露天开采的基本概念.doc

一、露天开采的基本概念 1、露天开采 露天开采是指依照矿床的赋存条件，用一定的采、装、运设备，在敞露的空间从事开采工作。 有的矿床规模大，埋藏较浅，甚至出露地表，只要将上覆岩层及围岩剥离掉，不需掘进大量的井巷就可以从地表挖掘出有用矿物，这种矿床适合露天开采。 2、露天开采与井下开采比较的优点 （1）基建期短，见效快。根据国内外矿山建设经验，建设一个大型的露天矿一般需要24年的时间，小型矿需34个月，而建成同等规模的地下矿山，至少需要增加一倍的时间。 （2）开采空间大，劳动生产率高。露天矿可采用大型、特大型机械设备，有利于实现采矿机械化，从而大大提高了开采强度，劳动生产率比地下开采提高了210倍。 （3）开采成本低。由于露天作业范围大，有利于机械化开采，降低了采矿成本。一般来讲，露天开采比地下开采成本降低了200--300。 （4）矿石损失贫化较小。金属露天矿，矿石损失一般为3--5，贫化率一般为5--8，而地下开采损失率一般为10--25，贫化率为3--20。因此，露天开采对充分回收国家矿产资源有利，尤其对一些高温、易燃、多水的矿体，露天开采更具有适应性和灵活性。 （5）劳动条件好，生产比较安全。 3、露天开采与地下开采比较的缺点 （1）由于露天开采是敞露作业，所以受气候影响大，暴雨、大雪等恶劣天气都会影响露天作业。 （2）基建投资较大。由于露天开采采用大型机械设备，基建剥离量较大，加上矿山大量征用土地，往往导致基建投资较大。 （3）矿山占地较多，对环境破坏较大，工作中噪音、废气、粉尘等造成的污染范围比地下开采大。 4、露天开采的适应性 露天开采在经济、技术、安全等方面具有明显的优越性，只要条件允许，应优先考虑露天开采，这是国内外总的趋势。但露天开采不能取代地下开采，从矿山经济方面衡量，当露天开采成本高于地下开采成本时，应选用地下开采，尤其对埋藏较深的矿床一般采用地下开采。 5、我国露天开采的现状 我国目前露天开采矿山1500个，其中重点铁矿约40个，重点有色金属矿约12个，据统计，我国铁矿露天开采占总开采量比例86.4，有色金属露天开采占总开采量比例的49.6，煤矿占5。 6、露天开采类型 （1）机械开采 机械开采重要应用于坚硬岩石，采用穿孔爆破、采装、运输等机械开采。 （2）水力开采 水力开采主要开采砂矿和土状矿床，利用水枪放出的高速高压水流冲采和运搬矿石。 7、露天矿 露天矿是指用露天法开采矿床的矿山企业。 8、露天采场 露天采场是指用矿山设备进行剥离及采矿的场所。 9、划分山坡露天与深凹露天的依据 由于矿床的埋藏条件和地形条件不同，依据露天开采境界地表封闭圈，分为山坡露天和深凹露天，位于地表封闭圈以上的叫山坡露天矿，位于地表封闭圈以下的叫深凹露天矿，也叫凹陷露天矿。 10、台阶 台阶也叫阶段，是指开采过程中为适应采掘设备及运输设备的正常作业要求，将覆盖层、围岩及矿体划分成的一定高度的水平分层，这些分层在空间构成阶梯状，每一个阶梯就是一个台阶或阶段，台阶是露天采场基本构成要素之一。 11、台阶基本要素 台阶上下水平面称为工作平台或工作平盘；台阶朝向采空区一侧的倾斜面叫台阶坡面；台阶坡面与水平面的夹角称台阶坡面角；台阶上部与台阶坡面的交线叫台阶坡顶线；台阶下部平面与台阶坡面的交线叫坡底线；上下台阶之间的垂直间距称台阶高度。 台阶上部平盘和下部平盘是相对的，一个台阶的上部平盘同时又是上一个台阶的下部平盘；台阶的命名，是以开采台阶下部平盘的海拔高度表示的，即平常说某某水平。 12、采掘带 露天矿在开采时，常将工作平台划分为若干条带顺次开采，每一个条带叫采掘带。其宽度为挖掘机一次采掘实际岩体宽度，它由挖掘机半径和卸载半径及爆破参数确定。 采掘带如果长度足够和必要，可沿长度划分为若干区段，各配置独立的采掘设备进行开采，这样的区段称为采区，采区的长度是一台电铲所占的采掘工作线长度。 