1、露天开采程序及开拓运输系统,第一节 慨 述露天矿山作业的特点是：除了必须注意选择和确定生产工艺系统和设备的类型、规格及数量之外，还应十分重视露天矿开采程序和建立有效的开拓运输系统。露天矿从建矿至开采终了，一般要经历： (1)基建投产；(2)达到产量；(3)剥离洪峰；(4)减产采完等各个阶段。,如图所示露天煤矿，其开采境界为ORQ，沿煤层底板延深一侧推进，在这个过程中，各工作台阶可利用采掘运输设备实现不断地沿AB方向推进和沿底板CD方向延深。,沿煤层底板延深一侧推进开采程序示意图,使用同样的工艺设备也可实现矿山工程沿煤层顶板向下延深，这时露天矿同时存在两个各向一侧推进的工作帮，一为剥离一为采煤。
2、,沿煤层顶板延深两侧推进开采程序示意图,若开采范围ORQ的深度较大，可以先开采OMN范围，使前期经济效果较好。用单斗铲和汽车运输工艺，不仅可以先在OMN范围按照AC及BD等位置所构成的从底板向顶板推进的程序发展，甚至可以在OMN范围内先采ODE部分，再采DMNE部分。（分期开采程序）,分期开采示意图,在一定矿山条件下，采用同一种工艺，可以有不同的开采程序；若用不同的工艺，则可出现较多的开采程序。由此可见，当矿山的地形埋藏条件和技术条件变化，则可以出现更多的开采程序。不同的开采程序，其开采经济效果不同。它应与工艺方式的选择结合起来考虑，恰当安排矿山工程在时间和空间上的发展程序，并建立有效的开拓运
3、输和平面布置系统，才能充分发挥设备效能，达到经济有效地开发矿山的目的。,露天矿山的共同点：,（1）平面布置 （2）运输线路 （3）排土场 （4）地面生产系统,海洲露天煤矿平面图,概 述,一、露天矿场：,形状：长、方、圆，长可达数 公里，深可达几百米。,工程量：一个露天矿的工程总量一般可达数千万m3乃至数亿m3。,二、开采程序内容：, 台阶的划分；, 首采位置的选择；, 工作帮的推进；, 采区长度的确定；, 剥采工程的延深程度。,第二节 露天开采程序,露天矿开采程序系指在采场内进行剥离岩石和采出矿石的程序。露天矿一般均划分为若干个台阶进行开采，每个台阶的开采程序为：(1)开掘出入沟(一般为倾斜的
4、)；(2)开掘开段沟(一般为水平的)；(3)进行扩帮。,对于一个台阶开采全过程来说，开掘出入沟称为开拓工程，开掘开段沟称为准备工程，进行扩帮称为回采工程。,三、相邻两个台阶的开采顺序,1、挖出入沟(倾斜沟)-满足限坡及出入台阶要求;,2、挖开段沟(水平沟)-满足运输设备的站坪要求;,3、扩帮-实现台阶的正常采掘;,4、开挖下水平的出入沟,循环重复 ;,固定坑线条件下的新水平准备程序,固定坑线条件下的新水平准备程序,固定坑线条件下的新水平准备程序,固定坑线条件下的新水平准备程序,一、台阶划分及采掘程序露天矿一般划分成若干台阶进行开采。台阶高度在保证安全作业的条件下高一些为好，有利于发挥设备效率。
5、通常按水平分层方式划分台阶。为了便于选采与提高设备效率，尽可能不把矿石和土岩、表土与基岩、软岩与硬岩划分在一个台阶内。当矿体倾角较小(一般小于10)，为便于矿、岩分采，在条件许可时，可以沿矿层倾斜方向对台阶进行倾斜分层。,倾斜分层与水平分层,台阶通常划分成具有一定宽度的采掘带进行开采。采掘带一般沿台阶工作线平行(纵向)布置。当用汽车运输时，根据需要也可与工作线垂直(横向)布置。,采掘带布置 a纵向布置；b横向布置,开段沟位置的选择很重要，为了减少基建工程量(尽早见矿)和初期剥采比，并使剥离量与采矿量的比例较为均衡，一般缓倾斜矿层的开段沟可设于底板，而急倾斜矿层可设于顶板。开段沟布置的方向与矿体
