宝清露天矿水平近水平矿床的开采程序

专题设计实习单位：国网能源宝清朝阳露天矿培训单位:平庄煤业元宝山露天矿学员姓名：******日期：2011年10月21日星期五水平近水平矿体宽形露天矿开采程序1概述整个露天矿场内有非常庞大的剥离和采矿工程量，是采用一定的开采工艺，按照一定的程序开采出来的。完成露天矿场内岩石剥离和矿石采出的程序称为露天矿开采程序。露天矿开采程序主要研究矿山工程的发展顺序，亦即研究剥离工程和采矿工程的合理安排，以及掘沟工程和扩帮工程的协调发展，以保持露天矿持续生产，达到要求的产量，提高矿石质量，减少矿产资源损失，降低投资和成本。特别是降低前期成本，使露天矿的建设和生产取得最佳的经济效益。2宝清朝阳露天矿概况朝阳露天矿位于黑龙江省双鸭山市宝清县朝阳乡境内，露天矿开采境界内可采地质储量836.64Mt，平均剥采比6.16m3/t。设计生产能力5.0Mt/a，达产后逐年向产量11.0Mt/a过渡。露天矿内地形平坦，地层倾角一般3。〜5。，剥离物和煤较软。主采10号煤层，其厚度一般在15m〜18m，局部超过26m，煤层平均厚度16.44m。煤层倾角3。〜5。近水平赋存；首采区开采范围内10号煤层顶板以上剥离物（岩石及表土），平均厚度70m。矿田走向长16km，倾斜宽4.5km，面积72km2，最大开采深度155m，属于水平近水平宽形矿床。要经济有效的开采一个露天矿，首先应该确定好开采境界，其次选择合理的开采工艺，之后才能进行开采程序设计。2.1开采境界根据沈阳设计院的《朝阳露天煤矿修改初步设计》，确定开采境界为：（1） 东北部境界以境界剥采比不大于12.0ma/t圈定10号煤层底板的深部境界，并以25°帮坡角上推圈定地表境界。（2） 东南部境界以不跨越F3断层为原则，结合10号煤层露头并以境界剥采比不大于6.0m3/t圈定深部境界，再以25°帮坡角上推圈定地表境界。（3） 西北部境界以勘探区边界断层（朝阳一大孤山断裂）为界，结合境界剥采比不大于12.0m3/t圈定10号煤层底板的深部境界，以25°帮坡角上推圈定地表境界。（4） 西南部境界以境界剥采比不大于12.0m3/t圈定10号煤层底板深部境界，以25°帮坡角上推圈定地表境界。（5） 深部境界露天矿底部境界以10号煤层底板为界，不采30号煤层。根据上述圈定结果，圈定后的露天矿境界:深部境界：走向（南西一北东）长度平均约为15.5km；倾向（北西一南东）宽度平均约为4.5km，面积约为69.75km2。地表境界：走向（西南一东北）长度平均约为16km；倾向（北西一南东）宽度平均约为4.8km,面积约为76.8km2。最大开采深度为155m。2.1开采工艺根据沈阳设计院的《朝阳露天煤矿修改初步设计》，确定开采开米工艺为：剥离采用10号煤层以上45米拉斗铲倒堆工艺，45米以上岩层单斗挖掘机+自移式破碎机几+胶带机半连续工艺，地表土岩采用单斗挖掘机+自卸式卡车间断开采的综合开采工艺。采煤采用单斗+自卸式卡车+半固定破碎机+带式输送机半连续开采工艺。下面以宝清朝阳露天矿为例，具体介绍水平近水平矿体宽形露天矿的开采程序设计。3采区划分与工作线布置3.1采区划分矿田走向长16km，倾斜宽4.5km，如果划分单一采区进行开采采场工作线过长，运距过长，经济上不合理。