水泥矿山陡帮采矿方法的研究.pdf
国 , M G IN D U S T R Y 矿 山 与 机 械 版 水泥矿山陡帮采矿方法硇研究 于 宝池 冀东水泥股份有限公司, 唐山 0 6 3 0 3 1 露 天矿 采 用 陡 帮作 业 分期 开 采 在 国外 和我 国的 电铲 尾 随开 采 法 、并段 爆 破 与分 段 采装 以及 分段 分 冶金、化工等行业的矿山开采 中的应用是很普遍的。 层开采等 。 这些方法都能加陡工作帮坡角 , 都属于陡 陡帮作业 分期 开采 是有效 的开 发露 天矿 的技术 措施 . 帮开 采 。 它 对减 少 矿 山基 建 _丁程 量 . 尽 早 达 到设 计规 模 . 减 少 但 这 些方 法 中 ,对 加 陡工 作 帮坡 角 大小 的影 响 初期生产剥采比有显著作用 .从而可以缩短建设时 程度不一样。 例如 , 台阶依次轮流开采法和组合 台阶 间 , 早见 成效 , 有效 的使用 建设 资金 , 合 理 的摊 销 生产 开 采 法 ,他 们 都 能 将 工作 帮 坡 角 加 大 2 5 。 ~ 3 5 。 或更 费用 . 提 高矿 山开 采 的经 济效 果 。 长期 以来 . 我 国水泥 大 。 所 以这些 方 法是 陡帮 开采 的主体 , 是本 文研 究 的 矿 山 因受到矿 山规 模 、 矿山开 采条 件 、 矿 体赋存 情 况 、 主要 对 象 。 矿 体 品质要求 、 剥 离 比的确立 和水 泥生 产 的配料 要求 这些方 法为 什么能 加陡 工作 帮坡角 , 实现 陡帮 开 等 因素 的影 响 . 水 泥矿 山对 陡帮开 采重 要性 的认 识不 采 呢下 面我们从 陡 帮开采 的基本原 理谈起 。 够 . 因此在水泥矿山对陡帮采矿方法的研究和应用都 缓帮开采时, 露天矿的工作帮坡角在 8 - 1 5 。 之间 比较滞后 近年来随着我国水泥矿 山规模 的不断增 变化 , 有时可能稍大 , 但其主要特征是工作帮上每个 大 . 水 泥矿 山开 采 强 度要 求 的不 断 提 高 . 矿 山覆 盖层 工作 台阶都 布置 一 台或几 台挖掘机 , 所 有 的台阶都 处 厚 度 的逐渐 增大 . 在一 些水泥 矿 山逐渐 采取 一些 强化 于作 业状态 , 他们 齐头 并进 、 全面 开采 , 故称 台阶全 面 开采措 施 , 收到 了很好 的生产 效果 和经 济效 益 , 在 此 . 开 采法见 图 1 。 笔者 就 几年 来 陡 帮 开采 方法 研 究 和应 用 的体 会 做简 要 论 述。 一厂 i I B I I I I 。 广 l ] l / B B - 1 n r ~ 西 n 1 陡帮开采的基本原理 ~ 』 ’ ①②⑨ h I B - I 卜 卜 h 什么是 陡帮 开采 如何 实现 陡帮开采 这 是首先 h 需 要解 决 的问题 。 在 从 J 义 上 , 、 L 起 日 E U 水lJ 石 L l 二 L 玄 小 匕 M 山很少剥 岩 , 此问题并不 明显 工作帮坡 角的一切 图1 台阶全面开采法示意图 工艺 方式 、 采剥方法及技术措施 都可以称之为 陡帮 B - 工作平台 宽; B m i n 一 最小工 作平台 宽度; B n . 爆破进尺或剥岩带的宽度 h 一 台阶高 度 开采 ’ 例如 台阶依次轮流开采法 、 组合台阶开采法 、 此时,每个工作台阶都保留最小工作平 台宽度 , 于宝池 副总经理 、 lT程硕士、 教授级高工。 中 国水 泥2 0 0 9-4 都处于作业状态 , 也就是说 , T作帮上没有不作业 的 种 , 一种办法 是预 留较 宽的平 台 , 以保证采 运设备 或 暂不作 业 的台阶 。 