6、形状及采用的运输方式有关。开段沟的长度主要与境界尺寸、采用运输方式、产量要求等因素有关。 当露天矿走向长度较大时，常采用分区开采方式，也可相应减少开段沟长度，以缩短运距，提高设备利用率，减少基建工程量及初期生产剥采比等。,二、工作帮及其推进露天采场内工作台阶组成的工作帮坡角与台阶高度h，平盘宽度B及台阶坡面角有关。,一个采场可以有一个工作帮，也可以有两个工作帮，甚至三个工作帮,三、新水平延深方向及程序-倾斜或急倾斜矿层开采时，要求不断向下延深建立新的开采台阶，才能使露天矿连续而均衡地完成产量。剥、采工程延深方向是指相邻两个水平(台阶)开段沟位置的错动方向。,延深方向,延深方向:相邻两个台阶开段
7、沟同侧坡底线的连线方向。,延深角:延深方向与工作线推进方向之间的夹角，用表示。,剥采工程延深方向(山坡部分),初期随着地形变化,后期则随着境界变化,新水平的掘沟延深必须在上一台阶扩帮到一定位置时才能进行。因此，在一定的矿山条件下，推帮速度必须与延深速度相适应，这就使剥离与采矿在数量上也有一定的比值关系。为使扩帮与延深速度的配合满足采矿产量的要求，必须研究新水平开拓准备的合理程序，即在一定的矿山埋藏条件和工艺设备条件下，对掘沟与扩帮工程的穿爆、采掘、运输、供电、排水等主要及辅助生产环节在时间与空间上的紧密配合，进行最有利的协调安排。不同的延深方向，要求适应的推帮与延深速度相配合，因此产生的剥采比
8、例关系也不同。当延深方向改变时，剥采比例关系也要改变，这将对露天矿在开采技术条件和经济效果上产生很大影响。,四、影响露天矿开采程序的因素在露天矿的设计和生产中，确定合理的开采程序是一项重要而复杂的任务。它受矿床赋存条件、开采境界尺寸、工艺设备类型、开拓运输系统、生产能力和建设速度的要求以及对矿石质量的要求等多种因素影响。确定开采程序往往要与采用的工艺方式和开拓运输系统结合起来考虑，有时要列出多个可行方案进行综合比较才能抉择。,第三节 露天开拓运输系统 一、概念及其分类采用工艺设备对露天矿田进行开采，把台阶上的矿、岩采掘下来，运往指定地点，为此，除各台阶应有各自的线路系统之外，还要建立各台阶通往
9、地面(包括排土场、选煤厂及其他地面生产系统)的运输干线系统。铺设干线需开掘坑道(包括露天坑道或地下井巷坑道)系统，而坑道与线路密不可分，统称坑线系统。开辟坑道系统，以建立地面通向各开采台阶(工作水平)或各开采台阶之间的运输通路，称为开拓运输系统。其目的是保证露天矿的正常生产运输联系，并及时准备出新的开采水平。 开拓坑道系统与运输干线系统往往是一致的，因此，常称之为开拓运输系统。,建立有效和合理的开拓运输系统是很重要的，因为通过开拓运输系统的合理布局，就有可能实现较为有利的开采程序，缩短运距和减少运输设备数量，并降低运输成本。另一方面，还由于开拓运输系统一经建成就较难改造(改造该系统要引起减产或
10、停产)。区分露天矿开拓运输系统的主要依据是露天矿的基本运输方式，进一步区分该系统的特点要利用坑道形式，坑线位置和坑线的数量、平面形状及其固定性等特征。,开拓运输系统分类表,注；溜道是利用重力溜放矿岩的运输道路(包括露天明溜槽及地下溜井)的统称。它存在的坡度一般较斜坡提升机道还要大,二、铁道运输开拓系统铁道开拓运输系统在我国露天矿山中有最广泛应用。下图为我国许多露天矿采用的开拓坑线系统的典型纵断面透视图。,从地表至第一水平的坑线AB位于露天矿的境界以外，称为外部沟(外部坑线)；坑线从B点往下直至坑底均位于露天矿境界内，称为内部沟(内部坑线)。,设于非工作帮上的坑线称为固定坑线。固定坑线在生产中不
