第12讲 矿床露天开拓

PAGEPAGE14本章提要介绍露天矿常用的公路运输开拓、铁路运输开拓、平硐溜井开拓、胶带运输开拓及各种联合运输开拓方式，选择开拓运输方法的原则，深凹采场开拓方法、特点及选择，开拓工程发展程序及掘沟工程参数确定和掘沟方法等。概述露天矿开拓，是指按照一定的方式和程序建立地面到露天采场各工作水平以及各工作水平之间的矿岩运输通道，以保证采矿场、受矿点、废石场、工业场地之间的运输联系（，并借助这些通道，及时准备出新的生产水平），形成开发矿床的合理运输系统。露天矿床开拓是矿山设计与生产中的一个重要问题，所选择的开拓方法合理与否，直接影响到矿山的基建投资、建设时间、生产成本和生产的均衡性。因此，合理的开拓方法，既要保证矿山工程合理发展，运输联系方便，又要尽可能减少开拓工程费用和运输费用。露天矿床开拓与运输方式和矿山工程的发展有着密切联系，而运输方式又与矿床地质地形条件、开采境界、生产规模、受矿点、废石场位置以及运输工业发展状况等因素有关。所以，露天矿床开拓问题的研究，实质上就是研究整个矿床开发的程序，综合解决露天矿场的主要参数、工作推进方式、矿山工程延深方向、剥采的合理顺序和新水平准备，以建立合理的矿床开发运输系统。按运输方式不同，露天矿开拓可以分为公路运输开拓、铁路运输开拓、平硐溜井开拓、胶带运输开拓、斜井提升开拓和联合开拓等。露天矿开拓方式——公路运输开拓㈠公路运输开拓公路运输开拓是现代露天矿广泛应用的一种开拓方式，特别是有色金属矿山均以这种开拓方式为主。这种开拓方法除汽车运输本身的特点（例如，机动灵活、运输组织工作简单，等）外，还有可设多出入口进行分散运输和分散排土，便于采用移动坑线，有利于强化开采，对地形复杂的露天矿适应性强等特点。因此，这种开拓方式有迅速增加的趋势。公路运输开拓采用的主要设备是汽车，根据矿床埋藏条件和露天矿空间参数等因素，公路运输开拓坑线的布置形式可分为直进式、回返式、螺旋式以及多种形式相结合的联合方式。⑴直进式坑线开拓当山坡露天矿高差不大，地形较缓，开采水平较少时，可采用直进式坑线开拓。直进式坑线开拓时，运输干线一般布置在采场内矿体的上盘或下盘的非工作帮上（对于山坡露天矿，则布置在开采境界外山坡的一侧），工作面单侧进车，在空间呈直线形（故称为直进式坑线开拓）。条件允许时，也可在境界外用组合坑线进入各开采水平。但由于露天矿采场长度有限，往往只能局部采用直进式坑线开拓。图1.7.1直进式公路运输开拓示意图。从图中可以看出，运输干线布置在露天矿场一侧（开采境界外山坡的一侧），工作面单侧进车，空重车对向远行，汽车在干线上运行基本上不必改变方向。当凹陷露天矿开采深度较小、采场长度较大时，也可采用直进式坑线开拓。运输干线一般布置在采场内矿体的上盘或下盘的非工作帮上。条件允许时，也可在境界外用组合坑线进入各开采水平。但由于露天矿采场长度有限，往往只能局部采用直进式坑线开拓。例如，南芬露天矿深部矿体正拟用这种开拓方式。该矿在290m以下深部开采深度为90m，露天矿底长达2000多m，因此设计选用了两条直进式公路干线开拓露天矿地表以下部分。直进式坑线开拓法是以不大改变坑线的方向为基本特征，优点是没有回头弯（运输设备在沟内运行时运行方向变化不大）、行车条件好、矿岩运距较短、运输效率高。但是，这种坑线因受沟道坡度和露天矿走向长度或地形的限制，而使可开拓的台阶数目受到限制；当运输高差较大时，下部水平的支线可能很长。因此，当开采条件适宜（例如，采矿场长度适宜）时，应尽可能优先采用。为了使坑线达到较深的开采深度，需要使坑线往相反方向或绕着露天矿场（或山头）盘旋布设。前者为回返坑线或折返坑线，后者为螺旋坑线。