露天采矿概论

主讲人：周伟电话：[phone]Email:[e-mail]联系方式：★露天开采规模与矿石质量★间断生产工艺系统★连续、半连续及倒堆开采工艺系统★露天开采的科学技术发展方向★露天开采程序与开拓运输系统★露天开采设计及经济评价★露天开采总论第一章露天开采总论第一节.露天开采的特点及发展1.露天开采的特点露天开采的特点是采掘空间直接敞露于地表，为了采出有用矿物，需将矿体上覆的土岩及部分周围的岩石剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。围岩围岩矿体采空区优点：（1）生产规模大、效率高；（2）露天开采成本一般比矿井开采成本低；（3）回收率高，可顺便采出伴生矿物；（4）木材、金属、电力等材料消耗少；（5）作业安全、劳动条件好，能开采易燃、多水、高瓦斯矿床；（6）矿山基本建设周期短，投产及达产快。（7）易于环保、易于治理.露天采矿概论2.露天开采的优缺点一.露天开采的特点及发展缺点：（1）破坏和占用大量的土地和耕地；（2）需大型设备多，投资较高；（3）气候条件影响较大；（4）要求矿床覆盖层薄和矿层厚，否则基建剥离量过大；（5）对环境污染较严重。2.露天开采的优缺点一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展3.1国内外露天开采的现状及发展趋势据统计，全世界固态矿产（包括建筑材料）的年开采总量约为11.6☓1010t，露天开采量约占80%。据统计世界各类主要矿产中露天开采所占比重分别如下：磁铁矿78%磷酸盐矿87.5%褐铁矿84%石棉矿75%锰矿86%褐煤84%铜矿90%烟煤25%铝土矿91%建筑材料100%镍矿45%油矿30%我国主要矿床露天开采的比重如下：铁矿石87%有色金属矿石50%煤炭10%化工原料70.7%建筑材料100%图世界主要产煤国家露天开采产量占总产量比重对比图0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1印度德国澳大利亚美国俄罗斯南非波兰中国90%76%71%67%58%53%32%9%4、露天煤矿所占的比例•我国煤层出露的露头相对更少。所以，具备露天开采的比例相对较少。•此外，露天开采的机械化程度比较高，初期投资偏大，民营企业几乎干不起，地方企业也不可能轻松投入。因此，我国露天煤矿所占的比例相对很小。上世纪末的1998年，我国露天煤矿的比重仅为3.3%，时至2009年，我国露天煤矿的比例大约仅为9%。一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展3.2我国露天煤矿的发展我国露天煤矿的发展大体经历了四个阶段：（1）1950——1957年新建海洲露天煤矿，改扩建了抚顺、新邱露天煤矿，总体设计能力720万吨/年，1956年在抚顺成立了露天开采技术研究所。这个阶段露天产量不断提高，经济效益好。（2）1958——1980年兴建了平庄、义马等8个露天煤矿，总体设计能力为725万吨/年。这个阶段“三边”政策、大跃进、文革，剥采失调，长期达不了产。——不良影响。一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展（3）1981年—2003年新建安太堡、霍林河、伊敏、元宝山、准格尔、安家岭等大型露天煤矿，对抚顺西露天煤矿、小龙潭露天煤矿进行了改造。引进先进技术和设备，国产露天矿设备不断发展，已生产出千万吨级设备。生产能力和经济效益大大提高，露天采煤事业发展迅速。(单斗—卡车）技术装备水平不断提高。80年代以前绝大部分采用单斗铁道工艺，后来，则多采用单斗汽车、半连续、连续及综合工艺，并向这些发展、向综合性发展。目前：2000万吨级；集中化综合化；剥离半连续；拉斗铲倒堆剥离；抛掷爆破技术；端帮采煤。