露天開采基本知識1

1、 露天開采規(guī)模與礦石質(zhì)量露天開采規(guī)模與礦石質(zhì)量 間斷生產(chǎn)工藝系統(tǒng)間斷生產(chǎn)工藝系統(tǒng) 連續(xù)、半連續(xù)及倒堆開采工藝系統(tǒng)連續(xù)、半連續(xù)及倒堆開采工藝系統(tǒng) 露天開采的科學技術發(fā)展方向露天開采的科學技術發(fā)展方向 露天露天開采程序與開拓運輸系統(tǒng)開采程序與開拓運輸系統(tǒng) 露天開采設計及經(jīng)濟評價露天開采設計及經(jīng)濟評價 露天開采總論露天開采總論 第一章第一章 露天開采總論露天開采總論 第一節(jié)第一節(jié). .露天開采的特點及發(fā)展露天開采的特點及發(fā)展露天開采的特點露天開采的特點 露天開采的特點是采掘空間直接敞露于地表，采掘空間直接敞露于地表，為了采出有用礦物，需將礦體上覆的土巖及部分周為了采出有用礦物，需將礦體上覆的土巖及部

2、分周圍的巖石剝離掉，通過露天溝道線路系統(tǒng)把礦巖運圍的巖石剝離掉，通過露天溝道線路系統(tǒng)把礦巖運至地表至地表。圍巖圍巖圍巖圍巖礦體礦體采空區(qū)采空區(qū)優(yōu)點：優(yōu)點：（1）生產(chǎn)規(guī)模大、效率高；生產(chǎn)規(guī)模大、效率高；（2）露天開采成本一般比礦井開采成本低；露天開采成本一般比礦井開采成本低；（3）回收率高，可順便采出伴生礦物；回收率高，可順便采出伴生礦物；（4）木材、金屬、電力等材料消耗少；木材、金屬、電力等材料消耗少；（5）作業(yè)安全、勞動條件好，能開采易燃、作業(yè)安全、勞動條件好，能開采易燃、 多水、高瓦斯礦床多水、高瓦斯礦床；（6）礦山基本建設周期短，投產(chǎn)及達產(chǎn)快。礦山基本建設周期短，投產(chǎn)及達產(chǎn)快。第二講 露

3、天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展2. 露天開采的優(yōu)缺點露天開采的優(yōu)缺點第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展缺點：缺點：（1）破壞和占用大量的土地和耕地；破壞和占用大量的土地和耕地；（2）需大型設備多，投資較高；需大型設備多，投資較高；（3）氣候條件影響較大；氣候條件影響較大；（4）要求礦床覆蓋層薄和礦層厚，否則基建要求礦床覆蓋層薄和礦層厚，否則基建 剝離量過大；剝離量過大；（5）對環(huán)境污染較嚴重。對環(huán)境污染較嚴重。2. 露天開采的優(yōu)缺點露天開采的優(yōu)缺點第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展3. 露天開采的發(fā)展露天開采的發(fā)展3.1 國內(nèi)外露天開采的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

4、國內(nèi)外露天開采的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 據(jù)統(tǒng)計，全世界固態(tài)礦產(chǎn)（包括建筑材料）的年開采總量約為11.61010 t ， 露天開采量約占80%。據(jù)統(tǒng)計世界各類主要礦產(chǎn)中露天開采所占比重分別如下（1985）： 磁鐵礦磁鐵礦 78%78% 磷酸鹽礦磷酸鹽礦 87.5%87.5% 褐鐵礦褐鐵礦 84%84% 石棉礦石棉礦 75%75% 錳礦錳礦 86%86% 褐煤褐煤 84%84% 銅礦銅礦 90%90% 煙煤煙煤 25%25% 鋁土礦鋁土礦 91%91% 建筑材料建筑材料 100%100% 鎳礦鎳礦 45%45% 油礦油礦 30%30%我國主要礦床露天開采的比重如下： 鐵礦石鐵礦石 87%87% 有色金屬礦

5、石有色金屬礦石 50% 50% 煤炭煤炭 5 5 7%7% 化工原料化工原料 70.7%70.7% 建筑材料建筑材料 100%100% 世界各主要露天采煤國家根據(jù)煤層賦存條件和技術水平，發(fā)展了各具特色的工藝設備和開采方法。 美國剝離物拉斗鏟倒堆內(nèi)排土拉斗鏟倒堆內(nèi)排土的開采工藝，采煤用單斗鏟或前裝機配合汽車運輸單斗鏟或前裝機配合汽車運輸。采空區(qū)多實行復田作業(yè)，重視環(huán)境保護。 德國輪斗挖掘機膠帶輸送機排土機組成輪斗挖掘機膠帶輸送機排土機組成的連續(xù)開采工藝系統(tǒng)的連續(xù)開采工藝系統(tǒng)。與鏈斗或輪斗挖掘機相配合的運輸排土橋運輸排土橋也得到廣泛使用。最大的運輸排土橋跨度達270m，生產(chǎn)能力達1.2億m3/a。

