露天矿开采工艺

露天矿开采工艺

露天矿开采由剥岩、采矿和掘沟三个环节组成，其主要生产工艺程序：穿孔、爆破、矿(岩)的铲装、矿岩的运输及岩石的排卸。露天开采工艺流程如图4-6所示。

一、穿孔作业及安全要求

穿孔作业是露天矿开采的首道工序，其目的是为爆破工作提供装放炸药的孔穴。穿孔质量的好坏，直接关系到其后的爆破、采装、破碎等工作的效率。

我国露天矿山常用的穿孔凿岩设备按穿孔深度分为浅孔凿岩机和深孔凿岩机。浅孔凿岩设备主要有凿岩机和凿岩台车。深孔凿岩机主要有牙轮钻机和潜孔钻机。

1．凿岩机械

凿岩机按其动力可分为四种类型，即风动、电动、内燃和液压；按重量分为轻型、中型、重型三种；按工作方式分为手持式、气腿式和柱架导轨式三种。露天矿山使用的穿孔设备，主要有：

(1)牙轮钻机。(2)潜孔钻机。(3)火钻。(4)凿岩台车。(5)钢丝绳冲击钻机。2．凿岩机的技术性能(1)牙轮钻机

牙轮钻机是我国大型露天矿山广泛使用的一种高效率的穿孔设备。按穿孔尺寸计算，牙轮钻机穿孔的速度一般为4000~6000m／月，最高可达10000m／月以上；若按台年穿爆量计算，一般为400万～600万t，

最高可达1200万一1400万t，是钢丝绳冲击钻机的4～5倍。牙轮钻机的钻孔速度比潜孔钻机约高40％～100％。

从经济效果衡量，牙轮钻机穿孔的成本也最低，大约为钢丝绳冲击钻机的75％，为潜孔钻机的70％。

(2)潜孔钻机

潜孔钻机是我国20世纪50年代开始使用的一种穿孔设备，60年代取代了钢丝绳冲击钻。它的主要特点是：

①孔径小(φ150~200mm)，能钻凿斜孔，爆破的矿岩块度小，便于用小型挖掘机采装。

②设备结构简单，操作维护方便，机动灵活，价格低。

③设备效率发挥得较好，钻孔效率为2000m／(台.月)，台年穿爆矿岩量约60万～150万t。这种设备主要适用于中小型露天矿。

(3)火钻

火钻，是借高温(1600~3000c)、高速(1100~1800m／s)的火焰喷向岩石表面，使岩石在热力作用下骤燃、膨胀、碎裂、剥落而成孔。火钻穿孔的机理，就是建立在岩石受热产生不均匀变化的基础上。因而适用于热量小、导热性差、膨胀性大的岩石，特别是石英含量很大的矿岩，如石英岩、含铁石英岩、石英花岗岩等。火钻在石英类坚硬矿岩中，穿孔效率为6m／h，可大大超过钢丝绳冲击钻穿孔效率。

(4)凿岩台车

凿岩台车是使用导轨式重型风动凿岩机的穿孔设备，由于设备简单、

灵活、孔径小，可以打任意角度的炮孔，对提高劳动生产率，改善劳动条件作用明显，所以小型矿山广泛应用。

3．凿岩安全要求

(1)凿岩工属特种作业人员，必须经培训考试合格，取得特种作业证书，方能上岗作业。

(2)作业前应对设备进行认真点检，并详细检查作业场地有无塌方、危岩、障碍物等，确认安全后，方可启动设备，进行凿岩操作。

(3)钻孔过程中应经常观察孔口及设备运转情况，发现异常现象应及时处理；禁止凿干孔。

(4)停送电和启动设备时必须做到呼唤应答，凿岩机移动前应查看机下是否有人或障碍物，机上是否有滑动物件，提升钎杆时，钻机大架、平台上严禁站人。

(5)包扎电缆线时，必须断电，挂安全警示牌或设专人看守。未经修理人员许可，不准送电。大雨时不准停、送高压令克。

(6)处理电气故障，清扫配电箱柜，修理或调整电磁抱闸，必须切断电源。

(7)电缆线不准放在泥浆水里或金属物上，如遇车辆通过电缆线时，应用木材或石块保护，以防压坏电缆线。

(8)操作空气开关和拉电缆线时，必须戴好绝缘手套或使用绝缘棒。变压器开关送电前，应检查确认变压器壳体是否漏电后方可操作。(9)清扫、坚固、注油及修理转动部件时，必须停机进行并切断电源。

(10)采场爆破发出第一次报警信号前，凿岩机必须开到安全可靠的地点停机避炮，并将门窗关好。放炮完毕后要检查、清扫平台和顶部后方可送电。

(11)大、中型爆破，应将电缆线拉出爆区，爆破后应检查确认，发现电缆线有破损应及时包扎。

(12)修理提升电磁抱闸时，必须将旋转机构托住，防止松闸后自动坠落。放钻具时不准用手托钻头。

(13)修理或更换风管必须停风。孔口有人工作时，不准向冲击器送风。

(14)凿岩机移动时，突出部位距台阶边缘必须保持3m以上，并设专人指挥。抱闸制动不灵不准开机，钻机停放或作业时，纵轴线应垂直地面；台阶宽度不足时钻机纵轴线与台阶坡顶夹角不得小于45°，突出部位距台阶边缘不得小于2．5m。严禁停放在爆堆或松方地点。