⑵回返式坑线开拓当露天矿开采相对高差较大、地形较陡（如，采深较大的深凹露天矿，比高较大的山坡露天矿）时，采用直进式坑线有困难，为使公路开拓坑线达到所要开采的深度或高度，需要使坑线改变方向布置，通常是每隔一个或几个水平回返一次，即采用回返式坑线开拓，或采用直进-回返联合坑线开拓，如图8-2所示。山坡露天矿由于采剥工作是从采场的最高水平开始的，故开拓干线在基建时间应修筑到最上一个开采水平。开拓线路一般沿自然地形在山坡上开掘单壁路堑，随着开采水平不断下降，运输距离逐渐缩短，上部坑线逐渐废弃或消失。在单侧山坡地形条件下，坑线应尽量就近布置在采场端帮开采境界以外，以保证干线位置固定且矿岩运输距离较短。在采场位于孤立山峰条件下，则应将坑线布置在开采工作面推进方向的对侧山坡（即，非工作山坡一侧）。这样，多水平同时推进时，可以保证下部工作面推进不会切断上部开采台阶的运输通道。凹陷露天矿的回返坑线一般布置在采场底帮的非工作帮上，可使开拓坑线离矿体较近，基建剥岩量较小，缩短基建时间，节约投资。若坑线布置在采场顶帮的非工作帮上时，则与上述相反。只有当底帮岩石不稳固，或地形不允许时，或为了减少矿岩接触带的矿石损失贫化时，才将坑线布置在采场的顶帮。回返（或折返）坑线的优点是：当露天矿走向长度较小时，全部坑线可布置在某一边帮上，工作线可以平行推进。因此，回返坑线适应性较强，应用较广。但是，由于回返坑线的曲线段必须满足汽车运输要求（如，线路内侧加宽、转弯半径要求等），使采矿场最终边坡角变缓，从而使境界的附加剥岩量增加；汽车运行通过回返区段时，因公路回返曲线半径较小，汽车通过时要降低运行速度，影响线路通过能力及汽车运输效率。因此，应尽可能减少回头曲线数量，并将回头曲线布置在平台较宽或边坡较缓的部位。在可能条件下回返式坑线与直进式坑线配合使用，尽量减少回返次数。回返坑线多用于汽车运输开拓。在铁路运输开拓中，因其所需曲线半径大，若采用折返站，则列车必须停车以进行折返和会让，因而使运输组织复杂化，且会降低运行速度和运输能力，故应用甚少。⑶螺旋坑线开拓螺旋坑线开拓一般用于深凹露天矿。坑线从地表出入沟口开始，沿着采场四周最终边帮以螺旋线向深部延伸，故称螺旋坑线。由于没有回返曲线段，扩帮工程量较小，而且螺旋线的曲率半径大，汽车运行条件好，不必因经常改变运行方向而不断交换运行速度，因而线路通过能力大。然而，①矿山工程发展程序要求工作线扇形推进，因而在工作线全长上其推进速度不等，并工作线长度和推进方向要经常变化，故导致露天矿有效工作线长度缩短。②各工作台阶之间互相影响较大，新水平准备时间较长，以及生产管理组织较复杂。尤其是用螺旋式坑线开拓倾角较缓的层状矿体时，将引起超前剥离。因此，可先采用回返干线开拓，待上部台阶的矿岩采剥完毕后，再在采矿场周帮已形成的非工作帮上改建螺旋干线。③因螺旋坑线围绕露天矿四周边帮向下延深，故同时开采的台阶数就不能超过绕露天矿场一周所能布置的出入沟数，从而限制了露天矿的生产能力。④螺旋坑线开拓要求四周边帮岩体均要稳定，当其一边帮岩体不稳定时，整个开拓系统就会受到影响，初期剥离量和基建投资也会增加。因此，当采场面积较小，且长、宽尺寸相差不大，同时开采的水平数较少，以及采场四周岩石比较稳固时，可采用单一螺旋坑线开拓。大多数露天采场空间一般是变化的，坑线往往不能采用单一的布置形式，而多采用两种或两种以上的布置形式，即联合坑线，如图8-3为上部回返，下部螺旋的回返-螺旋联合坑线开拓方式。⑷公路运输开拓的出入沟口与连接平台出入沟口公路开拓的坑线出入沟口应尽量设置在工程地质条件较好，地形标高较低，距工业场地及矿、岩接受点较近的地方；应避免和减少重载汽车在采场内作反向运行及无谓增加上坡距离，尽可能使矿石及岩石的综合运输功小，所需运输设备数量少。