露天礦山采礦概論

1、露天礦山采礦概論目錄第一章 地質(zhì)基本知識(shí)-第一節(jié) 地球概述-第二節(jié) 地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造-第三節(jié) 礦物與巖石-第四節(jié) 與礦床相關(guān)的基本概念-第二章 露天開(kāi)采-第一節(jié) 概述-第二節(jié) 開(kāi)采臺(tái)階和露天采礦場(chǎng)構(gòu)成-第三節(jié) 山坡露天礦和凹陷露天礦的概念-第四節(jié) 露天采礦的一般程序-第五節(jié) 露天采礦與剝離的關(guān)系-第六節(jié) 剝采比與露天開(kāi)采境界-第三章 露天礦床開(kāi)拓-第一節(jié) 公路運(yùn)輸開(kāi)拓-第二節(jié) 鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓-第三節(jié) 膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓-第四節(jié) 斜坡卷?yè)P(yáng)開(kāi)拓-第五節(jié) 平峒溜道開(kāi)拓-第四章 露天礦采掘工藝-第一節(jié) 穿孔爆破-第二節(jié) 采裝工作-第三節(jié) 運(yùn)輸工作-第四節(jié) 排土恢復(fù)-第一章 地質(zhì)基本知識(shí)第一節(jié) 地球概述地球是

2、太陽(yáng)系九大行星之一。地球表面分為海洋和陸地。海洋占地球面積的70.8%，陸地占29.2%。地球內(nèi)部根據(jù)莫霍不連續(xù)面和古登堡不連續(xù)面劃分為地殼、地幔和地核三個(gè)圈層。地殼，是地球表面的堅(jiān)硬外殼，由巖石組成。地殼是地殼運(yùn)動(dòng)、地震作用、火山爆發(fā)以及其他地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的場(chǎng)所。目前人們開(kāi)采的各種礦產(chǎn)資源就在這里形成和蘊(yùn)藏。所以地殼是地質(zhì)學(xué)的主要研究對(duì)象。第二節(jié) 地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造自然界引起地殼組成物質(zhì)、地殼構(gòu)造和地表形態(tài)發(fā)生變化的自然作用叫地質(zhì)作用。地質(zhì)作用按其產(chǎn)生的動(dòng)力不同分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。一、內(nèi)力地質(zhì)作用由地球內(nèi)部動(dòng)力引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用叫內(nèi)力地質(zhì)作用，其

3、表現(xiàn)形式為地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用和地震。1、地殼運(yùn)動(dòng)2、巖漿活動(dòng)3、變質(zhì)作用4、地震作用二、外力地質(zhì)作用地殼表層巖石在地球外部能量作用下破碎、遷移和富集形成沉積巖和礦產(chǎn)，這種地質(zhì)作用叫外力地質(zhì)作用。1、風(fēng)化作用2、剝蝕作用3、搬運(yùn)作用4、沉積作用5、固結(jié)成巖作用三 地質(zhì)構(gòu)造未經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)影響的沉積巖層呈水平產(chǎn)出，經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)作用后，其原積形態(tài)發(fā)生傾斜，彎曲，斷裂等形態(tài)各樣的地質(zhì)構(gòu)造。1、巖層產(chǎn)狀。地殼中巖層的空間產(chǎn)出狀態(tài)叫巖層產(chǎn)狀。巖層產(chǎn)狀用巖層走向、傾向和傾角表示。ABCD水平面 AB走向線BH傾斜線 BC傾向 傾角2、褶皺構(gòu)造。巖石在水平地殼運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生塑性變形，被擠成彎彎曲曲，但連續(xù)

4、性、完整性仍保持完好的一種地質(zhì)構(gòu)造。巖層褶皺的彎曲部分叫褶曲，向上拱起的褶曲叫背斜，向下彎曲的褶曲叫向斜。3、斷裂構(gòu)造。系地殼運(yùn)動(dòng)使巖層遭到破壞，發(fā)生斷裂和錯(cuò)動(dòng)的一種地質(zhì)構(gòu)造。斷裂構(gòu)造分節(jié)理和斷層兩種。節(jié)理，就是通常所說(shuō)的裂隙是斷裂后不發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)不明顯的斷裂構(gòu)造。巖層沿?cái)嗔衙姘l(fā)生明顯位移或錯(cuò)動(dòng)的斷裂構(gòu)造叫斷層。根據(jù)斷層兩側(cè)巖層的相對(duì)移動(dòng)方向，斷層有以下幾種類(lèi)型：1、正斷層2、逆斷層3、平移斷層第三節(jié) 礦物與巖石一、礦物礦物是礦石和巖石的基本組成成分，由一種或數(shù)種化學(xué)元素組成，有一定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)以及各自的物理化學(xué)性能。二、巖石巖石是組成地殼的物質(zhì)基礎(chǔ)，按其成因分為三大類(lèi)。1、巖漿巖。由巖

