1、露天采礦概論1露天開采總論 露天開采規(guī)模與礦石質(zhì)量 間斷生產(chǎn)工藝系統(tǒng) 連續(xù)、半連續(xù)及倒堆開采工藝系統(tǒng) 露天開采的科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向 露天開采程序與開拓運(yùn)輸系統(tǒng) 露天開采設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)露天采礦概論 露天開采總論 第一章 露天開采總論 第一節(jié).露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展露天開采的特點(diǎn) 露天開采的特點(diǎn)是采掘空間直接敞露于地表，為了采出有用礦物，需將礦體上覆的土巖及部分周圍的巖石剝離掉，通過露天溝道線路系統(tǒng)把礦巖運(yùn)至地表。圍巖圍巖礦體采空區(qū)優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)規(guī)模大、效率高；（2）露天開采成本一般比礦井開采成本低；（3）回收率高，可順便采出伴生礦物；（4）木材、金屬、電力等材料消耗少；（5）作業(yè)安全、勞動(dòng)條件好，

2、能開采易燃、 多水、高瓦斯礦床；（6）礦山基本建設(shè)周期短，投產(chǎn)及達(dá)產(chǎn)快。（7）易于環(huán)保、易于治理. 露天采礦概論 2. 露天開采的優(yōu)缺點(diǎn) 一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展缺點(diǎn)：（1）破壞和占用大量的土地和耕地；（2）需大型設(shè)備多，投資較高；（3）氣候條件影響較大；（4）要求礦床覆蓋層薄和礦層厚，否則基建 剝離量過大；（5）對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重。2. 露天開采的優(yōu)缺點(diǎn) 一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展3. 露天開采的發(fā)展3.1 國(guó)內(nèi)外露天開采的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界固態(tài)礦產(chǎn)（包括建筑材料）的年開采總量約為11.61010 t ， 露天開采量約占80%。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界各類主要礦產(chǎn)中露天開采所占比重分別如下： 磁鐵

3、礦 78% 磷酸鹽礦 87.5% 褐鐵礦 84% 石棉礦 75% 錳礦 86% 褐煤 84% 銅礦 90% 煙煤 25% 鋁土礦 91% 建筑材料 100% 鎳礦 45% 油礦 30%我國(guó)主要礦床露天開采的比重如下： 鐵礦石 87% 有色金屬礦石 50% 煤炭 10% 化工原料 70.7% 建筑材料 100%圖 世界主要產(chǎn)煤國(guó)家露天開采產(chǎn)量占總產(chǎn)量比重對(duì)比圖4、露天煤礦所占的比例我國(guó)煤層出露的露頭相對(duì)更少。所以，具備露天開采的比例相對(duì)較少。此外，露天開采的機(jī)械化程度比較高，初期投資偏大，民營(yíng)企業(yè)幾乎干不起，地方企業(yè)也不可能輕松投入。因此，我國(guó)露天煤礦所占的比例相對(duì)很小。上世紀(jì)末的1998年，我

4、國(guó)露天煤礦的比重僅為3.3%，時(shí)至2009年，我國(guó)露天煤礦的比例大約僅為9%。一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展3.2 我國(guó)露天煤礦的發(fā)展我國(guó)露天煤礦的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個(gè)階段：（1）19501957年 新建海洲露天煤礦，改擴(kuò)建了撫順、新邱露天煤礦，總體設(shè)計(jì)能力720萬噸/年，1956年在撫順成立了露天開采技術(shù)研究所。這個(gè)階段露天產(chǎn)量不斷提高，經(jīng)濟(jì)效益好。（2）19581980年 興建了平莊、義馬等8個(gè)露天煤礦，總體設(shè)計(jì)能力為725萬噸/年。這個(gè)階段“三邊”政策、大躍進(jìn)、文革，剝采失調(diào)，長(zhǎng)期達(dá)不了產(chǎn)。不良影響。一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展 3.露