当废石场的位置分散和为了保证露天矿的生产能力，以及为使空、重车顺向运输时，在服务年限较长的露天矿可采用多出入沟口。多出入沟口使坑线增多，附加剥岩量加大，掘沟工程量及费用也增多，因此，出入沟口的数目应根据矿山规模、矿山总平面布置及生产需要综合进行技术经济分析后确定，一般数目不宜过多。连接平台开拓坑线一般采用较大的坡度以缩短运距，但重载汽车长距离上坡或下坡运行时，容易使发动机和制动装置过热而引起机械损坏，发生事故。为了保证行车安全，延长汽车使用寿命，满足坑线坡长限制的要求，以及便于从坑线向各采剥台阶引入运输线路，故应在开拓坑线与各台阶交汇处设置长度40～60m、坡度不超过3％的平坡或缓坡段，这就是连接平台，也称缓和坡段。公路运输开拓法具有机动灵活，调运方便，爬坡能力大，要求线路技术条件低等优点，因此可以减少开拓工程量和基建投资，缩短基建期限，有利于加速新水平准备。它特别适用于地形复杂、矿床赋存不规则或采场平面尺寸小、开采深度较大的露天矿。露天矿开拓方式——铁路运输开拓㈡铁路运输开拓铁路运输开拓法是露天矿床开拓的主要方法之一。近年来，由于公路运输及其他开拓方法的发展，铁路运输开拓法在国内外露天矿的应用已大大减少。但是，我国目前仍有半数以上的露天矿采用这种开拓方法。⑴坑线位置铁路运输开拓，在一定的地质、地形条件下，可采用各种坑线形式。但因铁路运输牵引机车爬坡能力小，每个水平的出入沟和折返站所需线路较长，转弯曲线半径很大，故不适用于采场面积小，高差较大的露天矿开拓；也不宜采用移动坑线或回返坑线。铁路运输开拓采用较多的坑线形式为直进式、折返式和直进-折返式。山坡露天矿的坑线位置，主要取决于地形条件和工作线的推进方向。当地形为孤立山峰时，通常将坑线布设在工作帮的背面山坡上；当地形为延展式山坡时，通常将坑线布设在采场的—侧或两侧。山坡露天矿常采用直进式或直进-折返式布置。图8-4为歪头山露天铁矿上部开拓系统示意图。歪头山露天铁矿属大型露天铁矿，采用准轨铁路运输，山包最高标高385m，矿山站和破碎站分别设在矿体端部和下盘，标高为190m。铁路干线的设于下盘山坡上。各台阶由干线单侧迂回入车，自上盘向下盘推进。凹陷露天矿的坑线布置形式，主要取决于采场的大小与形状、工作线的推进方向和生产规模。通常将坑线布设在底帮或顶帮上，但有时为减少折返次数，也可将上部折返坑线改造成螺旋坑线。图8-5为凹陷露天矿顶帮固定直进-折返坑线开拓系统。大多数露天矿都先是山坡开采后转为凹陷露天开采。故确定坑线位置时，既要考虑总平面布置的合理性，又要照顾以后向凹陷露天矿的过渡，力争使线路特别是站场的移设和拆除工程量最小。⑵线路数目及折返站根据露天矿的年运输量，开拓沟道可铺设单线或双线。大型露天矿年运输量超过700×104t时，多采用双干线开拓，其中一条为重车线，另一条为空车线；年运量小于该值时，则采用单干线开拓。折返站设在台阶出入沟与开采水平的连接处，供列车换向和会让之用。折返站的布置形式较多，图8-6(a)为单干线开拓，工作水平为尽头式运输的折返站，其中一条线路通往采掘工作面；图8-6(b)为单干线开拓和工作水平为环行运输的折返站，这种环形运输折返站的布置形式使边帮的附加剥岩量增大，但当台阶上有两台或两台以上挖掘机同时作业时，相互干扰较小。采用双干线开拓时，折返站的布置形式分为燕尾式和套袖式，如图8-7所示。其中燕尾式折返站站场长度和宽度相对较小，线路通过能力也相对较小，因空、重列车不能同时换向而降低了站场的通过能力；套袖式折返站线路空、重列车可同时换向，故站场的通过能力大；站场的长度和宽度均比燕尾式大，因此适用于年运量和矿场尺寸大的露天矿。⑶评价铁路运输开拓的吨公里运费低，约为汽车运输的1/4～1/3；运输能力大；运输设备坚固耐用。