cha10露天矿生产工艺.ppt

2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天矿开采工艺,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；废石场的安全防护。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；,,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第一节穿孔爆破,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,图10－8潜孔钻机,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,图10－9台阶深孔爆破,图10－10大爆破,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,允许块度d的计算※按挖掘设备要求确定允许块度dd≤0.8E1/3,※按挖掘设备矿仓漏斗口或破碎设备要求确定允许块度dd≤0.8A,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,※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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,※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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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。,,,图10－12预裂爆破,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,第二节采装工艺,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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,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,图10－18电铲结构,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,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,图10－19液压铲结构,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,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。,图1019单斗挖掘机工作参数,★挖掘半径RW──挖掘时由挖掘机回转中心至铲斗齿间的水平距离。最大挖掘半径RWmax站立水平挖掘半径RWZ最大挖掘高度时的挖掘半径RW′,★挖掘高度HW──挖掘时铲斗齿尖距站立水平的垂直高度。最大挖掘高度HWmax,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,★卸载半径Rx─卸裁时由挖掘机回转中心至铲斗中心的水平距离。最大卸载半径Rxmax,★卸载高度Hx──铲斗斗门打开后，斗门的下缘距站立水平的垂直距离。最大卸载高度Hxmax,★下挖深度HxW─铲斗下挖时由站立水平至铲斗齿尖的垂直距离。,上述工作参数随动臂倾角α的调整而变更。,,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,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,图1020原岩松软图1021坚硬岩石采掘工作面采掘工作面,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。,★平装车时的台阶高度一般要求（台阶）爆堆高度不大于挖掘机的最大挖掘高度；但也不应低于掘机推压轴高度的2/3,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,★上装车时的台阶高度台阶高度以挖掘机最大卸载高度和最大卸载半径来确定。,图1022上装车时台阶高度确定,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。如图所示。,图1023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。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,⑶采掘带宽度bC,图1024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，其变化范围为bc1～1.7RWZ,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、动力管线的配置方式以及作业的安全宽度等。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,★汽车运输时最小工作平盘宽度，如图所示。,Bminbcdefg,★铁路运输时最小工作平盘宽度，如图所示。,Bminbc1d1e1fg,图1025汽车运输最小工作平盘宽度,图1026铁路运输最小工作平盘宽度,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺采装工艺,,,,,,,三、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。,图10－27前装机,图10－28铲运机,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,第三节露天矿运输,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,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,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。,矿用自卸汽车载重量与挖掘机斗容必须保持一定的比例关系。当运距在1.0～1.5km时，车箱与铲斗容积比为4～61。,,图10－30自卸汽车,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,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，半固定公路和临时公路。,图10－31露天矿运输网,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,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。,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、回头曲线等。,图10－32公路平面要素,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,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1033汽车在工作面入换方式,汽车在工作面的位置和入换，应当力求减小挖掘机采装时的回转角并尽量缩短入换时间。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,6、道路通过能力与运输能力,道路通过能力取决于单位时间内通过线路一定地点的最大汽车数量，它与行车线数量、路面质量与状态、汽车运行速度以及安全行车间距有关。