1、金屬礦床露天開采金屬礦床露天開采l緒論l礦床品位與儲量計算l巖石的力學性質(zhì)及分級l最終開采境界的確定l露天開采程序l露天礦生產(chǎn)計劃l露天礦床開拓l露天開采工藝l礦山技術(shù)經(jīng)濟概述臺階幾何要素掘溝臺階的推進方式采場擴延過程與布線方式幫坡形式與幫坡角生產(chǎn)剝采比分期開采 最終開采境界最終開采境界是在當前的技術(shù)經(jīng)濟條件下對可采儲量的圈定，也是對開采終了時采場幾何形態(tài)的預估。如何采出最終境界內(nèi)的礦石和巖石則是露天露天開采開采程序程序問題。 露天開采是從地表開始逐層向下進行的，每一水平分層稱為一個臺階。-12m0m12m24m36m48m48m-12m0m12m24m36m封閉圈48m36m24m0m12m

2、 臺階由坡頂面、坡底面和臺階坡面組成。 臺階幾何要素：l臺階坡面角，是巖體穩(wěn)定性的函數(shù)；l臺階高度，受生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模、采裝設備、采裝設備、開采的選別性影響；選別性影響；l臺階寬度，W= Wc (爆破帶寬度)+Ws(安全平臺寬度) 。WWAHHA200m200m176m176m188m188m臺階坡面坡頂線A-A坡頂面坡底線臺階坡面坡底面臺階三要素：W臺階寬度H臺階高度臺階坡面角 掘溝掘溝是新臺階開采的開始，一般分為兩階段進行：首先挖掘出入溝出入溝，以建立起上下兩個臺階水平的運輸聯(lián)系；然后開掘段溝段溝，為新臺階的開采推進提供初始作業(yè)空間。出入溝參數(shù)：l出入溝的坡度出入溝的坡度，取決于汽車的爬坡

3、能力和運輸安全要求；l最小溝底寬度最小溝底寬度WDmin，是滿足采運設備基本作業(yè)空間要求的溝底寬度，其值取決于電鏟的作業(yè)技術(shù)規(guī)格、采裝方式與汽車的調(diào)車方式。152m140m出入溝段溝164m 在許多礦山，最終開采境界范圍內(nèi)的地表是山坡或山包，隨著開采的進行，礦山由上部的山坡露天礦逐步轉(zhuǎn)為深凹露天礦。采場由山坡轉(zhuǎn)為深凹的水平成為封閉水平，即在該水平上采場形成封閉圈封閉圈。 在山坡地帶的開采也是分臺階逐層向下進行的。與深凹露天礦開采不同的是不需要在平地向下掘溝以達到下一水平，只需在山坡適當位置拉開初始工作面就可以進行新的臺階的推進。習慣上將“初始工作面的拉開”也稱之為掘溝。山坡上掘出的“溝”是僅在

4、指向山坡的一面有溝壁的單壁溝單壁溝。 H 最終境界礦體封閉圈推土機開掘單壁溝WDGeT 電鏟開掘單壁溝WD = G + T + e G為電鏟站立水平挖掘半徑；T為電鏟回轉(zhuǎn)中心到履帶外緣距離；e為電鏟履帶外緣到單壁溝外緣的安全距離。 不同的掘溝方式下，所需要的不同的掘溝方式下，所需要的WDmin ：3.2.1 溝外調(diào)頭中線采裝溝外調(diào)頭中線采裝 ，WDmin2G3.2.2 溝外調(diào)頭雙側(cè)交替采裝溝外調(diào)頭雙側(cè)交替采裝 ，WDminGK 3.2.3 溝內(nèi)折返調(diào)車溝內(nèi)折返調(diào)車 ，WDminRLd/22e 3.2.4 溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車 ，WDmin2Rd2e WDmin2G GGBWDmin =2G

5、G電鏟站立水平挖掘半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。WDminGK KGBBGKWDmin =G+KG電鏟站立水平挖掘半徑；K電鏟尾部回轉(zhuǎn)半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。WDminRLd/22e leedRRWDmin = RLd/22e R汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑；L汽車車身長度；d汽車車身寬度；e汽車距溝壁的安全距離。WDmin2Rd2e leeddRRWDmin = 2Rd2e R汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑；d汽車車身寬度；e汽車距溝壁的安全距離。 采用Weboo-120c(109t)汽車，R=12.4m，L=11.73m，d=6.179m，e=1.5m；6.88m3電鏟，站立水平最大挖掘半徑G

