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第一节概述第二节露天矿生产工艺第三节露天开采境界第四节露天开拓方法第一节概述•一露天开采特点•二露天开采基本概念•三露天开采步骤与矿山工程露天开采特点：采掘空间直接敞露与地表矿体周围的岩石及其上覆的土全部采剥掉露天矿穿孔作业露天开采是采矿和剥离两部分工作的总和装药爆破作业铲装运输作业露天矿区复垦作业露天开采地位•全世界固体矿物产量的三分之二用露天开采煤铁铜建筑材料60％90％90％100％•我国比重：煤铁铜建筑材料4％90％50％100％一、露天开采的优点露天开采的主要优点：受开采空间限制较小劳动生产率高开采成本低矿石损失贫化小露天开采比地下开采更为安全可靠基建时间短劳动条件好，作业比较安全露天开采的主要缺点：作业粉尘与有害气体危及人身健康与生态环境露天开采需要较多的废石场用地气候条件对露天开采作业有一定影响发展趋势：进一步加大开采深度采用新的剥采工艺和加工方法尽可能提高矿岩的综合利用应用具有发展前景的微波照射技术起爆炸药治理环境，保持生态平衡电子计算机将广泛应用于露天开采设计、生产管理以及露天开采技术经济等方面。二、露天开采的基本概念根据矿床埋藏条件，露天矿分为山坡露天矿和凹陷露天矿凹陷露天矿山坡露天矿露天开采上部境界在同一标高上形成的闭合曲线，称为封闭圈。露天开采境界封闭圈以上为山坡露天矿，封闭圈以下为凹陷露天矿。露天采场：露天开采过程中所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和。露天采场示意图台阶的命名，通常以开采该台阶的下部平盘的标高表示。二、露天开采的基本概念由结束开采工作的台阶平台、坡面和出入沟底组成的露天采场的四周表面称作非工作帮，当非工作帮位于最终境界时，称作最终边帮或最终边坡。位于矿体下盘一侧的边帮叫做底帮，位于矿体上盘一侧的边帮叫做顶帮，位于矿体两端的边帮叫做端帮。二、露天开采的基本概念露天采场构成要素二、露天开采的基本概念剥离的岩石量与所采的矿石量之比，即每采一吨矿石所需剥离的岩石量叫做剥采比。其单位可用t/t、m3/m3或m3/t表示。爆破带：开采时，通常将工作台阶划分成若干条带逐条顺次开采，每一条带称为爆破带。采掘带：挖掘机一次挖掘的宽度称为采掘带。最终帮坡面：通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面(图中的AG、BH)。最终边坡角：最终帮坡面与水平面的夹角(图中的β、γ)。工作帮坡面：通过工作帮最上一个台阶的坡底线和最下一台阶坡的底线所作的假想斜面(图中的DE)。工作帮坡角：工作帮坡面与水平面的夹角(图中的φ)。工作平盘：工作帮上进行采剥作业的平台。露天采场构成要素示意图1—工作平盘；2—安全平台；3—运输平台；4—清扫平台上部最终境界线：最终帮坡面与地面的交线(图中的A、B点)。下部最终境界线：最终帮坡面与露天采场底平面的交线(图中的G、H点)。最终边帮上的平台，按其用途分为安全平台、运输平台和清扫平台。安全平台宽度一般约为台阶高度的1/3。露天采场构成要素示意图1—工作平盘；2—安全平台；3—运输平台；4—清扫平台运输平台宽度：依所采用的运输方式和线路数目决定。清扫平台宽度：一般每隔2～3个台阶在四周的边帮上设一清扫平台，其宽度依所用的清扫设备而定，通常大于6米。露天采场的封闭圈：由上部境界线最低点与水平面相交形成的闭合曲线。露天采场示意图露天开采步骤：通常包括地面的场地准备、矿床的疏干和防排水、矿山基建、矿山生产以及地表的恢复利用等内容。掘沟、剥离和采矿是露天矿在生产过程中三个重要的矿山工程。在露天矿，一般自上而下进行掘沟、剥离和采矿工作，上部水平依次推进到境界，下部水平顺次开拓和准备出来；掘沟、剥离和采矿三者之间是相互依存和相互制约的。