13、露天采场的构成要素 （1）露天采场的边帮。即露天采场的四周表面，由台阶坡面、倾斜干线的坡面和平台所组成的表面总和。位于矿体顶盘的叫顶帮，位于矿体底盘的叫底帮，位于矿体走向两端的叫端帮。 （2）露天开采工作帮。正在进行开采和将要进行开采的工作台阶所组成的边帮或边帮的一部分。工作帮的位置是不固定的，它随着开采工作的推进而不断移动。 （3）工作帮坡面。通过工作帮坡面最上和最下的坡底线所做的假象平面。 4工作帮坡角。工作坡面与水平面的夹角。 （5）露天采场非工作帮。有已经结束开采工作的非工作台阶组成速的边帮或边帮的一部分。非工作帮的位置是固定不动的。 （6）非工作坡面。通过露天采场非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶坡底线所做的假象平面，它代表露天采场的最终位置，所以必须保持稳定。 （7）露天采场最终边帮角。非工作坡面与水平面的夹角。 （8）上部最终境界线。开采结束时，非工作帮坡面与地表相交的闭合线。 （9）下部最终境界线。开采结束时，非工作帮坡面与露天底平面相交的闭合线。 （10）露天矿最终境界。露天矿开采结束时，由其上下部最终境界所限定的位置。 14、露天工作平盘 工作平盘是指工作台阶的上盘。 15、平台的类型 平台分为安全平台、清扫平台、运输平台。 安全平台是指为保持采场最终边帮的稳定性和阻截滚石下落而设置的平台，其宽度约为阶段高度的1/3，有助于减缓最终边帮角。 清扫平台是非工作帮供清扫设备清除落石的平台，每23个阶段设一个，宽度依所用设备而定。 运输平台是工作台阶与出入沟间供运输联系用的平台，其宽度依运输方式和线路数目而定。 16、露天矿的开采步骤 （1）矿山地面准备。在矿区和地面设施范围内，清楚各种天然和人为的障碍物。如树木、房屋、河流、道路等。 （2）矿体疏干排水。当矿体地下水很多时，为保障正常生产，要先行疏干地下水，使矿区内地下水降至生产所需的水平。在矿区范围内还应该采用地面防水工程拦截引走地表水流。 （3）矿山基本建设。矿山基本建设是指矿山头产前为保证矿山生产所完成的全部工程，包括形成供水供电，开拓运输系统，完成地面工业场地建筑和设施的建设以及基建剥离工程。 （4）地表恢复利用。由于露天矿占用大量土地，所以露天矿开采结束后，要对露天采场进行恢复覆土，以供农业利用，保护环境，保持生态平衡。 17、露天工程 露天采场采出的矿石和岩石是按一定的工艺过程实现的，这种工作总称露天矿山工程。 18、露天矿山工程进行程序 露天矿山工程按施工对象分为剥离工程和采矿工程，按施工形式可分为掘沟工程和扩帮工程。 出入沟露天开采工程中，为运出各工作台阶上采出的矿石和岩石，必须挖掘一道坑道，以建立地面和各工作台阶间的运输联系。 开端沟为了开辟新的工作台阶以建立工作线，也必须挖掘一道坑道。 矿山正常情况下，在开采一个台阶时，要先掘出入沟，然后在此基础上开掘段沟并铺设线路当段沟掘完后，即在沟一侧或两侧布置工作面进行剥离，当上一个水平扩帮工作进行到一定程序后，便可以进行第二水平的掘沟和扩帮工作，矿山工程亦从第一水平延伸到第二水平。 从施工形式上看，露天矿开采工程就是在露天开采境界内从上而下，按一定分层不断掘沟和扩帮的过程。 二、露天矿边坡 1、露天边坡研究的意义 露天矿边坡问题直接影响露天矿开采的经济效果和生产安全性。一般来说，露天矿边坡越陡，露天采场的剥离工作量越小，其影响是相当显著的，在30--60的范围内，若每加陡一度，剥离量减少3.34--3.91，如果把露天边坡从40加陡到50，当采深为100米时，则每1000米长度采场剥离量可减少192万m，采深为500米时，则可减少4795万m，对于深凹开采的露天矿，其经济效益相当显著，但边坡过陡时，边坡稳定性越差，易产生滑坡，对安全生产造成危害。