设计沿矿田走向划分划分为五个采区，每个采区工作线长度在3000米左右，根据各采区开采条件的难易程度，开采顺序依次为：首采区一二采区一三采区一四采3.2工作线布置首采区煤层赋存较浅，煤层较厚，基建工程量小，生产剥采比小，所以选择作为首采区。确定首采区后要确定工作线布置方式，不同的布置方式导致露天开采过程中经济效果的不同。工作线可沿露天矿走向布置，倾向布置，斜向布置，L形和U形布置或圈形布置等。工作线沿走向布置，倾向推进，简称纵采。沿走向布置时工作线较长，适合于露天矿各种开采工艺系统，也是目前大多数赋存简单矿床常用的工作线布置形式。工作线沿倾向布置，简称横采，这时工作线较短，主要适应于汽车运输的开采工艺。工作线斜向布置，指工作线与露天矿走向保持

定的交角，为了达到增长工作线，使工作线保持一定纵坡，调剂一定时期的矿石质量和品种。工作线L形和U形布置，是开段沟采取基坑形式的工作线发展形式，它是适应于采用汽车运输的开采工艺条件下的开采程序。工作线圈形布置，指将工作线布置成封闭圈的形态，逐步加大或缩小封闭圈，其工作线长度是不断变化的。朝阳露天矿采区划分时是按走向划分，煤层近水平赋存，工作线也采用走向布置，工作线长度约3000米左右，这种工作线长度有利于采运设备效率发挥，向倾向推进，纵采开采程序。4拉沟位置与掘沟工程4拉沟位置与掘沟工程=i4.1拉沟位置选择露天矿拉沟位置就是进行基建工程的初始位置，拉沟位置的选择影响露天矿的剥采程序、开采的经济效果。露天矿常采用的拉沟方案有：1）工作线走向布置，由底帮或者顶帮拉沟，工作帮向一侧推进工作帮由底帮向顶帮推进，对于倾斜矿体和缓倾斜矿体是比较普遍的，因为剥采工程初始位置接近矿体，基建剥离量少，投产和达产快，因而是比较合理的，但是这种推进方向易在矿体顶板的矿岩交界处引起矿岩的损失和贫化，这是不利的一面。当由顶帮向底帮推进的时候，矿岩交界处的矿石选采条件好，矿石损失和贫化少，这时候的边帮也较为稳定。但是初始的基建剥离工程量更大，经济上是不利的。2）工作线沿走向布置，在露天矿中间拉沟向两侧推进这种推进方向，使得矿山工程初始位置接近矿体，有利于减少矿山基建工程量和降低初期生产剥采比，使得工作线加长，有利于布置更多采掘设备，加大采掘强度，同时沿中间拉沟向两侧推进对深度勘探也是一个补充。3） 工作线横向布置，在露天矿一侧端帮掘沟，工作帮向另一侧推进横向布置工作线，使露天矿沿倾向分期降深，这样基建剥离量和初期生产剥采比是比较小的，这就是这种推进方式的优越性。4） 工作线横向布置，在露天矿中间拉沟哦，向两侧推进这种推进方式可利用露天矿中间覆盖物薄，矿体厚和品位高的部位掘沟建立工作线，工作帮向两侧推进，以提高经济效益，提高露天矿开采强度，增加矿石产量。朝阳露天矿首采区南部地表处煤层埋藏较浅，煤质较好，选为初始拉沟位置，此处拉沟接近矿体，基建剥离量少，投产和达产快，因而是比较合理的，如图4-1所示。4.2掘沟工程现代露天矿常用的掘沟方法按设备类型有单斗挖掘机+汽车掘沟和抛掷爆破掘沟，对于基建矿来说，初期设备比较少，如果表土层比较松软，常采用液压反铲配合前四后八自卸车进行掘沟。按掘沟方式有分层掘沟和全断面掘沟。2009年—2011年宝清朝阳露天矿基建期基建期剥离全部采用外包，外包队挖掘设备为反铲和运输设备前四后八自卸车，两者配合进行掘沟，由于液压反铲挖掘能力和挖掘深度有限，采用分层进行掘沟，液压铲设计选用卡特CAT330C，斗容1.5m3,如下图4-2所示。参考实习单位元露设备使用情况确定反铲实际年生产能力为50万m3/台年。运输设备选取20T自卸式卡车与反铲平装车配合掘沟，参考元露设备能力选取在加权平均运距为1.5公里情况下，年实际运输能力为15万m3/年台。图4-2液压反铲与自卸卡车配合

