露天采矿学第四章

露天采矿学
第四讲 主讲人：阚冬梅
露天开采




绪论 露天开采概念、方法及程序 露天开采境界 露天采剥方法及程序 矿床开拓 穿孔爆破 矿岩采装 露天矿运输 排岩工艺 露天矿防排水 露天矿生产剥采比及其均衡 露天矿生产能力与采掘进度计划 现代信息技术在露天矿山的应用示例
整个工作帮由一台挖掘机从上 而下轮流进行开采 只有一个台阶在工作，其余台 阶均处于非工作状态，故能最大 限度地加陡工作帮坡角

工作帮台阶分组轮流开采 交工作帮上台阶分为若干组 每组2~5个台阶，由一台挖掘机开采
台阶分组轮流开 采时，只要相邻组的 挖掘机之间保持一定 的水平距离，就可以 保证安全生产
第四章 露天采剥方法与程序



概述 合理开采顺序确定 露天矿采剥方法 露天转地下采矿
概述
坚硬矿岩一般用穿孔爆破方法进行松碎， 然后用采装设备进行铲装，将矿岩分别 装车。松软矿岩一般不需凿岩爆破，而 用采装设备直接铲装，或用推土机配合 铲运机对矿岩进行集堆和铲运，也有使 用索斗铲和轮斗铲进行采装的。
台阶高度：不小于挖掘机推压轴高度的2/3 （以便满斗）。台阶高度应小于挖掘机最大 挖掘高度（为了挖掘机的安全）。 台阶坡面角与矿岩稳定性有关。 岩石普氏系数f 台阶坡面角（度） 8-14 70-75 3-8 60-70 1-3 50-60 爆破带：工作台阶上正在被爆破、采掘的部 分。其宽度为爆破带宽度（或采区宽度）。
台阶立体图
台阶坡面角，是岩体稳定性 的函数； 台阶高度，受生产规模、采 装设备、开采的选别性影响； 台阶宽度，W= Wc (爆破带 宽度)+Ws(安全平台宽度) 。 最小工作平盘宽度：刚刚满 足采运作业需要的空间的宽 度。
台阶的采掘方向：挖掘机沿采掘带前进的方 向。 台阶的推进方向：台阶向外扩展的方向。 安全平台：在开采过程中，工作平台不能一 直推进到上个台阶的坡底线位置，而是应留 下一定宽度。留下的这部分叫安全平台。安 全平台宽度一般为2/3-1个台阶高度。 安全挡墙：在工作平盘的外沿用碎石堆筑的 一道安全挡墙。
12m
0m 48m
-12m
48m
36m 24m 12m
0m
-12m
0m
36m 24m 12m
48m
露天矿采剥方法

掘 沟 工 程

露天矿采剥方法：就是露天开采中的采准、剥 离和采矿工程的开采程序以及它们之间的的时 空关系。 分类：根据开采程序的技术特征分为：全境界 开采法、陡帮开采法、并段开采法、分期开采 法、分区开采法、分区分期开采法；按工作台 阶的开采方式分为：台阶全面开采法，主要指 缓帮开采、台阶轮流开采法，主要指陡帮开采； 按工作线的布置形式分为：纵向布置采剥方法、 横向布置采剥方法、扇形布置采剥方法、环形 布置采剥方法。
其中副产矿 万t
年剥离总量 万m3 /a 采出矿石量 万t/a 其中：送选场 万t 堆放 万t 采出矿石品位 WO3 %
21.0
118.0~120.0 94~128 82.5 11.5~45.5 0.245~0.277
20.0
74.0~88.0 92~124 82.5 9.5~41.5 0.195~0.228
1 采场扩延示意图
假设一露天矿最终境界内的地表地形较为平坦，地表标 高为200m ，台阶高度为12m。首选在地表境界线的一端沿矿 体走向掘沟到188m水平（图a）。出入沟掘完后在沟底以扇 形工作面推进（图b）。
当188m水平被揭露出足够面积时，向176m水平掘沟，掘 沟位置仍在左侧最终边帮(图c)。之后，形成了188-200米 台阶和176-188米台阶同时推进的局面（图d）。
纵向采剥方法的优缺点


