露天采矿概论-2间断生产工艺系统

第二讲露天开采基本知识第二章间断生产工艺系统

露天开采生产工艺是指实现从原始地层中开采矿岩并将其运往指定地点的过程。露天开采生产工艺的主要（生产）环节：（1）矿岩的预先松碎工作——矿岩准备；（2）矿岩的采掘和装载——采装环节；（3）矿岩向不同卸载地点的移运——运输环节；（4）矿岩在不同卸载点的卸载——排卸环节。上述各工艺环节的有机结合组成了露天矿生产工艺系统。露天矿生产工艺各主要环节的作业过程，一般是不同的机械设备的作业过程。各生产环节的不同设备的不同组合，构成了多种多样的露天矿生产工艺系统。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统第一节

矿岩准备露天矿场内的矿岩，有些可以用采掘设备直接挖掘，有的则难以直接挖掘，需要在采装之前预先松碎，做好准备。为了采掘矿岩,而对矿岩进行预先松碎的过程，称之为矿岩准备。矿岩松碎的方法取决于矿岩的物理力学性质、岩层的结构、松碎设备类型、气候条件等因素。目前使用的方法有：机械松碎法、爆破法和水力松碎法等。机械松碎法

用一定的机械设备，直接松碎矿岩。一次松碎的矿岩量较少，通常在较软的岩层或冻结层中使用。常用的设备为松土犁。水力法

主要靠注入钻孔中的高压水使土岩胀裂而降低土岩的坚固性。水力法松碎矿岩，多配合水采进行。爆破法

先用穿孔设备在矿岩中穿凿孔眼，将炸药装入钻孔并爆炸使矿岩从整体上分离下来，并破碎成一定的块度。爆破法是露天矿常用的方法。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统1.矿岩准备一、常用穿孔设备及其选择露天矿穿孔方法，按钻进或能量利用方法，可分为机械穿孔、热力穿孔、声波穿孔和化学法穿孔等。露天矿常用的穿孔方法是机械法穿孔。机械穿孔

利用机械能破碎矿岩，形成所需规格的炮孔。露天矿常用的穿孔机械有：钢绳冲击式钻机潜孔式钻机回转式钻机牙轮式钻机（凿岩台车、热力钻机——火钻）第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统1.矿岩准备第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统1.矿岩准备二、露天矿爆破露天矿的爆破工作，是指将矿用工业炸药，按一定的要求装填在炮孔中，利用炸药爆炸产生的化学能将岩石破碎至一定程度，并形成一定几何尺寸的爆堆。

1．炸药爆炸的基本概念炸药在外界能量的促发下，在瞬间发生急剧的化学反应，因反应前后物质的分子组成发生改变而生成大量气体，放出大量热量，借助生成的高温，高压气体和爆炸应力波对周围介质作机械功，同时伴有声和光的效应。一般炸药的放热量可达600～1300千卡/公斤，反应速度为2500～8000m/s，生成气体为600～1000l/kg。

在露天矿中常用的炸药有下述品种：硝铵炸药——主要成分为硝酸铵(82～88％)，TNT即三硝基甲苯(3～10％)；木粉(8～9％)。当需增加炸药的抗水性能时，可加入少量沥青和石蜡。铵油炸药——铵油炸药是以硝酸铵和油类(轻柴油、重油、机油等)为主要原料混合而成的不含敏感剂的炸药。有时为了提高其敏感度和减少结块，可加入适量的木粉。浆状抗水炸药（乳化炸药）——是以硝酸铵、TNT和水三种基本成分组成的炸药。浆状炸药有抗水性强、密度高、使用安全等优点。故成为我国露天矿重要的抗水炸药。2、爆破工作爆破效果的好坏，直接影响采装和运输工作，影响矿山生产的经济效益。

爆破质量的优劣，不仅与矿岩性质、地质构造（层理、节理、裂隙方向和间距）、炸药性能等有关，而且与所采用的爆破方法、起爆方法、布孔方式和参数等有关。露天矿常用的爆破方法有：药室爆破法、浅眼爆破法、裸露爆破法、深孔爆破法等。爆破方法的合理选择，要考虑工程地质条件、施工条件、生产对爆破质量的要求、经济效益等因素。●药室爆破