第二讲露天开采基本知识一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展第二讲露天开采基本知识一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展3.3现代露天开采的技术特征（1）开采集中化（2）开采工艺多样化（3）规划、设计及生产管理计算机化（4）矿用设备大型化、标准化（5）安全生产及环境保护规范化（6）开采条件、地质条件扩大化及恶化（7）重视资源的综合开发利用（8）煤与电的结合、市场化煤及煤矿床产状与构造○煤的生成○围岩---沉积岩○岩层的产状○岩层的构造○煤层的赋存状况岩石岩石是矿物的集合体，从生成原因可将其分成三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。（1）岩浆岩岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石成为岩浆岩（又称火成岩）。侵入岩、喷出岩、深成岩、浅成岩。（2）沉积岩由地质作用形成的岩石碎屑（泥、砂、砾石）、各种有机物以及溶解在水中的物质，在低洼的海洋、湖泊、沼泽等富水盆地中沉淀下来，逐层堆积，经过压实、脱水、胶结而形成的坚硬岩石，称为沉积岩。由于先后沉积下来的物质在成分、性质、粒度、颜色、形状等方面不同，形成了分层的特征。上下两层之间的界面称为层面。具有层理、化石特征。（3）变质岩原生岩石（原来以形成的岩浆岩、沉积岩、变质岩），在地壳运动中受到高温、高压和外来物质的参与下，在结构、构造或某些化学成分和矿物成分发生了变化，而形成的一种新岩石，称为变质岩。煤田地质基本知识煤田地质基本知识二.煤及煤矿床1.煤的生成煤是埋藏在地下的一种可燃矿物，它是由古代的植物变成的，属于沉积岩。煤的生成条件主要是：繁茂的植物，温暖的气候，延缓的地形加河流或湖泊的搬运，以及各种形式的地壳运动。（1）植物变成煤的两个阶段：第一阶段为泥炭化阶段。植物枯死——被水掩盖——水解与生化作用——失去结构——褐黑色物质（泥炭）第二阶段为煤化阶段。地壳不断下降——覆盖层逐渐加厚——压力与温度影响——逐渐失去水分——含炭量逐渐增加（碳化）。碳化作用愈高，煤的水分和挥发份愈少，相对碳的含量愈多，煤的质量就愈好。煤田地质基本知识二.煤及煤矿床1.煤的生成（2）煤层及成煤时期：煤层泥炭和砂上石是交替沉积的，经过长期的变化泥炭形成了煤层，砂石组成了岩层。煤田大面积含煤地带。煤田的形成需要经过相当长的时间，为了便于说明煤田的生成时间，常用地质的历史年代来表示。时代世纪生物演化特征距今年(Ma)新生代第三纪,第四纪哺乳动物,出现人类60~中生代三叠纪,侏罗纪,白垩纪鸟类和自行动物极盛185~60古生代寒武纪,奥陶纪,志留纪,泥盆纪,石炭纪,二叠纪由三叶虫发展到自行动物520~185元古代震旦纪出现低级动物如藻类520以上太古代五台纪无生物1000以上地质年代表我国主要成煤时期为石炭纪、二叠纪、侏罗纪、第三纪第一讲煤田地质基本知识二.煤及煤矿床2.围岩——沉积岩在我国露天煤中遇到的岩石绝大部分为沉积岩，常见的有石灰岩、泥炭、页岩、砾岩、砂岩等，其主要特征为：石灰岩主要由碳酸钙组成。由均质石灰岩组成的露天矿边坡，一般较为稳固。但裂隙发育的石灰岩则易跨落，当地表水或地下水不断渗入，溶蚀后易形成溶洞，引起塌陷。页岩是具有象书页一样薄层理的泥质岩，沿层理易裂开。煤系中页岩，往往含碳较多，形成黑色的碳质页岩。页岩的硬度低，极易破碎，穿孔、爆破都较容易。砂岩主要成分为石英及长石类矿物碎屑。砂岩按其颗粒大小分粗、中、细砂岩。因胶结物的成分不同（铁质、硅质、钙质、和粘土质），各种砂岩的硬度差别很大。粘土岩常见于煤层底板，是一种硬度小的软岩石，具有吸水性，受水后可塑。这种岩石对露天采场边坡稳定性影响很大。煤田地质基本知识三产状与构造1.岩层的产状岩层的产状一般用走向、倾向、倾角（岩层产状三要素）来表示。走向岩层的层面与水平面的交线方向。倾向岩层面上垂直走向的倾斜线，在水平面上投影的方向。倾角岩层面与水平面之间的夹角，其大小反映岩层的倾斜程度煤田地质基本知识三.产状与构造2.岩层的构造岩层的原始产状发生改变，原始形状受到破坏，统称为地质构造变动。受构造变动后的岩层形态，称为地质构造。地质构造有三种基本类型：褶曲、节理、断层。（1）褶曲沉积岩层在构造力作用下，产生塑性变形，出现一系列波状弯曲——褶皱构造。