6、=10.75m，尾部回轉(zhuǎn)半徑K=6.02m，最大卸載高度處的卸載半徑B=13.87m。計算得： 溝外調(diào)頭中線采裝：溝外調(diào)頭中線采裝：WDmin2G=21.5m； 溝外調(diào)頭雙側(cè)交替采裝溝外調(diào)頭雙側(cè)交替采裝: WDminGK=16.77m； 溝內(nèi)折返調(diào)車溝內(nèi)折返調(diào)車: WDminRLd/22e=30m； 溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車溝內(nèi)環(huán)行調(diào)車:WDmin2Rd2e=34m（最大） l繪圖說明臺階的幾何要素，并論述影響各幾何要素的主要因素。l繪制一采場平面圖。已知：臺階高度12m，臺階坡面角70，安全平臺寬度6m，出入溝寬24m，出入溝坡度為8%。要求至少畫出兩個工作臺階，兩個非工作臺階。l一個露天礦山選用4m3

7、的電鏟，試確定不同掘溝方式下的最小溝底寬度。（提示：查采礦設計手冊，先確定出與之匹配的汽車型號）4.1 采掘方式及工作平盤參數(shù) 4.1.1 垂直采掘 4.1.2 平行采掘 4.1.3 采區(qū)寬度與采掘帶寬度 4.1.4 最小工作平盤寬度4.2 工作線布置方式 4.2.1 縱向布置 4.2.2 橫向布置 4.2.3 扇形布置 垂直采掘時電鏟的采掘方向垂直于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相平行。垂直采掘時，若采用雙點裝車，電鏟的裝載回轉(zhuǎn)角度小(10110之間，平均為60左右)，裝載效率高；缺點是汽車在電鏟周圍調(diào)車對位需要較大的空間，要求較寬的工作平盤。當采掘到電鏟回轉(zhuǎn)中心位于采掘前的臺

8、階坡底線時，電鏟沿工作線移動到下一個位置，開始下一輪采掘。 采掘方向下一輪采掘位置工作線采區(qū)寬度臺階推進方向一次采掘深度（即采掘帶寬度A）為電鏟站立水平挖掘半徑（G），沿工作線一次采掘長度為2G。 平行采掘時電鏟的采掘方向平行于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相垂直。根據(jù)汽車的調(diào)頭與行駛方式（統(tǒng)稱為供車方式），平行采掘可進一步細分為許多不同的類型。單向行車不調(diào)頭和雙向行車折返調(diào)車是兩種有代表性的供車方式。 B臺階推進方向工作平盤寬度采掘方向安全擋墻調(diào)車簡單，工作平盤只需設單車道。電鏟回轉(zhuǎn)角度大，需雙出入溝，增加了掘溝工作量。工作平盤寬度安全擋墻臺階推進方向采掘方向B安全擋墻臺階推進

9、方向工作平盤寬度采掘方向BB12汽車1正在裝車工作平盤只需設單車道。需雙出入溝，增加了掘溝工作量。采掘帶寬度采掘帶寬度爆堆寬度bAcAcWcWs采區(qū)寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆寬度bWcWs采區(qū)寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆爆堆(b)(a)采區(qū)寬度采區(qū)寬度是爆破帶的實體寬度，采掘帶寬度采掘帶寬度是挖掘機一次采掘的寬度。 當?shù)V巖松軟無需爆破時，采區(qū)寬度等于采掘帶寬度。絕大多數(shù)金屬礦山都需 要爆破，故采掘帶寬度一般指一次采掘的爆堆寬度。二者關(guān)系見上圖 。 圖中，(a)為一次穿爆兩次采掘，(b)為一次穿爆一次采掘?？捎肁c=1.5G取值，國內(nèi)礦山一般為11.5G，國外礦山可達1.8G。b=

10、2ksWcH/Hb-Wc式中，b爆堆寬度；ks為礦巖爆破后的松散系數(shù)； Wc為采區(qū)寬度；H為臺階高度； Hb為爆堆高度； 為爆堆形態(tài)系數(shù)。堅硬巖石爆堆橫斷面近似三角形， 0；不堅硬巖石爆堆橫斷面近似梯形， 1；中等堅硬巖石，0 1。采用一爆一采時，爆堆寬度即為采掘帶寬度（即b Ac ），可根據(jù)上式反算出采區(qū)寬度。 其取值需依據(jù)采運設備的作業(yè)技術(shù)規(guī)格、采掘方式和供車方式確定。采用單向行車、不調(diào)頭供車的平行采掘方式時，最小工作平盤寬度可根據(jù)裝車條件計算。GBesdAcWcWmin = G + B + d/2 + e + s 33mG為挖掘機站立水平挖掘半徑10.75m；B為最大卸載高度時的卸載半徑

