露天开采基本知识1

★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。第二讲露天开采基本知识一.露天开采的特点及发展2.露天开采的优缺点第二讲露天开采基本知识一.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3.1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（1985）：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5∼7%化工原料70.7%建筑材料100%世界各主要露天采煤国家根据煤层赋存条件和技术水平，发展了各具特色的工艺设备和开采方法。美国——剥离物拉斗铲倒堆内排土的开采工艺，采煤用单斗铲或前装机配合汽车运输。采空区多实行复田作业，重视环境保护。德国——轮斗挖掘机－胶带输送机－排土机组成的连续开采工艺系统。与链斗或轮斗挖掘机相配合的运输排土桥也得到广泛使用。最大的运输排土桥跨度达270m，生产能力达1.2亿m3/a。前苏联——多种多样的开采工艺系统：间断、连续、半连续、倒堆、综合生产工艺系统。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3.2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。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）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。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○地球的内部构造○地壳的组成○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地壳的组成第二节煤田地质基本知识一.地壳的组成1.地球的内部构造地壳地幔地球由地表至地心大致分为三个圈层：地壳、地幔、地核。地壳：地球表部的固体外壳。地幔：位于地壳与地核之间，呈不连续的高温熔融状及固体状。地核：地球的最里层，呈既有固体特性又有液体特性的特殊状态。地核圈层平均厚度(km)主要物质成分及其状态密度(t/m3)温度(℃)压力(atm)地壳33上部以硅铝为主，称硅铝层。下部以硅镁为主，称硅镁层。呈固体状。2.7至2.910009000地幔2865上部以铁镁为主，呈不连续的高温熔融状。下部以铁镍及金属和金属氧化物硫化物为主，呈固体状。3.32至5.662000136800地核3473(半径)为铁镍所组成，呈既有固体特性又有液体特性的特殊状态。9.71至16.0地心大约5000地心大约3600000第一讲煤田地质基本知识一.地壳的组成1.地球的内部构造地球内部各圈层主要特征表注：Atm:气压。1atm=101kpa第一讲煤田地质基本知识一.地壳的组成2.地壳的组成地壳是由各种岩石组成的，岩石又是由各种矿物的颗粒或晶体组成，而各种元素又构成不同的矿物。元素地壳中含有90多种元素，其中主要有氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、氢(H)等，而以氧和硅为最多。矿物自然界中由一种或几种元素化合在一起，具有一定的化学成分和物理性质的，叫做矿物。如金(Au)、银(Ag)、石墨(C)、石英(SiO2)、长石(K、Al、Si、O等元素）。目前，在地壳中已发现3000多种矿物，而组成地壳岩石的主要矿物总共不过30多种（如：石英、正长石、斜长石、云母、角闪石、辉石、黄铁矿、磁铁矿、方解石、褐铁矿、菱铁矿、铝土矿等）。矿物分散存在组成各种岩石，当某一种或几种有用矿物大量富集，就形成具有工业开采价值的矿床。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。第一讲煤田地质基本知识一.地壳的组成2.地壳的组成第一讲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。第一讲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。第一讲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第一讲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。向斜轴背斜轴第一讲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。第一讲煤田地质基本知识三.产状与构造2.岩层的构造（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）断层第一讲煤田地质基本知识三.产状与构造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。第一讲煤田地质基本知识三.产状与构造3.煤层的赋存状况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第二讲露天开采基本知识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、