露天采礦學(xué)第05章排巖工作

2023/2/4

1露天采礦學(xué)第5章排巖工作2023/2/42教學(xué)目標(biāo)及基本要求：◎了解內(nèi)容：排巖工藝及廢石場的建設(shè)、安全與復(fù)墾。◎掌握內(nèi)容：廢石場位置選擇原則，常用的排巖工藝及優(yōu)缺點(diǎn)，排巖工藝選擇需考慮因素。主要內(nèi)容及學(xué)時分配（共2學(xué)時）：排巖工藝中的汽車運(yùn)輸-推土機(jī)排巖、鐵路運(yùn)輸排巖、帶式排土機(jī)排巖，1學(xué)時排巖工藝選擇與廢石場的建設(shè)與安全，1學(xué)時重點(diǎn)內(nèi)容：各種排巖工藝的特點(diǎn)及適用條件，廢石場的建設(shè)、安全與復(fù)墾。難點(diǎn)內(nèi)容：如何選取合適的排巖方式。教學(xué)計劃與安排2023/2/43

5.1概述

5.2排巖工藝

5.3廢石場建設(shè)與安全

教學(xué)內(nèi)容2023/2/445.1概述定義：露天礦要剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的表土和巖石，并將其運(yùn)至專設(shè)的排棄場地（廢石場）。工作對象：剝離巖土、貧礦、難選礦物排巖工作的經(jīng)濟(jì)效益：排土場位置；排巖工藝；排巖方法。2023/2/45排巖工作內(nèi)容：排棄工藝排土場修建和排巖規(guī)劃排土場穩(wěn)定性排土場環(huán)境污染防治排土場復(fù)墾5.1.1排巖工作內(nèi)容：2023/2/46排土場的種類：內(nèi)排土場

占地少、運(yùn)距短、剝離費(fèi)用低；--經(jīng)濟(jì)性好。

一般適用于水平礦體或者傾角小于12°的厚度不大的緩傾斜礦體。外排土場：

和內(nèi)排土場相對應(yīng)；

金屬礦山一般傾角大，多為傾斜、急傾斜礦床，且開采深度一般較大，故多為外排土場。5.1.2排土場分類2023/2/475.1.3排土場位置選擇考量因素準(zhǔn)則目的2023/2/485.1.3排土場位置選擇排土場位置選擇

有條件情況下，盡量利用內(nèi)排，包括內(nèi)部臨時排土場。不占用良田，少占用耕地，盡量利用山坡、山谷的荒地，盡量避免村莊的搬遷。在不影響礦山建設(shè)的情況下，盡量靠近采場布置，以縮短排巖運(yùn)距；為防止壓礦，排土場宜選在礦體的下盤方向，如果礦體賦存情況可靠，也可以放在礦體的上盤或者端部的開采界限以外。深凹露天礦的排土場如果距離采場太近，應(yīng)考慮排土場對采場露天邊幫穩(wěn)定的影響以及廢巖滾落距采場邊緣的安全距離。根據(jù)地形、開采水平標(biāo)高、堆棄量等因素進(jìn)行全面分析，選取集中或者分散布置排土場。分散布置，利于多出口運(yùn)輸，疏散道路的通過能力，緩和排巖高峰。大型露天礦宜適當(dāng)集中。中小型露天礦山可就近分散堆棄。排土場位置選擇的原則