5、漿冷凝而成。2、沉積巖。由一種次生巖石在外力作用下沉積、固結(jié)而成。3、變質(zhì)巖。地殼中的先成巖經(jīng)變質(zhì)作用而形成的巖石第四節(jié) 與礦床相關(guān)的基本概念一、礦石、廢石的概念1、礦石：一種有用成分含量達(dá)到了一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下能有所利用的特殊巖石。2、礦體：地殼中數(shù)量和質(zhì)量都達(dá)到工業(yè)要求，具有開(kāi)采價(jià)值的礦石自然聚積體叫礦體。礦體是具有一定形狀、大小和產(chǎn)狀的地質(zhì)體，是組成礦床的基本單位。3、礦床：由一個(gè)或數(shù)個(gè)礦體組成。礦床按成礦作用分內(nèi)生礦床、外生礦床和變質(zhì)礦床。4、圍巖:5、夾石:6、廢石:二、礦石品位三、礦石和圍巖的性質(zhì)第二章 露天開(kāi)采第一節(jié) 概述礦床開(kāi)采分為地下開(kāi)采、海洋開(kāi)采和露天開(kāi)采。露天開(kāi)采就是從地

6、表直接采出有用礦物的開(kāi)采方法。有機(jī)械開(kāi)采和水力開(kāi)采兩種。第二節(jié) 開(kāi)采臺(tái)階和露天采礦場(chǎng)構(gòu)成露天采礦，為便于穿孔、采裝和運(yùn)輸，在開(kāi)采范圍內(nèi)，按一定高度將礦體、圍巖劃成水平層，保持一定超前距離自上而下逐層開(kāi)采。在開(kāi)采過(guò)程中，逐步形成階梯狀工作面，這種工作面叫臺(tái)階，也稱(chēng)階段。臺(tái)階是露天采礦場(chǎng)的基本組成單位，是獨(dú)立的剝離單元。如圖：臺(tái)階的上部平臺(tái)和下部平臺(tái)是相對(duì)的。一個(gè)臺(tái)階的上部平臺(tái)又是其上一臺(tái)階的下部平臺(tái)。每個(gè)臺(tái)階通常以其下部臺(tái)階標(biāo)高命名，習(xí)慣上吧臺(tái)階叫做xx水平。臺(tái)階的坡面石臺(tái)階的臨空傾斜面。其坡面的大小關(guān)系著作業(yè)的安全，一般為55-75，視礦巖穩(wěn)固程度與臺(tái)階高度而定。最終邊幫：露天采礦場(chǎng)四周，采礦

7、作業(yè)已經(jīng)結(jié)束的臺(tái)階平臺(tái)和臺(tái)階坡面的總體表面，叫做露天采礦場(chǎng)的非工作幫也叫最終邊幫。非工作幫的位置固定不變，故邊幫必須穩(wěn)定。非工作幫的平臺(tái)視用途不同分安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)、運(yùn)輸平臺(tái)。安全平臺(tái)寬約為臺(tái)階高度的13，一般為2-4m。用于阻擋和容納邊坡上掉落的巖石，調(diào)節(jié)緩和邊坡角，以保證最終邊幫的穩(wěn)定性和下部各水平的作業(yè)安全。清掃平臺(tái)寬6m左右，每隔34個(gè)臺(tái)階設(shè)置一個(gè)既起安全作用，又便于裝載，運(yùn)輸設(shè)備清理堆積在安全平臺(tái)的巖渣。最終幫坡面與地表相交的閉合曲線叫露天采礦場(chǎng)的上部最終境界線。最終幫坡面與露天采礦場(chǎng)底平面相交的閉合曲線叫露天采礦場(chǎng)的下部最終境界線。下部最終境界線和最終開(kāi)采深度所圈定的范圍叫露天采

