張達賢老師露天開采講稿

1、講授單元目錄（計劃）A部分露天開采基本概念露天開采工藝露天礦山工程露天開采安全（邊坡、環(huán)境、氣候、水）露天開采計算機支持系統(tǒng)及工程可靠性（資源、工藝、經濟等）B部分露天礦改擴建工程（安太堡、霍林河1號、白音華1號、伊敏1號、茂名）露天礦開采工藝選擇（哈爾烏蘇、勝利1號、東露天）露天礦建設與管理國外投資項目的開發(fā)、經營每小部分為一個單元，共計9個單元講授與討論、實例研究相結合主要參考文獻中國采煤學，2003 ；（煤炭版）露天開采的歷史及發(fā)展露天開采領域成熟的、較受公認的內容理論與實踐的較好結合中國煤礦高產高效技術，2001 ；（中礦版）高產高效露天煤礦介紹改革開放以來我過露天煤礦在開采技術上的進

2、展礦業(yè)發(fā)展新領域探索，2003 ；（中礦版）個人和合作著作中國及世界露天開采技術及其發(fā)展露天采礦系統(tǒng)工程吊斗鏟倒堆工藝中國采煤方法圖集，1990 ；（中礦版）中國典型露天煤礦介紹中國采煤方法，1990 ；（中礦版）以哭天開采工藝為線索，中國露天開采工藝技術及經驗的綜述露天采礦手冊，17冊，1986 ；（煤炭版）80年代前，國內外露天開采技術資料、理論的較全面的綜述露天采礦學，1990 ；（中礦版）露天采礦技術及理論的“學院式”闡述露天礦連續(xù)和半連續(xù)開采工藝，1991 ；（煤炭版）露天采礦新工藝，1992 ；（中礦版）卡車、連續(xù)、半連續(xù)、綜合開采工藝的較全面的分析元寶山露天煤礦連續(xù)開采成套設備，

3、1997 ；中國重型機械總公司代表性礦山以設備為主的全面介紹露天煤礦半連續(xù)工藝關鍵技術研究（煤炭部八五重點項目），1996；露天開采設計規(guī)劃綜合優(yōu)化的理論與實踐，1990國家科技進步二等獎從計劃經濟體制到市場經濟體制的轉變注重經濟效益，動態(tài)與近期經濟效益滾動式挖掘綜合優(yōu)化技術從凝固走向發(fā)展半連續(xù)工藝國際研討會文集，1997；國內外到1996年前的研究成果總述綜合集成化人工智能技術及其礦業(yè)應用，2004；（中礦版）人工智能在礦業(yè)應用的新成果安太堡、霍林河1號、白音華1號、伊敏1號、茂名油頁巖礦改擴 建工程可行性研究報告哈爾烏蘇、勝利1號、平朔東露天、扎哈淖爾等露天礦可行性研究報告17.印尼南蘇門

4、答臘4x600MW坑口電站項目配套露天煤礦可行性研究報告18. 研究生論文礦業(yè)系統(tǒng)工程礦床模型及開采模型短期生產計劃及長期規(guī)劃系統(tǒng)工程模擬及系統(tǒng)優(yōu)化礦業(yè)可靠性礦業(yè)經濟（開發(fā)評估、市場）新工藝19.煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范，GB-50197-2005第一章露天開采總論1.1露天開采特點剝離揭露礦體一敞露空間一勞動生產率、效率高安全投資、成本低建設速度快簡單的開采技術(相對于地采)一一無水、火、瓦 斯、礦壓， 開采方法資源回收 率高對生態(tài)環(huán)境的影響 井工塌陷區(qū)作業(yè)受氣候影響南方、嚴寒開鑿地下基礎一地下硐室一建立采煤工作面(相互對立的)1.2基本概念、各詞術語露天礦、采場及其組成、開采工藝、礦山工程、

5、剝采工程管理、設備維護及系統(tǒng)安全 作業(yè)保障露天開采(Surface Mining)直接從地表揭露開采出煤炭或其他礦產的工作露天礦(Surface Mine, open-pit mine, opencast pit, strip mine, opencut, open-cast) 從事露天開采的礦山復墾(reclamation, land reclamation)曾稱復田、復地”。對因采礦影響遭到 破壞的土地采取整治措施，使其恢復到可供利用狀態(tài)的工程。露天礦規(guī)模(Surface Mine Capacity)按露天礦設計生產能力劃分的露天礦類型 露天礦設計儲量(designed surface m