6、 前蘇聯(lián)多種多樣的開采工藝系統(tǒng)：間斷、連間斷、連續(xù)、半連續(xù)、倒堆、綜合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。續(xù)、半連續(xù)、倒堆、綜合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。 第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展3.2 3.2 我國露天煤礦的發(fā)展我國露天煤礦的發(fā)展我國露天煤礦的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個階段四個階段：（1）19501957年年 新建海洲露天煤礦，改擴建了撫順、新邱露天煤礦，總體設計能力720720萬噸萬噸/ /年年，1956年在撫順成立了露天開采技術研究所。這個階段露天產(chǎn)量不斷提高，經(jīng)濟效益好。（2）19581980年年 興建了平莊、義馬等8個露天煤礦，總體設計能力為725725萬噸萬噸/ /年年。這個階

7、段“三邊”政策、大躍進、文革，剝采失調(diào)，長期達不了產(chǎn)。不良影響。第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展（3）1981年年2003年年 新建安太堡、霍林河、伊敏、元寶山、準格爾、安家?guī)X等大型露天煤礦，對撫順西露天煤礦、小龍?zhí)堵短烀旱V進行了改造。引進先進技術和設備，國產(chǎn)露天礦設備不斷發(fā)展，已生產(chǎn)出千萬噸千萬噸級設備級設備。生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益大大提高，露天采煤事業(yè)發(fā)展迅速。 技術裝備水平不斷提高。80年代以前絕大部分采用單斗鐵道工藝單斗鐵道工藝，后來，則多采用單斗單斗汽車汽車、半連續(xù)半連續(xù)、連續(xù)及綜

8、合工藝連續(xù)及綜合工藝，并向這些發(fā)展、向綜合性發(fā)展。 目前：2000萬噸級；集中化綜合化；剝離半連續(xù)；拉斗鏟倒堆剝離；拋擲爆破技術；端幫采煤。第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展第二講 露天開采基本知識 一.露天開采的特點及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展 3.3 現(xiàn)代露天開采的技術特征現(xiàn)代露天開采的技術特征 （1 1）開采集中化）開采集中化 （2 2）開采工藝多樣化）開采工藝多樣化 （3 3）規(guī)劃、設計及生產(chǎn)管理計算機化）規(guī)劃、設計及生產(chǎn)管理計算機化 （4 4）礦用設備大型化、標準化）礦用設備大型化、標準化 （5 5）安全生產(chǎn)及環(huán)境保護規(guī)范化）安全生產(chǎn)及環(huán)境保護規(guī)范化

9、 （6 6）開采條件、地質(zhì)條件擴大化及惡化）開采條件、地質(zhì)條件擴大化及惡化 （7 7）重視資源的綜合開發(fā)利用）重視資源的綜合開發(fā)利用 （8 8）煤與電的結(jié)合、市場化）煤與電的結(jié)合、市場化 煤及煤礦床煤及煤礦床 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 地球的內(nèi)部構造地球的內(nèi)部構造 地殼的組成地殼的組成 煤的生成煤的生成 圍巖圍巖-沉積巖沉積巖 巖層的產(chǎn)狀巖層的產(chǎn)狀 巖層的構造巖層的構造 煤層的賦存狀況煤層的賦存狀況 地殼的組成地殼的組成第二節(jié)第二節(jié) 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 一一. . 地殼的組成地殼的組成 1. 地球的內(nèi)部構造地球的內(nèi)部構造 地殼地殼地幔地幔 地球由地表至地心大致分為三個圈層： 地殼、地

10、殼、地幔、地核地幔、地核。 地殼地殼：地球表部的 固體外殼。地幔地幔：位于地殼與地核之間，呈 不連續(xù)的高溫熔融狀及固體狀。地核地核：地球的最里層，呈既有固體特性又 有液體特性的特殊狀態(tài)。地核地核第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 一一. 地殼的組成地殼的組成 1. 地球的內(nèi)部構造地球的內(nèi)部構造 地球內(nèi)部各圈層主要特征表地球內(nèi)部各圈層主要特征表 注：Atm:氣壓。1atm=101kpa第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 一一. 地殼的組成地殼的組成2. 地殼的組成地殼的組成 地殼地殼 是由各種巖石巖石組成的，巖石又是由各種礦物礦物的顆粒或晶體組成，而各種元素元素又構成不同

