露天煤矿开采基础知识

露天煤矿开采基础知识对于储量丰富、埋藏浅的煤田，可采用剥离煤层上部覆盖岩层的方法进行开采，这种开采方法叫做露天开采，露天开采的特点是将采掘空间直接敞露于地表，为了采煤需剥离煤层上覆及其四周的岩土，因此，采场内建立的露天沟道线除为系统担负着煤炭运输外，还需将比煤量高几倍的土岩运往指定的排土场，所以，露天开采是采煤和剥离两部分作业的总称。第一部分概述一、露天开采的特点1、生产规模大，劳动效率高；2、回采率高，成本低；3、开采强度大，可用大型设备；4、建设速度快，生产安全，劳动条件好；5、占地多，污染环境；6、受气候影响大，暴雨，严寒等恶劣天气都会影响生产。二、露天开采的基本步骤1、准备：清除开采境界内的障碍物。如：村庄、森林、交通线等。2、疏干：地下水位降低，保证安全生产。3、基建：运输道路、工作线、地面构筑物和其他设施。4、生产：包括剥离和采煤。剥离生产工艺包括：穿孔、爆破、采装、运输及岩石排弃。三、采场要素主要包括：开采境界、采场边帮、边坡角、台阶等。（一）露天开采境界及边帮要素1、露天开采境界，即露天开采终了时的空间。2、露天矿采场边帮，是由采场四周所有台阶组成的总体表面。采场的边帮包括工作帮、非工作帮及端帮。（1）工作帮：正在进行开采的边帮或一部分。（2）非工作帮：由非工作台阶组成的边帮。（3）端帮：位于矿体两端的称为端帮。3、边坡角。采场内工作边帮角与最终边帮角，统称为边帮角。（1）工作边帮角：工作帮最上台阶与最下台阶坡底线形成的假象平面与水平面的夹角。（2）最终边帮角：露天采场终了时，最上台阶坡顶线和最下台阶坡底线组成的假象平面与水平面的夹角。（二）台阶要素在开采过程中，根据采运作业要求将矿体按一定高度的水平分层，每一层称为台阶。台阶包括以下内容：1、台阶的上部水平面叫做上部平盘。2、台阶的下部水平面叫做下部平盘。3、台阶坡面：台阶朝向采空区一侧的倾斜面。4、台阶坡面角：台阶坡面与水平面的夹角。5、台阶坡顶线：台阶上部平盘与坡面的交线。6、台阶坡底线：台阶下部平盘与坡面的交线。7、台阶高度：台阶上平盘与下平盘的垂直距离。（三）开拓及开采要素（1）出入沟（出车沟）：建立某水平与矿体间运输联系的沟道。（2）开段沟：工作台阶上为创造初始工作线而开掘的水平沟。（3）开采顺序：采场内土岩剥离和采煤工程在空间与时间上合理配合的顺序。第二部分露天采煤的主要工艺过程露天采剥工艺，根据采掘、运输、排土三个主要环节所采用设备的工作特点，分为间断、连续及半连续作业工艺。（1）间断作业：这种工艺系统的特点是各环节开采设备对矿岩的有效作业，具有周期性的间断。如：单斗电铲采掘—铁道（或汽车）运输—排土犁排土。适用于各类岩层。（2）连续作业：系指在装载、运输和排弃（或储存）过程中，开采物料的货流是连续的。工艺有：轮斗挖掘机—带式输送机—排土机和水利开采等，均属连续开采工艺。适用于松散或松软的岩层。（3）半连续作业工艺系统。仅是对工作面或干线运输实现连续化的问题，这种工艺系统的特点是部分环节连续，另一部分环节是间断作业。如：单斗电铲采掘—坑内破碎—胶带运输。适用于中等强度的岩层。以下重点介绍我国露天煤矿采用的间断作业工艺方法。一、穿孔在露天开采过程中，硬岩平台必须进行爆破使其松碎，故采用穿孔机械按设计要求打出炮孔，装药爆破后使其破碎成一定规格的块度，以便采装。二、爆破工作（一）爆破参数îhnbcL1L2abwda—孔距mb—行距mc—边坡距md—孔径mmh—台阶高度mn—超钻mw—底盘抵抗线mmL1—充填高度mL2—药柱高度m（二）装药量与装药结构1、装药量每孔装药量Q＝q×V孔式中：q—单位体积矿岩消耗量Kg/m3V孔—炮孔体积m32、装药结构装药结构分两种：连续装药和分段装药。连续装药是将炸药集中孔底，适用于底盘抵抗线较大，而且上软下硬的岩层；分段装药是炸药在孔内均匀分布，岩石破碎均匀，能降低单位炸药耗量。（三）爆破方式起爆方式有：单排即发和多排毫秒微差起爆两种。