6、ine reserves)天礦開采境界內的工業(yè)儲量 露天礦可采儲量(workable surface mine reserves)露天礦設計儲量乘以采出率所得到的儲量露天礦田(surface mine field)劃歸一個露天礦開采的礦床或其一部分露天采場(open pit)曾稱“露天礦場”、“露天掘場”具有完整的生產系統(tǒng)，進行露天開采的場所山坡露天采場(mountain surface mine)在地表封閉圈以上進行露天開采的場所邊幫安全系數(shù)(slope safety factor, slope stability factor)又稱“邊坡穩(wěn)定系數(shù)”。反映邊幫巖體穩(wěn)定程度的系數(shù)邊幫破壞(sl

7、ope failure)邊幫巖體明顯變形的規(guī)律1.3現(xiàn)狀及發(fā)展1.3.1現(xiàn)狀比重：硬煤30；褐煤86；鐵78；建材100；平均80單礦規(guī)模：最大5000萬t/a。全員2300人1.3.2經驗優(yōu)先發(fā)展露天礦實現(xiàn)開采集中化；降低成本、提高效率開采設備大型化及過程連續(xù)化分期建設，提高前期開發(fā)效率設備的維護管理建立坑口電站，實現(xiàn)煤電聯(lián)營礦區(qū)開發(fā)規(guī)劃1.3.3中國露天采煤比重：56%發(fā)展階段：19491958前蘇聯(lián)模式19591966自力更生，三邊方針，剝采失調19781997五大露天礦區(qū)建設，引進與制造并舉2003至今設計理論的發(fā)展五大露天，內蒙(勝利、白音華、寶日希勒、準格爾)黑龍江寶清才25% (

8、資源總量，賦存條件，資金及設備)煤價；煤電結合；資金；設備1.4發(fā)展綜述及前景1.4.1國內露天科學技術的發(fā)展露天開采理論有重大進展，并形成了體系從計劃到市場的轉（計劃控制一切；重視經濟效益，特別是動態(tài)經濟效益）均衡；礦山規(guī)模滾動發(fā)展；分區(qū)分期；礦建施工；生產規(guī)模確定；礦產 品價格新礦區(qū)建設及老礦改造除了設備與高新技術外，中國露天礦山在設計、建設、經營上業(yè)已與國際水 平靠近3 .以提高礦業(yè)開發(fā)效益為基礎的關鍵技術研究1）降低卡車運輸費一一倒堆、表土連續(xù)、煤炭半連續(xù)，表土連續(xù)的主要 參數(shù)及應用條件2）深露天礦運輸一一急傾斜礦3）礦巖塊度控制4）質量控制礦業(yè)經濟一一市場預測、風險研究環(huán)境工程一一復

9、墾、伴生礦物和疏十水的綜合利用1.4.2世界的趨向隨市場為轉移的礦業(yè)科學研究的下降設備規(guī)格已達極限，趨向于改善其可靠性及機動性新設備研制C。S。M。，陡幫膠帶露天開采從本質上說是大量物料流的移運作業(yè)，故采場工藝發(fā)展及在具體礦 山下采場工選擇對提高露天開發(fā)效益有重要作用，露天采煤的重點是作業(yè)連續(xù)化及分采采場是科學？技藝、工藝？一捅就破，不是高技術，但效益顯著應用科學的基礎是實踐第二章露天開采工藝2.1總述2.1.1開采工藝（工藝環(huán)節(jié)與工藝系統(tǒng)）與礦山工程工藝針對礦山賦存條件選擇合適工藝與實現(xiàn)高效運用工程一定工藝與礦山賦存條件下礦山工程在時空發(fā)展上的合理化工藝在露天煤礦中的決定性地位露天煤礦從本質

10、上說是大量物料流的移動相輔相成2.1.2工藝分類按照各環(huán)節(jié)所采用的設備作業(yè)方法的特征或者物料流的特征作為主要分類 標準，以設備可完成的生產環(huán)節(jié)數(shù)、設備類型作再分類間斷、連續(xù)、半連續(xù)、綜合獨立、合并式2.2單斗鏟-卡車開采工藝2.2.1引言應用最廣泛的開采工藝，特別是在中硬巖露天礦中賦存條件多樣化一一設備作業(yè)的機動靈活性采礦工作者的成功應用局部分散排序；（運距）短工作線及提高推進度，短段溝及高延深速度 一生產規(guī)模大靈活的開采程序（推遲剝離），黑寶山例加大工作幫坡角，陡幫式開采致命弱點是t-km費用高（油、輪胎、備件）2.2.2基本采掘方式及參數(shù)端工作面雙側折返入換t入戾0;電纜橋；輔助設備清理工