11、的礦物。元素元素 地殼中含有90多種元素，其中主要有氧(O)、硅(Si)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈣(Ca)、鉀(K)、鈉(Na)、鎂(Mg)、氫(H)等，而以氧和硅為最多。礦物礦物 自然界中由一種或幾種元素化合在一起，具有一定的化學自然界中由一種或幾種元素化合在一起，具有一定的化學成分和物理性質(zhì)的，叫做礦物成分和物理性質(zhì)的，叫做礦物。如金(Au)、銀(Ag)、石墨(C)、石英(SiO2)、長石(K、Al、Si、O等元素）。 目前，在地殼中已發(fā)現(xiàn)30003000多種礦物，而組成地殼巖石的主要礦物總共不過3030多種（如：石英、正長石、斜長石、云母、角閃石、輝石、黃鐵礦、磁鐵礦、方解石、褐鐵礦、

12、菱鐵礦、鋁土礦等）。 礦物分散存在組成各種巖石，當某一種或幾種有用礦物大量富集，就形成具有工業(yè)開采價值的礦床礦床。巖石巖石 巖石是礦物的集合體，從生成原因可將其分成三大類：巖漿巖巖漿巖、沉積巖沉積巖和變質(zhì)巖變質(zhì)巖。（1）巖漿巖巖漿巖 巖漿侵入地殼或噴出地表冷凝形成的巖石成為巖巖漿侵入地殼或噴出地表冷凝形成的巖石成為巖漿巖（又稱火成巖）漿巖（又稱火成巖）。侵入巖、噴出巖、深成巖、淺成巖。（2）沉積巖沉積巖 由地質(zhì)作用形成的巖石碎屑（泥、砂、礫石）、由地質(zhì)作用形成的巖石碎屑（泥、砂、礫石）、各種有機物以及溶解在水中的物質(zhì)，在低洼的海洋、湖泊、沼各種有機物以及溶解在水中的物質(zhì)，在低洼的海洋、湖泊、沼

13、澤等富水盆地中沉淀下來，逐層堆積，經(jīng)過壓實、脫水、膠結(jié)澤等富水盆地中沉淀下來，逐層堆積，經(jīng)過壓實、脫水、膠結(jié)而形成的堅硬巖石，稱為沉積巖而形成的堅硬巖石，稱為沉積巖。 由于先后沉積下來的物質(zhì)在成分、性質(zhì)、粒度、顏色、形狀等方面不同，形成了分層的特征。上下兩層之間的界面稱為層面層面。具有層理層理、化石化石特征。（3）變質(zhì)巖變質(zhì)巖 原生巖石（原來以形成的巖漿巖、沉積巖、變原生巖石（原來以形成的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖），在地殼運動中受到高溫、高壓和外來物質(zhì)的參與下，質(zhì)巖），在地殼運動中受到高溫、高壓和外來物質(zhì)的參與下，在結(jié)構、構造或某些化學成分和礦物成分發(fā)生了變化，而形成在結(jié)構、構造或某些化學成分和

14、礦物成分發(fā)生了變化，而形成的一種新巖石，稱為變質(zhì)巖的一種新巖石，稱為變質(zhì)巖。第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 一一. 地殼的組成地殼的組成 2. 地殼的組成地殼的組成 第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識二二. .煤及煤礦床煤及煤礦床 1. 1. 煤的生成煤的生成煤煤是埋藏在地下的一種可燃礦物，它是由古代的植物變成的，屬于沉積巖。煤的生成條件煤的生成條件主要是：繁茂的植物，溫暖的氣候，延緩的地形繁茂的植物，溫暖的氣候，延緩的地形加河流或湖泊的搬運，以及各種形式的地殼運動加河流或湖泊的搬運，以及各種形式的地殼運動。（1 1）植物變成煤的兩個階段植物變成煤的兩個階段：第一階

15、段為泥炭化階段泥炭化階段。植物枯死被水掩蓋水解與生化作用失去結(jié)構褐黑色物質(zhì)（泥炭）第二階段為煤化階段煤化階段。地殼不斷下降覆蓋層逐漸加厚壓力與溫度影響逐漸失去水分含炭量逐漸增加（碳化）。 碳化作用愈高，煤的水分和揮發(fā)份愈少，相對碳的含量愈多，煤的質(zhì)量就愈好。第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 二二.煤及煤礦床煤及煤礦床 1. 煤的生成煤的生成（2 2）煤層及成煤時期煤層及成煤時期：煤層煤層 泥炭和砂上石是交替沉積的，經(jīng)過長期的變化泥炭形成了煤層煤層，砂石組成了巖層巖層。煤田煤田 大面積含煤地帶大面積含煤地帶。煤田的形成需要經(jīng)過相當長的時間，為了便于說明煤田的生成時間，常用地質(zhì)的歷史

