若這6個臺階是組合開采中的一個組合單元，那么，該段邊幫的總幫坡角（）即為前面提到的組合單元工作幫坡角(g）。工作平盤上下兩段的幫坡角(1和2 ）有時也稱為路間幫坡角。若其它的數(shù)據(jù)不變，工作平盤寬度W=40m ，則 =34.13。，1 =52.02。，2 =45.32。 123456工作平盤道路Wc6HWsWs123WsWR

24、WsWs 更復雜的邊幫是既有工作臺階又有道路， 27.86。 若將圖a中的6個臺階沿垂直方向平分為兩個組合單元進行組合 臺階開采，邊幫變?yōu)閳De。單個組合單元的工作幫坡角可用式（15-15)計算。利用前面的數(shù)據(jù)，計算結果為： 27.86。，g 29.70。 123456工作平盤工作平盤WcWsWsgWsWcWsg6H6HWs 右圖是實行三臺階并段的最終邊幫。若坡面角70。，臺階高度H = 12m，安全平臺寬度Ws = 17m，則該段邊幫的總幫坡角為 =59。若一露天礦最終境界深為42個臺階高度（即504m），采用這樣的安全平臺寬度和并段方式，不考慮運輸?shù)缆窌r，最終幫坡角可達51.25。如果不實行

25、并段，每一臺階都留7m寬的安全平臺，同一露天礦的最終幫坡角為46.97。 在前面所描述的開采過程中，工作幫沿水平方向一直推進到最終開采境界，這種開采方法稱為全境界開采方法。 全境界開采的初期生產(chǎn)剝采比高，大型深凹露天礦尤為如此，基建時間長，初期投資多，故僅適用于煤藏較淺，初期剝采比第，開采規(guī)模較小的礦山。 分期開采，就是將最終開采境界劃分成幾個小的中間境界（稱為分期境界），臺階在每一分期內(nèi)只推進到相應的分期境界。分期開采，逐漸過渡，直至推進到最后一個分期境界，即最終開采境界。分期開采的特點： 1）初期剝采比大大降低，從而減小了初期投資，提高了開采的整體效益。 2）可以降低由最終境界的不確定性所帶來的投資風險。最終開采境界的設計應當是一個動態(tài)過程。 3）實行嚴格的生產(chǎn)組織管理，