将大量的炸药装入按设计要求挖出的洞室中进行爆破。

药室爆破的特点是一次爆破量大，炸药集中，爆出的矿岩量多，但爆后的矿岩块度不均匀，二次爆破量大。

药室爆破按其作用，可分为定向抛掷爆破、扬弃爆破、崩塌爆破、松动爆破等。①定向抛掷爆破要求矿岩按要求的方向抛掷在一定范围内。其装药量按下式计算：

Q=eKW3(0.4+0.6n3)kg

式中K——单位炸药消耗量，kg/m3W——最小抵抗线，me——炸药换算系数

n——药包爆破作用指数。②扬弃爆破一般用在开挖路堑、沟渠等工程。其装药量按下式计算：

Q=eKW3f(n)kg

③松动爆破是用来破碎大范围矿岩的。其装药量按下式计算：

Q=0.44eKW3kg●浅眼爆破

通常指炮孔深度小于4m、炮孔直径小于75mm的爆破方法。浅眼爆破施工机械简单、易操作、灵活、能保证爆破质量。浅眼爆破法广泛用来进行二次爆破、清理孤石、根底、或冻帮冻块，是露天矿爆破工作的有效辅助手段。●裸露爆破法

炸药直接安放在被爆物体的表面上。裸露爆破法操作简单、施工快，单位炸药消耗高。●深孔爆破法

将炸药装在用穿孔设备穿凿出的钻孔内进行爆破。其孔深大于4m，孔径大于75mm。是露天矿应用最广泛的爆破方法。3、露天矿深孔爆破深孔爆破的效果与下列因素有关。钻孔形式及布孔方式；孔网参数；起爆方法和顺序；装药结构；地质条件；炸药及单位炸药消耗量。LL1L2W1L3wLL1L2W1垂直钻孔倾斜钻孔L——钻孔深度L1——充填长度L2——药柱长度L3——超钻长度w——底盘抵抗线w1——最小抵抗线

垂直钻孔适用范围广、钻孔方向易控制。但抵抗线不宜控制，爆破后易出大块和根底，台阶坡面稳定性差，亦影响边坡的稳定。

倾斜钻孔使抵抗线沿台阶上下保持一致，对消灭根底和减小大块有利，台阶坡面较稳定；技术要求高，钻孔速度低。①钻孔形式钻孔主要有垂直和倾斜两种形式。②布孔方式

一般可分为单行布置和多行布置两种形式。在多行孔中又有矩形布孔和三角形布孔之分。单排孔爆破效果高于多排孔爆破。单位钻孔出岩率平均比多排孔高30%左右，爆破器材消耗平均低49%左右。多排孔爆破的一次爆破量大，是常用的布孔方式。单行布孔a多行矩形布孔ab多行三角形布孔aba——

孔距

b

——

行距

第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统1.矿岩准备（3）露天矿深孔爆破③起爆方法

•火花起爆

点燃导火索使起爆雷管爆炸而再引起炸药爆炸。•导爆索起爆（无雷管起爆法）在导爆索起爆端接上起爆雷管起爆。•电力起爆

通过通电起爆电雷管引起炸药爆炸。•导爆管起爆其系统为：导爆管——延期雷管——传爆雷管和联接块。•无线起爆

用电磁波、声波等起爆。④起爆顺序一般分为同时（即发）起爆和顺序（毫秒迟发）起爆。同时起爆是指各炮孔在同一时刻同时起爆；顺序起爆是指各炮孔按照一定的顺序起爆。⑤装药结构

连续（集中）装药、分段装药。LL1L2W1L3wLW1wW2集中装药分段装药不同装药结构的选用，其主要依据是爆破台阶的矿岩组成和爆破参数。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统1.矿岩准备（3）露天矿深孔爆破4、指标与要求露天矿穿孔爆破的主要技术经济指标有：①钻机效率（m/a）；②每米钻孔出岩率（m3/m）；③炸药单位消耗量（kg/m3）；④大块发生率（%）；⑤穿爆成本（元/m3

