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-1-露天矿开采工艺第一章绪论金属矿床开采按不同的埋藏条件，主要有以下三种方法：①露天开采，②地下开采，③砂矿床开采，目前主要是机械化采掘，本课程主要讲机械化露天开采的方法。一、露天开采的基本概念及述语露天开采是在一定范围内敞露的空间里，将掩盖在矿体上部的表土及周围部分的岩石剥除掉，而把矿石开采出来。因此为了采出矿石，还必须开采矿石。1．台阶（bank）：（图1-1）开采时，自上而下把矿岩划分成具有一定厚度的水平分层，用独立的采掘、运输设备进行开采，各分层保持一定的超前关系，从而形成阶梯状。台阶由以下要素构成：上部平盘、下部平盘、坡面、坡顶线、坡底线、高度、坡面角。台阶分：工作台阶…工作平盘布置采掘、运输设备。非工作台阶…保安平台：用于缓冲和阻截滑落岩石，减缓边坡角。清扫平台：阻截滑落岩石并用清扫设备进行清理。运输平台：作为工作台阶与出入沟运输的联系通道。2、工作线（Avdvanceline）…已经做好准备而形成的矿岩区段。3、采掘带（excavation-2-zone）：开采时将台阶划分为若干个条带，逐条顺次开采，每一个条带叫做采掘带。参数：宽度1、实方……取决于爆破方法和参数。2、电铲…取决于电铲的挖掘和卸载半径。4、采区（workingsection）每一条带开采时也可划分为若干区段配以独立的采运设备。参数：长度…一条电铲所占的采掘工作线长度。5、露天坑道：按用途分：1、出入沟…建立开采水平间的运输通道。(Bl—4中的AB)。2、开段沟…建立第一条工作线（初始台阶）见图l—4中的CD。按断面形状分：整断面（1－5a）,单侧沟（1－5b）6．露天矿场（openpit）已经进行和正在进行露天开采的区域，由台阶和露天坑道形成。山坡露天：封闭圈以上。凹陷露天：封闭圈以下。构成要素：（1）边帮：露天矿场四周表面的总体，分：顶帮、底帮（slope）、端帮（2）工作帮：（workingslope），非工作帮（slopeofrespose）（3）工作帮坡面及工作帮坡面角（4）非工作帮坡面及最终边坡角。（5）上下部最终境界线……开采结束时，非工作帮坡面与地面或露天矿底平面相交的闭合曲线。（6）露天矿场最终境界：上下部最终境界线所限定的位置。-3-二、露天开采工艺过程穿孔－爆破－采装－运输－排卸工艺形式分：间断式工艺，连续化工艺，半连续化工艺。这几个生产环节是互相紧密配合的，因而在不断完善各生产环节的同时，还必须考察他们的联系，以便提高全露天矿的综合生产能力。三、露天矿山工程的发展程序如前所述，从露天矿场采出矿石和岩石是从一定工艺过程实现的，这种工作总称为露天矿山工程。露天矿山工程：按施工对象分：剥离工程和采矿工程。按施工形式分：掘沟工程和括帮工程。矿山工程的发展按一定程序进行的。对于一个台阶：掘出入沟开段沟扩帮对于上下水平：掘沟与扩帮同时进行，即上部水平扩帮的同时下部水平掘沟，于是：1、矿山工程深度不断增加，直到最终开采深度。2、各开采水平的工作线从最初开段沟的位置不断向外推进，直到最终边界。3、露天矿场在发展过程中，逐步由小变大，由浅至深，不断采出矿石和剥离岩石，直至最终境界范围内开采终了为止。露天矿山工程的发展程序的本质特征是渐进的即开采工作要不断在空间移动，台阶工作线不断扩展推进，露天采场随之逐深扩大。综述露天采矿工作特点：生产对象是天然赋存矿岩，开采地点及生产条件不断推移变化，旧水平不断结束新水平陆续投产，构成了采矿过程从准备到生产又从生产到新的准备的循环运动规律，使掘沟、剥离、和采矿三者之间总是保持相互依存和相互制约关系。第一章露天矿生产工艺综述-4-Chapter1thesummarigationofproductiontechnologyinsurfacemining第一节穿孔爆破工作（drillingandblastingoperation）一、概述矿岩采掘前要进行准备，其方法有：穿爆法，机械法（犁土机松破，推土机堆集），水力法。