单排起爆一次爆破量少，岩石大块多。多排微差起爆使矿岩破碎均匀，产生的根底与大块少，爆破率高，爆堆集中，有利于采装。1、露天煤矿正常的剥离和采煤工作，应采用深孔松动爆破法，煤层爆破禁止超钻。2、对一次爆破后发生的大块岩石，可采用炮眼法，进行二次爆破或进行机械破碎，禁止使用裸药包爆破法。3、采用电雷管引爆时，应配备雷电预警装置。三、采装工作把土岩自整体中（软土岩）或把爆破成碎块的岩石装载于运输工具或直接排卸到排土场的工作，叫采装工作。露天矿生产中采装工作占主导地位，采装广泛采用正铲挖掘机，并向大型挖掘机械发展。四、运输工作是将土岩及矿物从工作面运至指定的卸载地点。矿物的卸载地点是煤场和选煤厂；土岩的卸载地点是排土场。露天矿运输方式有：铁路、公路、强力带式输送机等运输类型。五、排土工作排土场分为内部排土场和外部排土场。内部排土场是将岩石直接排弃在露天矿的采空区内，是一种最经济的排土方式；外部排土场是将岩石向露天坑境界以外地方排弃。第三部分露天矿开拓开采及开采境界一、露天矿开拓露天矿开拓主要包括确定矿体开采顺序、开拓方法、台阶高度及坑线布置等内容。露天煤矿开拓运输方式应根据设计生产能力、开采工艺、开采程序、煤层赋存条件、地形条件和总平面布置图等因素，经多方案比选确定。对剥离量大、煤岩流向分散或分区开采的露天煤矿，宜采用多出入沟开拓运输方式。1、当采用铁路运输时，宜采用固定坑线。当开采急倾斜煤层，采用内部排土或采掘场非工作帮边坡稳定条件较差时，可采用移动干线。2、根据地形、地质条件，可按不同开采地段、开采深度和煤岩物料性质，选择不同的开拓运输方式。二、首采区位置的选择1、首采区应选在煤层埋藏较浅，基建工程量少、初期生产剥采比较小的地段；2、勘探程度高，煤质好；3、内外排条件好，运输距离近；4、有利于地面工业广场的布置；5、有利于采区衔接过渡，便于矿山工程发展。三、公路运输开拓公路开拓采用的运输设备是汽车，坑线坡度可达7º，转弯半径小，所以坑线布置较为灵活，不需要停车换向，而且比铁路运输线路工程量小、基建时间短、投资少。坑线的平面形状可为直进、回返或螺旋方式。四、露天矿开采境界1、露天矿开采境界包括地面与底部的境界、最终开采深度与最终边坡角度。影响露天矿开采境界的因素有自然因素、开采技术条件和经济因素。（1）自然因素主要指煤层埋藏条件、围岩性质、地形地物及工程、水文地质条件等。（2）开采技术条件主要指露天开采的技术与组织管理水平，开采设备的生产与供应能力，生产规模及地面设施建设要求等。（3）经济因素主要要求露天矿的基建少、工期短、出煤快、采煤成本低。露天矿开采境界外剩余储量还多时或缓倾斜特厚煤层地区，可以适当超过经济剥采比划为开采境界内，虽然超过了经济境界限，但从露天开采优越性来看，尽量扩大其开采范围是合适的（例如中汇的刁窝开采设计）。从东北煤矿的抚顺、阜新矿区，可以看到很多生产露天煤矿开采境界不断扩大而使矿井废掉的例子。随着市场经济的发展，为充分利用已有工程条件，有些露天煤矿已经实施露天和矿井开采相结合。如准格尔矿区黑岱沟露天煤矿在采掘场东北端帮已用井工开采端帮煤量，实践证明是可行的，这样可以减少大量井巷工程费用，故在露天煤矿工程设计中，可根据矿山具体条件，考虑露天和矿井结合的可行性。在一般情况下，露天开采比矿井的条件优越，所以安排开采顺序时，应先露天后井工，尽量避免同时开采。2、露天煤矿资源储量地质风险是煤矿建设中的最大风险，进行“补充勘探”和“最终勘探”是必要的。3、设计生产能力关于露天煤矿的生产能力计算方法，目前有的矿以原煤计量（如阜新海州露天煤矿），有的矿以选后煤计量（如抚顺西露天煤矿），有的矿所生产毛煤不经任何加工即出售，实际是毛煤计量（如伊敏露天煤矿、霍林河露天煤矿等）。过去采用原煤计量存在许多不合理因素，而且这个原煤数量在生产中是不出现的，是经过计算求得的。根据市场经济发展，采用毛煤计量比较合理，符合实际。4、露天煤矿采区宽度，应根据地质条件、生产规模、开采工艺、工作线推进速度、运距和内排重复剥离量等条件，经技术经济比较后确定。