11、13.87m ；采用Webco-120c汽車，d為汽車車體寬度6.2m；e為汽車到安全擋墻距離,取1.5m；s為安全擋墻寬度3.5m。 臺階推進方向采掘方向BeeLsdRWmin = R + d/2 + L+ 2e + s=33.4m Webco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, L=11.38m, 設e=1.5m, s=3.5m臺階推進方向采掘方向2RBB12eeddsWmin = 2R + d + 2e + s=37.5mWebco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, 設e=1.5m, s=3.5m 實際上，由于汽車的靈活性，即使最小工作平盤寬度比用公式計算結(jié)

12、果小一些，也可實現(xiàn)調(diào)車。但調(diào)車的時間會增長，影 響作業(yè)效率。 其它供車方式下的最小工作平盤寬度可以仿照上述做法，通過簡單的幾何分析計算求得。實際生產(chǎn)中的工作平盤寬度一般應大于理論計算值。當采 用一次穿爆兩次采掘（或如圖15-22所示的橫向采掘）時，由于采區(qū)寬度 (Wc) 大大增加，工作平盤寬度也將大大增加。 依據(jù)工作線的方向與礦體走向的關(guān)系，工作線的布置方式可分為： 縱向 橫向 扇形 橫向布置時工作線與礦體走向垂直。這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝，垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面，或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴展，逐步擴成垂直礦體的工作面，沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時，爆破

13、方向與礦體的走向平行，故對于順礦層節(jié)理和層理較發(fā)育的巖體，會顯著降低大塊與根底，提高爆破質(zhì)量。由于汽車運輸?shù)撵`活性，工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。 縱向布置時，工作線的方向與礦體走向平行。 這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作 面，之后依據(jù)溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝），自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。 扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關(guān)系，而是呈扇形向四周推進。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸?shù)撵`活 性，可使開采工作面盡快到達礦體。 5.1 采場擴延的一般描述5.2 布線方式5.3 并段 假設一露天礦最終

14、境界內(nèi)的地表地形較為平坦，地表標高為200m ，臺階高度為12m。首選在地表境界線的一端沿礦體走向掘溝到188m水平（圖a）。出入溝掘完后在 溝底以扇形工作面推進（圖b）。 當188m水平被揭露出足夠面積時，向176m水平掘溝，掘溝位置仍在左側(cè)最終邊幫(圖c)。之后， 形成了188-200米臺階和176-188米臺階同時推進的局面（圖d）。 隨著開采的進行，新的工作臺階不斷投入生產(chǎn)，上部一些臺階推進到最終邊幫（即已靠幫）。若干年后，采場現(xiàn)狀變?yōu)槿鐖De所示。 當整 個礦山開采完畢時便形成了如圖f所示的最終境界。 當縱坡坡度為8%左右時，連續(xù)陡坡坡長限制在約350m以內(nèi)。的坡度一般不大于3%，長度

15、在80m左右。5.2.1 螺旋布線5.2.2 迂回布線5.2.3 固定式布線5.2.4 移動式布線臺階的出入溝沿最終邊幫成螺旋狀布置，故稱為螺旋布線螺旋布線 螺旋線彎道半徑大，線路通視條件好,汽車直進行駛，不需經(jīng)常改 變運行速度，道路通過能力強；工作線的長度和推進方向會因采場條件的變化而發(fā)生變化，生產(chǎn)組 織較為 復雜；各開采水平之間有一定的影響，新水平準備和采剝作業(yè)程序較為復 雜；要求采場四周邊幫的巖體均較為穩(wěn)固。出入溝以迂回形式布置在采場一側(cè)的非工作幫上，稱為。 迂回布線要求布線邊幫的巖石較為穩(wěn)固，地質(zhì) 條件允許時，一般將迂回線路布置在礦體下盤的非工作幫上，這樣可以使工作線較快接近礦體，減少

16、初期剝巖量?？赏瑫r布置兩套或更多迂回線路，增加出入溝數(shù)目。開采工作線長度和方向較為固定，各開采水平間相互影響小，故生產(chǎn)組織管理簡單。行車條件不如螺旋布線。 每一新水平的掘溝位置選在最終邊幫上，出入溝固定在最終邊幫上不再改變位置。這種布線方式稱為固定式布線固定式布線。 l由于礦體一般位于采場中部（緩傾斜礦體除外），固定布線時的掘溝位置離礦體遠，開采工作線需較長時間才能到達礦體；l道路條件好。 為盡快采出礦石，可將掘溝位置選在采場中間（一般為上盤或下盤礦巖接觸帶），在臺階推進過程中，出入溝始終保留在工作幫上，隨工作幫的推進而移動，直至到達最終邊幫位置才固定下來。這種方式稱為移動式布線移動式布線。