三露天矿开采步骤和矿山工程教学主要内容与要求一、理解和掌握下列内容：1、露天矿爆破方法和露天矿开采对爆破工作的要求；2、露天矿临近边坡的控制爆破技术与方法；3、掌握采掘工作面参数确定方法；4、掌握影响废石场位置选择的主要因素。二、一般了解的内容：1、穿孔设备的选型和数量确定方法；2、采掘设备选型及其影响因素；3、露天矿运输的方式、特点与基本要求；内容简介穿孔、爆破、采装、运输、排岩、复垦等工艺构成金属露天矿开采的主要工艺。图10－1穿孔作业图10－2台阶爆破作业图10－3采装作业穿孔爆破：将矿岩从整体中分离出来，并破碎成适合的块度。穿孔爆破工艺是影响露天矿生产的一个最重要的工艺环节。图10－4潜孔钻机钻孔一、穿孔工作1、穿孔方法：机械钻孔、热力钻孔、化学钻孔、超声波钻孔及高压水力钻孔等。图10－5潜孔钻机钻孔机械穿孔法常用的设备有牙轮钻机、潜孔钻、钢绳冲击式钻机以及凿岩台车。2、穿孔设备图10－6牙轮钻头图10－7牙轮钻机图10－8潜孔钻机穿孔设备选型：主要考虑露天矿的生产规模，其次考虑矿岩性质、作业条件等。穿孔设备数量计算：主要取决于矿山的采剥总量、钻机效率、工作制度。二、爆破工作⒈露天矿爆破方法⑴浅眼爆破法。⑵深孔爆破法。根据起爆顺序和起爆时间的不同，又分为齐发爆破、秒差爆破、微差爆破。⑶大爆破(或称硐室爆破法)。图10－9台阶深孔爆破图10－10大爆破⒉露天开采对爆破工作的要求⑴对爆破矿岩数量的要求工作面每次爆破的矿岩量，至少能保证挖掘设备5～10昼夜的采装。⑵对爆破质量的要求①大块率。超过允许块度的矿岩块称为大块。大块总量与爆破总量的比率称为大块率。②爆堆形状和尺寸爆堆的形状和高度、宽度和松散度，对采装、运输工作都有很大影响。爆破后，台阶工作面的形状要规整，不允许出现根底、伞岩等凹凸不平的现象，如图所示。图10－11爆破工作面根底、伞岩1—爆堆；2—根底；3—伞岩③爆破后冲在新形成的台阶上部，产生新的裂隙，并出现了破碎矿岩的堆积体，如图所示。图10－12爆破后冲1—爆堆；2—上翻堆积体；3—裂隙⑶对爆破安全的要求爆破可能产生空气冲击波、爆炸震动波，以及爆破飞石，对露天矿的边坡、周围的建筑物和构筑物、人员和设备等造成危害。⑷对爆破经济上的要求合理确定孔网参数，采用不同的炸药、装药结构、爆破方法和起爆方式，以提高爆破效果、降低爆破成本。⒊露天矿的生产爆破即露天矿生产台阶的深孔爆破。⑴多排孔微差爆破多排孔微差爆破，是指排数在4排以上、孔深6m的微差爆破。※主要优点：①—次爆破量大；②改善爆破质量；③提高穿孔设备利用率；④提高采装、运输设备效率。⑵多排孔微差挤压爆破在台阶工作面前留有一定数量的碴体，并选用合理的微差间隔时间和起爆顺序所进行的—种微差爆破。挤压爆破的钻孔排数，至少应在4排以上,如图所示。※主要优点：①可以显著地增加岩石中爆炸应力，延长爆炸作用时间，改善炸药能量的利用率和爆破效果；②能控制爆堆宽度，避免矿岩飞散。⒋露天矿临近边坡的控制爆破⑴预裂爆破沿露天矿设计边坡境界线，钻凿一排较密集的钻孔，在采掘带主爆孔未爆之前先行起爆，从而炸出一条有一定宽度并贯穿各钻孔的预裂缝。预裂缝吸收并反射地震波，从而降低地震效应，减少对边坡岩体的破坏，提高边坡坡面的平整度，保护边坡的稳定性。预裂爆破⑵光面爆破光面爆破和预裂爆破基本相似，不同之处在于起爆的时间上。光面爆破并不能反射或抑制采掘爆破的爆炸应力波。图10－13光面爆破形成台阶坡面图10－14光面爆破施工面⑶缓冲爆破沿临近边坡界线布置若干排抵抗线和装药量都逐渐递减的缓冲孔，组成能衰减地震效应的缓冲层，并在正常采掘爆破之后起爆。图10－15电站边坡缓冲爆破图10－16公路边坡缓冲爆破采装工艺：指在露天采场中用设备和方法把处于原始状态或经爆破破碎后的矿岩挖掘出来，并装入运输设备或直接倒卸至—定地点的作业。如图所示。改善采装工艺的关键，是使采装设备的选型与采装工作面参数互相适应、主要作业设备和辅助作业设备的良好匹配。图10－17露天采场装运工艺金属矿床露天开采使用的采装设备多种多样。岩石的可挖性指岩石抗挖掘的特性，它是一个多因素构成的岩石铲挖阻力的总概念。