8、礦場(chǎng)的最終境界。第三節(jié) 山坡露天礦和凹陷露天礦的概念根據(jù)礦體產(chǎn)狀和地形條件，上部分以山坡露天開(kāi)采，下部分以凹陷露天開(kāi)采，兩者的劃分以地表封閉圈為界，此圈以上為山坡露天礦，此圈以下為凹陷露天礦。第四節(jié) 露天采礦的一般程序1、地面準(zhǔn)備2、礦床疏干和防排水3、礦山基建工程4、剝離和采礦5、地表恢復(fù)露天礦投產(chǎn)前，必須完成相應(yīng)的基建工程，如礦床開(kāi)拓、表土剝離、建立排土場(chǎng)，鋪設(shè)運(yùn)輸線路等。礦床開(kāi)拓，就是掘出入溝和開(kāi)段溝。前者是建立地面與開(kāi)采水平之間或各開(kāi)采水平之間的運(yùn)輸聯(lián)系而掘進(jìn)的傾斜溝道。后者是在各開(kāi)采水平為開(kāi)辟剝離、采礦工作臺(tái)階而掘進(jìn)的水平溝道，是各水平的初始開(kāi)采工作線。所謂剝離，就是揭露礦體，挖掉覆

9、蓋在礦體上面的表土及礦體上、下盤(pán)部分固巖。掘溝、剝離、采礦是露天生產(chǎn)過(guò)程中三大重要礦山工程，其生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)基本相同，都包括穿爆、 采裝和運(yùn)輸。第五節(jié) 露天采礦與剝離的關(guān)系露天采礦場(chǎng)是一個(gè)空間形狀復(fù)雜的幾何體，每個(gè)采礦場(chǎng)的形狀、大小及境界內(nèi)的礦巖量都不相同。為確保露天礦以一定生產(chǎn)能力正常、持續(xù)穩(wěn)定、掘溝、剝離和采礦。在同一開(kāi)采水平，必須順序進(jìn)行。上下水平之間，掘溝、剝離和采礦在時(shí)間和空間上都必須保持適當(dāng)?shù)某瓣P(guān)系。剝離是為了采礦，剝離必須超前采礦。主要?dú)w納為“采剝并舉，剝離先行”八個(gè)字。第六節(jié) 剝采比與露天開(kāi)采境界露天開(kāi)采范圍叫露天開(kāi)采境界，由露天采礦場(chǎng)的底平面邊界、最終邊坡及開(kāi)采深度三個(gè)要素組

10、成。由露天采礦設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)資料及合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在礦體中圈出。露天開(kāi)采隨著礦石的不斷采出要?jiǎng)冸x大量廢石。如圖：露天開(kāi)采境界與巖石剝離量和可采量密切相關(guān)。巖石剝離量和可采礦量之比叫剝采比，它表示露天采礦場(chǎng)采出單位礦石需要?jiǎng)冸x的巖石量，以mm或tt為單位。剝采比是反映露天采礦的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。第三章 露天礦床開(kāi)拓一、露天礦床開(kāi)拓就是指按照一定的方式和程序建立地面與采礦場(chǎng)各工作水平之間的運(yùn)輸通道，保證露天礦場(chǎng)正常生產(chǎn)的運(yùn)輸聯(lián)系，并借助這些通道及時(shí)準(zhǔn)備出新的生產(chǎn)水平。二、露天礦床開(kāi)拓分類(lèi)1、鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓2、公路運(yùn)輸開(kāi)拓3、平峒溜井開(kāi)拓4、膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓5、斜坡卷?yè)P(yáng)開(kāi)拓6、聯(lián)合開(kāi)拓法第一節(jié) 公路運(yùn)輸開(kāi)拓公