17、6.1 工作幫坡角6.2 組合臺階6.3 各種幫坡形式6HWWW非工作幫工作幫工作幫工作幫是由工作臺階組成的邊幫，并隨臺階的推進而向最終邊幫 （非工作幫）靠近。工作幫工作幫坡角坡角一般定義為最上一個工作臺階的坡頂 線與最下一個工作臺階的坡底線聯(lián)成的假想斜面與水平面的夾角。若工作幫由n個相鄰的工作臺階組成，且工作平盤寬度相等， 工作幫坡角（）可由 下式計算： 式中，H為臺階高度，W為工作平盤寬度，為臺階坡面角。實際 生產(chǎn)中各工作平盤的寬度一般不相等。上式變?yōu)椋?arctgnHnW nH tg()/1arctgnHWnHtgiin11/32154 VH1H2T最終境界陡工作幫緩工作幫如采用緩工作幫

18、，由于礦體規(guī)整，每一條帶的礦量基本保持不變，但所需的剝巖量先是隨著采場的延深而增加，采到第五條帶（H1深度）時達到最大值，而后逐年下降。如果采用如圖中虛線所示的陡工作幫，則前期的剝巖量大大降低，峰值的到來將大大推遲（推遲到H2深度） 。資金時間價值顯示出陡工作幫開采的優(yōu)越性。l增加臺階高度（受到設備與開采選別性的限制）l減小工作平盤寬度（受到最小工作平盤寬度的限制）l采用組合臺階開采 組合臺階組合臺階是將若干個（一般4個左右）臺階組成一組，劃歸一臺采掘設 備開采。這組臺階稱為一個組合單元組合單元。 在組合單元中，任一時間只有一個臺階處于工作狀 態(tài)，保持正常的工作平盤寬度，其它臺階處于待采狀態(tài)，

19、只保持安全平臺的寬度。 組合臺階開采只有當采場下降到一定的深度后才能實現(xiàn)。如果采場空間允許，可以在不同區(qū)段布置多臺采掘設備同時進行組合臺階開 采，也可視工作幫的高度在同一區(qū)段垂直方向上布置多個組合單元。 組合臺階開采常用于分期開采的擴幫工作。g4HWsWcWWsWs 組合單元內(nèi)的工作幫坡角一般定義為單元內(nèi)最上一個臺階的坡頂 線與最下一個臺階的坡底線連成的斜面與水平面之間的夾角，計算公 式為：g arctgnHnWWnH tgs()/2式中，n為組合單元中臺階的數(shù)目；Ws為安全平臺的寬度；W為工作平盤寬度。假設n=4，H=12m，Ws=10m，W=40m，=70。，則求得 g =31.78。12

20、36H456WsWsWsWsWs 右圖是在開采過程中形成的由6個臺階組成的一段幫坡， 每一臺階均保持安全平臺寬度（Ws）。從最上一個臺階的坡頂線到最下一個臺階的坡底線的斜面與水平面的夾角（）稱為該段邊幫的總幫坡角，其計算式與式（15-11）相同，只需將式中 的W換成Ws即可。 設Ws=10m，H=12m， =70。則得 = 43.37。 123456A道路WRDC6HBWsWs12WsWsWs如果上圖中的第三臺階的中腰通過一寬度為WR的斜坡道，該段邊幫變?yōu)樽髨D。左圖的 仍為總幫坡角。道路將整段邊幫分為AC和DB兩段 ，圖中1 和2 稱為路間幫坡角路間幫坡角。若WR=30m，其它數(shù)據(jù)不變，則 =

21、34.13。 ，1 =44.14。， 2 =42.84?？梢姡谶厧蜕霞尤脒\輸?shù)缆?會使總幫坡角變緩許多（本例中變緩了約9。）。若該段幫坡是最終邊 幫，幫坡角的變緩意味著多剝離大量的巖石。這一簡單的例子說明在 設計最終境界時，最終幫坡角的選取應考慮到運輸?shù)缆返牟贾们闆r 。 WsA123456工作平盤WcDC6HBWsWs12WsWs 若圖a所示的邊幫上有一個臺階是工作臺階，邊幫將變?yōu)樽髨D 所示。工作臺階對幫坡角的影響與道路相似。若這6 個臺階是組 合開采中的一個組合單元，那么，該段邊幫的總幫坡角（）即為前面提到的組合單元工作幫坡角(g）。工作平盤上下兩段的幫坡角(1和2 ）有時也稱為路間幫坡角。若其它的數(shù)據(jù)不變，工作平盤寬度W=40m ，則 =3