2023/2/495.1.3排土場位置選擇排土場位置選擇排土場位置選擇的原則

必須掌握排土場場址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料。排土場的地形坡度一般宜小于堆置廢巖的內(nèi)摩擦角(自然安息角)。以保證排土場的穩(wěn)定，避免排土場發(fā)生滑坡和泥石流事故。在排土場周圍應(yīng)設(shè)置防護(hù)工程，防止環(huán)境污染，避免發(fā)生泥石流、滑坡等危害。排土場應(yīng)設(shè)置在居民區(qū)和工業(yè)場地的下風(fēng)側(cè)或者最小風(fēng)側(cè)，遠(yuǎn)離生活水源，并處于生活水源的下游，以避免對居民區(qū)或工廠的粉塵、有害氣體危害和水污染。廢巖中含有用礦物成份的，要盡量根據(jù)礦物成份和品位分別堆存，以利于日后的二次回收利用；排土場地的選擇要考慮復(fù)墾的可能性，制定復(fù)墾計劃。2023/2/410排土場的堆置高度臺階高度和堆置高度的關(guān)系影響因素：排土場的地形、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件氣候條件、排棄巖土的物理力學(xué)性質(zhì)（粒度分布、礦物成分、密度等）、排巖工藝設(shè)備、排巖管理、廢石運(yùn)輸方式等。Hmax主要受散體巖石強(qiáng)度和地基軟弱層強(qiáng)度的控制。Htj，高度和經(jīng)濟(jì)（效率，成本）的矛盾。高臺階排土-堅硬巖石+高差較大的陡峭山嶺地形，一般可達(dá)30m以上；軟巖和土質(zhì)層，10-15m，甚至小于10m；5.1.3排土場堆置要素2023/2/411排土場的堆置高度地基巖性較好，地基穩(wěn)定-采用覆蓋式排巖（上部臺階直接坐在下不臺階上），此時排土場的極限高度主要與松散巖體的強(qiáng)度有關(guān)，可用極限平衡法直接求的。軟弱地基排土場極限堆置高度：主要受地基軟巖強(qiáng)度、厚度和產(chǎn)狀等地質(zhì)條件影響。

分區(qū)排土和分期排土。

5.1.3排土場堆置要素2023/2/412排土場的臺階平盤寬度Bmin工作平臺最小寬度取決于上一臺階的高度、運(yùn)輸排棄設(shè)備和運(yùn)輸線路的布置、移道步距（鐵路）等。使得上下相鄰臺階的排巖工作不相互影響。參考采場的最小工作平盤寬度。5.1.3排土場堆置要素2023/2/413排土場容積廢石場總?cè)莘e應(yīng)與露天礦總剝離量相適應(yīng)按剝離量所需的廢石場有效容積計算公式：5.1.3排土場堆置要素沉降系數(shù)定義公式：2023/2/414排土場容積

巖土松散系數(shù)參考值5.1.3排土場堆置要素種類砂砂質(zhì)粘土粘土帶夾石粘土塊度不大巖石大塊巖石巖土類別IIIIIIIVVVI初始松散系數(shù)1.1-1.21.2-1.31.24-1.31.35-1.451.4-1.61.45-1.8終止松散系數(shù)1.01-1.031.03-1.041.04-1.071.1-1.21.2-1.31.25-1.352023/2/415排土場容積

巖土沉降系數(shù)參考值5.1.3排土場堆置要素巖土種類沉降系數(shù)巖土種類沉降系數(shù)砂土1.07-1.09硬粘土1.24-1.28砂質(zhì)粘土1.11-1.15泥夾石1.21-1.25粘質(zhì)土1.13-1.15亞粘土1.18-1.21粘土夾石1.16-1.19砂和礫石1.09-1.13小塊巖石1.17-1.18軟巖1.10-1.12大塊巖石1.10-1.20硬巖1.05-1.072023/2/416

露天礦的排巖工藝是按運(yùn)輸方式和排巖設(shè)備的不同而劃分的。常用的排巖工藝可分為：汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖鐵路運(yùn)輸－挖掘機(jī)排巖（前裝機(jī)排巖、排土犁排巖）膠帶排土機(jī)排巖、膠帶排煙機(jī)排巖倒堆吊斗鏟排巖水力排巖5.2排巖工藝

2023/2/4175.2排巖工藝

5.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖一、工藝過程主要有：汽車進(jìn)入廢石場排巖地段進(jìn)行調(diào)車汽車翻卸巖土推土機(jī)推排平整場地整修廢石場公路2023/2/418A-公路寬度，即行車帶寬度；B-調(diào)車入換部分的寬度，即調(diào)車帶寬度；C-汽車翻卸后留在平臺上的土堆寬度，即卸土帶寬度。2023/2/4195.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖汽車在排土場卸載及車擋示意圖2023/2/4205.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖汽車進(jìn)入廢石場排巖地段進(jìn)行調(diào)車

公路寬度A和前面所說一直。汽車翻卸巖土

調(diào)車帶寬度B大于汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，和車輛有關(guān)。