5、天開采的發(fā)展（3）1981年2003年 新建安太堡、霍林河、伊敏、元寶山、準(zhǔn)格爾、安家?guī)X等大型露天煤礦，對(duì)撫順西露天煤礦、小龍?zhí)堵短烀旱V進(jìn)行了改造。引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，國(guó)產(chǎn)露天礦設(shè)備不斷發(fā)展，已生產(chǎn)出千萬噸級(jí)設(shè)備。生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益大大提高，露天采煤事業(yè)發(fā)展迅速。(單斗卡車） 技術(shù)裝備水平不斷提高。80年代以前絕大部分采用單斗鐵道工藝，后來，則多采用單斗汽車、半連續(xù)、連續(xù)及綜合工藝，并向這些發(fā)展、向綜合性發(fā)展。 目前：2000萬噸級(jí)；集中化綜合化；剝離半連續(xù)；拉斗鏟倒堆剝離；拋擲爆破技術(shù)；端幫采煤。第二講 露天開采基本知識(shí) 一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展第二講 露天開采基本知識(shí)

6、一.露天開采的特點(diǎn)及發(fā)展 3.露天開采的發(fā)展 3.3 現(xiàn)代露天開采的技術(shù)特征 （1）開采集中化 （2）開采工藝多樣化 （3）規(guī)劃、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)化 （4）礦用設(shè)備大型化、標(biāo)準(zhǔn)化 （5）安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)規(guī)范化 （6）開采條件、地質(zhì)條件擴(kuò)大化及惡化 （7）重視資源的綜合開發(fā)利用 （8）煤與電的結(jié)合、市場(chǎng)化 煤及煤礦床 產(chǎn)狀與構(gòu)造 煤的生成 圍巖-沉積巖 巖層的產(chǎn)狀 巖層的構(gòu)造 煤層的賦存狀況煤田地質(zhì)基本知識(shí)巖石 巖石是礦物的集合體，從生成原因可將其分成三大類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。（1）巖漿巖 巖漿侵入地殼或噴出地表冷凝形成的巖石成為巖漿巖（又稱火成巖）。侵入巖、噴出巖、深成巖、淺成巖。

7、（2）沉積巖 由地質(zhì)作用形成的巖石碎屑（泥、砂、礫石）、各種有機(jī)物以及溶解在水中的物質(zhì)，在低洼的海洋、湖泊、沼澤等富水盆地中沉淀下來，逐層堆積，經(jīng)過壓實(shí)、脫水、膠結(jié)而形成的堅(jiān)硬巖石，稱為沉積巖。 由于先后沉積下來的物質(zhì)在成分、性質(zhì)、粒度、顏色、形狀等方面不同，形成了分層的特征。上下兩層之間的界面稱為層面。具有層理、化石特征。（3）變質(zhì)巖 原生巖石（原來以形成的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖），在地殼運(yùn)動(dòng)中受到高溫、高壓和外來物質(zhì)的參與下，在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或某些化學(xué)成分和礦物成分發(fā)生了變化，而形成的一種新巖石，稱為變質(zhì)巖。 煤田地質(zhì)基本知識(shí) 煤田地質(zhì)基本知識(shí)二.煤及煤礦床 1. 煤的生成煤是埋藏在地下的一種

8、可燃礦物，它是由古代的植物變成的，屬于沉積巖。煤的生成條件主要是：繁茂的植物，溫暖的氣候，延緩的地形加河流或湖泊的搬運(yùn)，以及各種形式的地殼運(yùn)動(dòng)。（1）植物變成煤的兩個(gè)階段：第一階段為泥炭化階段。植物枯死被水掩蓋水解與生化作用失去結(jié)構(gòu)褐黑色物質(zhì)（泥炭）第二階段為煤化階段。地殼不斷下降覆蓋層逐漸加厚壓力與溫度影響逐漸失去水分含炭量逐漸增加（碳化）。 碳化作用愈高，煤的水分和揮發(fā)份愈少，相對(duì)碳的含量愈多，煤的質(zhì)量就愈好。 煤田地質(zhì)基本知識(shí) 二.煤及煤礦床 1. 煤的生成（2）煤層及成煤時(shí)期：煤層 泥炭和砂上石是交替沉積的，經(jīng)過長(zhǎng)期的變化泥炭形成了煤層，砂石組成了巖層。煤田 大面積含煤地帶。煤田的形成