常用穿爆法，对于爆破后的矿岩有如下基本要求：1、有足够的爆破贮备量,至少能满足电铲5一10昼夜的采装需要。…（对矿岩数量上的要）。2、要有合格矿岩块度要求：(质量上的要求)电铲:a=0.83厂v破碎机:a=0.8A胶带机:a=(0.3—0.4)B3、要有规整的爆堆和台阶。4、安全:减震、减少冲击波，注意碎石抛掷。经济:爆破本身的经济：合理的装药结构、起爆方式、爆破方法、总的采装运输经济效果。二、穿孔设备的选择和使用根据岩石破碎方式有：1、牙轮钻机（rotarydrill）属回转式钻机：五○年代兴起，美国，加拿大，澳大利亚露天矿几乎全用。西方国家主要使用美国产品：孔径为ø250、310、380。比塞骆斯－伊利（B-E）R型。加登纳－丹佛（gardner－denver）GD.n。马里思（Marion）M－4。东欧国家用苏联产品：cbm－250cμ,cbm－320,bam－320。我国:KY－250c（XYZ－250c）υ＝0.383pn/fD1（厘米/分），p－轴压（千牛顿），h－转速（转/分），f－岩石坚固性参数，D1－钻头直径（厘米）。1)强制钻进：高压轴（300－600k/v）低速（150转/分以内）2)高速钻进：低压轴（100－200k/v）高速（300转/分）大冲功低频率（每厘米为卡8－10卡/千米，850－1300次/分）…合理小冲功5.5－7，高频率（1900-2500）-5-评价：效率高4000－6000米/月，最高10000米/月是钢绳冲击式4－5倍，孔径大台年穿孔量达400－600万吨，最高1200万吨/年，是潜空钻机2－4倍。应用：用于大型金属矿山中硬以上的矿岩穿孔。2、潜孔钻机（down－the－holepercussivedrill）属冲击回转式，潜孔技术早在1932年由美国英格索－兰法（ingersellrand）公司首先推出。最初用于地下矿崩落法，五○年代初才用与露天矿。型号：国外T－5（大型）DM－3（中型）我国KQ－150AKQ－200KQ－250评价：孔径小，能穿凿各种不同倾角的炮孔有利于矿石分采和合理控制品位、块度，结构简单、操作维修方便、价格便宜、设备效率发挥较好。3000－4000米/台月，适用于中小型露天矿。υ＝1.27ank/D²Ea－冲击功公斤·米n－冲击频率次/分k－冲击波利用参数E－岩石凿碎功比耗公斤·米/厘米³D－钻头直径厘米3、火钻（jetpiercingdrill）jpm型储高温(1600℃－3000˚C)、高速(1100一1800m／s)的火焰喷向岩石表面,使岩石在热力作用下骤热、膨胀、碎裂、剥落成孔。火钻的穿孔机理就是建立在岩石受热产生不均匀变化的基础上，因此适用于热容量小、导热性差、膨胀性大的岩石。优点：在极硬而且磨蚀性强的矿岩中穿孔效率6－10米/小时，同时还可以进行扩孔作业。缺点：消耗大量的柴油和氧气(或压气)，穿孔成本很高。（关于各种钻机穿孔效率的分析，可参阅教材内容自学）。穿孔设备数量计算。P17三、爆破作业爆破技术已再《爆破工程》课中详细学到，现只把露天矿用的爆破方法作一归纳。正常台阶爆破。1、多排孔微差爆破（multiple－rowdelayblasting）机理：产生新的自由面，应力波的叠加，岩石互相碰撞，地震波的互相干扰。-6-微差间隔时间：25－50毫秒起爆顺序：－逐排，斜线，波形，掏槽优点：一次爆破量大，减少爆破次数和避炮时间，改善爆破质量，减少大块，提高穿孔效率。2、大巴微差挤压爆破（bufferblasting）保留一定厚度的堆渣：一方面能延长爆破的有效作用时间改善炸药能的作用和破碎效果，另一方面能控制炸堆宽度避免矿岩飞散，但要求台阶平盘宽度增加，爆堆高度大，炸药消耗量大。3、高台阶爆破。（highbenchblasting）成倍的增大爆破量，有利于穿爆、采、运工作平行作业，爆破集中，改善爆破质量减少超钻开孔量，提高穿钻开孔效率。但穿钻深度大，钻机作业困难，台阶下部夹制作用大，质量不易保证。