）。露天开采对穿孔爆破工作的质量要求：①合格的矿岩块度满足挖掘、运输、粗破等设备的要求；②适当的爆堆尺寸满足挖掘设备的效率及安全作业的要求，运输道路畅通；③避免根底、伞岩，后冲要小；④适应选采要求；⑤足够的爆破储量；⑥安全经济。第二节采装工作露天矿常用的采装设备有单斗挖掘机、吊（拉）斗铲、前装机、铲运机、轮斗挖掘机、链斗挖掘机等。一、单斗挖掘机（正铲、反铲/机械铲、液压铲）1、机械铲（正铲）工作规格：

挖掘半径(RW

、RWMAX)、挖掘高度(HW

、HWMAX)、

卸载半径(RX

、RXMAX)、卸载高度(HX

、

HXMAX)、

站立水平挖掘半径(RWP)、下挖深度(HWS

)。2、单斗铲工作面及参数

当在松软土岩中铲挖时，采掘工作面形状如图2—12所示。图2—13则为铲挖坚硬矿岩瀑堆时的工作面形状，此时常需将爆堆分两次进行采掘。

单斗铲工作面的参数，主要是台阶高度h和采宽A，两者均与单斗铲工作规格有关。（1）台阶高度h

从满斗角度考虑，h值应不小于2／3hT(hT——单斗铲推压轴高度)；另一方面，从作业安全出发，h值在不需爆破的软岩中不应大于最大挖掘高度，在爆破后的矿岩中，则爆堆高度不应大于(1.0～1.3)HWMAX。（2）采掘带宽度A

主要和挖掘半径、卸载半径有关，按不同情况，A值可为：

A＝(1．0～1．5)Rwp，米(2～9)在铁道运输时，A也不得超过下式限制。

A=RwP十fRxmax-C，米(2～10)f——最大规格利用系数，f=0．8～0．9C——台阶或爆堆坡底线至轨道中心的距离，

C=2～3米3、机械铲工作面形式：

尽头工作面常用于拉段沟、开切口；

端工作面正常剥离台阶；

侧工作面常用于窄采掘带、窄工作平盘。

尽头工作面端工作面侧工作面4、单斗铲生产能力一般用对比法和分析计算法来确定单斗铲的生产能力。对比法：利用本矿统计资料或对比其他类似矿山指标求得。分析计算法：按下式计算。

，m3/班第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统2.采装工作二、前装机近年来，前装机在露天矿的应用有了较快的发展。它是一种用柴油发动机驱动(或柴油发动机——电动轮)和液压操纵的一机多能的装运设备，除向运输容器装载外，还可以进行自铲自运、以及清理工作面等各项作业。目前国外生产的露天矿用轮胎式前装机的斗容最大达27米3。

前装机与挖掘机相比具有以下优点：

自重轻；制造成本低；行走速度快，机动灵活性好；爬坡能力大。缺点是：

对矿岩块度的适应性差；工作台阶高度不宜过大；采装成本较高等。据此，在适宜条件下，前装机可以在中小型露天矿中作为主要采装设备，在运距不大时，还可作为采、装、运设备使用。在其它条件下，前装机可作为辅助设备配合挖掘机工作。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统2.采装工作三、液压挖掘机（正铲、反铲）第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统2.采装工作第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统2.采装工作近年来，单斗挖掘机正迅速向液压挖掘机方向发展，西欧液压铲的产量已占挖掘机总产量的88％。

液压铲的优点是：重量轻、效率高，同等级的液压铲比机械铲总重减轻30一60％，而切割力却大很多，功率相同的液压铲比机械铲效率高25％左右；其次是操作灵活，有利选采。

缺点是液压元件制造工艺要求高，维修复杂。随着液压技术的不断发展和机械制造工艺的提高，液压铲是有发展前途的。（2）拉斗铲（吊斗铲、索斗铲）拉斗铲工作规格：

挖掘半径(RW

、RWMAX)、挖掘深度(HWS)、

卸载半径(RX)、卸载高度(HX)、

站立水平最小挖掘半径(RWMIN)、铲斗外抛距(F)、悬臂倾角(α

)。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统第三节运输工作

把矿石或土岩自工作面采、装后分别运往指定的卸载地点，这是露天矿的主要运输。此外，还有运送人员、设备、材料等的辅助运输，统称为杂业运输。一、运输类型与运输方式▴运输类型：