卸土帶寬度C-取決于翻卸條件和巖土性質(zhì)，一般取3-5m。

安全車檔：車輪的2/3。

排巖臺階坡頂：3%-5%的反坡。

2023/2/421排巖工作應(yīng)注意的問題汽車進(jìn)入廢石場后沿廢石場公路到達(dá)卸巖段，然后調(diào)車，其調(diào)車寬度要大于汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑，然后汽車后退，靠近邊坡翻卸巖土翻卸后留在平臺上的巖堆寬度的大小對推土機(jī)的推排工作量影響很大，在確保安全的前提下，汽車應(yīng)盡量靠近邊坡翻卸巖土為了保證汽車卸載安全，臺階坡頂需用推土機(jī)推出車擋，車擋高度一般不低于0.6～0.8m新堆棄的巖土密實(shí)性小，孔隙大，經(jīng)壓實(shí)后臺階會下沉。為了保證安全卸載和充分利用廢石場容積，臺階頂面應(yīng)保持2％的反向坡2023/2/4225.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖推土機(jī)推排

推排汽車翻卸殘留在平臺上的巖土排土場下沉塌落需平整的巖土工作量

一般占總排土量的20-30%卸載汽車結(jié)構(gòu)、卸載是汽車后輪距排土坡頂線距離、排棄季節(jié)、司機(jī)作業(yè)素質(zhì)。

2023/2/4235.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖推土機(jī)平整場地和整修排土場公路二、排土場堆置參數(shù)

排巖臺階高度h、排巖工作平盤寬度Bmin、排巖工作線長度Lmin。

排巖臺階高度h-取決于土巖性質(zhì)和地形條件，可調(diào)節(jié)余地較大（相對于火車排巖），一般取較大，如弓長嶺100m，德興銅礦170m。有條件可取一個臺階。排巖工作平盤寬度Bmin、

2023/2/4245.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖推土機(jī)平整場地和整修排土場公路二、排土場堆置參數(shù)排巖工作平盤寬度Bmin

Bmin—工作平臺最小寬度，m；C—超前上階段的寬度(當(dāng)上、下階段汽車卸車點(diǎn)互不干擾時，C=0)，m；R—汽車回轉(zhuǎn)半徑，m；L—汽車長度，m；F—外側(cè)線路中心至平臺眉線的最小距離，m。2023/2/4255.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖推土機(jī)平整場地和整修排土場公路二、排土場堆置參數(shù)排巖作業(yè)線長度Lmin

2023/2/4265.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖三、排土設(shè)備排土設(shè)備選型與匹配

汽車載重(t)推土機(jī)功率(馬力)小時能力(m3)20100~200100~12030~40140~160140~16060≥220260~320100≥320450~550推土機(jī)推排能力與功率關(guān)系2023/2/4275.2.1汽車運(yùn)輸－推土機(jī)排巖三、排土設(shè)備排土設(shè)備數(shù)量的計算：

2023/2/428主要技術(shù)性能單位中國美國日本型號140TTY165TYSD22SD42D824HDD品牌東方紅東方紅山推山推山推卡特比勒卡特比勒小松小松發(fā)動機(jī)功率kw104122132.4162310119299180641工作重量kg95001870018512234005200168802872421300102500行走速度km/h0-12.80-12.50~3.90-11.20-12.20-10.80-32.10~10.40-11.9外形尺寸：長mm5385509753605750963039378224589011565寬mm298234473970372543202440450742603610高mm285031903041339542303057370030604590推土板刀：寬mm29823447397037254320-450742605265高mm8851167105013151875-122910602690板刀最大提高mm-120012501210--10701260-最大切入深度mm360545545540700-430530-行走機(jī)構(gòu)履帶式履帶式履帶式履帶式履帶式履帶式輪胎式履帶式履帶式2023/2/429四、評價:汽車運(yùn)輸—推土機(jī)排巖工藝具有一系列優(yōu)點(diǎn)：(1)汽車運(yùn)輸機(jī)動靈活，爬坡能力強(qiáng)，可適應(yīng)情況復(fù)雜的排巖場地作業(yè)；(2)汽車運(yùn)輸—推土機(jī)的排土臺階高度遠(yuǎn)比鐵路運(yùn)輸時大，即使在巖性較差的情況下臺階高度也比鐵路運(yùn)輸較容易實(shí)現(xiàn)高臺階排土；(3)汽車運(yùn)輸—推土機(jī)排土工藝符合露天礦運(yùn)輸設(shè)備發(fā)展方向，國內(nèi)外金屬露天礦廣泛采用汽車運(yùn)輸，并且向大型發(fā)展，與之相配合的推土機(jī)也隨之向大馬力發(fā)展；(4)當(dāng)排土場內(nèi)運(yùn)輸距離較短時，排巖運(yùn)輸線路建設(shè)快、投資少，易于維護(hù)。主要缺點(diǎn)：排土運(yùn)輸費(fèi)用相對較高