11、需定期移设，线路质量较好，但要求在设计之前矿床的埋藏条件、水文和工程地质条件清楚，以便能够确定最终的边帮位置。开拓坑线置于工作帮上，称为移动坑线。移动坑线有许多优点，如能适应开采境界的改变；减少运距；有利于新水平准备；减少基建工程量和便于矿岩分采等。,三、汽车运输开拓系统采用汽车运输时，开拓坑线的基本特征同铁道坑线相似。唯因公路坡度大，转弯半径小，故坑线布置较铁道时灵活得多。汽车运输时坑线的平面形状可为直进，回返及螺旋形式。一般可多设出入沟，以便实现分散、近距排土。在汽车运输条件下，移动坑线的缺点已不显著，故实践中移动坑线有较多的使用。由于汽车运输时开拓坑线的灵活性，汽车坑线可以较好的满足有利
12、的开采程序，加速新水平开拓准备、矿岩分采和露天矿深部开采时的需要。,四、胶带输送机开拓系统在缓倾斜软岩露天矿采用连续工艺时，带式输送机开拓系统比较单一。在深露天矿时，因带式输送机允许坡度较陡，在边帮上设置较为方便，与提升机有相似之处。对于矿、岩硬度大的露天矿，为了加大开采强度和提高工效，在条件适宜时可以采用单斗铲破碎装置胶带的半连续工艺系统。采用单斗铲和汽车运输半固定破碎装置胶带运输的半连续工艺的露天矿，当最终边帮角较大，且非工作帮有汽车运输坑线，为减少开拓工程费用，避免两种运输干线交叉，可将带式运输机放在斜井内。这样，还可以在地下坑道内设置半固定破碎设备，并可利用溜井储矿，也能减轻气候对带式
13、运输机的不利影响。,五、提升机开拓运输系统露天矿使用提升设备(包括箕斗及串车)实际上是联合运输的中间环节，利用较陡的提升机道克服高差，建立工作水平与地面的运输联系。采剥总量较少，平面尺寸不大却相对较深的小型矿山，地面及坑内均采用窄轨运输的串车斜坡卷扬开拓运输系统。提升机道开拓运输系统与铁道、公路系统的坑线特征比较，一般平面形状均为简单直线状，沟道不会引起补充扩帮工程量。沟道可设于非工作帮的最有利的位置或端帮，以使沟道固定，根据需要，可设置多个沟道。,六、溜道开拓运输系统对高而陡的山坡露天矿，为了节约基建投资和降低运输费用，或由于技术上的原因，常用放矿溜道作为中间环节建立开拓运输系统。溜井主要是
14、溜放矿石的，而岩石从采场直接运至附近的山坡排弃。在采场内，用汽车或窄轨设备将矿石运至卸矿平台向溜井翻卸，在下部通过漏口装车，经平硐运往地面卸载点。平硐内的运输方式根据运量及运距，可用汽车、胶带、准轨和窄轨运输等。对溜井平硐开拓运输系统的设计，主要是确定该系统中溜井位置(在境界内部或外部)、数目(集中布置或分散布置)、溜井结构参数和防止堵塞及跑矿措施以及平硐的位置与标高等。,七、联合运输开拓系统当开采某些特殊条件的露天矿田，如高而陡的复杂山坡地形，或高差大的深凹露天矿，或深度不大的凹陷露天矿其下部境界范围窄小，或因边坡不稳定等，从技术和经济效果考虑，常常采用两种或多种运输(提升)设备。联合的方式
15、可以是两种以上设备同时应用于采场内运送不同位置或不同品种的物料，这时两套开拓运输系统可以互不相干，属于并联系统。也可以是在同一时闻和空间范围内为了运送相同的物料而接力作业，属于串联系统。,八、开拓运输系统的合理确定开拓运输系统的形成是实现工艺过程和工程发展的必要手段和前提，它把两者紧密地联系起来，直接影响到露天矿的基建工程量、产量规模、矿石质量、矿岩产量均衡性、生产可靠性及工艺设备的效率和数量等。选择确定开拓运输系统的主要原则应和选择生产工艺系统以及开采程序结合起来，使能适应矿山自然地质条件，达到生产技术可靠和综合经济效果良好。具体要求是在可能条件下采用先进技术装备，使生产可靠；满足国家对矿石