褶皱中的一个弯曲叫褶曲，它的中心部分岩层称为核，核的两侧岩层称为翼。（侵蚀）。褶曲两翼地层倾向相背（凸形）的情况称为背斜构造，其褶曲顶部称为背斜轴；褶曲两翼地层倾向相向（凹形）的情况称为向斜构造，其褶曲底部称为向斜轴。向斜轴背斜轴煤田地质基本知识三.产状与构造2.岩层的构造（2）节理（裂隙）岩层受力后将产生变形，如果外力超过岩层所能承受的弹性变形时，它的连续性和完整性均遭破坏，出现裂纹（断裂），有的大小不一、纵横交错，有的沿断裂面两侧岩层发生相对位移，这些构造统称为断裂构造。岩层没有发生明显相对位移的纵横交错的裂纹，称为节理或裂隙。节理对露天开采作业有一定影响。节理发育时，爆破能往往沿裂隙方向传布，产生大块。露天边帮的岩石中发育的节理，是影响边坡稳定的重要因素。节理也是地下水赋存的有利条件。（3）断层断层也是地壳运动的产物。断裂后的岩层出现裂纹或破坏带，其两侧岩层发生相对位移，称为断层。根据岩块相对位移的情形，断层可分为正断层、逆断层、平移（平推）断层。正断层上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层上盘相对上升，下盘相当下降。平移断层上下两盘水平方向移动，没有垂直方向的移动。正断层逆断层平移（平推）断层3.煤层的赋存状况煤层赋存状况是指煤层数目、煤层间距、煤层厚度和倾角、埋藏深度、煤层结构、稳定性、煤质、地质条件等。对露天开采影响比较大的是煤层厚度和倾角。煤层厚度从煤层的顶板到底版的垂直距离。总厚度煤层群顶底版间的垂直距离。包括其间所有煤分层和夹石层的厚度。可采厚度可以开采煤分层的总厚度。最低可采厚度在现有条件下技术上可行和经济上有利的煤层厚度。通常可把煤层按厚度分为：薄煤层——1~3.5m中厚煤层——3.5~8m厚煤层——8m以上通常可把煤层按倾角分为：急倾斜煤层——倾角45o倾斜煤层——倾角10o~45o缓倾斜煤层——倾角5o~10o近水平煤层——倾角5o露天采矿概论第三节露天开采的步骤在赋存有地下资源的地区，经过普查、详查、精查等不同的地质勘探阶段，探明了矿床的产状、构造、储量等情况。经过矿区开发可行性研究、矿区总体设计、初步设计、技术设计和施工图等设计阶段，寻求技术上可行、经济上合理的露天矿开发方案。设计被批准后，即可进行露天矿区的建设。一个露天矿区的建设要涉及许多部门，如铁道、电力、机械制造、民政等。露天矿从建设到生产需经过下述主要步骤：（1）地面准备（2）矿体疏干、隔水和排水（3）基本建设工作（4）日常生产工作•台阶：露天开采时，通常需要把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段。台阶是进行独立采剥作业的单元体。露天开采基本名词术语露天开采基本知识-12水平±0水平+12水平AαhA124531.台阶及命名阶梯、下盘标高2.台阶要素（1）台阶上部平盘（上盘）（2）台阶坡顶线（3）台阶坡面（4）台阶坡底线（5）台阶下部平盘(下盘）（6）台阶坡面角α（7）台阶高度h（8）采掘带宽度A（1）台阶上部平盘：是台阶上部的水平面；（2）台阶下部平盘：是台阶下部的水平面；（3）台阶坡面：台阶倾斜的面；（4）台阶坡顶线：为台阶上部平盘与台阶坡面的交线；（5）台阶坡底线：为台阶下部平盘与台阶坡面的交线；（6）台阶坡面角：为台阶坡面与台阶下部平盘水平面之间的夹角；（7）台阶高度：台阶上部平盘与下部平盘之间的垂直距离台阶的命名通常是以该台阶的下部平盘（装运设备站立平盘）的标高来表示。台阶组成要素如下：名词术语βγφABDCEF露天矿场构成要素3.露天矿场要素（1）露天矿场边帮（5）平台（2）工作帮（DF)（6）露天矿边帮（废止）角（β、γ)（3）非工作帮（AC，BF）（7）工作帮坡角（φ）（4）工作平盘（8）露天矿场最终境界名词术语采掘带：开采时，将工作台阶划分成若干条带逐条带顺次开采，每一条带叫采掘带。非工作帮：由结束开采工作的台阶平台、坡面和出入沟底组成的露天矿场的四周表面称为非工作帮或最终边坡。位于矿体下盘一侧的边帮叫底帮，位于矿体上盘的一侧的边帮叫顶帮，位于矿体走向两端的边帮叫端帮。工作帮：正在进行开采和将要进行开采的台阶所组成的边帮。最终