因此，研究露天矿边坡角及边坡稳定对露天矿开采的经济效果和安全生产有极其重要的意义。 2、影响边坡稳定的因素 （1）岩体的岩性。岩性指组成露天边坡岩石的基本性质，包括岩石结构、构造、孔隙度、岩石强度等影响。岩石结构不同，其矿物间颗粒间联结关系不同，其力学性质也不同。岩石的构造如层理、片理方向对力学性质也有明显的影响。岩石孔隙度越大，其强度降低，岩石的弹性模量也减少。露天矿滑坡大都是剪切的破坏，因此，岩性抗剪切强度越大，越不易发生滑坡。 （2）结构面影响。结构面是指岩体内在地质发展历史中形成的有一定方向，一定规模和形态特征的面、缝、层、带状的地质界面。由于他们的存在，岩石的抗剪切能力降低，加上表面谁或地下水的渗入，使抗剪切强度进一步降低。事实证明，滑坡时滑体的滑动面和边缘轮廓，都是受结构面控制的，结构面的强度决定岩体的强度。 （3）水文地质条件的影响。露天矿滑坡发生在雨季或解冻期，地表水的渗入和地下水的活动是滑坡发生的重要因素之一。水的渗入，一方面水本身产生静水压，另一方面由于水的流动产生水压力对岩石结构面产生潜蚀作用，使岩体结构面间内聚力和摩擦力减少。 （4）爆破影响。露天矿每个矿山几乎每天都要进行爆破，露天边坡长期受爆破作用的冲击，使岩体产生破坏，使岩体产生新的结构面或使原结构面扩大，促使边坡破坏。 （5）其他因素。露天边坡长期暴露在自然环境中，风化作用使原生结构面或构造面加剧，并可产生新的此生结构面，并对岩石强度有降低作用。另外，边坡的形状、高度或人为破坏等要素也影响边坡的稳定。 3、露天边坡滑坡的类型 （1）平面滑坡。指岩体沿边坡倾角相同的单一结构面发生滑坡。 （2）楔形滑坡。指边坡中两组结构面相交成楔形失稳体，其交线与边坡倾向相近或相似时发生的滑坡。 （3）圆弧形滑坡。指滑动面基本上为圆滑形的滑坡。 （4）倾倒滑坡。边坡岩体中的结构面很陡时，岩体由于重力作用发生滑坡。 （5）复合滑坡。上述两种或两种以上形式组合而成的滑坡。 4、露天边坡整治的目的和方法 目的为了改善边坡的稳定性，以减少边坡滑坡发生的可能。 1清扫维护。根据边坡岩石情况和工作经验对边坡进行清理和维护工作， 2防排水。可采用疏干的方法排出地下水，地表可采用排洪沟和防洪坝防水。 （3）改善爆破条件。为减轻爆破对边坡的危害，可采用预裂、缓冲、光面等控制爆破方法。 4加固。边坡加固是治理滑坡，提高边坡角，减少剥离量的一种手段。目前常用的加固方法有挡墙、抗滑桩、金属锚索、护坡等。在实际生产过程中，可根据情况采用一种或几种方法联合加固。 5、露天边坡的监测 边坡发生破坏，一般有一个发生发展的过程，可采用一定的方法对其发生发展过程进行监测，以了解其动态，对其进程进行预测，从而可以采取一定的应急和预防措施，减少滑坡造成的危害。 边坡监测常用的方法 （1）钢丝伸长计监测。钢丝伸长计监测是用一垂直桩安装一个带有重物的滑轮，重物的另一端由钢丝固定在发生位移的边坡岩石表面，当边坡移动时，钢丝发生形变带动重物上升，其变化值可通过设在垂直桩上的标尺读出，当重物位移超过警戒位置时，需对边坡进行安全防范处理。 （2）地面精密测量检测 （3其它方法，如位移自动记录仪检测，钻孔伸长计检测，钻孔剪切带检测。 三 露天矿防排水 1、矿坑水及其危害 露天矿在开采过程中，无论以何种方式和途径进入露天采矿坑的水称之为矿坑水。 危害少量矿坑水会腐蚀金属设备，破坏边坡的稳定，当涌水量大于矿山正常排水能力时，就会酿成水灾，给矿山建设和生活造成严重的影响，甚至威胁人员的生命安全。 2、露天矿涌水的主要来源 （1）大气降水。大气降水是多数矿区涌水的来源之一，对深凹露天矿和多雨地区矿石影响很大。 （2）地表水。