铁路运输；公路运输；提升运输；重力运输；

胶带运输；水力运输等。▴运输方式：①独立（单一）式运输：间断作业式运输——铁道运输、自卸卡车运输；连续作业式运输——带式输送机运输、水力运输。②联合式运输：几种运输方式的联合。如：自卸卡车+铁道运输、自卸卡车+带式输送机运输、自卸卡车或铁道+斜坡箕斗运输、自卸卡车或铁道+溜井（溜槽）等联合运输方式。二、铁路运输

1、机车车辆（1）机车：蒸汽机车、直机电力机车、交流电力机车、内燃机车和复合能源机车。（2）车辆：自翻车——侧板下开式。

2、铁道线路

按作业特点分为三类：（1）固定线路（2）半固定线路（3）移动线

3、基本名词术语（1）轨距：两条钢轨内侧间的距离。露天矿铁路标准轨距也是1435mm，窄轨轨距为600、750、762、900mm。（2）上部建筑、下部建筑：上部建筑包括钢轨、轨枕、道床、钢轨扣件、防爬器等。线路的下部建筑包括路基、桥涵、隧道、挡土墙等工程。

（3）道岔：相邻线路间连接设备。单开道岔由转辙部分、连接部分和辙叉部分等组成。辙叉角的大小是道岔最重要的标志，一般把辙叉角的余切值称为道岔号码，即

N=ctgα

（4）直线、弯道：曲线半径（5）平道、坡道：坡度式中i——线路坡度，‰；

h——两点间标高差，m；

L——线路两点间的水平距离，km。4、分界点及通过能力线路系统必须适当地划分为若干区段，每个区段称为区间，每一区间可容纳一个列车。区间和区间的分界地点称为分界点。分界点分为无配线的和有配线的两种。前者如通过色灯信号机及信号所，后者如剥离站、采煤站、排土场站、工业广场站、坑内站等。

铁路通过能力是指露天矿铁路(区间和车站)在单位时间内所能通过的最大列车数，一般以列/昼夜表示。5、列车周期时间及列车运输能力列车的作业特点是：装车、运行、翻车（卸载）等作业在列车工作班内重复地进行。列车由前一次开始装车至下一次开始装车止的时间为列车周期时间，即：min若已知周期时间，则可计算列车的运输能力，即：t/昼夜第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作使用于露天矿山的汽车种类较多。按车体结构分：自卸汽车、半拖车。按传动方式又可分为：机械传动、液压传动、电力传动等。a

b

露天矿用汽车类型

a－自卸汽车；b－半拖车三、公路运输第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作作业汽车运输因其作业机动性强而成为一种适应性很强的运输设备。当汽车与挖掘机配合作业时，入换方式也很简单。汽车在工作面的装载位置及调车方法

坡度‰第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作

汽车运输有利于改善挖掘机的利用，与挖掘机配合铁路运输时相比，挖掘机台年效率约可提高10~20％。汽车运输所需工作线短，克服坡度大，转弯半径小，机动灵活，在开采窄短和复杂形状矿体、开掘沟道、露天边帮扩帮、尽头区作业、选采、加速基建等方面，采用汽车运输尤为适宜，是铁道运输和其他一些运输方式所难以匹敌的。采用汽车运输时，装运设备规格间的合理配合是提高设备效率的重要措施。一般认为，在运距不大于3公里时，自卸汽车容积与铲斗容积的比值为3~6:1。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺３.运输工作公路汽车运输的经济效果，在很大程度上取决于公路路面的质量和状况。自卸汽车在路面良好的公路上行驶时，可以提高运行速度、降低燃料消耗和延长自卸汽车的使用年限。