9、需要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，為了便于說明煤田的生成時(shí)間，常用地質(zhì)的歷史年代來表示。時(shí)代世 紀(jì)生物演化特征距今年(Ma)新生代第三紀(jì), 第四紀(jì)哺乳動(dòng)物, 出現(xiàn)人類60中生代三疊紀(jì), 侏羅紀(jì), 白堊紀(jì)鳥類和自行動(dòng)物極盛18560古生代寒武紀(jì), 奧陶紀(jì), 志留紀(jì), 泥盆紀(jì), 石炭紀(jì), 二疊紀(jì)由三葉蟲發(fā)展到自行動(dòng)物520185元古代震旦紀(jì)出現(xiàn)低級(jí)動(dòng)物如藻類520以上太古代五臺(tái)紀(jì)無生物1000以上地 質(zhì) 年 代 表我國(guó)主要成煤時(shí)期為石炭紀(jì)、 二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、第三紀(jì)第一講 煤田地質(zhì)基本知識(shí) 二.煤及煤礦床 2. 圍巖沉積巖 在我國(guó)露天煤中遇到的巖石絕大部分為沉積巖，常見的有石灰?guī)r、泥炭、頁巖、礫巖、砂巖等，其主

10、要特征為：石灰?guī)r 主要由碳酸鈣組成。由均質(zhì)石灰?guī)r組成的露天礦邊坡，一般較為穩(wěn)固。但裂隙發(fā)育的石灰?guī)r則易跨落，當(dāng)?shù)乇硭虻叵滤粩酀B入，溶蝕后易形成溶洞，引起塌陷。頁 巖 是具有象書頁一樣薄層理的泥質(zhì)巖，沿層理易裂開。煤系中頁巖，往往含碳較多，形成黑色的碳質(zhì)頁巖。頁巖的硬度低，極易破碎，穿孔、爆破都較容易。砂 巖 主要成分為石英及長(zhǎng)石類礦物碎屑。砂巖按其顆粒大小分粗、中、細(xì)砂巖。因膠結(jié)物的成分不同（鐵質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)、和粘土質(zhì)），各種砂巖的硬度差別很大。粘土巖 常見于煤層底板，是一種硬度小的軟巖石，具有吸水性，受水后可塑。這種巖石對(duì)露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響很大。 煤田地質(zhì)基本知識(shí)三 產(chǎn)狀與構(gòu)造 1.

11、 巖層的產(chǎn)狀巖層的產(chǎn)狀一般用走向、傾向、傾角（巖層產(chǎn)狀三要素）來表示。走向傾向走向 巖層的層面與水平面 的交線方向。傾向 巖層面上垂直走向的 傾斜線，在水平面上 投影的方向。傾角 巖層面與水平面之間 的夾角，其大小反映 巖層的傾斜程度 煤田地質(zhì)基本知識(shí) 三. 產(chǎn)狀與構(gòu)造 2. 巖層的構(gòu)造 巖層的原始產(chǎn)狀發(fā)生改變，原始形狀受到破壞，統(tǒng)稱為地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)。受構(gòu)造變動(dòng)后的巖層形態(tài)，稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造有三種基本類型：褶曲、節(jié)理、斷層。（1）褶曲 沉積巖層在構(gòu)造力作用下，產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)一系列波狀彎曲褶皺構(gòu)造。褶皺中的一個(gè)彎曲叫褶曲，它的中心部分巖層稱為核，核的兩側(cè)巖層稱為翼。（侵蝕）。褶曲兩翼地層

12、傾向相背（凸形）的情況稱為背斜構(gòu)造，其褶曲頂部稱為背斜軸；褶曲兩翼地層傾向相向（凹形）的情況稱為向斜構(gòu)造，其褶曲底部稱為向斜軸。向斜軸背斜軸煤田地質(zhì)基本知識(shí) 三. 產(chǎn)狀與構(gòu)造 2. 巖層的構(gòu)造（2）節(jié)理（裂隙） 巖層受力后 將產(chǎn)生變形，如果外力超過巖層所能承受的彈性變形時(shí)，它的連續(xù)性和完整性均遭破壞，出現(xiàn)裂紋（斷裂），有的大小不一、縱橫交錯(cuò)，有的沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)巖層發(fā)生相對(duì)位移，這些構(gòu)造統(tǒng)稱為斷裂構(gòu)造。 巖層沒有發(fā)生明顯相對(duì)位移的縱橫交錯(cuò)的裂紋，稱為節(jié)理或裂隙。 節(jié)理對(duì)露天開采作業(yè)有一定影響。節(jié)理發(fā)育時(shí)，爆破能往往沿裂隙方向傳布，產(chǎn)生大塊。 露天邊幫的巖石中發(fā)育的節(jié)理，是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。