掘沟参数：开段沟深度与台阶高度一致，为15米，沟道坡面角为60°—70°，为保证掘沟时水能够自流，ip取3—5%，调车方式选为回返式调车，确定沟底宽b由公式确定为25米。bminbmin=2（R +e）+B，min ，式中Rmin——汽车道路的最小转弯半径，m（取汽车最小曲率半径的1.2倍）;b——汽车车体宽度，m；e——汽车据沟道坡底线的安全距离，取1m。掘沟工程量计算：按照掘沟参数画出出入沟和开段沟示意图，如图4-3所示。进行掘沟工程量粗略计算。掘沟工程量为沟道横截面积乘上影响距离，影响距离大致为首采区工作线长度约为3000米，V=SL，V=151.5万m3图4-3出入沟与开段沟图4-3出入沟与开段沟2012年—2018年宝清朝阳露天矿过渡期到2012年，朝阳露天矿的产量达到5Mt,稳产几年后，产量逐渐向11Mt过渡，到2019年达产，产量达到11Mt。过渡期期间剥离还是进行外围施工，采煤由本矿自己设备完成，采装设备为太重WK—35,最大挖掘高度16.20米，最大卸载高度9.4米，最大挖掘半径24米，最大卸载半径20.90米，挖掘深度1.92米，最大提升力2150KN，最大爬坡角度13°，如下图4-4所示。35m3单斗挖掘机年生产能力参考相近露天矿、实际使用情况，最后确定大约为1000万吨。图4-4太重WK—35宝清朝阳露天矿为了与WK—35电铲相配合，从装载能力和线性尺寸上考虑，选取220T自卸式卡车。通过比较相近露天矿自卸式卡车的使用情况，并通过计算220T自卸式卡车台年运输能力约为为170万m3/台年，主要经济技术指标如表4-1所示。表4-1采煤自卸卡车性能参数表序号项目单位车型1自重t1662载重t2203卡车自重系数0.434车长m13.3275车宽m7.726车高m6.97发动机功率kw18648最小转弯半径m30掘沟参数：开段沟深度与煤台阶告诉保持一致，平均约为16米，沟道坡面角为60°—70°，为保证掘沟时水能够自流，ip取3—5%，调车方式选为回返式调车，确定沟底宽b由公式确定为70米。掘沟工程量计算：在煤台阶进行掘沟比基建时掘沟深度稍大，沟底由于为220T大型自卸式卡车回返运输，沟底宽加大。对掘沟量进行粗略计算，掘沟工程量为沟道横截面积乘上影响距离，影响距离大致为首采区工作线长度约为3000米，V=SL，V=380.4万m3。2019年宝清朝阳露天矿达产达产年（2019年）及以后采用拉斗铲倒堆开采工艺，2013年以后剥离就已经全部内排，剩余剥离量采用外包。达产至达产第5年（2023年）剥离仅有单斗-卡车（外包）和拉斗铲倒堆两种开采工艺组成，内排量由此两套工艺的剥离物组成。达产第6年（2024年）至达产第13年（2031年）自移式破碎机投入生产，此时，内排量由单斗-卡车（外包）、拉斗铲和单斗-自移式破碎机开采工艺三部分排弃量组成2019年拉斗铲投入使用，工作半径117米，斗容为99m3，如下图4-5所示。10号煤层以上45米剥离台阶为拉斗铲倒堆作业，拉斗铲站立在台阶顶盘下挖作业。45米以上剥离台阶还是设计为35m3电铲进行剥离，直接装入自移设破碎机，省去汽车运输环节，掘沟参数和掘沟工程量和煤台阶基本一致。