但是，由于铁路运输多为折返坑线开拓，随着开采深度的下降，列车在折返站因停车换向而使运行周期增加，尤其开采深度大时，因运行周期长而运输效率明显下降。因此，铁路运输开拓的合理深度一般不超过120～150m。铁路运输开拓的线路系统和工作组织复杂，开拓坑线展线长度比汽车运输开拓大，因此掘沟工程量和边帮附加剥岩量增加，新水平准备时间较长。采用铁路运输，易导致采掘工作面的空车供应率和挖掘机效率低，线路移设工作量大，各采区间的死角处理较复杂等。综上所述，单一铁路运输开拓法在国内外金属露天矿使用的比例逐渐减少，特别是在深露天矿已成为一种不合理的开拓运输方式。所以，采用铁路运输开拓的露天矿，当转入深部开采时，可改为公路-铁路联合开拓。近年来，由于高效率的胶带运输机开拓在深露天矿的应用，因而公路-铁路联合运输开拓在新建露天矿应用很少。露天矿开拓方式——公路-铁路联合开拓㈢公路-铁路联合开拓铁路、公路联合开拓是露天矿常用的一种开拓方式。这种开拓方式充分发挥铁路和公路开拓运输的优点，相互取长补短。公路开拓能加速露天矿新水平准备，提高新水平延深速度，强化矿山的开采。铁路开拓适于运距长，运量大其运费低。把两者有机地结合起来便可取得良好的效果。因此我国大冶东露天矿、美国宾汗铜矿，伊利铁矿、明塔克铁矿，苏联西巴也夫铜矿、萨尔拜铁矿、索柯洛夫铁矿等均采用这种开拓方式。有些矿山在矿山建设初期，往往是汽车、铁路开拓并用以加快建设速度。随着矿山工程的发展，矿山平面尺寸增大，深度增大，铁路可以变为固定线路系统。此时上部水平用铁路运输，下部水平尺寸较小采用汽车开拓运输。在采场内汽车把矿岩转载入铁路车辆，沿铁路线运往地表排土场和矿石破碎站形成联合开拓运输。公路-铁路联合开拓的基本形式有：地表用铁路运输开拓，采场内用公路运输开拓，转载站设在境界外不远的地方；采场内某一标高以上用铁路开拓，此标高以下用公路运输开拓，在采场内设转载站；山坡露天部分用公路运输开拓，把矿岩转载到下部，再用铁路运输。图8-8为大冶铁矿东露天采场公路-铁路联合开拓示意图。图16-4-2是铁路-公路联合开拓，螺旋式铁路坑线。露天矿开拓方式——平硐溜井开拓㈣平硐溜井开拓平硐溜井开拓是借助于开凿的平硐和溜井（溜槽），建立露天矿工作台阶与地面的运输联系，矿石（或岩石）借助于自重溜放。在采场内，一般先用汽车或其它运输设备将矿石运至卸矿平台卸入溜井（或溜槽），再经溜井（或溜槽）平硐运至地面。溜井主要用于溜放矿石，废石则通常直接运至附近的山坡排土场排弃。只有当不能在山坡排土时，才用废石溜井溜放废石。当生产两个品种矿石时，应布设两个溜井运输系统。合理确定溜井位置和结构要素是平硐溜井开拓的关键。确定溜井位置时，应使溜井与采掘工作面间的矿岩量加权平均运距短，溜井和平硐的掘进工程量小，一般应保证溜井穿过的岩层稳固，避开含水层。平硐的位置与溜井位置关系密切，平硐应尽可能短，不受爆破作业的影响，平硐口应设在最高洪水水位之上。图1.7.9平硐溜井开拓典型示意图。当溜井布置在采场内时（内部溜井），随着开采水平的下降，溜井口也要降低到相应水平，即溜井降段，一般每次降低一个台阶高度。图1.7.10为溜井储矿爆破降段示意图。降段时，溜井周围的矿石可用浅孔爆破，以免产生大块落入溜井引起堵塞。露天矿开拓方式——胶带运输开拓㈤胶带运输开拓胶带运输开拓是利用胶带运输系统建立矿岩运输通道的开拓方法。国外煤炭、冶金、建材露天矿广泛应用胶带运输开拓，我国近几年也开始采用这一方法，在煤矿得到广泛应用。胶带运输开拓具有生产能力大、升坡能力强、运输距离短、运输成本低等优点，但也存在基建投资大、胶带寿命短、生产系统受气候条件影响大、系统自适应调节能力差等缺点。