13、節(jié)理也是地下水賦存的有利條件。（3）斷層 斷層也是地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。斷裂后的巖層出現(xiàn)裂紋或破壞帶，其兩側(cè)巖層發(fā)生相對(duì)位移，稱為斷層。根據(jù)巖塊相對(duì)位移的情形，斷層可分為正斷層、逆斷層、平移（平推）斷層。正斷層 上盤相對(duì)下降，下盤相對(duì)上升。逆斷層 上盤相對(duì)上升，下盤相當(dāng)下降。平移斷層 上下兩盤水平方向移動(dòng)，沒有垂直方向的移動(dòng)。上盤下盤上盤下盤上盤下盤正斷層逆斷層平移（平推）斷層3.煤層的賦存狀況 煤層賦存狀況是指煤層數(shù)目、煤層間距、煤層厚度和傾角、埋藏深度、煤層結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、煤質(zhì)、地質(zhì)條件等。對(duì)露天開采影響比較大的是煤層厚度和傾角。煤層厚度 從煤層的頂板到底版的垂直距離?？偤穸?煤層群頂?shù)装骈g的垂直

14、距離。包括 其間所有煤分層和夾石層的厚度?？刹珊穸?可以開采煤分層的總厚度。最低可采厚度 在現(xiàn)有條件下技術(shù)上可行和 經(jīng)濟(jì)上有利的煤層厚度。通?？砂衙簩影春穸确譃椋?薄 煤 層 1 3.5 m 中厚煤層 3.5 8 m 厚 煤 層 8 m 以上通?？砂衙簩影磧A角分為： 急傾斜煤層 傾角 45o 傾 斜 煤層 傾角 10o 45o 緩傾斜煤層 傾角 5o 10o 近水平煤層 傾角 5o 露天采礦概論第三節(jié) 露天開采的步驟 在賦存有地下資源的地區(qū)，經(jīng)過普查、詳查、精查等不同的地質(zhì)勘探階段，探明了礦床的產(chǎn)狀、構(gòu)造、儲(chǔ)量等情況。經(jīng)過礦區(qū)開發(fā)可行性研究、礦區(qū)總體設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖等設(shè)計(jì)階段，

15、尋求技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的露天礦開發(fā)方案。設(shè)計(jì)被批準(zhǔn)后，即可進(jìn)行露天礦區(qū)的建設(shè)。 一個(gè)露天礦區(qū)的建設(shè)要涉及許多部門，如鐵道、電力、機(jī)械制造、民政等。 露天礦從建設(shè)到生產(chǎn)需經(jīng)過下述主要步驟： （1）地面準(zhǔn)備 （2）礦體疏干、隔水和排水 （3）基本建設(shè)工作 （4）日常生產(chǎn)工作臺(tái)階：露天開采時(shí)，通常需要把礦巖劃分成一定厚度的水平分層，自上而下逐層開采，并保持一定的超前關(guān)系，在開采過程中各工作水平在空間上構(gòu)成了階梯狀，每個(gè)階梯就是一個(gè)臺(tái)階或稱為階段。臺(tái)階是進(jìn)行獨(dú)立采剝作業(yè)的單元體。露天開采基本名詞術(shù)語 露天開采基本知識(shí)-12 水平0 水平+12 水平AhA12453臺(tái)階及命名 階梯、下盤標(biāo)高臺(tái)階要素