，特別是當(dāng)排巖運(yùn)距較遠(yuǎn)時，排巖效費(fèi)比顯著增加。2023/2/4305.2.2鐵路運(yùn)輸排巖鐵路運(yùn)輸?shù)呐艓r方法：挖掘機(jī)排巖前裝機(jī)排巖排土犁排巖其中主要工藝為鐵路運(yùn)輸－挖掘機(jī)排巖工藝挖掘機(jī)排巖主要工序?yàn)椋毫熊嚪稁r土挖掘機(jī)堆壘線路移設(shè)2023/2/431單斗挖掘機(jī)排土工作面布置2023/2/432為了保證排巖作業(yè)的安全，加大排巖臺階高度和保證排巖臺階的穩(wěn)定，延長移道周期，縮短列車入換時間，采用鐵路運(yùn)輸時，亦可采用輪胎式前裝機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)排。輪胎式前裝機(jī)排巖作業(yè)要素包括：作業(yè)線長度轉(zhuǎn)排臺階高度工作平盤寬度2023/2/4332023/2/4345.2.3帶式排土機(jī)排巖帶式排土機(jī)排巖最大優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)帶式排土機(jī)排巖工藝過程為：由輸送機(jī)提供巖土，經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入排土機(jī)里的接收輸送機(jī)，再輸送到卸載輸送機(jī)迸行排巖（上排或下排）推土機(jī)平整工作面并完成其他輔助作業(yè)帶式輸送機(jī)移位并開始下一排巖循環(huán)2023/2/4352023/2/436優(yōu)點(diǎn)：一次排棄寬度大，輔助作業(yè)時間少，作業(yè)效率高；近水平礦床可實(shí)現(xiàn)橫向內(nèi)排，減少運(yùn)輸距離；排土機(jī)的生產(chǎn)能力大，自動化程度高，管理簡便缺點(diǎn)：采、運(yùn)、排生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)間制約大，機(jī)動性較差；選擇廢石場位置時，在地形、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件方面要求較高；一般不宜采用分散的廢石場2023/2/437帶式排土機(jī)排巖工藝適用條件剝離物為f＜3的軟巖。中硬以上巖石或不適合膠帶輸送的大塊，需經(jīng)爆破法破碎后方可考慮采用。水平或近水平礦層，在覆蓋層厚度或夾層厚度小于設(shè)備作業(yè)規(guī)格時，可實(shí)現(xiàn)橫向直接內(nèi)排。氣溫低于-25C0應(yīng)有防寒措施，實(shí)行季節(jié)性剝離作業(yè)；風(fēng)速大于7~8級時，帶式排土機(jī)應(yīng)停止作業(yè)。設(shè)備作業(yè)及行走時坡度限制一般為：縱向坡度作業(yè)時為1/20~1/30，行走時1/10~1/20；橫向坡度為1/202023/2/4385.2.4排巖工藝選擇排巖設(shè)備的選擇取決于剝離工程中采運(yùn)工藝環(huán)節(jié)所采用的設(shè)備類型，特別是運(yùn)輸設(shè)備的類型設(shè)備選擇取決于排棄巖土的性質(zhì)、氣候條件、廢石場位置、要求的排巖能力以及排巖設(shè)備來源等因素。所選擇的排巖工藝應(yīng)能滿足安全、高效、經(jīng)濟(jì)等要求2023/2/439排棄巖土的性質(zhì)對排巖設(shè)備的選擇有重大影響。