正 常 工 作 , 这 是 我 国露 天 矿 的一 贯 做 法 , 我 们 的 工 陡帮开采时 ,T作帮上不是每个 台阶都布置电 作平 台宽度从几十米到上百米 .一般是愈宽愈好 铲 。 或者说不是每个工作 台阶都处于作业状态 . 即一 另一种办法是加宽采 掘带 . 即爆 破进尺的宽度使采 部分 台阶 是作业 台 阶 。 另一 部分 台 阶则是 暂 时不作 业 掘 后 的 平 台 宽 度 较 大 . 便 于调 车 和进 行其 它 种 类 的 的台阶。作业台阶和暂不作业台阶轮流交换 . 故称 台 作业见图 3 。 牝 讥 雌 | .,/ / / / J / 、 h / ① ⑥ h r , , , ,y/ / / , / , / , / b I’ B s /4 / 盯 /,,/、 B ⑦ h ⑧ } h ⑨ h 图3 加宽采掘带作 业示意 图 r ⑩ h , . b 一 暂不作业平台宽度; h 一 台阶高度 B T作平台宽度 1 塌 破 进 足 或 宽 度 U 从 图 3可以看 出. B 值愈大 B值就愈大 . 它与加 图 2 台阶轮流作业示意图 大 b值 的作用 实际 上是一 样 的 。陡帮 开采 时 . b值小 。 此外 . 工作帮上不是所有 台阶都保 留最小 T作 但只要将 B 值加大到一定数值 ,使 B值大于 B 的 平台 . 只有作业 台阶保 留最小 工作平 台 . 而其它 暂 值 , 就能保证台阶正常丁作 , 这样就可以加陡工作帮 不作业台 阶只保 留很窄 的平 台 . 或者并段 . 即不 留 坡角 , 实施陡帮开采。 平 台 2 . 2实行横 向采掘 当剥岩 条带 宽度 在水 泥矿 山不是剥 岩 条件 . 可 2 实现陡帮开采的措施 能是配矿条带或采矿带 B 值加 大到一定数值后 . 其 实 现 陡 帮开 采 的技 术措 施 和 方法 有 几 种 通 常 值 超过 挖 掘机 电铲 采 掘带 的 宽度 , 即 B 1 1 . 5 R 有 加大爆破进尺 ; 实现横 向采掘 ; 纵 向爆破 , 组合 台 式 中 R 为挖掘机站立水平的挖掘半径 挖掘机就 阶移 动坑 采用深 度法设 置 备采矿 量 等 。这些 方法 在 不可 能实 施纵 向采 掘 , 而 一次 将剥 离 条带采 完 。为 了 一 些条件下是单独使用 .在另一些条件下是联合应 充分利用采掘后 的作业空间进行调车作业 . 挖掘机必 用。通常联合应用更多 , 比如组合 台阶和横 向采剥在 须实施横向采掘 , 在水泥矿山采用横向开采能使不同 冶金矿山一般都同时应用 .但水泥矿山有其特殊性 . 品质的几个矿体 同时在一个水平面上被揭露开采 . 从 其单独应用的时候更多 ,这要看具体的矿床赋存条 而有利于搭配生产见图 4 。 ’ 件 、 矿体开采条件 、 原矿品质和矿山采出品位、 采掘设 2 . 3 纵向爆破 备等情况而定。 缓 帮开采 时 . 一般 采用横 向爆破 . 爆堆亦 横 向 2 . 1 加大爆破进尺 布置 。所以爆堆在工作平台中所 占的宽度最大 。陡 为 了保 证一定 规格 的挖掘设备 及 汽车等采 矿 帮开采 时 . 为 了减 少工作平 台宽度 . 需 将爆堆旋 转 设 备正常作业 ,工作 台阶必须 留有一定 的平 台宽 9 0 . 即实行纵 向爆破 。 爆堆亦纵 向布置。这时在横 度 , 小于此宽度就不能正常作业。设备能力愈大 . 此 剖面上只见到爆堆 的旁 冲 B I _ , 一般 B L 值 在 1 0 1 3 m 平 台宽度也就愈大 。 保证平 台一定宽度 的方法有两 之间见 图 5 。 2 0 0 9 。4 CHI NA C EMENT 9 3 MI NI NG DUS T RY矿山与机械版 图4挖 掘 机横 向 采掘 图 A - A 图5纵 向爆 破 示 意 图 2 . 