16、（1）臺(tái)階上部平盤（上盤）（2）臺(tái)階坡頂線（3）臺(tái)階坡面（4）臺(tái)階坡底線（5）臺(tái)階下部平盤(下盤）（6）臺(tái)階坡面角 （7）臺(tái)階高度 h（8）采掘帶寬度 A（1）臺(tái)階上部平盤：是臺(tái)階上部的水平面；（2）臺(tái)階下部平盤：是臺(tái)階下部的水平面；（3）臺(tái)階坡面：臺(tái)階傾斜的面；（4）臺(tái)階坡頂線：為臺(tái)階上部平盤與臺(tái)階坡面的交線；（5）臺(tái)階坡底線：為臺(tái)階下部平盤與臺(tái)階坡面的交線；（6）臺(tái)階坡面角：為臺(tái)階坡面與臺(tái)階下部平盤水平面之間 的夾角；（7）臺(tái)階高度：臺(tái)階上部平盤與下部平盤之間的垂直距離 臺(tái)階的命名通常是以該臺(tái)階的下部平盤（裝運(yùn)設(shè)備站立平盤）的標(biāo)高來表示。臺(tái)階組成要素如下：名詞術(shù)語ABDCEF露天礦場(chǎng)構(gòu)成要

17、素露天礦場(chǎng)要素（1）露天礦場(chǎng)邊幫 （5）平臺(tái)（2）工作幫（DF) （6）露天礦邊幫（廢止）角（、)（3）非工作幫（AC，BF） （7）工作幫坡角（）（4）工作平盤 （8）露天礦場(chǎng)最終境界名詞術(shù)語采掘帶：開采時(shí)，將工作臺(tái)階劃分成若干條帶逐條帶順次開采，每一條帶叫采掘帶。非工作幫：由結(jié)束開采工作的臺(tái)階平臺(tái)、坡面和出入溝底組成的露天礦場(chǎng)的四周表面稱為非工作幫或最終邊坡。位于礦體下盤一側(cè)的邊幫叫底幫，位于礦體上盤的一側(cè)的邊幫叫頂幫，位于礦體走向兩端的邊幫叫端幫。工作幫：正在進(jìn)行開采和將要進(jìn)行開采的臺(tái)階所組成的邊幫。最終幫（邊）坡角：通過非工作幫最上一個(gè)臺(tái)階的坡頂線與最下一個(gè)臺(tái)階的坡底線所作的假想斜面叫

18、非工作幫坡面或最終幫坡面。最終幫坡面與水平面的夾角叫最終幫（邊）坡角。 名詞術(shù)語 工作幫坡角：通過工作幫最上一個(gè)臺(tái)階的坡底線與最下一個(gè)臺(tái)階的坡底線所作的假想斜面叫工作幫坡面。工作幫坡面與水平面之間的夾角叫工作幫坡角。 最終幫坡面與地表的交線為露天礦的最終境界線。最終幫坡面與露天礦場(chǎng)底平面的交線為底部周界。上部最終境界線與下部最終境界線所在水平的垂直距離為露天礦場(chǎng)的最終深度。 第四節(jié) 露天開采生產(chǎn)工藝系統(tǒng) 露天礦生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)所使用的設(shè)備是有聯(lián)系的。我們用“工藝系統(tǒng)”一詞來反映采、運(yùn)、排各環(huán)節(jié)所用設(shè)備的特征。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，露天礦采剝工作中各環(huán)節(jié)所采用的設(shè)備和組成的工藝系統(tǒng)絢麗多姿。雖則如此，絕大多數(shù)礦山所采用的工藝設(shè)備類型有一定的規(guī)律性，初步可歸結(jié)為如下的露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類：露天采礦概論露天采礦概論主要工藝系統(tǒng)分類序號(hào)工藝系統(tǒng)名稱各環(huán)節(jié)的主要設(shè)備采掘、裝載運(yùn) 輸排土1間斷工藝系統(tǒng)單斗機(jī)械鏟拉斗鏟前裝機(jī)推土機(jī)鏟運(yùn)機(jī)露天采礦機(jī)鐵道運(yùn)輸(準(zhǔn)軌及窄軌)汽車運(yùn)輸箕斗，礦車提升(下放)運(yùn)輸溜井(溜槽)運(yùn)輸鏟運(yùn)機(jī)汽車（膠