(15)钻机不宜在15°的坡面上行走，如必须通过此路面时，应放下钻架，并采取防倾覆措施。

(16)起落大架前将钻杆、旋转减速箱拴牢，并详细检查起落机构是否卡紧，任何人不得在大架下逗留通行。如发现钢丝绳锈蚀或断丝(断丝超过10％)，必须更换。

(17)电炉罩盖必须齐全，人离开时必须切断电源，凿岩司机操作室内严禁用明火取暖。夜间应有良好的照明。

(18)凿岩机驾驶室内必须配备消防设施，以防电器起火。

二、爆破作业及安全要求

爆破作业是露天矿开采的重要工序，为随后的采装、运输、破碎提供适宜的矿岩物。所以，爆破工艺的好坏，对后续工作有着很大的影响。

(一)爆破方法

在露天矿开采中，常用的爆破方法有如下几种：

1.浅孔爆破法

所谓浅孔爆破是相对于深孔爆破而言的。这种爆破方法，炮孔直径较小(一般为28—75mm)，孔深一般为5—8m。由于孔径、孔深的限制，其爆破量较少，不能满足大型装运设备的要求。因此，这种爆破方法主要用于小型露天矿或在地质条件较复杂，以及对爆破下来的矿石在几何形状上有特殊要求的情况下使用。大、中型露天矿仅用这种爆破方法进行二次爆破处理根底或工作面上悬浮的孤石。(1)浅孔爆破方法的主要特点

①具有机动灵活性，适用范围较广。

②对埋藏条件复杂，采下矿石品位要求较高的矿床可以实行分爆分采，以降低贫化率。

③凿岩工具较为简单，易于掌握。

④准备工作量少。

⑤爆破下来的矿石块度小，容易满足装运和破碎的要求。

⑥与硐室爆破和深孔爆破相比，使用炸药消耗量少。

不足之处是：不能适应大规模生产的需求，并且在装药、连线、起爆这几个环节中容易出现漏洞，造成爆破事故。

(2)浅孔分类及炮孔布置

浅孔一般分为垂直、倾斜及水平三种，浅孔爆破中常用的几种炮孔布置形式如图4—7所示。

2．覆土爆破法

覆土爆破法是指用不凿炮孔的方法进行大块的二次破碎(俗称糊炮法)。其爆破方法如图4—8所示。这种爆破方法的具体操作是在大块上部或侧面放置炸药包，药包最好是放在被炸岩石的凹处，其炸药用量的多少视所用炸药的猛度、大块的块度、要求破碎的程度及岩石的性质而定。并预先将雷管插入炸药包中。为提高爆破效率，在炸药包的上面覆盖以厚度大于装药高度的黄土、泥土、沙子或细粒岩粉，即可起爆。这种爆破方法的优点是：可以适用于凿岩工作困难，不便于打孔或临时急需破碎大块的情况下。但一般矿山的正常爆破作业很少使用这种方法。其原因是难以控制它的爆破效果，炸药消耗量大，同时岩片飞散距离远，容易造成事故，所以矿山采用这种爆破方法较少。

3.深孔爆破法

(1)深孔

深孔爆破，是露天矿应用最为广泛的一种爆破方法。炮孔的深度一般为15～20m。孔径为75—310mm，常用的孔径为200—250mm。深孔爆破广泛用于大型矿山的开沟、剥离、采矿等生产环节。其爆破量约

占大型矿山总爆破量的90％以上。

(2)深孔爆破特点

①一次爆破的矿岩数量大，一般为20万~100万t。

②深孔爆破可采用先进的爆破技术。如微差爆破、挤压爆破以及有特殊要求的爆区可采用抛掷爆破、定向爆破。

③爆破作业较为安全、管理比较简单，对炸药除有水的深孔以外没有特殊要求，起爆方法也较灵活。

深孔有垂直深孔和倾斜深孔之分。垂直深孔多为冲击式穿孔机所穿凿。倾斜深孔多为牙轮钻机或潜孔钻机所穿凿。其倾斜度一般为了75°～80°，与垂直深孔相比具有下列优点：

①炮孔与平面成75°~80°，底盘抵抗线明显减小，有利于消除根底。

②炸药在斜孔内分布均匀，爆破后块度也较均匀，降低了大块率。

③爆破后爆堆的宽度和高度显著减少，台阶形状较为整齐，后冲较少，便于下次穿孔。

④爆破后掌子面倾斜角度较缓，有利于边坡的稳定。

⑤爆破的成本较低。

(3)深孔爆破的准备工作

深孔爆破能否顺利进行及爆破效果的好坏，与爆破前的准备工作有着密切的关系，因此，在深孔爆破前必须做好如下准备工作。

①对爆破所用的器材(如起爆器、爆破电桥、欧姆表等)及各种工具(如装药漏斗、电工刀钳子、铁锹等)进行检查和修理，使器材和工具良好。

②电气起爆时，应对电雷管的电阻值进行测定和挑选。

③应认真检查起爆所用的导线，以防使用破损漏电的电线，导致触电事故。

④检查炮孔内是否有泥浆和积水，如有，应用风管吹出，保证炸药充分发挥能力，达到预期的爆破效果。

⑤对所用的炸药应进行技术性能的检验。

⑥准备好填塞炮孔的填塞料。

⑦撤出爆破区域的设备和设施。

4．硐室爆破

硐室爆破是将炸药放置在预先凿好的硐室中，集中装药。其每次起爆的炸药数量没有规则，有的装几十吨、几百吨或上千吨。由于一次爆破量较大，所以又称大爆破。硐室爆破方法如图4—9所示。

这种爆破方法的主要特征是：

(1)准备工作量较少，可以在短时间内完成大量岩石的爆破工作。

(2)适用于各种硬度的岩石，特别是在地形复杂的地点不受施工条件的限制。

(3)不需要特殊凿岩设备，掘进硐室一般使用掘进凿岩机即可进行掘硐。

(4)对使用的炸药没有特殊要求，凡是深孔爆破所用的炸药均可在硐室爆破中使用。硐室爆破的不足之处是：掘进操作人员凿岩条件差，爆破大块较多。