16、年代地質(zhì)的歷史年代來表示。地地 質(zhì)質(zhì) 年年 代代 表表我國主要成煤時期為石炭紀石炭紀、 二疊紀二疊紀、侏羅紀侏羅紀、第三紀第三紀第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 二二.煤及煤礦床煤及煤礦床 2. 圍巖圍巖沉積巖沉積巖 在我國露天煤中遇到的巖石絕大部分為沉積巖，常見的有石石灰?guī)r灰?guī)r、泥炭泥炭、頁巖頁巖、礫巖礫巖、砂巖砂巖等，其主要特征為：石灰?guī)r石灰?guī)r 主要由碳酸鈣組成。由均質(zhì)石灰?guī)r組成的露天礦邊坡，一般較為穩(wěn)固。但裂隙發(fā)育的石灰?guī)r則易跨落，當?shù)乇硭虻叵滤粩酀B入，溶蝕后易形成溶洞溶洞，引起塌陷。頁頁 巖巖 是具有象書頁一樣薄層理的泥質(zhì)巖，沿層理易裂開。煤系中頁巖，往往含碳較多，形

17、成黑色的碳質(zhì)頁巖碳質(zhì)頁巖。頁巖的硬度低，極易破碎，穿孔、爆破都較容易。砂砂 巖巖 主要成分為石英及長石類礦物碎屑。砂巖按其顆粒大小分粗、中、細砂巖。因膠結(jié)物膠結(jié)物的成分不同（鐵質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)、和粘土質(zhì)），各種砂巖的硬度差別很大。粘土巖粘土巖 常見于煤層底板，是一種硬度小的軟巖石，具有吸水性，受水后可塑。這種巖石對露天采場邊坡穩(wěn)定性影響很大。第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識三三. . 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 1. 巖層的產(chǎn)狀巖層的產(chǎn)狀巖層的產(chǎn)狀一般用走向走向、傾向傾向、傾角傾角（巖層產(chǎn)狀三要素）來表示。走向傾向走向走向 巖層的層面與水平面 的交線方向。傾向傾向 巖層面上垂直走向的 傾

18、斜線，在水平面上 投影的方向。傾角傾角 巖層面與水平面之間 的夾角，其大小反映 巖層的傾斜程度第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 三三. 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 2. 巖層的構造巖層的構造 巖層的原始產(chǎn)狀發(fā)生改變，原始形狀受到破壞，統(tǒng)稱為地地質(zhì)構造變動質(zhì)構造變動。受構造變動后的巖層形態(tài)，稱為地質(zhì)構造地質(zhì)構造。地質(zhì)構造有三種基本類型：褶曲褶曲、節(jié)理節(jié)理、斷層斷層。（1）褶曲褶曲 沉積巖層在構造力作用下，產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)一系列波狀彎曲褶皺構造褶皺構造。褶皺中的一個彎曲叫褶曲褶曲，它的中心部分巖層稱為核核，核的兩側(cè)巖層稱為翼翼。（侵蝕侵蝕）。褶曲兩翼地層傾向相背（凸形）的情況稱為背斜構造

19、背斜構造，其褶曲頂部稱為背斜背斜軸軸；褶曲兩翼地層傾向相向（凹形）的情況稱為向斜構造向斜構造，其褶曲底部稱為向斜軸向斜軸。向斜軸向斜軸背斜軸背斜軸第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 三三. 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 2. 巖層的構造巖層的構造（2）節(jié)理（裂隙）節(jié)理（裂隙） 巖層受力后 將產(chǎn)生變形，如果外力超過巖層所能承受的彈性變形時，它的連續(xù)性和完整性均遭破壞，出現(xiàn)裂紋（斷裂）裂紋（斷裂），有的大小不一、縱橫交錯，有的沿斷裂面兩側(cè)巖層發(fā)生相對位移，這些構造統(tǒng)稱為斷裂構造斷裂構造。 巖層沒有發(fā)生明顯相對位移的縱橫交錯的裂紋，稱為節(jié)理節(jié)理或裂隙裂隙。 節(jié)理對露天開采作業(yè)有一定影響。節(jié)理發(fā)育