矿区附近的海洋、湖泊、河流、水库及充水的露天采场等地表水体，如果通过断层、裂隙、石灰岩溶洞等与采场相通，则就可能造成事故。 （3）地下水。采场地表以下含水层，如暗河、地下采场废弃坑道，采空区充水，存在大量的积水，采矿过程中，如果遇到这些积水，就可能造成透水事故。 3、露天矿防水的措施 （1）截水沟。截水沟的作用是截断从山坡流向采场的地表径流，当矿区降水大时，截水沟还起到拦截和疏引山洪的目的。 （2）调洪水库。季节性小型地表水横穿开采境界时，除让河流改道外，还可以在上游利用地形修筑水坝，以拦截和调控洪水。 （3）拦河护堤。当露天矿开采境界四周地表标高与附近河流、湖泊等水体岩边标高相差很少，甚至低于岸边标高时，应在岩边修筑护堤，防治洪水上涨灌入采场。 4、露天矿排水 1自流排水方式。适用山坡露天矿，有自流排水条件或有旧的井巷设施可以利用，采场积水的露天采场。具有节省能源，基建投资少，排水经营费低，管理简单的优点，同时井巷有疏干作用，有利于边坡的稳定。缺点是受地形的影响。 （2）露天排水方式。分为采场底部集中排水和分段排水。 集中排水适用于汇水面积少，水量小的中型小型露天矿。分段排水适用于汇水面积大、水量大的露天矿。具有基建工程量少，施工简单，排水经营费底，分段截流时采场底部积水少的优点。缺点是泵站移动频繁，分段排水泵站多、分散开拓工程延伸受影响。 3井巷排水。适用于采场小，排洪呗布设困难，深部有巷道可以利用、采场积水结冰的露天矿。优点是能改善穿爆、采运装工艺作业条件，对边坡有疏干的作用，有利于边坡的稳定，不受淹没高度的影响。缺点是工程量大，投资多，能耗大，前期排水经营费高。 （4）联合排水。联合排水能利用各排水方式的优点，但排水环节多，管理复杂。 4、采场淹没高度和淹没时间 1利用井巷排水的采场，新水平开沟前，水深不淹没本水平挖掘机的主电机。 （2）利用底部集中排水时，新水平未完成开沟之前，水深不淹没上个水平的主电机。 （3）新水平准备时间充足时，在每年最大降水量期间停止开沟，开段沟和上个水平可以淹没。 （4）对挖掘机可能被淹没造成损失与不淹增加排水设施进行技术经济改造。 （5）露天排水方式的坑底允许淹没时间宜采用1-7D,井巷排水方式的坑底允许淹没时间宜采用3-5D，但淹没时间需要淹没高度来核对。 四、露天矿开拓 1、露天开拓 露天矿在开采过程中，采剥工作是在若干个具有一定高度的台阶上进行的，随着采剥工作的开展，必须不断向下延伸开采新的工作水平，露天矿开拓就是指按一定方式和程序建立地表与露天采场各工作水平及各工作水平之间的矿岩运输道路，以保证露天矿正常生产的运输联系，及时准备新水平。 2、露天矿开拓的类型 露天矿开拓是通过一系列坑道来实现的，而掘进坑道又必须矿山采用的运输方式相适应，因此，开拓坑道的类型和运输方式就往往作为划分露天矿开拓方法的依据。 沟道开拓法有外部沟、内部沟、单沟、组沟、总沟、直进沟、折返沟、螺旋沟、固定坑线、移动坑线。 斜坡公路开拓包括直进公路开拓、回返公路开拓，螺旋公路开拓。 3、影响开拓方法的因素和选择开拓方法的原则 因素（1）自然地质条件地形、矿床地质、水文地质、工程地质及气候等因素。 （2）生产技术条件矿山规模、矿区开采程序、生产工艺流程、选用设备类型及技术装备等。 （3）经济因素矿山基本建设投资、矿石生产成本及劳动生产率。 选择开拓方法的主要原则（1）开拓方法能满足生产能力的需求； （2）基本建设时间短，基建投资少，早投产早达产； （3）生产工艺简单，安全可靠，技术上先进； （4）生产经营费用低； （5）不占良田，少占耕地。 4、公路运输坑线开拓方式极其特点 （1）直进式坑线开拓当采用公路运输开拓山坡露天矿时，如矿山地形比较简单，高差不大，则可把运输路线布置在山坡的一侧，由地表直达矿体最高点，运输干线在空间呈直线型，故称之为直进式坑线开拓。