近年来，新建的胶带运输系统均设置在封闭或半封闭的胶带长廊内，以减少气候影响和对环境的粉尘污染。按露天矿各生产工艺环节是否连续，胶带运输开拓分为连续开采工艺开拓和半连续开采工艺开拓。连续开采工艺主要采用轮斗（链斗）挖掘机挖掘松散矿岩，并将矿岩转载到胶带运输机上运出，其中矿石直接运至矿仓，废石运至废石场后经排土机排弃。半连续开采工艺又称间断-连续工艺，它指生产工艺环节中，一部分为连续工艺，另一部分为间断工艺。与半连续开采工艺紧密相连的开拓方案主要有：公路（铁路）-固定破碎-胶带运输机开拓这种开拓方法如图所示，破碎站和胶带运输机布置在露天矿场非工作帮上。由于露天矿边帮角一般比胶带运输机允许的角坡大，故胶带运输机多为斜交边帮布置。矿岩一般用单斗挖掘机装入汽车（机车），运至固定破碎站，破碎后经胶带运输机运出。⑵公路（铁路）-半固定破碎-胶带运输开拓该方案不同点是几个开采台阶共用一个破碎站，随采场的下降，破碎站逐渐向下移设。图1.7.11为某露天铁矿设计的深部铁路-半固定破碎-斜井胶带运输机开拓示意图。⑶移动式破碎机-胶带运输开拓矿岩通过挖掘机直接卸入破碎机或装入汽车，运至破碎站。破碎后的矿岩用胶带运输机从工作面直接运出采矿场。特点是移动式破碎机组安装在采矿、剥离工作水平上，随工作面的推进和下降，破碎机组随之自行移动，工作台阶上的胶带运输机也随工作线的推进而移设。露天矿开拓方式——斜坡提升开拓㈥斜坡提升开拓斜坡提升开拓是通过较陡的斜坡提升机道建立工作面与地面卸矿点或废石场的运输联系，是一种投资省、建设速度快、设备简单、生产成本低、提升坡度较大的开拓方案。但斜坡提升机不能直接到达工作面，必须与公路或铁路等配合才能构成完整的开拓运输系统。该开拓方式运输环节多，转载站和矿仓结构复杂，且移设困难。常用的斜坡提升开拓方式有斜坡箕斗开拓和斜坡矿车开拓。斜坡箕斗开拓是以箕斗为主体的开拓运输系统，在采场内用汽车或其他运输设备将矿岩运至转载站装入箕斗，提升或下放至地面矿仓卸载，再装入地面运输设备。图1.7.12为抚顺西露天煤矿斜坡箕斗示意图。在凹陷露天矿，箕斗道设在最终边帮上，山坡露天矿的箕斗道设在采场境界外的端部。箕斗的转载方式有直接转载和漏斗转载，转载站随开采水平的下降每隔2～4个水平移设一次。斜坡矿车开拓用小于4m3的各型窄轨矿车运输，适用于采用窄轨铁路运输的中小型露天矿。矿车在工作面装载后，由机车牵引至斜坡道的车场，矿车被单个或成串挂至提升机钢丝绳上，用提升机提升或下放至地面站。斜坡矿车道的坡度一般小于25°，最大可达30°。开拓工程发展程序——新水平准备程序每个具体的露天矿的形状各不相同，长约数百米至数公里，深达数百米。露天矿场境界内的矿岩量则多达数百万至几十亿m3。整个矿场内如此庞大的剥离和采矿工程量必须按一定的合理程序进行采剥。露天矿开采程序是指，在特定的露天开采境界内，在一定的开采工艺和开拓形式条件下，相应的矿山工程（掘沟、剥离、采矿）随时间和空间的改变而协调变化的形式。其研究的主要内容有：台阶的划分及台阶的开采程序；工作帮的构成及推进方式；新水平的开拓延深方式。其中新水平的准备和开拓沟道的形成称为开拓工程的发展。开拓工程的发展主要研究开拓沟道的布置形式、推进方式及其相关的空间发展关系。㈠采场扩延过程的一般描述假设一露天矿最终境界内的地表地形较为平坦，地表标高为200m，台阶高度为12m。图15-29是该露天矿扩延过程示意图。首先在地表境界线的一端沿矿体走向掘沟到188m水平（图15-29a）。出入沟掘完后在沟底以扇形工作面推进（图15-29b）。当188m水平被揭露出足够面积时，向176m水平掘沟，掘沟位置仍在右侧最终边帮（图15-29c）。