20、時，爆破能往往沿裂隙方向傳布，產(chǎn)生大塊。 露天邊幫的巖石中發(fā)育的節(jié)理，是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。 節(jié)理也是地下水賦存的有利條件。第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 三三. 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 2. 巖層的構造巖層的構造（3）斷層斷層 斷層也是地殼運動的產(chǎn)物。斷裂后的巖層出現(xiàn)裂紋或破壞帶，其兩側(cè)巖層發(fā)生相對位移，稱為斷層斷層。根據(jù)巖塊相對位移的情形，斷層可分為正斷層正斷層、逆斷層逆斷層、平移（平推）斷層平移（平推）斷層。正斷層正斷層 上盤相對下降，下盤相對上升。逆斷層逆斷層 上盤相對上升，下盤相當下降。平移斷層平移斷層 上下兩盤水平方向移動，沒有垂直方向的移動。上盤下盤上盤下盤上盤

21、下盤正斷層正斷層逆斷層逆斷層平移（平推）斷層平移（平推）斷層第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 三三. 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造3.3.煤層的賦存狀況煤層的賦存狀況 煤層賦存狀況是指煤層數(shù)目、煤層間距、煤層厚度和傾角、煤層數(shù)目、煤層間距、煤層厚度和傾角、埋藏深度、煤層結(jié)構、穩(wěn)定性、煤質(zhì)、地質(zhì)條件埋藏深度、煤層結(jié)構、穩(wěn)定性、煤質(zhì)、地質(zhì)條件等。對露天開采影響比較大的是煤層厚度煤層厚度和傾角傾角。煤層厚度煤層厚度 從煤層的頂板到底版的垂直距離?？偤穸瓤偤穸?煤層群頂?shù)装骈g的垂直距離。包括 其間所有煤分層和夾石層的厚度?？刹珊穸瓤刹珊穸?可以開采煤分層的總厚度。最低可采厚度最低可采厚度 在現(xiàn)有

22、條件下技術上可行和 經(jīng)濟上有利的煤層厚度。第一講第一講 煤田地質(zhì)基本知識煤田地質(zhì)基本知識 三三. 產(chǎn)狀與構造產(chǎn)狀與構造 3.煤層的賦存狀況煤層的賦存狀況通?？砂衙簩影春穸确譃椋?薄薄 煤煤 層層 1 3.5 m 中厚煤層中厚煤層 3.5 8 m 厚厚 煤煤 層層 8 m 以上通?？砂衙簩影磧A角傾角分為： 急傾斜煤層急傾斜煤層 傾角 45o 傾傾 斜斜 煤層煤層 傾角 10o 45o 緩傾斜煤層緩傾斜煤層 傾角 5o 10o 近水平煤層近水平煤層 傾角 5o第二講 露天開采基本知識第三節(jié)第三節(jié) 露天開采的步驟露天開采的步驟 在賦存有地下資源的地區(qū)，經(jīng)過普查普查、詳查詳查、精精查查等不同的地質(zhì)勘探

23、階段地質(zhì)勘探階段，探明了礦床的產(chǎn)狀產(chǎn)狀、構造構造、儲量儲量等情況。經(jīng)過礦區(qū)開發(fā)可行性研究可行性研究、礦區(qū)總體設礦區(qū)總體設計計、初步設計初步設計、技術設計技術設計和施工圖施工圖等設計階段設計階段，尋求技術上可行、經(jīng)濟上合理的露天礦開發(fā)方案。設計被批準后，即可進行露天礦區(qū)的建設礦區(qū)的建設。 一個露天礦區(qū)的建設要涉及許多部門，如鐵道鐵道、電力電力、機械制造機械制造、民政民政等。 露天礦從建設到生產(chǎn)需經(jīng)過下述主要步驟步驟： （1）地面準備地面準備 （2）礦體疏干礦體疏干、隔水和排水隔水和排水 （3）基本建設工作基本建設工作 （4）日常生產(chǎn)工作日常生產(chǎn)工作第四節(jié) 露天開采生產(chǎn)工藝系統(tǒng) 露天礦生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)所使用的設備是有聯(lián)系的。我們用“工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)”一詞來反映采、運、排各環(huán)節(jié)所用設備的特征設備的特征。 隨著科學技術的發(fā)展，露天礦采剝工作中各環(huán)節(jié)所采用的設備和組成的工藝系統(tǒng)絢麗多姿。雖則如此，絕大多數(shù)礦山所采用的工藝設備類型有一定的規(guī)律性，初步可歸結(jié)為如下的露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類：第二講 露天開采基本知識 四. 露天開采生產(chǎn)工藝系統(tǒng) 6. 工藝系統(tǒng)主要工藝系統(tǒng)分類主要工藝系統(tǒng)分類第二講 露天開采基本知識 四. 露天開采生產(chǎn)工藝系