4采用深 度法设 置备 采矿量 我们将备采矿量的设 置方法分 为宽度法 、 长度 法 和深 度法 宽度法 是我 国露 天矿等设 置备采矿 量 的主要 方法 .其 实质是增加 工作平 台宽度使之 大于最小工作平 台宽度 .而 最小工作平 台宽度 以 外 的那一部分矿 量是随时都 可 以采 出来 的 .这 就 是备采矿量 。当最小工作平 台宽度一定时 , 工作平 台宽度 愈大 , 备采矿 量就愈多 , 反之 就愈少 。而 工 作平 台宽度愈大 , 工作帮坡角就愈 缓 , 则不可能 实 现 陡帮 开 采 。 深度法备采矿量的含义是 工作帮 自然延伸到最 小坑底时所含的矿量见图 6 。从图中可以看出. 工作 帮坡 角愈 陡 , 备采 矿量就 愈大 , 反之 就愈小 。 因而有 利 于陡帮开采, 加陡工作帮坡角。 图6深 度 法 备采 矿 量 图 b 一 最小坑底宽度 ; I矿一 第一年的采矿量 ; Ⅱ矿一 第二年的采矿量 0 一 基建剥离量 以上这些都是陡帮开采的基本方法和原理。 3组合台阶运输道路的形成 和移设 前 文 我 们 述 及 到 采 用 组 合 台 阶是 实 现 陡 帮 开 采 的有 效 途 径 之 一 .它 给 生 产 带 来 的最 大 利 益 就 是 由于加 陡了剥离工作 帮坡角 .从而使基建 剥离 量 和前 期 采 剥 总 量 大 大减 少 . 节 省 了投 资 . 加 快 了 建设 速度 . 给早 出矿 , 早达产 创造条件 。水 泥矿山 采场 内基本都是 汽车运 输 本 文着重叙述 汽车开 拓 的深 凹露 天 矿 采 用 组 合 台 阶 开 采 时 的运 输 道 路 布置 、 扩展 、 移 设 以及 由于运输 对开采 的要求 的问 题 . 关 于 山坡 露 天 矿 就 更 简单 了 , 读 者 可 以 自己 在 实 践 中应 用 3 . 1 组合 台阶开 采时运 输道 路的形成 和布 置 组 合台 阶顾 名思义就 是几个 阶段 的组合 体见 图7 组合台阶开采示意图 9 4 中国水泥 2 0 0 9 .4 在 这 个 组 合 中 , 一 般 有 个T 作 水 平 和几 个 非 状 态变 为非 工作 状态 , 并 保 留一 定 宽度 。 工作水平 这个工作水平及几个非T作水平都随开 由于新水平的扩展是从水平沟开始 , 因此 , 水平 采 的推进而推进 例 如 . 在 个由三个 阶段组成 的 沟的长度和宽度除保证挖掘机能正常作业外 , 还必须 组合 台阶 中. 当最 高一个水平 工作时 , 其它 两个都 满足汽车逆行的要求。当新水平开采结束, 即第二个 是非工作 水平 . 一旦 最高水平剥 离或开采结 束 此 水平的宽度达到最小推进宽度后 ,挖掘机又需转移, 处是指最高水平推进 到一定宽度 . 而不是推到 固定 又需将 由第一个水平延伸到第二个水平的斜沟 . 再 以 帮 , 挖 掘 机 就 要 转 移 到 下 水 平 工 作 , 这 时 , 第 二 同样 的纵坡 向第 三个水 平延 伸 , 在第 三个 水平 上再 挖 个 水平 就 变成 工 作 水 平 。在 这 种 情 况 下 , 要 保 证 第 掘一 段水 平沟 。 二个水平 的开采物能通过上一个水平运行地表 . 就 如此顺序进行 。直到第三个水平开采结束为止 。 必须有 条随组合台 阶推进而移动 的运输道路 . 亦 当第三个水平采完 . 原先 由最高水平通往地表的运输 称 移动 坑 线 见 图 8 道路 就须 移动 . 也就 是说 在最 小推 进 宽度 以外 的位 置 } 『 I I I , 上 另掘 一 条 斜沟 和 在 最 高水 平 上挖 掘 一 段新 的水平 / , / \ 。 , , 一 / 沟形 笛 一 汗 盾环 6 0 / 二 / / 6 。 。 。T 作 中 同 时 存 存 麴 个 组 合 台 阶 , √。 / H 不 / I / 1 小 『 上 l r l I J H 盯 l上 I ; 且口L 】 I I - l - J l \ 。 一 4 5 __ 时. 除 每 个 组 合台 阶 按 上 述 方 法 形成 运 输道 路 外. { 。 -4 5 l , , , , . , / 、 组合与组合间也是利用由上一组合的最低水平通 I I I l l l , / , l 声 、 一二 一 3 0 , , /, 一 / 往 下一组合 的最高水 平 的斜 沟及 下一组合 最高水 , / , / l } } l 0 , ’ I l 平上的水平沟进行联络。但此时必须注意, 在挖掘 / 3 0 ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯一 ,,⋯一⋯ ’ l l l 斜 沟 时 , 不 得 将 原 有 的 运 输 道 路 切 断 。为 解 决 此 1.口] ⋯ 题 .斜沟可保持一部分原有运输道路 的水平段 . 待 图8 组合台阶中运输道路的设置示意图 斜 沟基本上挖 通后 . 再按要 求调整 斜沟纵坡 . 切断 假设在开采工作 中只有由三个 阶段组成的组合 原有道路 台阶, 其中最高一个水平是工作水平 , 这时 , 这个水平 为使上下组合台阶能协调生产 ,各组合 台阶的 的运输道路可直接与地表运输干线连接 . 即这个水平 工作水平和它的推进速度应基本上保持 同步 .如果 的开采物可直接 由该水平运往地表。 当最高水平开采 由于上下组合中的工作水平 的长度不 同,致使下一 结束 . 该水平与地表运输干线连接 的道路 一般为带 组合的工作水平 比上一组合的工作水平推进快时 。 坡的道路 . 可称它为斜线 就要 以一定纵坡 通常采用 可采取增加下一组合的阶段数或加大上一组合挖掘 同最高水平与地表运输干线连接的道路一样的纵坡 机生产 能力等措施来 保持 上下组 合 的循 环基本 同 向下 个水平延伸 .即在最高水平上挖掘一条斜沟. 步 。 不然 的话 , 就有可能因上一组合 的滞后而影响下 此斜沟实际上就是下一个水平 的运输道路 . 当斜沟挖 一组合的推进。 掘到下水平标高时. 再根据最小推进宽度挖掘一段 3 . 2 组合台阶最小推进宽度的确定 水平沟 . 这个新水平的剥离工作由此段水平沟开始向 组合 台阶推进 宽度是 维持矿 山正 常生产 的必 两侧扩展 要 条件 .也 是确定组 合 台阶的生产 帮坡角 的一个 扩展所产生的剥离物即可沿水平沟和斜沟运往 重要 因素 如果该宽度确定 的过大 。 则组合 台阶的 地表。 为保证斜沟不被新水平 第二个水平 的扩展所 生产 帮 坡 角就减 少 ,增 加 了提前剥 离 的数 量 ; 反 破坏 。 它必须设置在最高水平 第一个水平 , 由_T作 之 , 确定 的过小 , 则 满 足不 了剥 离和运 输 要求 , 影 2 0 0 9 . 4 CHl NA CEMENT MI NI NG I NDUS T RY矿山与机械版 响 矿 山正 常 生 产 影 响 组 合 台 阶 推 进 宽 度 的 因素 较多 , 如, ①矿山年下降速度 ; ②剥离循环周期 ; ③ 开采工艺要求; ④采用的采掘运输设备 ; ⑤运输道 路 技 术 条 件 组合台阶最小推进宽度除考虑年下降速度等因 素确定外 . 尚须 满 足下列计 算 。 