深凹露天埋藏较浅的部分，有足够的走向长度时，也可以采用这种开拓方式。 直进式坑线开拓特点是布线简单、沟道展线最短，汽车运输不需回弯、行车方便，运行速度及效率高，因此条件允许的条件下应该优先考虑。 （2）回返式坑线开拓当开采深度较大的深凹露天矿或比较高的山坡露天矿，为了使用公路运输开拓坑线达到所要开采的深度和高度，需要使坑线改变方向布置，通常每隔一个或几个水平回返一次，形成回返式坑线。 优点容易布线，适用范围广，矿山工程发展简单，同时工作台阶数目较多。缺点汽车经过曲率很小的回返平台时，需减速运行，降低了运输效率。 3螺旋坑线开拓多用于开采深凹露天矿，为避免回返坑线开拓回返的困难，采用运输坑线沿露天采场四周边帮螺旋布置，汽车在坑线内直向行驶，线路能力大于回返坑线。 螺旋坑线开拓很少在大型露天矿采用，只有当地地形复杂、矿床赋存形状不规则或采场平面形状尺寸较小而开采深度又大的露天矿，应用这种方法比较适宜。 5、固定线开拓与移动线开拓 当坑线沿露天矿最终边帮设置时，运输干线随着采矿工作的发展延伸（深凹）或缩短（山坡）外，不作任何移动称之为固定线开拓。 出入沟不是从设计最终境界上掘进，而是在采场其它地方掘进，开采过程中出入沟随工作线的推进而移动。一直到开采境界边缘出入沟才固定下来，这种方式称之为移动线开拓。 6、固定线开拓与移动线开拓的优缺点 与固定线比较移动线的优点 （1）可以靠近矿体掘进出入沟和开端沟，能较快的建立起采矿工作线，减少基建剥离量，加快矿山建设， （2）移动坑线一开始并不设在固定的非工作帮，因此，当矿床地质和水文地质情况尚未完全探清时，采用移动坑线开拓可在开采过程中加深了解和掌握，以便合理的确定露天采场的最终边坡和开采境界， 有可能避免由于边坡角过大或过小而造成资源和经济上的损失，以及由于改变开采境界而造成的技术上的困难。 （3）可以自由的选定开拓坑道的位置，有利于根据开采的要求确定工作线推进方向，以减少矿石开采过程中的矿石损失和贫化。 （4）由于移动坑线铺设在工作帮上，当露天采场底部平盘宽度较小时，采用移动坑线能够避免为露天采场保持二倍最小曲线半径而引起的扩帮量。并且可以省掉端帮联络线路工程量，缩短运距距离。 7、移动坑线的缺点 （1）在设有移动坑线的台阶上，生产作业比较困难，从而使设备效率，劳动生产率等生产技术指标比固定坑线开拓差。 （2）移动坑线占用的工作平盘大，在移动坑线上除要铺设运输干线外，好要铺设装车线堆置爆堆的宽度。为了使干线移设不影响生产，应先铺上备用线路，然后才拆除旧的线路，特别是要减少干线移设次数，就要增大一次移设距离，更需加大平盘的宽度。其结果使设有移动坑线一帮的台阶数减少，工作帮坡角相对大为减缓，增加了超前剥离的工程量。 （3）由于干线经常移设，线路维修和移设的工程量很大。 8、移动坑线的适应条件 （1）当矿床地质和水文地质条件勘探不清，而有要立即进行矿山工程时； （2）对于急倾斜矿体，为了缩短露天矿建设期限，减少基建工程量。 （3）考虑今后必须扩建和改建的露天矿。 （4）露天矿开采到最后几个台阶时，由于底部平盘宽度不足，若采用固定坑线开拓，为了形成运输环形线，必引起补充扩帮，增加剥离量。此时，可采用移动坑线开拓，把坑线布置在工作帮上，运输线路不必绕在工作帮上，从而免于扩帮工程量。 五、露天生产能力与采掘计划 1、露天生产能力的内容 露天生产能力标志着一个矿山的生产规模，其大小通常用矿石年产量矿岩年采剥总量两个指标来表示。因为每个露天矿的矿床贮存条件、开拓方法和矿山工程发展程序等各不相同，生产剥离比差别很大，生产能力只有年产量表示，不能充分反映露天矿的生产规模，同时采用年采剥总量共同表示。 2、延伸速度 （1）矿山工程延伸速度根据新水平的准备时间所完成的阶段高度。折合成每年的下降速度，又称年下降速度。 （2）