之后，形成了188～200m台阶和176～188m台阶同时推进的局面（图15-29d）。随着开采的进行，新的工作台阶不断投入生产，上部一些台阶推进到最终边帮（即已靠帮）。若干年后，采场现状变为如图15-29e所示。当整个矿山开采完毕时便形成了如图15-29f所示的最终境界。从图15-29可以看出，在斜坡道之间留有一段水平（或坡度很缓的）道路，称为缓冲平台。缓冲平台的作用是减少陡坡的持续长度，以免重车在陡坡上连续行驶时间过长，引起引擎过热和加速机械磨损；同时也避免下坡连续刹车时间过长，使汽车制动鼓发热，造成可能的车速失控，发生车祸。缓冲平台的坡度一般不大于3％，长度在80m左右。实际生产中可能每隔几个台阶留有一段缓冲平台。连续陡坡坡长随道路纵坡坡度增加而减小，当纵坡坡度为8％左右时，连续陡坡坡长应限制在约350m以内。㈡新水平准备程序新水平准备包括掘进出入沟、开段沟和为掘沟而进行的上水平扩帮工作。首先了解一下台阶的开采程序。台阶的开采程序如图8-l所示。首先开掘自地面到第一个台阶下部平台的出入沟AB段，然后开掘开段沟BC段，并在沟旁建立工作线，按采掘带顺序逐条采掘即称扩帮。待推进到一定宽度后，即可开掘下一个台阶的出入沟和开段沟。出入沟→开段沟→扩帮，这就是露天矿每个台阶的一般开采程序。台阶扩帮时，应分成一定宽度的采掘带进行开采。采掘带定义及其宽度确定如前所述。根据出入沟（坑线）位置在该水平开采期间变化与否，分固定坑线开拓和移动坑线开拓。所谓固定坑线开拓是指开拓坑线按设计最终位置（通常位于露天矿的场终边帮上）施工，生产期间不再改变其位置。固定坑线的使用年限长，有利于提高线路质量、减少线路工程量和车辆的磨损。移动坑线开拓是指在开采过程中，开拓沟道位置不断变化，最后按设计最终位置固定下来（即，设于露天矿的工作帮上，在开采过程中随着工作帮的推移不断改变其位置）。移动坑线开拓可减少基建剥岩量，缩短基建时间，加速投产。此外，当矿床地质尚未全部探清时，还可进一步加深了解和掌握地质情况，以便更合理地确定或修正采场的最终边帮角和开采境界。根据建设期限和采剥工作的要求，开段沟的位置可纵向布置（开段沟走向与台阶推进方向垂直），也可横向布置（开段沟走向与台阶推进方向平行），或不设开段沟。图8-14为固定坑线开拓的矿山工程发展程序图。首先在露天矿的最终边界，按所确定的出入沟位置，从上水平向下水平掘进出入沟，然后自出入沟末端掘进开段沟，以建立台阶的初始工作线。开段沟掘进到一定长度后，在继续掘沟的同时，开始扩帮工作，以加快新水平的准备。当扩帮工作线推进到使台阶坡底线距下一个新水平出入沟沟顶边线不小于最小工作平盘宽度时，便可开始新水平的掘沟工作和随后的扩帮工作。如此反复，各台阶逐个进行开拓准备工程，向深部不断延深。随着坑线不断地延长，运输距离也不断增加。螺旋坑线开拓工程的发展如图8-15所示。按选定的出入口位置，沿采场最终边帮从上水平向下水平掘进出入沟。为便于下一水平的开拓，再自出入沟末端沿采场边帮掘进开段沟，形成第一个台阶的工作线。然后，以出入沟末端为固定点（中心），以扇形推进方式扩帮形成采剥工作线。当工作线推进到一定距离（即推进到不影响新水平掘沟工作的位置），满足向下部掘沟进行新水平准备条件时，在连接平台末端，再沿采场边帮掘进下一个水平的出入沟、开段沟，接着继续进行扩帮工作。各台阶以同样程序逐个开拓、准备和扩帮，逐渐形成螺旋坑线。出入沟通常设在露天矿的最终边帮上。但有时为了减少基建工程量、缩短基建时间，将出入沟设在工作帮上（图8-16）。在推进工作帮时，出入沟也须随工作帮的推进而定期移设，直至推进到最终境界时方固定下来。这种开如方法称为移设坑线开拓。