按开 采条件 B R控 R卸 b汽 A l b安 见 图 9 按 运输 条 件 B A I 汽 R 1 b路 A 广b安 B2 R A1 一 b安 见 图 1 0 见 图 l 1 图9按 开 采 条 件确 定 最 小 推 进 宽度 示 意 图 \ l I ⋯ l I l I } { I 1 I I I ⋯ ⋯ ⋯ L I A 田 , \ R ⋯ I l \ 7 ,, L 一 / / } ⋯ I I l I 图1 0按运输条件确定最小推进宽度示意图 图l l 按运输条件确定最小推进宽度示意图 式 中 R控 一挖掘机挖掘半径 , m; R卸 一挖掘机卸载半径 , m; b路 一道路宽度 , m; I 汽一汽 车长 度 , m; R 一 道路 最小平 曲线 半径 , m; A一 汽车 前沿距 阶段 坡脚 的安 全距 离 .一般 为 2 m-3 m ; A 一道 路边 缘 距 阶段顶 缘 的安全 距 离 , 一般 为 5m ; b安一 安全平 台最小 宽度 , m。 3 . 3设置新 水平所 需 的工作 平台最小 长度 如前 所述 .当组 合 台阶的工作水 平 由上一 个 转 到下一个时 , 在斜 沟达到下一个水平标 高处 , 需 挖 掘 一 段 水 平 沟 。 这 段 水 平 沟 的主 要 作 用 有 两 点 。 一 是连接各组合 台阶的运输道 路 .使整个 剥离 台 阶 范 围 内有 一 个 完 整 的运 输 系 统 . 同 时 也 起 到 缓 和生产汽车连续爬坡 的作用 。二是 为该组 合台阶 工 作 水平 的 扩 展 创 造 条 件 。 为 此 , 必 须 要 有 一 定 的 长 度 设 置 水 平 沟所 需 的工 作平 台最小 长 度可 按 下式 确定 L 2 L缓 T 2 R t a n 9 f 1 C O S 13 L夹c 。 s 1 3 见 图 1 2 l { i l I I l I I I l I l I l _ 13 L \ / \ / / R \ R - ■ _ 一 I } l l 1 1 1 l l l l l 1 1 I \ r夷 c o J , I\ ._ |\ 。 L 缓L竖 I / l Rta n cosl3 ⋯ 13 、 - L L / ,Rt8n B 、 亏 、 L ‘ L 图l 2 设置水平沟所需的工作平台最小长度示意图 式中 L缓 一道路曲线超高或加宽缓和段长度 , 最小为 l Om ; T 一变坡点竖曲线切线长度, 最小为 1 0 m; 中国水泥2 0 0 9 . 4 R一道路平 曲线半径 , m 个水平 的标高都有运输道路通过。因此 , 组合台阶能 L妻 一两曲线间最小夹直线长度 , 一般为 2 0 m; 保持正常工作。 但是运输道路在采用组合 台阶剥离时 B一 道路 曲线 的转 向角 , 一 般 为 5 0 ~ 6 0 。 的范 围 中折 返 , 有 可 能增 加运输 道 路数 量 或延 长运 输 3 . 4 挖掘斜沟时挖掘机与汽车的配合 道路长度 , 从而使扩帮量加大。 挖掘斜沟时 . 由于挖掘机与汽车均在宽度有 限 2 运输道路通过采用组合 台阶剥离的范围迂回 的斜 坡 上 一 般 为 双 车 道 路 基 宽 作 业 , 因此 它 们 之 到 非组 合 台阶开 采 的固定 帮上 , 这样 迂 回到 固定 帮 上 间的配合 。 远不如挖掘水平沟那样简单 。首先遇 到 的那部分道路就不能直接为组合 台阶服务 ,也就是 的 困难是 汽车调头 问题 . 由于装 车的要求 . 汽车必 说 , 相应于固定帮上的那部分道路标高的组合台阶没 须后退至挖掘机旁 . 正常作业 时 。 汽车 的调头 、 后退 有适合组合台阶进行剥离的运输道路 , 因而也就无法 均在挖掘机 附近进行 , 可是在斜沟 中 , 汽车调 头就 正常工作 。