一般情况，工作线推进速度应符合下列条件：（1）单斗—卡车卡车工艺，工作线推进速度300-400m/a；（2）单斗—铁路开采工艺，工作线推进速度80—100m/a；当采用移动坑线时，工作线推进速度为50—80m/a；（3）拉铲倒堆开采工艺，工作线推进速度为200—300m/a；（4）轮斗—带式输送机连线开采工艺，工作线推进速度为150—250m/a。5、露天煤矿采区过渡方式，应根据地形、地质条件、开采工艺和工业场地位置等因素，经多方案比较确定。一般情况可采用如下过渡方式：（1）重新拉沟过渡；（2）缓帮过渡；（3）扇形过渡。6、露天煤矿开采工艺的选择，应遵循下列原则：（1）保证生产流程的可靠性；（2）做到生产过程的简单化；（3）具有先进性、适应性和经济性；（4）设备选型规格尽量大型化、通用化、系统化。优化劳动组织、简化管理程序。7、开采易自燃的煤层，或采掘场有矿井的旧巷火区时，应设置煤层消防灭火设施，其水源宜采用矿坑积水或疏干排水。五、间断开采工艺1、地质、地貌复杂和运输距离较短的露天煤矿，宜选用单斗挖掘机—卡车运输开采工艺。地质、地貌简单，当土地资源价值相对较低以及采掘场走向较长，运输距离较远的露天煤矿，宜选用单斗挖掘机—铁路运输开采工艺。2、单斗挖掘机和前装机采掘的台阶高度，应符合下列规定：（1）表土和不需爆破的软岩，不应大于单斗挖掘机最大挖掘高度；（2）需要爆破的岩层，不宜超过单斗挖掘机最大挖掘高度的1.2倍；（3）宽采掘带或爆破后岩块较大时，台阶高度不应大于单斗挖掘机最大挖掘高度；（4）采煤台阶高度，除符合上述规定外，尚需根据煤层厚度、倾角及减少开采损失和夹矸混入等因素确定；（5）采掘带宽带，应根据岩性、煤岩分采要求、采掘设备规格和采掘方式确定。当采用单斗挖掘机—卡车运输开采工艺时，采掘带宽度宜按调车方式和双面装车的要求确定。（6）最小工作平盘宽度应根据采掘带宽度、爆堆伸出距离、工作面道路（或线路）宽度和辅助设施占用宽度等条件，通过计算确定。用单斗挖掘机工作线的长度，应根据单斗挖掘机规格、岩性、工作线推进速度及运输设备类型确定。当采用卡车运输时，单斗挖掘机的工作线长度不宜小于300m。六、汽车运输1、最大纵坡是为了使汽车按一定速度在该坡道上行驶的设计控制值，是一般情况下的极限值。生产干线是运量集中的地段，也是整个露天矿的咽喉。为使这类道路有较大的通过能力和较高的运输设备生产效率，要求道路的平、纵面有较好的技术条件。为此规定最大纵坡值比生产干线增加1%。纵坡加大，对重车下坡运行带来安全隐患，为此规定重车下坡地段，最大纵坡相应减少1%。2、路面状态对车体机件磨损和轮胎、燃油消耗都有很大影响，甚至对运输效率及行车安全都有直接关系。所以采用汽车运输的露天煤矿，道路养护工作是一项极为重要的内容。道路洒水不仅是养路的需要，也是环境保护降尘的需要。七、排土场1、一般规定内部排土场，可少占地，缩短运距，降低成本，故应首先选择。外排土场选在露天开采境界之内时，必须进行境界外部与境界内部排土场的技术经济比较，确认二次剥离有利，方可选择在境界之内。其位置应注意与地面设施相协调以及二次剥离时的运输通道和安全生产。在排土场位置选择时，尤其应注意珍惜土地，保护耕地，节约用地。条件可能时，宜就近选择排土场位置，以降低运输费用。2、随着国家对环境保护、人居安全政策的加强，应当重视和用一种新的理念进行排土场的设计。3、排土场的设计必须将稳定与安全放在首位。对基底承载力不足，可能形成泥石流、大量的汇水冲刷台阶坡角等，均应采取必要的稳定和安全措施。4、当排土场基底为软弱层时，由于地基承载力低，基底软弱层被挤出，而使排土场整体失稳。排土场无论是整体不稳定，还是台阶滑坡，往往是由于排水不良、大气降水或积水渗入排弃物料与基底之间，使其强度指标急剧下降所致。我国排土场滑坡约50%是渗水所引起的。5、采取在排土场上方坡地设截水设施、排土场内设排水坡（沟）、在坡脚修筑反坡工程，清除地表弱