移动坑线开拓可采用各种内部坑线形状，但不论采用何种坑线形状和运输方式，其最突出的特征在于坑线的移动性。采用移动坑线开拓时，临时出入沟可布置在靠近矿体的下盘或上盘接触带，如图8-16所示。当第一个水平的工作线推进到满足下一个新水平准备的条件时，便可掘进新水平的出入沟。运输干线随着生产的发展不断移动，一直移动到最终边帮的设计最终位置固定下来。图8-16为采用移动坑线开拓急倾斜矿体长条型露天矿的矿山工程发展程序。在靠近矿体与围岩接触的上盘或下盘，先开掘出入沟和开段沟（根据开采条件，开段沟可纵向布置或横向布置，也可以不设开段沟）。然后由开段构两侧同时进行扩帮。下一水平的部分掘沟工程与上一水平的扩帮工程可平行作业。当工作线推进到最终边界时，将坑线固定在最终边披上。移动坑线可设在基岩上，亦可在爆堆上修筑。在爆堆上修筑移动坑线，修筑简单，是汽车运输移动坑线开拓广泛应用的一种方式。在基岩上设置移动坑线时，为了推进设有倾斜移动坑线部分的工作线，须将该部分台阶斜分为上下两个三角台阶，其高度从零到一个台阶高度，见图8-23。扩帮时，先采上三角台阶，后采下三角台阶。移动坑线则随上、下三角台阶的推进而定期移设。当两帮工作线推进到使台阶坡底线分别距新水平出入沟两侧沟顶边线均不小于最小工作平盘宽度时，便可开始新水平的掘沟工作。开拓工程发展程序——掘沟工程㈢掘沟工程如前所述，露天开采是分台阶进行的，为使采矿场保持正常持续生产，需及时准备出新的工作水平。那么，每一台阶的开采是怎样开始的呢？由于采装与运输设备是在工作台阶的坡底面水平作业，所以，必须在新台阶顶面的某一位置开一道斜沟，使采运设备到达作业水平，而后以沟端为初始工作面向前、向外推进。因此，掘沟是新台阶开采的开始，新水平的准备工作包括掘进出入沟、开段沟和为掘沟而在上水平所进行的扩帮工作。在新水平准备程序中，很重要的工作是掘沟工程。新水平的准备能否与剥离、采矿保持正常的超前关系，直接影响露天矿生产。此外，掘沟速度在很大程度上决定着露天开采强度，并因此而影响露天矿生产能力和基建速度。因此，应正确地选择掘沟工艺，合理确定沟的主要参数，以提高掘沟设备效率，加快掘沟速度。⑴沟道主要参数露天矿的沟道按其用途分为两种，即用于开拓目的的出入沟和用于准备台阶工作线的开段沟。露天堑沟按其断面形状可分为双壁沟和单壁沟。在平坦地面或地表以下挖掘的沟，都具有完整的梯形断面，叫做双壁沟，如图8-17。在山坡挖掘的沟只有一侧有壁，另一侧是敞开的，故称单壁沟，如图8-18。凹陷露天矿境界以内的出入沟掘进时是双壁的，但随着开段沟的形成，一侧被破坏而成单壁沟。无论是双壁沟或单壁构，其基本要素包括沟底宽度、沟深、沟帮坡面角、沟的纵向坡度和沟的长度。沟底宽度b它取决于沟道的用途、掘沟的运输方式、沟内的线路数目、岩石物理力学性质和掘沟设备的规格和掘沟方法等因素。从堑沟的用途出发，出入沟的开掘是用以铺设运输线路的，因此其底宽取决于露天矿的开拓运输方式和沟内运输线路的数目；开段沟是用于准备新水平的最初工作线，对于开段沟（图7-31）的沟底宽度除考虑上述因素外，还要保证初次扩帮爆破时爆堆不掩埋装车线路，可按下式确定：式中B——扩帮爆破爆堆宽度，m；a——线路要求的宽度，m；W——底盘抵抗线，m。沟深h凹陷露天矿的出入沟和开段沟均为双壁沟。出入沟是连接上下水平的一条倾斜堑沟，其沟深沿纵向是一个变化值，即最小值为零，最大值等于台阶全高度；而开段沟的沟深即等于台阶全高度。山坡露天矿的出入沟和开段沟多为单壁沟，其高度取决于沟宽b、沟帮坡面角α和地形坡面角γ，如图8-18，。沟帮坡面角α它取决于岩石的物理力学性质和沟帮坡面存在的期限。采用固定坑线开拓时，沟帮一侧坡面为最终境界边帮的组成部分（即，不进行扩帮采掘的一帮），采用终了台阶坡面角；沟帮的另一侧（进行扩帮采掘的一帮）随扩帮推进而采用工作台阶坡面角。