国内外矿山的经验都证明，修路就是修车，注意道路养护是提高自卸汽车出车率的重要措施。路面结构分为单层和多层两种型式。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作表2-10露天矿公路路面等级路面等级路面类型高级路面次高级路面中级路面低级路面水泥混凝土路面、整齐块石及条石路面黑色碎石路面、沥青贯入碎石路面、沥青表面处治路面碎石路面粒料加固土路面第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作四、联合运输联合运输方式很多，主要有汽车－铁路、汽车－溜井－平硐、汽车(铁路)－箕斗－铁路、窄轨－矿车提升－窄轨、汽车－带式输送机等方式。①汽车－铁路联合运输在开采深度较大而深部采场尺寸受限时；或露天开采深度虽不大，但地面运距较远时，可以采用汽车－铁路联合运输方式。此时，在汽车和铁路运输的结合处，应增加转载环节。汽车和铁路联合运输时的转载环节第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作②汽车－溜井(溜槽)－平硐联合运输这是一种依靠矿岩自重来克服高程的联合运输方式。在我国山坡露天矿中应用较多。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作③提升机运输提升机运输的主要优点是线路坡度大，故可缩短运距，缺点是运输量有限。按照运输容器不同，又可分为箕斗提升运输和矿车组(串车组)提升运输。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作④汽车－带式输送机当矿岩排卸地点距采掘点的距离较远时，可以利用带式输送机运输成本低的特点，采用汽车－带式输送机联合的运输方式。一般汽车装载的物料线性尺寸较大，不能直接用带式输送机运输，需增加破碎环节或筛分环节。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统３.运输工作五、运输工作的技术经济指标在露天开采各生产工艺环节中，矿山运输的基建投资额约占总投资额的50～60％左右，运输成本和劳动量也分别占矿石总成本和总劳动量的一半以上。由此可见，搞好露天矿运输对改善开采经济效果作用很大。

露天矿运输工作的主要技术经济指标有：运量、运距、吨公里数、运输设备年能力和吨公里运输成本等。按吨公里运输成本计，铁道运输最低，带式输送机榆树次之；汽车运输最高。第四节排土工作

排土工作的目的是在一定地区(采空区或离采场较近的适当地区)，接受从露天采场内采出的土岩。

这一容纳土岩排弃的场所就称为排土场，有时也称为舍场、废石场。在露天煤矿中，为单独排弃煤岩混杂的杂煤，常在排土场内设杂煤场或杂煤线(拣煤线)，以便回收煤炭资源。在金属露天矿内．则常设贫矿贮存线，暂时贮存目前尚不能立刻利用的低品位矿石或选矿、冶炼工艺尚未解决的待处理矿石。排土工作对露天采矿的技术经济效果有重大影响：

一是排弃量大，大型露天煤矿的年剥离物排弃量近亿m3，故需占用大量人力、物力；

二是占用土地面积大，我国大型露天煤矿的外部排土场占地均达十余km2以上，加剧了露天开采与农业争地的矛盾，也不利于保护生态环境。一、排土场的位置选择排土场选择的原则：

①对水平、缓斜矿体或在不影响开采作业进行的情况下，应优先利用采空区作为内部排土场；

②在选择外部排土场位置时，应选距离采场较近和高差较小的山谷、洼地、荒地，尽量不占或少占农田，一般在远期境界之外，避免大量居民搬迁；

③要考虑复土造田的可能性，制定复土造田的规划；

④一般应布置在居民点的下风向地带，以防止岩粉污染居民区。也应考虑防止将排弃的岩土中的有害化学成分带入河流和农田，防止环境污染。⑤排土场的总容积应与露天矿设计的总剥离量相适应。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统4.排土工作二、排土方式露天矿山所采用的排土方式主要有推土犁排土、挖掘机排土、推土机排土、排土机排土。间断生产工艺系统所采用的排土方式主要有推土犁排土、挖掘机排土、推土机排土。其选择取决于排弃土岩的性质、需要的排土能力、采运工艺设备类型等。

推土机排土

推土机排土主要和自卸汽车运输相配合，故多应用于单斗—汽车生产工艺系统的露天矿山。推土机排土作业过程比较简单，包括汽车卸载、推土机推落汽车卸载时的残留土岩、平整场地和道路等。第二讲露天开采基本知识四.露天开采生产工艺系统4.排土工作

第五节辅助环节采、运、排虽是主要生产环节，但剥采工作的正常进行离不开辅助环节(排水、供电、机修等)的配合。1．自流排水系统2．露天采场底部集中排水系统3．地下井巷排水系统第六节生产工艺联系的基本原理（1）主要环节能力上的平衡由于生产工艺各环节是互相联系的