11、作面勺容比V/E及鏟車數(shù)量比卡車機動調度2.3連續(xù)式開采工藝2.3.1應用、系統(tǒng)以間斷式卡車運輸?shù)竭B續(xù)開采工藝高效率、低成本使用條件嚴格（賦存條件、軟巖、氣候條件）歐洲有廣泛應用鏈斗鏟、輪斗鏟緊湊型C框架型連接橋式斗臂回轉半徑m625254545100小時能力m3 / t50080004000100001000020000重量t50150015004500500014000系統(tǒng)輪斗鏟一一工作面輸送機端幫輸送機干線輸送機一一分流站排土工作輸送機排土機一一應用條件斗刃線切割力140160 KN/m（140160 KJ/cm）,或抗壓強度 60008000Kpa,或面切割力150 N/cm2,或不能

12、直接挖掘而需要爆破 的硬物料（抗壓強度10Mpa）,量達到總采剝量的50%時耐磨性礦物含量超過1530%厚度超過0。30。5m以上或厚度小但是密集的硬夾層地耐力不符合要求而需要大量換填物料時氣溫在-25 C以下和大風超過30m/s的地區(qū)必要性 高生產能力(6000萬m3 / &)與受限線性規(guī)格RW，G=f(RW)3高生產能力與推進度的矛盾(hL)采用組合臺階以解決上述矛盾，并可減少配設皮帶機的運輸平盤數(shù)構成He 決定于挖掘高度HW，H L2 LnH1 H2 Hn2.3.3設備選型及能力匹配大中型輪斗鏟均系專用設備，需要針對使用條件進行專門射界類型、切割力、線性規(guī)格、臺數(shù)排土機選擇2 ： 1 ；

13、 1 ： 1系統(tǒng)能力以輪斗為中心，開放度2.3.4系統(tǒng)可靠性可靠度元器件、設備或者系統(tǒng)在給定條件下或規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率。Rs= 1 FSR.j固有可靠性Rs= R X RuRu使用可靠性Rs= 1 FS=(1 - F1)(1 -f2)(1 - Fn)-R1 R2 Rn2.4半連續(xù)開采工藝2.4.1綜述特點分類半連續(xù)開采工藝是指露天礦開采工藝環(huán)節(jié)中，一部分為連續(xù)工藝環(huán)節(jié)， 另一部分為間斷工藝環(huán)節(jié)。起產生的礦巖貨流也是部分為連續(xù)流、部分為間 斷流。半連續(xù)工藝首先是在西德、美國、前蘇聯(lián)等國家應用，因此名稱各異。 半連續(xù)工藝在國外又稱為間斷-連續(xù)工藝和綜合開采工藝。半連續(xù)開采工藝 主要按采裝

14、及運輸兩個主要環(huán)節(jié)所采用的不同設備而進行分類，如下表2-1 所示順序工藝過程穿爆采裝工作面運 輸篩分及破 碎主要十道運輸排土 （選 礦廠）I多斗挖掘 機鐵道鐵道排土犁（或挖掘機）II多斗挖掘 機汽車汽車推土機III穿孔爆破單斗挖掘 機汽車地面固定 式破碎汽車-膠帶排土機或 選礦廠w穿孔爆破單斗挖掘 機汽車礦場半固定式破碎邊幫膠帶排土機V穿孔爆破單斗挖掘 機汽車礦場半固定式破碎溜井（或 平硐）-斜汽車排土 機（或固定 破碎）井膠帶H穿孔爆破單斗挖掘 機膠帶移動式破 碎邊幫膠帶排土機W拉鏟、前裝機、推土機移動或半固定式篩分裝置邊幫膠帶排土機在該表2-1中，標志著半連續(xù)工藝特點及發(fā)展的是使用于堅硬煤