11、路運(yùn)輸開(kāi)拓常用自卸汽車(chē)作為運(yùn)載工具，所以也叫汽車(chē)運(yùn)輸開(kāi)拓。由于汽車(chē)運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活，能較好地適應(yīng)露天礦采剝順序的擴(kuò)展，有利于強(qiáng)化開(kāi)采。因此，汽車(chē)運(yùn)輸開(kāi)拓法在露天礦應(yīng)用最為廣泛。采用公路運(yùn)輸開(kāi)拓時(shí)，為了建立地面主露天采礦場(chǎng)各工作臺(tái)階之間的運(yùn)輸?shù)缆?，必須開(kāi)掘一些緩傾斜露天坑道（即出入溝）。這些坑道在平面上的布置形式有：1、直進(jìn)式坑線：坑線設(shè)置在非工作幫上的，稱(chēng)為固定坑線。設(shè)在工作幫上的，稱(chēng)為移動(dòng)坑線。2、回返式（折返式）坑線：汽車(chē)在坑線上行駛時(shí)，其運(yùn)行方向有規(guī)律的改變，上、下水平回返呈“之”字形。3、螺旋式坑線：坑線布置在露天礦場(chǎng)周?chē)倪厧蜕?，呈空間螺旋狀。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：公路運(yùn)輸開(kāi)拓是現(xiàn)代露天礦應(yīng)用較多

12、的一種開(kāi)拓運(yùn)輸方法。它具有機(jī)動(dòng)靈活、調(diào)運(yùn)方便、爬坡能力大，對(duì)線路的技術(shù)要求較低，能通過(guò)較大的限制坡度和較小的曲率半徑；運(yùn)距短，車(chē)輛周轉(zhuǎn)快，有利于提高掘溝速度，開(kāi)拓坑線較短，可減少開(kāi)拓工程量和基建投資，縮短基建時(shí)間，有利于加快新水平的準(zhǔn)備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：受氣候影響較大，噸公里運(yùn)費(fèi)高，輪胎磨損大，維修費(fèi)用高，燃料消耗量大且價(jià)格昂貴。第二節(jié) 鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓在4050年代，鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓占世界各國(guó)露天礦開(kāi)拓的統(tǒng)治地位。但隨著世界采礦技術(shù)的發(fā)展以及重型自卸汽車(chē)、電動(dòng)輪自卸汽車(chē)等運(yùn)輸設(shè)備的出現(xiàn)，鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓法在露天礦的應(yīng)用日趨減少。采用鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓時(shí)，開(kāi)拓坑道的布置形式亦可分為直進(jìn)式，折返式和螺旋式三種。由于列

13、車(chē)的爬坡能力小，從一個(gè)臺(tái)階到另一個(gè)臺(tái)階的坑線較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需曲率半徑又大，而露天礦場(chǎng)的平面尺寸是有限的，因此，在實(shí)際工作中，以折返路線應(yīng)用最廣。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓具有運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸設(shè)備堅(jiān)固耐用，合理運(yùn)距長(zhǎng)，噸公里運(yùn)費(fèi)及年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：基建工程量大，輔助設(shè)施多，對(duì)線路（加坡度、曲線半徑等）要求嚴(yán)格，工作靈活性差，運(yùn)輸組織和調(diào)度工作復(fù)雜，新水平準(zhǔn)備困難等。第三節(jié) 膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓露天礦常用的膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓系統(tǒng)有：1、移動(dòng)式破碎機(jī)膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓系統(tǒng)2、汽車(chē)固定（半固定）破碎機(jī)斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)開(kāi)拓3、汽車(chē)半固定破碎機(jī)膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓評(píng)價(jià)：膠帶運(yùn)輸開(kāi)拓具有運(yùn)輸能力大，爬坡能力強(qiáng)（1016），運(yùn)距短，

14、勞動(dòng)生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。第四節(jié) 斜坡卷?yè)P(yáng)開(kāi)拓斜坡卷?yè)P(yáng)開(kāi)拓是采用綜合的開(kāi)拓方式，它的特點(diǎn)是在采礦場(chǎng)用汽車(chē)或其他運(yùn)輸設(shè)備將礦運(yùn)到轉(zhuǎn)載站，在卸入斜坡道上的提升設(shè)備（箕斗或串車(chē)），然后提升到地面礦倉(cāng)卸載。這種開(kāi)拓運(yùn)輸方式只是露天礦山整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)中間部分，不能自成體系，必須同其他運(yùn)輸方式相配合，才能形成完整的運(yùn)輸系統(tǒng)。第五節(jié) 平峒溜道開(kāi)拓這種開(kāi)拓方式同樣不能單獨(dú)完成礦巖的運(yùn)輸任務(wù)，常與汽車(chē)運(yùn)輸或容軌運(yùn)輸配合，組成露天礦山完整的運(yùn)輸系統(tǒng)。在采礦場(chǎng)內(nèi)，一般采用汽車(chē)或其他運(yùn)輸設(shè)備將礦石運(yùn)到卸礦平臺(tái)卸入溜道，礦石靠自重溜到下部的放礦口，然后用機(jī)車(chē)或其他運(yùn)輸設(shè)備，由平峒運(yùn)到地面。這種開(kāi)拓法專(zhuān)門(mén)用于山坡露