其具体数据可参照类似矿山而确定。当采用移动坑线开拓时，沟帮两侧均采用工作台阶坡面角。沟的纵向坡度i出入沟的纵向坡度取决于掘沟的开拓运输方式和运输设备类型，其值应综合考虑对运输及采掘工作的影响并结合生产实际经验确定。开段沟通常是水平的，但有时为了便于排水而采用3～5‰左右的纵向坡度。沟的长度L出入沟是联系上、下水平的通道，其长度取决于沟深和沟的纵向坡度（L=h/i）。开段沟的长度与采用的采掘工艺、开拓方法有关，应根据具体矿山条件确定，一般与新准备水平的长度（或宽度）相当。⑵掘沟方法按运输方式不同，掘沟方法分为汽车运输掘沟、铁路运输掘沟、联合运输掘沟和无运输掘沟。按挖掘机的装载方式不同，掘沟方法又分为平装车全段高掘沟、上装车全段高掘沟和分层掘沟。掘沟工作与采剥工作比较起来，虽然生产工艺环节基本相同，但掘沟工作却有其自身的特点。其特点是尽头区采掘、工作面狭窄、靠沟帮的钻孔夹制性大、采用铁路运输掘沟时装运设备效率低，尤其雨季沟内积水对掘沟影响更大。汽车运输掘沟如图l5-6所示，假设152m水平已被揭露出足够的面积，根据采掘计划，现需要在被揭露区域的一侧开挖通达140m水平的出入沟，以便开采140～152m台阶。掘沟工作一般分为两阶段进行：首先挖掘出入沟，以建立起上、下两个台阶水平的运输联系；然后掘开段沟，为新台阶的开采推进提供初始作业空间。出入沟的坡度取决于汽车的爬坡能力和运输安全要求。现代大型露天矿多采用载重100t以上的大吨位矿用汽车，出入沟的坡度一般在8～10％左右。出入沟的长度等于台阶高度除以出入沟的坡度。例如，当台阶高度为12m、出入沟的坡度为8%时，出入沟的长度为150m。汽车运输掘沟多采用平装车全段高掘沟方法，沟道全断面一次穿爆，以平装车一次装运。汽车运输具有高度的灵活性，适合于在狭窄的掘沟工作面工作，使挖掘机装车效率能得到充分的发挥。因此，它是提高掘沟速度的有效方法。实践证明，在保证汽车供应的条件下，掘沟铲的生产能力可达正常工作铲生产能力的80～90%，而平装车铁路运输时，生产能力仅为正常工作铲的40～60%。汽车运输掘沟速度主要取决于汽车在沟内的调车方式。汽车在沟内的调车方式，通常分为回返式调车、单折返式调车和双折返式调车（图8-19）。回返式调车，又称环行调车，其沟底宽度和工程量大，但空重车入换时间短，调车方便、装运效率高。单折返式调车是汽车以倒退方式接近挖掘机，其沟底宽度和工程量虽小，但调车不便（空重车入换时间比前者多2～4倍）、装运效率低；双折返调车有利于缩短挖掘机等车时间（一辆汽车装载结束，而另一辆汽车已入换完毕），因此挖掘机效率最高，可提高掘沟速度，但所需汽车数量较多且堆放大块较困难。因比，通常应根据沟道的用途和汽车供应等具体条件，选择掘构速度高的掘沟方法。汽车运输掘沟的灵活性大，工艺过程和生产管理也比较简单，供车比较及时，因此可以提高挖掘机效率和掘沟速度。铁路运输掘沟它分为平装车全段高掘沟、上装车全段高掘沟和分层掘沟。平装车全段高掘沟（图8-50），是将线路铺设在沟内，列车驶入装车线，挖掘机向自翻车装载，每装完一辆车，列车被牵出工作面，将重矿车甩在调车线上后，其余空车再驶入装车线装车。如此反复，直到装完整列车。待重列车开到会让站后，另一列空车方可由车头推驶进入掘沟工作面进行装车。平装车全段高掘沟时，每装完一辆车均要进行一次列车解体调度工作，空车供应率低，至使挖掘机作业效率低，掘沟速度慢，无法满足强化开采的要求，因此平装车全段高掘沟方法在生产中应用较少。为克服平装车的不足，将装车线铺设在沟帮的上部，用长臂铲在沟内向上部的自翻车装载，此即上装车全段高掘沟。上装车全段高掘沟如图