15、巖開采III瑚類。這是運輸工藝環(huán)節(jié)在投資及作業(yè)費用方面均占煤巖開采費用的5060%左 右，故在堅硬煤巖開采中應用半連續(xù)工藝可顯著改善露天開采的效益。應用準則堅硬煤巖條件下，半連續(xù)工藝的應用準則為：1）在各種情況下，原煤均須經分級或者洗選后才作為商品煤進入市場。 可以認為，采用半連續(xù)工藝后對煤的粗碎并不成為額外支出，僅是 將粗碎過程變換了作業(yè)位置，故在卡車運距超過經濟運距（一般為 34km）條件下，采用半連續(xù)工藝就可能是合理的。2）在中硬、堅硬巖石剝離中采用半連續(xù)工藝，破碎費用和較昂貴的排 土機排棄費用均成為額外支出。上述費用應由采用膠帶運輸而節(jié)省 而來的運輸費用和公路修筑費用抵消。故一般情況下

16、，只是在剝離 物運量大、提升高度大、運營時期長及運距足夠長是，采用半連續(xù) 工藝才是可行的。2.4.2礦巖塊度作用及組成作用：設備選型基礎；穿爆合理化；作業(yè)成本；指標組成：大塊率；平均塊度；塊度分布2 .合理礦巖塊度提高dcp :升高穿爆費；降低采掘、運輸、破碎費Cmin=燮破碎機組分類適應開采作業(yè)需要，礦山工程沿水平、深度或同時沿兩個方向不斷擴展。半連續(xù)工藝系統(tǒng)中的破碎機組也大豆隨礦山工程的發(fā)展不斷改變起位置。按破碎機型 式其他名稱有無走行裝置及型 式拆卸性移設方式移設時間及間隔移動式自移式有，履帶式（橫向，縱向）邁步式輪胎式無整體自移360m/ 目（履帶式）， 70 80m / h（邁步式）

17、，70 m/h（輪 胎式），隨時 可移他移式半移動式 可移式無，利用其他運輸裝置如履帶運輸車可拆卸成 若干部分分部分移 設移設時間48h，間隔12年組裝式半固定式破碎機或者組件式無，利用其他運輸裝置如履帶運輸車拆卸至最小重量組 件部件或組件搬移至新地點，重新安裝移設時間 12月，間隔310年固定式破 碎機無無部件或組件需要從基礎起重新安裝服務于全部生產時 間破碎機組在礦山開采期內的移動狀態(tài)可做以下分類，見表2-2自移式移動破碎機本身具有行走機構。它在采掘工作面內工作，但裝載 設備（如挖掘機）直接給料，當采礦工作面向前推進時，它隨著裝載設備一起 向前移動，破碎機的移設頻率，取決于裝載設備的推進速

18、度。由于破碎機移 動頻繁，因而需要配置具有高度靈活性的帶式輸送機系統(tǒng)。按走行方式分，自移式有軌輪式、輪胎式、履帶式、邁步式。在選用時 應綜合考慮礦山的地質條件、行走機構承受的負荷、行走的頻繁性、道路坡 度、開采工作面位置和開采進度等。他移式破碎機本身不能自行，需要為其配備專門的移動設備一一履帶運 輸車或輪胎運輸車。運輸車可行駛到破碎機下面，用液壓裝置將破碎機頂起， 并將其移設全新的地點。這種破碎機多設置在采場內靠近開采工作面保持一 定的距離和高差。整體可移式破碎機能將整個機組整體搬運，其移設工作可 在48小時內完成。組件可移式破碎機將機組分成給料裝置、破碎機和卸料 裝置三部分，也可拆卸成尺寸和

19、重量更小的組件來搬運。拆卸和重新安裝約 需30天，每移設一次不超過35年。半固定式破碎機安裝在一個鋼制平臺 上，計劃移設的間隔時間一般為510年左右。隨著露天礦開采的延伸，將 破碎機多次向下移設，直至露天開采終了。破碎機組設置機組與卸料口標高：同標高與不同標高一一按卸載方式：直接給料與見解給料按機組與采場境界位置：境界內與境界外2.4.4半連續(xù)工藝系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)可靠性V間斷、連續(xù)系統(tǒng)不穩(wěn)定性，如連續(xù)主要為切割、半連續(xù)則涉及穿爆、采掘、運輸、 破碎。2.5綜合及其他開采工藝2.5.1綜合開采工藝概念“一個露天礦場范圍內采用二種或以上的單一式開采工藝”分類I平面同一區(qū)段不同塊段II立面III混合式