图4-5吊斗铲倒堆作业5台阶划分露天矿场内的矿岩，一般划分成许多台阶进行开采。台阶的划分应有利于发挥设备的效率，提高矿石质量和保证作业安全。台阶可按水平面和倾斜面划分，分别称水平分层和倾斜分层。台阶一般采取水平分层，以利于采掘和运输设备的作业。为了发挥设备效率，划归同一台阶的矿岩应力求一致，不应把表土、不需爆破的软岩与需要爆破的映岩划归一个台阶；从选采要求，则尽量不要把矿石和土岩划归同一台阶。倾斜分层一般指按矿岩的分层接触面划分台阶，以便选择开采，实现矿岩分采分运。为了充分利用倾斜分层进行选择开采的优点，一般煤层实行倾斜分层，顶板以上仍用水平分层，这种分层方式为混合分层。宝清朝阳露天矿为水平进水平矿床，又为单一煤层赋存，煤和岩都较软，全区大部分不须爆破直接可以进行采装。设计煤台阶依据煤层倾角进行倾斜划分，煤层以上覆盖物设计为水平划分台阶，分别为倒堆台阶、半连续剥离台阶和表土外围剥离台阶。所以朝阳露天矿台阶为混合划分。6工作帮推进6.1工作帮构成露天矿通常以多个剥离台阶和采矿台阶进行开采，由进行开采的台阶所组成的边帮称工作帮。工作帮由一些开采台阶的坡面和平盘构成，通过工作帮最上和最下一个台阶坡底线的平面与水平面的夹角，称为工作帮坡角，如下图6-1所示。6.2工作帮的推进工作帮推进过程中，不同区段的推进速度常常是不同的。在一定时期内，有的区段推进的快些，有的区段推进的慢些，有的区段则处于停顿状态，但较长时间内的平均推进速度应当接近相等。否则，若下部水平推进过快，则使上部水平不能保持工作平盘宽度，破坏正常作业条件，而上部水平推进过快亦将造成过大的超前剥离，降低经济效果。工作帮不同区段的推进速度不同，是由调节生产剥采比和调节矿石品味和品种的客观要求决定的。工作帮推进的约束条件，工作帮正常推进部分的工作平盘宽度不得小于最小平盘宽度8皿，工作帮坡角不不得大于最大的工作帮坡角^max，即BNB.；^W^。工作帮平行推进时，通常各台阶的工作线接近于平行，推进方向亦接近一致，使得工作帮上的台阶相互协调推进。工作帮扇形推进时，各台阶工作线通常围绕一个回转中枢旋转，工作线呈放射状，工作平盘宽度由小到大不等，但是最窄处仍不小于最小工作平盘宽度。宝清朝阳露天矿工作线走向布置，水平进行推进，工作帮上的台阶相互协调，设备可以根据进度在上下台阶进行调动，所以水平进行推进较为合理。7矿山工程延深程序7.1矿山工程延深方向露天矿某开采水平的延深方向，是指该水平开段沟相对于上一水平开段沟位置的错动方向，可用延深角e表示。延深角即延深方向与工作线推进方向的夹角。倾斜与缓倾斜矿体的凹陷露天矿，以矿体底板为露天矿的底帮，通常可沿矿体延深，延深角等于矿体倾角y，并随矿体倾角变化而变化。为了减少矿石的损失和贫化，也可采取剥离工程沿矿体顶板延深，采矿工程沿矿体延深的程序进行开采。急倾斜矿体的露天矿，为了减少矿山基建剥离量和加快建设，也常沿矿体延深，延深角与矿体倾角一致。朝阳露天矿为进水平矿床，不需要经常进行延深，可研矿体延深，延深角等于矿体倾角y，并随矿体倾角变化而变化。7.2矿山工程延深程序露天矿矿山工程延深程序，就是露天矿新水平开拓准备程序，它决定于矿床埋藏条件，露天矿形状，采用的开采工艺和开拓运输系统等因素。目前露天矿常见为汽车运输条件下的新水平开拓准备程序。宝清朝阳露天矿为近水平矿床，可以利用汽车运输机动灵活，具有爬坡能力大、曲线半径小、线路铺设方便和要求的