在鐵路運(yùn)輸條件下，鏟運(yùn)機(jī)僅適于排棄松軟且不含塊石的巖土；當(dāng)在高臺階條件下排棄中硬以下且含水巖土?xí)r，臺階的穩(wěn)定成為突出矛盾，從增加排巖寬度、減少移道次數(shù)和使鐵道路基穩(wěn)定等出發(fā)，較靈活的和排巖寬度較大的前裝機(jī)、推土機(jī)以及吊斗鏟等排巖設(shè)備優(yōu)于機(jī)械鏟2023/2/440氣候條件也對排巖設(shè)備的選擇有重大影響。雨水較多的地區(qū)，通常不宜采用高排巖臺階作業(yè)；冰凍期長，大風(fēng)頻繁的地區(qū)不宜采用帶式排土機(jī)作業(yè)。在氣候條件不利的地區(qū)，應(yīng)選擇可靠性較高的機(jī)械鏟、吊斗鏟、推土機(jī)或前裝機(jī)等排巖設(shè)備。2023/2/441選擇的排巖設(shè)備應(yīng)滿足排巖能力的要求。在鐵路運(yùn)輸條件下，以機(jī)械鏟和吊斗鏟的排巖能力最高，推土機(jī)、前裝機(jī)等次之。在相同的運(yùn)輸方式下，當(dāng)兩種排巖工藝均能滿足要求時，若選擇投資大的排巖設(shè)備應(yīng)做好充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。采用前裝機(jī)作為采、運(yùn)、排設(shè)備時，視前裝機(jī)規(guī)格不同，其合理運(yùn)距一般為100～1000m。鏟運(yùn)機(jī)作為采、運(yùn)、排設(shè)備使用時，其合理運(yùn)距不大于1.5km。2023/2/4425.3廢石場建設(shè)與安全5.3.1初始廢石場的建設(shè)與擴(kuò)展（1）廢石場初始排土線的修筑根據(jù)地形條件的不同，分為山坡和平地兩種修筑方法。山坡廢石場初始排土線的修筑是先在山坡挖一單壁路塹，整平后鋪上鐵軌，形成鐵路運(yùn)輸?shù)某跏寂磐辆€。2023/2/4432023/2/444若采用汽車運(yùn)輸排巖時，應(yīng)根據(jù)調(diào)車方式確定初始排土線的路塹寬度。平地初始排土線的修筑需要分層堆壘和逐漸漲道。采用挖掘機(jī)修筑時，首先從原地取土，并在旁側(cè)堆筑第一分層，為了加大第一分層堆壘高度，也可以在兩側(cè)取土，取土的地段形成取土坑。第一分層經(jīng)平整后輔上鐵軌，就可由列車運(yùn)送巖土并翻卸在路堤旁，再由挖掘機(jī)堆壘第二分層、第三分層，直至達(dá)到所要求的排巖臺階高度，便形成初始排土線。2023/2/4452023/2/446采用推土機(jī)修筑時，一般用兩臺推土機(jī)對推。此法可修筑高度在5m以內(nèi)的排土線初始路堤。2023/2/447（2）排土線的擴(kuò)展鐵路運(yùn)輸單線廢石場排土線的擴(kuò)展方式有平行、扇形、曲線和環(huán)形四種。2023/2/448多線廢石場擴(kuò)展方式2023/2/449為了在有限的面積內(nèi)增加廢石場的受巖容積，可采用多層排巖。多層排巖就是在幾個不同水平上同時進(jìn)行排巖，并向同一方向發(fā)展。為此可采用直進(jìn)式或折返式線路，建立各分層之間的運(yùn)輸聯(lián)系。各層排土線的發(fā)展在空間與時間關(guān)系上要合理配合，為保證安全和正常作業(yè)，上、下兩臺階之間應(yīng)保持一定的超前距離，并使之均衡發(fā)展。2023/2/4505.3.2廢石場的穩(wěn)定性與公害防治（1）廢石場的穩(wěn)定性與防護(hù)廢石場穩(wěn)定性的影響因素較多，主要有：廢石場的地形坡度排棄高度基底巖層構(gòu)造及其承壓能力巖土性質(zhì)和堆排順序。2023/2/451常見的失穩(wěn)現(xiàn)象：廢石場變形泥石流常見的廢石場變形有：滑動塑性變形坡面散落沉降2023/2/4522023/2/453廢石場變形的主要原因：排巖臺階過高巖土含水過多沒有按巖土的滲