为保证这部分组合台阶能正常剥离 , 就必 不 可 能 . 其 一 是 没 有 足 够 的 宽 度 . 其 二 是 在 斜 坡 道 须 在 采用 组 合 台 阶剥 离 范 围 中设 置 与迂 回到 固定 帮 上 因此 . 必须在进入斜 沟前 的适当地点上设置调 上的那部分运输道路标高相应的辅助道路。 如果那部 车场地 . 以满足汽车调头 的需要。 分组合台阶推到固定 帮后 , 该辅助道路仍需作为其组 由于采 用组合 台 阶剥离 时 , 挖 掘斜 沟 是一项 经 常 合 台阶 的运输 道路 , 那 它将不 能取 消 , 这 时 , 同样需 要 性 的工作 . 因此剥离 过程 中将 会增 加大 量修 筑调 车 场 增加 扩帮 量 。 的工作量 总 之 .陡 帮 开 采 技 术 在 我 国水 泥 矿 山 的 应 用 其 次 . 汽 车 在 进 入 斜 沟 前 调 头 , 这 就 意 味 着 汽 具 有 广 阔 的前 景 。首 先 , 水 泥 熟 料 生 产 的特 点 决 定 车是 后 退 进 人 斜 沟 .而斜 沟 则 随 挖 掘 逐 渐 延 长 . 所 了 对 水 泥 原 料 有 益 或 者 有 害 组 份 含 量 的 要 求 不 是 以, 斜沟越长 , 汽车后退的距离就越长。 越 纯越好 , 而是满 足配料要求 即可 。这就使得 水泥 斜 沟的最 大长 度为 L H / I 矿 山 在 开 采 过 程 中对 不 同 品 质 的 矿 体 通 过 一 定 的 式 中 H 一 阶段 高度 , 1 1 1 ; 技 术 手 段 主 动 地 安 排 好 开 采 顺 序 ,在 垂 直 和 水 平 I 一道路 纵坡 . % 方 向 上 实 现 优 劣 品质 矿 石 的 均 衡 开 采 ;第 二 是 水 这种工作条件和运行方式 . 将给剥离工作带来许 泥 企业生产规 模越来 越大 ,从而使 水泥矿 山 的开 多困难. 降低电铲和汽车的工作能力。 采需 求量不 断增加 ,这就要 求矿 山在生产 过程 中 3 . 5组合 台阶剥 离时运 输道 路的 连续性 进 一 步 加 快 矿 山 工 程 延 伸 速 度 ,提 高 矿 山 开 采 强 当采用组合台阶剥离时 . 在每一组合中必须要 度 . 陡帮开采技 术是实 现上述要求 的有效 办法 ; 第 有一条为本组合服务 . 即适合该组合标高在组合 台 三 。矿 山装备水 平 的不断提 升和水 泥矿 山装备 的 阶推进 时能保 证 以最 短运距将 剥离物 运 出的运输 大 型化 的水泥 矿山大 规模开采 和提 高采矿 能力创 道 路 ,且 该 运 输 道 路 必 须 与 整 个 运 输 系 统 相 连 接 , 造 了 物 质 基 础 ,从 而 也 为 陡 帮 开 采 技 术 的 实 施 提 这样才能保证整个剥离工作正常持续地进行 。如果 供 了设 备保证 ; 第 四, 随着 我 国水泥产 量 的不断提 同时剥离 的组合 数越多 . 那 么 , 连接这 些组合 的运 高 , 过去那 些矿 石 品质 高 、 赋 存条 件 好 、 容易 开采 输道路的连续长度将越 长 这就有可能出现下面两 的矿 山逐渐闭坑 ,水 泥矿 山长期 山坡 露天 开采 的 种情 况 局 面 被 打 破 , 凹 陷露 天 开 采 的 矿 山在 增 加 , 大 量 低 1 运输道路在采用组合台阶剥离的范围中折 品质灰 岩 , 开采条件 差 , 矿体 赋存复杂 的矿床 被开 返 , 这时 , 除了折返点 即回头曲线部分 通常设在采 发和利用 ,从而对 新 的采矿方法 提 出了更加 客观 用组合台阶剥离的范围之外处 , 相应 于每个组合 中各 的要求 。口 2 0 0 9 . 4 CHI NA CE ME NT 97