16、产量及质量需要；基建期短，达产快；投资少、成本低及工效高；充分利用地下资源等。,影响确定开拓运输系统的主要因素： 自然条件 包括地形，气候、矿体埋藏条件(倾角、厚度、层数、构造、覆盖层厚度及矿体形状等)、岩石性质、水文及工程地质条件、矿床勘探程度及储量发展远景等； 开采技术条件 包括露天开采境界尺寸、生产规模、工艺设备类型、开采程序、总平面布置及建矿前开采情况等； 经济因素 包括国家有关技术、经济政策，设备材料的供应条件，对建设速度和矿石质量的要求及开采年限等。应注意因地制宜，针对具体矿山条件，在全面考虑各项因素的基础上抓住其中最主要的因素，从技术可能和经济合理两个主要方面对各种可行方案进行筛
17、选和对比，综合权衡做出决定。,第五章 露天开采规模及矿石质量,第一节 露天开采境界 一、概述一个矿床，在探明其赋存条件、矿石数量和质量等情况后，首先遇到的问题是采用露天还是地下方法开采。一般说来，影响开采方法选择的主要因素是矿床的赋存条件。对露天开采有利的矿床赋存条件是覆盖层薄、矿层倾角小和厚度大；其他如矿层赋存不稳定、矿石易自燃、历史上已被地下方法开采过的矿床等均不利于采用地下开采法。反之，矿床位于高产农业区和其上有河流及重要设施时，则可能限制了采用露天开采法。总之，应进行分析、比较，以取得矿床开采最好的经济效果。,对采用露天开采的矿床，还要确定其开采的合理范围。如图，假定煤层厚度不变则在一
18、定台阶高度h下，每一水平的采出煤量为Pi，采出P1所需的剥离量为V1，采出P2所需的剥离量为V2，直至第i水平为Pi与Vi。从直观即可看出，在m、h不变时，各水平采煤量Pi值变化不大，Vi值则随着深度H的增加和边帮角的减小而增加。,从经济上分析，露天开采的范围(深度)必然有一经济上的限度，即：CoPiaPi+bVi,或,一个采完的露天矿场呈一个大凹坑。露天开采的境界或范围是由深度、底的周界(长度l和宽度b)、最终边帮角(底帮、顶帮、端帮)三个要素组成。,二、露天开采合理深度确定的原则 1、剥采比,露天开采与地下开采的重要区别，就是除了采出矿石外，还要剥离大量的岩石，且剥离量往往多于矿石量。我们
19、把这两者的比值，称作剥采比(n)，其单位可为 m3/m3、m3/t 或 t/t 。在露天矿的生产及设计中，从不同的角度反映剥采之间的数量关系，有不同的剥采比。,（1）生产剥采比ns它是相邻台阶在开拓准备过程中，一个延深周期内各个台阶向外推帮采出的矿、岩量的比值。 （2）平均剥采比np在露天开采境界范围内矿、岩总量的比值。 （3）境界剥采比nK它是露天开采深度增加h和和 后所引起的剥离量增加值与矿石量增加值之比。,2、经济合理剥采比nj 是指在现有的开采技术和费用指标条件下，经济上有利的剥离量与采出矿量的允许最大比值。,元/m3（元/t）,m3 /m3（ m3 /t）,确定露天开采深度，实质上就
20、是对剥采比的大小加以控制，使其不超过经济合理界限nj值。 nsnj；npnj；nknj。目前广泛应用的是nknj的原则,三、确定露天开采境界的方法步骤按照境界剥采比不超过经济合理剥采比的原则圈定露天开采合理深度的方法步骤如下： 1、确定经济合理剥采比的有关费用参数：(1) 确定Co值要用地下开采成本或售价。(2) a、b值与工艺方式、开采程序及开拓运输系统等有密切关系。实际上，a、b值还与开采深度有关。若剥离物内有顺便采出的有益矿物，还要考虑它的价值可以抵消一部分剥离费用而将nj公式表现形式加以改变。a、b值还应考虑技术进步与设备更新的因素。(3) 确定：,2、在断面图上确定Vi及Pi值。为此