20、單一式工藝數(shù)量工藝組合方式、二種或者以上應用中問題1）開拓運輸系統(tǒng)布置2）開采范圍劃分 Cz = E CjXPj min3）開采參數(shù)配合，L、h2.5.2倒堆開采工藝概念應用倒堆式設備將采場剝離物經一次或者數(shù)次倒堆作業(yè)直接排入內排土場的作業(yè)。參數(shù)計算原則VD X % W VpSD X Ks W Sp2.5.3露天采礦機回采產品位中和一一配采、混勻料場提高礦石質量r分隔h、拉溝位置減少混雜r 小規(guī)格八采.設備分 采 一 一 設 備液壓鏟前裝機設備作業(yè)軌跡 推土機輪斗鏟采礦機結構及形式截割、匯料、輸送、卸料腹部式（路面刨切機）；斗輪式；前端截割滾筒（掘進機）應用消除穿爆，實現(xiàn)連續(xù)式作業(yè)采選，降低夾

21、砰運輸及選礦費，達成成本降低設備費降低移動速度快，與輸送機配合作業(yè)困難機動性較弱，端部作業(yè)、曲工作面等品位中和較難使用條件受限（物料堅硬（1050Mpa），產量規(guī)模）第三章 露天礦山工程引言礦山工程：采礦與剝離工程;開拓運輸系統(tǒng);開采程序;生產剝采比及其控制。礦山工程與工藝：相互聯(lián)系與影響，工作線長度，開拓及程序不同條件下側重 點,采礦發(fā)展上;采礦設計上；生產管理上。礦山工程與地下開采。3.1露天礦開拓3.1.1綜述概念：自地表或某水平向另一水平開拓通道，以建立運輸聯(lián)系。重要性：較難變更，運輸費用，工程量。分類：溝通特征一運輸工藝（鐵路，汽車，運輸機）。固定（形狀、數(shù)量、U）、移動、聯(lián)合3.1

22、.2各種開拓方法分論（開拓圖集及開拓方法）3.1.3新水平延深工程量：出入溝1一2；開段溝2；擴幫1。提高延深速度：一般決定生產規(guī)模；平行作業(yè)與掘溝工藝。3.2開采程序3.2.1綜述概念：露天采場內剝采工程在時間和空間上的發(fā)展順序。影響因素：礦體埋藏條件；開采工藝；開拓運輸系統(tǒng)；生產規(guī)模；礦區(qū)質量;內排發(fā)展；內容：臺階劃分；分區(qū)與分期；工作線長度；拉溝位置及工作幫推進方向； 礦石配采及生產剝采比控制。3.2.2臺階劃分巖性同一性，采掘設備（生hw）工作規(guī)格，傾斜與水平分層。3.2.3工作線長度Lt : I端幫剝離量，! N，I采排費，I重復剝離，I工作幫推進度，有利規(guī)模。L t：t運距，t運費

23、經濟上Cmin，L最優(yōu)值。3.2.4分區(qū)及分期分區(qū)：水平緩斜礦層劃分條區(qū)；傾向礦層沿走向分區(qū)。分期：生產規(guī)模分期；沿深度分期。3.2.5陡幫開采特點。1工作幫傾角，以I剝采比。形式。水平緩斜礦層采用雁形追蹤。傾斜、急傾斜礦層采用立面組合段。應用中問題：采掘作業(yè)可靠性；工程計劃管理；安全；作業(yè)復雜性。3.3生產剝采比及其控制3.3.1引言生產剝采比在一定生產期內，從露天采場采出的剝離量與有用礦物量的比 值。時間剝采比一一均衡剝采比(調整剝采工程以壓低剝離高峰，使生產剝采比在較 長時間內保持相對均衡的剝采比。)時間剝采比變化規(guī)律：傾斜礦層時：小一大一小。3.3.2生產剝采比確定方法經驗系數(shù)法n=A

24、ncpv=f(p)曲線法編制逐年礦山工程計劃方法。3.3.3生產剝采比均衡問題必要性：超前剝離積壓資金設備及生產系統(tǒng)的合理利用問題(鐵道、連續(xù)半連續(xù)系統(tǒng)等)控制措施調正參數(shù)、合理安排剝采工程位置、分區(qū)分期、組織管理。緩采；搭配開采；調整開采參數(shù)；超前和滯后剝離；外包剝離；（6）調節(jié)產量；3.4露天開采境界3.4.1綜述概念露天采場開采結束時的空間輪廓深度、底周界、最終邊幫角。制約因素經濟，安全（邊坡、河流、建筑物、交通、礦井境界），工程（開 拓運輸系統(tǒng)）。3.4.2確定原則（經濟）n 忍n ; n 忍n.; n 忍nk j p jT j氣一定技術經濟條件下，露天開采經濟上合理的極限剝采比。 部分露天，部分地采。n.