,自卸汽车运输能力取决于汽车的载重量、运输周期和班工作时间的利用程度等。,,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,这是一种连续运输方式，是实现露天矿生产连续化的重要环节。其特点是物料以连续的货流沿固定线路移运。如图所示。其主要优点是生产能力大、爬坡能力强、劳动条件好、能量消耗少且易于自动控制。,二、带式输送机运输,图10－34皮带运输机,,输送机的主要部分──胶带，既是牵引机构又是物料运送机构。如图所示。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,装载工作面的辅助设备带式输送机用于露天矿采掘工作面运输时，根据矿岩种类和大块率等因素选用不同的辅助设备。,图10－35破碎筛分给料皮带运输系统,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,三、联合运输,指从露天采场工作面的装载点到货流卸载点矿石或废石场之间有两种以上的运输方式。如图所示。,要实现联合运输，必须设置转载站，以便把矿岩从一种运输工具转载到另一种运输工具中。,图1036矿石从汽车向箕斗转载、箕斗向料仓转载,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,1、转载站,是实现汽车与铁路联合运输、汽车与箕斗联合运输、汽车与带式输送机联合运输等联合运输的基础。,图1037汽车与带式输送机联合运输转载站a筛分式转载站；b筛分破碎式转载站1汽车2固定式篦子筛3料仓4破碎机5带式输送机,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,2、溜井运输,按照溜井与露天采场境界的相对位置，可分为内部溜井和外部溜井运输。溜井由井口、井筒及放矿装置组成。,图1038溜井结构a内部垂直溜井b带贮矿仓的内部垂直溜井c外部倾斜溜井,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺露天矿运输,,,,,,,3、溜槽运输,溜槽运输一般用于山坡露天矿的自然斜坡上。,按坡角划分为斜坡（45以下）、陡坡（45～60）和极陡坡（60～80）溜槽。,图1039露天矿溜槽,1卸载平台；2衬壁式溜槽；3非衬壁式溜槽；4档土墙；5有装载设备的漏斗仓；6受料平面,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,排岩工作包括废石场位置的选择、排岩工作方法的选择、废石场的建设与发展、废石场的稳固性与防护措施、废石场的污染控制与复垦等内容。,第四节排岩工作,废石场接受排弃岩土的场地。,排岩工作将岩土运送到废石场以一定方式堆放岩土的作业。,按废石场与露天采场的相对位置，废石场可分为内部废石场和外部废石场。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,一、废石场位置的选择,1、占地面积少，不占或少占农田；,2、安全；,3、排土运距短；,4、保护环境；,5、总容积应与露天矿总剥岩量相适应。,按剥离量所需的废石场有效容量为,,,图10－40废石场排土,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,二、排岩工艺排岩工艺可分为汽车运输推土机排岩、铁路运输挖掘机排岩、排土犁排岩、前装机排岩、胶带排土机排岩。,1、汽车运输推土机排岩,图1041汽车运输推土机废石场,图1042汽车在废石场卸载,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,2、带式排土机排岩,图10－43带式排土系统,由输送机运来的剥离物，经转载机进入排土机里的接收输送机，输送到卸载输送机后进行排岩，推土机平整场地。,带式输送机和排土机向排弃方向跟进移设，进行下排而形成下部排岩台阶，每移动一个步距，推进一个排岩带宽度。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,三、废石场建设,1、废石场初始排土线的修筑,2、排土线的扩展,图1044铁路运输山坡废石场初始排土线,图1045挖掘机修筑初始排土线,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,四、废石场的安全防护与复垦,⒈废石场的稳定性与防护★常见的失稳现象是滑坡和泥石流。,,,,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,⑴废石场的滑坡与防护措施,★废石场的稳定性影响因素主要取决于废石场的地形坡度、排弃高度、基底岩层构造及其承压能力、岩土性质和堆排顺序。,图1041废石场滑坡类型a废石场内部的滑坡；b沿基底面的滑坡；c基底软弱层的滑动,★废石场的滑坡防护措施①要先清除表土及软岩层，然后开挖成阶梯，以增强基底表面的抗滑力。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,②对含水的潮湿基底，应将不易风化的剥离物堆排在基底之上，并设置排水工程将地下水引出废石场；,③对倾斜度较大且光滑的岩石基底，可采用交叉式布点爆破，以增加其表面粗糙度；,④用筑堤或其它疏导工程，拦截或疏引外部地表水不使其进入废石场，防止在基底表面形成大量潜流，产生较大的动水压力冲刷基底。,⑤调整排弃顺序，对于地形上陡下缓的废石场，宜先从底部堆排或采取水平分段排弃，以保护废石场坡角的稳定性。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,⑵废石场泥石流防护措施,废石场泥石流多与滑坡相伴而生。有降雨和地面沟谷流水时，废石场坡面受到冲刷，使滑坡迅速转化为泥石流而漫延。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,①泥石流的发生需具备三个基本条件★泥石流区含有丰富、松散的岩土来源；★山坡地形陡峻并有较大的沟谷河床纵坡；★泥石流区中上游有较大的汇水面积和充沛的水源。,②可采取的预防措施是挡、拦、引、蓄。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,⒉废石场对水质的污染与处理,污染因性质不同可分为物理污染和化学污染。,★物理污染是由于化学性质不活泼的岩土颗粒或有机物被水携带进入河流、蓄水池或农田之中，如果含有放射性元素则污染危害更为严重。必须采取妥善的控制措施，切断外流污染渠道。,★化学污染大多产生酸性污水，其中硫化矿物是酸水的重要来源。,对化学污染进行水质处理的方法有⑴中和法,⑵蒸馏法,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,⑶逆渗透法,⑷离子交换法,⒊废石场的复垦,矿山土地复垦要因地制宜，根据地区气候、植物生长环境、经济地理条件和岩土的化学成份含酸程度，规划复垦土地的使用方式，以便制定复垦执行计划。,★农业复垦将土地恢复供农业使用；,⑸冻结法,⑹电渗析法,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,★林业复垦恢复种植牧草和植被绿化，用于牧业生产，恢复生态平衡；,★其他用途将露天采矿场改造成水库、人工湖、养鱼池或尾矿池，开辟风景旅游区，以及恢复土地供建筑厂房使用等。,2020年10月26日,矿物资源工程专业主干课程,第十章露天开采工艺排岩工作,,,,,,,矿山土地复垦指标主要以土地复垦率表示，即KjS/SP式中Kj土地复垦率；SP被矿山占用和破坏的土地数量；S复垦后可被利用的土地数量。,废石场的复垦地点分为内部废石场即露天矿采空区和外部废石场山坡或平地。复垦的基本过程可分为复垦地点的准备、回填与平整和再植被等三个阶段。,复垦方法应与露天开采工艺紧密结合协调进行，既能满足矿山生产要求，又符合复垦需要，使企业效益和社会效益最佳。,