21、必须确定以下参数：(1)选取露天矿底宽一般它与所采用的工艺方式有关，其最小值等于开段沟宽度；(2)选取露天矿最终边坡角； (3)根据露天矿底宽、最终边坡角及台阶高度确定断面上的Vi值，Pi值与矿体厚度及台阶高度有关。Pi值还应考虑露天开采的原矿采出率；(4)在断面图上计算出不同深度的nKi=Vi/Pi值。,3、确定断面图上nKi=nj的合理开采深度； 4、确定露天矿各个地质断面图上的合理开采深度； 5、将各断面图上的合理开采深度的标高加以调整，并使露天矿的底平面长度及宽度能满足开拓坑线布置的要求(这与拟定采用的运输方式有关)。至此，可得到初定开采境界； 6、在露天矿初定境界的边帮上设置选定的开
22、拓坑线(这往往使倾斜、急倾斜或近水平矿层的最终边帮角减缓，引起补充扩帮量)，所形成的露天矿最终开采空间范围，称为最终开采境界。,四、露天矿分区开采与分期开采当圈定的露天开采范围很大时，为了减少初期投资和降低初期开采的矿石成本，可以在最终境界范围内再择优划出近期开采的较小范围(或称小境界)，供先期建设与开采，然后再扩采剩下的部分，这种措施称为分区或分期开采。面积大的近水平或缓倾斜矿床，一般要进行分区开采 ，首采区的范围应该考虑能满足国家对矿石产量与质量的要求；有一定的服务年限；有利于采用合理的工艺方式、开采程序及相应的开拓运输系统；减少外部排土量并利于向续采区段过渡。对于允许开采深度大的倾斜与急
23、倾斜矿床，为使初期投资小及开采成本低，一般采用沿深度分期开采,第二节 生产能力,露天矿采出一定数量矿石的同时要求剥离相应数量的岩石。露天矿的生产能力一般系指单位时间(如年、月、日、班)内采出的矿石(煤)量，一般均按年产量Ap(吨/年或m3/年)计算。相应的年剥离量AB(吨/年或m3/年)决定于生产剥采比值。因此，露天矿的开采规模（矿岩生产能力或称年采剥总量）为：A = AP + AB= (1+ns)AP，t/a 或 m3/a 这项指标，对露天矿所需设备、人员、投资影响巨大，也决定着矿石(煤)的开采成本及工效。,一、剥采比的变化及生产剥采比的均衡,1、剥采比的变化规律一个露天矿从开始建矿到开采终
24、了要经历几个阶段，当工作帮坡角不变时，由始至终台阶数目的变化规律是：由少变多，再减少，如果煤层厚度不变，则剥采比变化的规律也是：由小变大，再变小。这个规律是一般倾斜矿床共有的，对于水平矿床，若矿层厚度和地形变化不大时，剥采比的变化幅度则很小。,2、剥采比变化产生的影响年剥离量AB及年采剥总量A大幅度变化；设备数量和职工人数也要变化；露天矿的组织管理复杂；设备、资金和劳动力也得不到合理利用；甚至造成企业亏损。 3、均衡生产剥采比及目的在确定开采境界以后，就要在露天矿开采范围内划分为数个生产发展阶段(例如若干个台阶为一个阶段)，按照各阶段的平均生产剥采比进行生产。分阶段确定的平均生产剥采比称为均衡
25、生产剥采比。生产剥采比均衡的目的是使露天矿在一定生产时期内的设备、人员保持相对稳定。,4、均衡生产剥采比的措施 改变台阶工作平盘宽度； 改变开段沟的位置及其长度； 改变工作帮的结构及推进方式； 调整新水平延深方向及程序。,二、露天矿生产能力露天矿矿石(煤)的生产能力(或称产量)主要是根据国家需要、开采技术条件和经济合理性等因来综合确定。 1.按开采技术条件确定露天矿生产能力在一定的矿床埋藏条件下，从技术上确定生产能力主要是受新水平延深速度(即开段沟的下降速度) 、工作帮推进速度(即台阶工作线扩帮速度)和运输系统的能力的限制。,（1）对于倾斜和急倾斜矿体，必须不断地进行新水平延深工作。,从上个开