几点帮爆破：a)多段微差爆破－采用更多段数可分离各段爆破地震波，减少地震作用。b)预裂爆破…先爆密集的预裂孔，采用不偶合装药，使采掘爆破地震波在裂缝面上被吸收产生较强的反射，以削弱地震波的强度。c)光面爆破…主要用于处理边坡使坡面岩壁平整。（后爆密集孔，不偶合装药）。d)缓冲爆破…常与预裂和光面配合使用即在密炮孔与预裂孔间（光面-7-孔）间打若干排、缓冲孔抵抗线装药量逐渐递减）。第二节采装工作（loadingoperation）采装工作是露天开采全部生产过程的中心环节，采装工作的好坏直接影响到矿床的开采强度露天矿生产能力和最终经济效果。因此，如何正确选择采装设备采用良好的工作方法，以提高采装工作效率对搞好露天矿生产具有及其重要的意义。一、露天矿用的采装设备主要是使用：挖掘机、前端式装载机。分类如下：single…bucketshovledraglineExcavatormultiple(continuous)-bucketchainbucketexcavatorbucketwheelfront-endloader1、机械铲（shovle）工作间断式，有较强的挖掘力，适用于挖掘各种不同硬度的矿石，可用于采矿、剥离、排土、掘沟、捣堆等工作。铲斗与悬架钢性连接，挖掘电铲站立水平以上的矿石。随着露天矿规模不断扩大，机械铲规模也增大。⑴、装载机械铲矿山以使用的最大斗容量为19米³，常用4～11.5米³。美国产品：B-E公司：280-B(10.6米³)195-B(7.6米³)295-B(15.2米³)Marion：191-M、192-MHarnischfeger：P&H2100(13米³)P&H2300(16.8米³)P&H5700(38米³)苏联产品：Зkt－4、Зkt－8N、Зkt－20国产：WK－4（4.6米³)、WD－800（8米³)、WD－10（10米³)⑵、剥离机械铲已制出6360－M（137.5米³)-8-美国皇后河煤矿使用Marion生产的95.6米³剥离铲臂长68.6米可一次剥离38米厚度岩层每小时剥离矿砂和页岩3800米³。2、索斗铲（dragline）铲斗与悬架挠性连接，挖掘电铲站立水平以下的矿岩。主要用于不需爆破的松软岩层和半黏结性土壤的剥离工作。工作规格大，效率高。美国俄亥俄州的曼其奈露天矿使用4250－W铲斗容168米³生产能力达3400万米³/年。3、斗轮铲（bucketwheel）连线作业式采装，常与带式运输机配合组成连续生产工艺系统。目前在金属矿已有发展，如苏联列别金铁矿剥离废石每小时生产能力达1000－3000米³。卸载方式：前卸、后卸、侧卸。引导方式：轮胎、领带。传动方式：机械、电、液压。操作系统：钢绳、滑轮、液压。4、前装机（front----endloader）是一种自铲自运设备，行走速度快，机动灵活，爬坡能力大（20度左右）作业效率不受台阶低的影响，因此，近年来前装机在露天矿作业中占愈来愈大的比重。目前常用于①装车②直接装运③高台阶排土场倒运④辅助作业⑤与挖掘机配合⑥掘沟国内用柳州工程机械厂出的Z450和Z4－4（2.7米³)在广西水泥厂石灰石矿和福建潘洛矿用。并引进了日本川崎产品的KLD－100(5米³)在南芬和海南做辅助设计用。二、机械铲的工作参数及作业方式1、工作参数挖掘半径（Rw）:最大（Rwm），站立水平（Rwz）挖掘高度（Hw）：最大（Hwm）卸载半径（Rx）卸载高度（Hx）下挖深度（Kw）2、作业方式：侧面平装车，侧面上装车，端工作面层尽头平装车，捣堆作业。三、电铲采装工作面要素1、工作面高度（heightofbench）受各方面因素限制：如电铲工作参数、矿岩性质和埋藏条件、穿爆工作要求、矿床开采强度以及运输条件。1)电铲工作参数的影响平装车挖掘不需爆破的岩土h≤Hwma)从安全出发-9-坚硬岩石爆堆高度：h≤（1.2……1.3）Hwm从效率出发：h≥2/3Htb)上装车h≤Hxm-hc-exh≤(Rxm-Rwz-C)tgα2）其它因素a)矿岩埋藏条件：保证稳