挖性经爆破破碎后岩石的可原岩的可挖性被挖岩石状态，岩石可挖性)(一、单斗挖掘机采装⒈单斗挖掘机的结构（1）电铲电铲结构如图所示。1—动臂；2—推压机构；3—斗柄；4—铲斗；5—开斗机构；6—回转平台；7—绷绳滑轮8—绷绳；9—天轮；10—提升钢绳；11—履带行走装置；12—斗底门；13—开斗电动机电铲结构⑵液压铲液压铲在动力装置和工作装置之间采用液压传动。液压铲外形结构如图所示。1—铲斗；2—斗柄；3—铲斗油缸；4—斗柄油缸；5—动臂油缸；6—动臂7—操纵系统；8—回转机构；9—行走机构；10—上部机构液压铲结构2．单斗挖掘机的工作参数挖掘机主要工作参数是指挖掘半径、挖掘高度、卸载半径和卸载高度。如图所示。单斗挖掘机工作参数3、采掘工作面参数单斗挖掘机工作面参数主要有：台阶高度、采区长度、采掘带宽度和工作平盘宽度。⑴台阶高度h对台阶高度的要求：既要保证安全，又要有利于提高采装效率。⑵采区长度LC：划归一台挖掘机采掘的台阶工作线长度叫作采区长度。采区长度采区的最小长度应满足挖掘机正常作业，至少应保证挖掘机有5～10天以上的装载量。⑶采掘带宽度bC原岩(松软)采掘工作面合理的采掘带宽应保持挖掘机向里侧回转角不大子90°，向外侧的回转角不大于30°。⑷工作平盘宽度B最小工作平盘宽度(Bmin)：布置采掘运输设备和实现正常采装运输作业所需的最小宽度。工作平盘宽度主要取决于爆堆宽度、运输设备规格以及作业的安全宽度等。★汽车运输时最小工作平盘宽度，如图所示。Bmin=b+c+d+e+f+g★铁路运输时最小工作平盘宽度，如图所示。Bmin=b+c1+d1+e1+f+g汽车运输最小工作平盘宽度铁路运输最小工作平盘宽度二、前装机采装四、铲运机采装前装机有可供更换的工作部件达30种左右，使之用途更加广泛。铲运机是一种兼具挖掘、运输和翻卸功能的工程机械。前装机铲运机露天矿运输，是将露天采场的废石运至废石场，矿石运至选矿厂或贮矿场，人员、材料运至工作地点。在露天开采的矿山中，矿山运输工序十分重要，其基建投资额约占总基建费用的40～60%。运输成本和工时分别占矿石开采总成本和总工时的一半以上。图10－29露天矿采运现场53露天矿运输的特点：基本物料运量大部集中于单一方向线路或道路运输强度大，车辆周转快装卸时有冲击作用其他工艺过程与运输的可靠性紧密相关矿岩装载点及剥离物卸载点不固定采场提升/下放矿岩坡度陡矿石分采和配矿时的运输组织复杂运输线路场地狭窄一、公路(汽车)运输⒈运输设备在露天矿公路运输设备中，普遍采用各种载重量的后卸式自卸汽车。图10－30自卸汽车露天矿的公路与一般公路相比，具有特点，要求公路结构简单，在一定服务期间内保持相当的坚固性和耐磨性。⒉公路分类与技术等级露天矿公路按用途可分为生产型和运营型两类。生产型公路又可分为固定公路和临时公路。图10－31露天矿运输网⒊公路路基与路面结构★露天矿公路干线的公路路基必须坚固、平整。★路面宽度及路肩宽度，可根据不同规格的自卸汽车外形尺寸从有关资料选取。★路面类型及结构对于自卸汽车作业的主要技术经济指标具有重要影响。路面类型一般可根据矿岩运量选择。土路面低级路面，如粒料加固中级路面，如碎石路面沥青表面处理路面沥青贯入碎石路面黑色碎石路面次高级路面，如整齐的条石路面整齐的块石路面水泥混凝土路面高级路面，如公路路面露天矿⒋公路的平面要素公路由直线段和曲线段组成。★线路平面包括下列要素：平曲线半径、切线长度、曲线长度、曲线段超高、曲线段加宽、线路连接、视距等。图10－32公路平面要素公路的平面要素线路纵断面要素线路的纵断面是研究线路的填挖方量及线路在垂直方向上合理衔接的基础。线路纵断面由水平线、倾斜线、凹竖曲线、凸竖曲线及不同坡度的连接线所组成。两相邻不同坡度直线段的相交点，称为变坡点。变坡点应分别设置凹形或凸形竖曲线予以缓和。公路定线道路定线步骤：拟定线路系统方案比较具体确定线位5、工作面汽车入换常用的入换方式有同向行车、回返行车和折返倒车。如图所示。图10—33汽车在工作面入换方式汽车在工作面的位置和入