26、段沟掘完到本水平开段沟掘完，所花费的时间T(年)，称为延深一个台阶(水平)的时间（新水平准备时间）。按延深速度确定可能有的生产能力为：,新水平延深速度主要与选用的采、运设备类型和对新水平延深程序在时间与空间上紧密配合的合理安排有关。新水平延深速度可以按每年下降深度计算，即：,t/a,m/a,（2）对于近水平或缓倾斜矿床，露天矿正常生产后基本上不存在向下延深的问题，而要求在台阶上不断地扩帮推进。,其推进速度以V推表示(m/a)，采矿台阶走向长度为L(m)，采矿台阶高度即为矿层厚度m(m)，矿石容重为(kN/m3)，原矿采出率为K()，则可能达到的矿石生产能力为：,t/a,工作线推进速度决定于在每
27、个剥离与采矿台阶上所设置的采掘设备的数量。,2经济因素对确定生产能力的影响 当露天开采境界圈定后，可供开采的矿石储量是一定的，如果生产能力确定得大，则矿山寿命短，否则就长。,服务年限固定建筑物与结构物的投资、矿石用户(加工、冶炼、发电厂等)存在年限、单位生产能力(年产每吨矿或每吨矿岩)的投资、生产成本和劳动生产率。,露天煤矿设计服务年限,影响确定生产能力的因素较多，对于新设计露天矿，应首先考虑满足国家需要和经济合理的要求，再从技术条件加以验算，采取相应措施，使之达到需要的生产能力。若所采取的措施其代价巨大，则应将要求的产量降低，达到技术上可能和经济上合理。对于生产露天矿，一般产量已定，只是在剥
28、采比增加较多，设备不足或国家要求产量增加的情况下，才从技术条件的各个方面加以验算，采取有效措施，达到预定要求的生产能力。,第三节 矿石的损失与贫化 一、损失与贫化的计算 （1）矿石的损失 矿石的损失，是指残留于采场内未被采出的矿石(煤)，以及采出后在采、运、排等过程中矿石(煤)的损失。在开采过程中矿石(煤)的采出数量及损失数量相对于矿田开采范围内的工业可采储量的百分数表示，称为采出率(回采率)K和损失率。,（2）矿石的贫化 矿石的贫化是指矿石与岩石(或富矿与贫矿)在开采过程中相混杂后而引起的质量下降。贫化是属于质量上受到损失。质量降低的程度可用贫化率表示。,对于煤炭，贫化率称为含矸率,（3）影
29、响矿石损失与贫化的主要因素： 自然条件矿体埋藏条件是首要因素。 设计中的主要技术决定 。 生产工艺及组织管理 。,二、减少矿石损失与贫化的措施 1、近水平矿层可以按照矿、岩分界面划分台阶，或在台阶上的采掘带中按层分爆分采；急倾斜矿层采用从顶板向底板推进，在台阶上对较厚的矿、岩实行分爆分采，效果很好。,2、倾斜矿层分采措施较为复杂。首先要选择工作线的推进方向；适当降低台阶高度和采掘带宽度；适当的选择采掘带的位置矿岩分采。,3、其他措施 挖掘机：液压铲、小斗容 爆破：微差、逐孔 加强日常生产技术与组织管理工作 。,三、矿石质量中和(均衡)露天矿内矿石品级一般都不一致，而用户又有严格要求时，则需进行
30、质量中和，使能均质供矿，目的是使质量指标达到一定标准，有害成分控制在允许范围内。其实质是使高品级矿石混入低品级矿石之中，从而减少损失。搭配的方法一般在采场内要对不同品级矿石(煤)的工作面，定期安排采掘计划(控制数量及质量)，使供给选矿(煤)厂或其他用户矿石质量是均衡的。从采场运出的矿石，通过卸载(转载)、筛分(破碎)、选矿、储堆(落地堆放暂存)及装车外运等过程进一步中和(混合均匀)。,第六章 露天开采设计和经济评价,第一节 露天矿设计的特点、内容和要求,露天矿的设计是综合性的设计，包括采矿、选矿、机修、供电、疏干排水、通讯、土建等部分，其中以采矿为中心。对于采矿专业来说，露天开采设计的主要任务是根据地质、地形、气候等条件及国家对矿石产量、质量的要求，以及可能提供的资金及设备，解决生产工艺系统及设备类型的选择，确定开采境界及开采程序，对矿石生产能力的验算及生产剥采比的安排，总平面布置及确定开拓运输系统等主要问题。一个好的设计应该在技术上是优越的和经济上是合理的。,