15、天礦。平峒溜道開(kāi)拓按溜道的不同形式又可分為：平峒溜井開(kāi)拓，平峒溜槽開(kāi)拓和平峒溜槽溜井開(kāi)拓三種。第四章 露天礦采掘工藝第一節(jié) 穿孔爆破露天礦，特別是開(kāi)采堅(jiān)硬礦巖的礦山，穿孔爆破是極其重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它不僅直接影響采掘設(shè)備效率的發(fā)揮，而且往往是露天礦的薄弱環(huán)節(jié)。一、穿孔露天礦穿孔，大中型礦山主要用潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)，小型礦山使用鑿巖臺(tái)車(chē)。潛孔鉆機(jī)是一種回轉(zhuǎn)沖擊式穿孔設(shè)備，由沖擊器、回轉(zhuǎn)推進(jìn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、鉆架、除塵裝置等組成，用于中硬和堅(jiān)硬礦巖穿孔。牙輪鉆機(jī)是一種以三牙輪鉆頭破巖穿孔，壓氣排碴的回轉(zhuǎn)式大型穿孔設(shè)備，用于堅(jiān)硬礦巖穿孔。二、爆破爆破作業(yè)，為用戶(hù)和采裝作業(yè)提供塊度適宜的礦巖。為確保爆破質(zhì)

16、量，露天礦爆破應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求：1、爆下的礦巖大小適度。2、臺(tái)階規(guī)整，不殘留底根，爆堆集中，爆堆高度符合采掘要求。3、不產(chǎn)生后沖破壞作用，利于后續(xù)穿爆作業(yè)進(jìn)行。4、應(yīng)有足夠的爆破儲(chǔ)備，以滿(mǎn)足采掘設(shè)備連續(xù)作業(yè)需要。1、孔徑和深度超深h是深孔超出臺(tái)階高度的那一段深度，用于降低裝藥中心，以便更好的克服臺(tái)階底部阻力，爆后不殘留根底，超深值一般為0.150.35W底2、底盤(pán)抵抗線W底底盤(pán)抵抗線W底是深孔中心到臺(tái)階坡底線的水平距離。W底可按臺(tái)階高度的0.60.9選取。3、孔距和排距孔距a是指同排孔中相鄰兩孔的中心距離。排距b是指相鄰兩排孔之間的垂直距離。a=mW底b=(0.90.95)W底式中m為深孔密

17、集系數(shù)。M一般為0.81.24、炸藥單位消耗量q。 kgm或kgt。5、深孔裝藥量QQ=q底、堵塞長(zhǎng)度LL（0.70.8）W底7、微差時(shí)間和起爆順序微差時(shí)間一般為2550ms。起爆順序常用的有逐排起爆 斜向起爆 波形起爆 中間起爆等。如圖：第二節(jié) 采裝工作采裝工作就是采裝機(jī)械從工作面把礦巖自整體中（中等硬度以下的礦巖）或自爆堆中將爆破或適當(dāng)塊度的礦巖裝入運(yùn)輸工具，或直接排卸到一定地點(diǎn)的工作。它是露天開(kāi)采全部生產(chǎn)過(guò)程的中心環(huán)節(jié)，其效率直接影響礦山生產(chǎn)能力，礦床開(kāi)采強(qiáng)度及最終經(jīng)濟(jì)效益。一、單斗挖掘機(jī)采裝其種類(lèi)繁多，按鏟斗支撐結(jié)構(gòu)分為剛性支撐的挖掘機(jī)和撓性支撐的索斗挖掘機(jī)。前者又分為正鏟和反鏟等形式。1、單斗挖掘機(jī)。它是國(guó)內(nèi)外露天礦使用最多的一種采裝設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)露天礦的單斗挖掘機(jī)斗容一般為14m。隨著采礦設(shè)備的發(fā)展，49m已大多裝備于大中型礦山。2、索斗挖掘機(jī)。主要用于挖掘不需要爆破的松軟巖層和粘土