优点：纵向开采时，工作线是平行推进的，沿工 作线的采掘带宽度基本不变，因而有利于发挥设 备效率，同时工作的台阶数可以减少。开段沟可 以布置在矿体的上盘，并垂直矿体走向推进，因 而有利于减少矿石的损失、贫化和剔除走向夹石。 缺点：在一定的矿山技术条件下，矿岩的内部运 距较大。开段沟布置在矿体的下盘、工作线由下 盘向上盘推进时，矿岩分类比较困难，矿石损失 和贫化较大，基建剥离量也较大。
一般露天矿几种典型的降深方式如下：

5）先沿矿体下盘（上盘）地形降深，后转为 沿矿体下盘（上盘），再转为沿采场下盘（上 盘）境界降深 图4-6；
一般露天矿几种典型的降深方式如下：

6）沿采场境界周边螺旋降深 图4-7； 7）沿采场端部境界降深 图4-8。
露天采场平面投影与剖面示意图
封闭圈
24m 36m
2
工作线布置—横向
2
工作线布置—横向
横向布置时工作线与矿体走向垂直。这种方式一般是沿矿 体走向掘出入沟，垂直于矿体掘短段沟形成初始工作面，或不 掘段沟直接在出入沟底端向四周扩展，逐步扩成垂直矿体的工 作面，沿矿体走向向一端或两端推进。由于横向布置时，爆破 方向与矿体的走向平行，故对于顺矿层节理和层理较发育的岩 体，会显著降低大块与根底，提高爆破质量。由于汽车运输的 灵活性，工作线也可视具体条件与矿体斜交布置。
随着开采的进行，新的工作台阶不断投入生产，上部一 些台阶推进到最终边帮（即已靠帮）。若干年后，采场现状 变为如图e所示。 当整个矿山开采完毕时便形成了如图f所 示的最终境界。
露天矿陡帮开采
陡帮开采：在工作帮上部分台阶作业，部分 台阶暂不作业，使工作帮坡角加陡，以推迟部分 岩石剥离。 工作帮台阶依次轮流开采
可缓剥大量岩石，降低开采前期生产剥采比，均衡ns 推迟最终边坡的暴露时间，减少边坡维护工作量和费用 缺点： 采掘设备上下移动频繁，影响其生产力 运输道路工程量较大，线路修筑和维护工程量大，费用 采场辅助工程量大(如供风、供水、供电线路移设次数
•
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快
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高
多)
管理工作要求严格（上下台阶之间的配合要协调） 经济评价： • 陡帮开采只能改变矿岩量的时间分布，即采出时间，与 非陡帮开采在表态上总费用是一样的 • 动态法考虑是有益的
复习旧课

露天采矿的设计程序：初步确定露天开采境界； 初步确定矿山生产能力；初步确定矿山总图布置 及外部运输；初步确定开拓运输方式及装运设备 类型；具体进行开拓运输布线；修改、调整并确 定露天开采境界；编制采掘进度计划，验证生产 能力；确定采剥设备数量及工艺参数；具体进行 总图布置及外部运输。

露天开采境界的确定应包括：确定合理的露天矿 底平面周界和露天矿最终边坡角、开采深度。
扇形布置时，工作线与矿体走向不存在固定的相交 关系，而是呈扇形向四周推进。这种布置方式灵活机动、 充分利用了汽车运输的灵活性，可使开采工作面尽快到 达矿体。
采场扩延过程与布线方式
一个台阶的水平推进，使其所在水平的采场 不断扩大，并为其下一个台阶的开采创造条件， 新台阶工作面的拉开，使采场得以延深。台阶的 水平推进和新水平的拉开，构成了露天采场的扩 展与延深。
生产剥采比 m3 / m3
同时工作的挖掘机台数 投资偿还期a 3
1.06~1.9
3 5 2
0.95~1.32
2 7
合理开采顺序的确定

新水平降深方式选择 新水平降深表明采剥工程在垂直方 向自上而下的发展特征，主要确定以下 问题（1）新水平降深始点及采场的相对 位置（2）新水平降深方向（3）新水平 降深角（4）新水平降深速度
工作线布置
依据工作线的方向与矿体走向的 关系，工作线的布置方式可分为： • 纵向
• 横向
• 扇形
1
工作线布置—纵向
1
工作线布置—纵向
采剥工作线
境界线 矿体
纵向布置时，工作线的方向与矿体走向平行。 这种方 式一般是沿矿体走向掘出入沟、并按采场全长开段沟形成 初始工作面，之后依据沟的位置(上盘最终边帮、下盘最终 边帮或中间开沟），自上盘向下盘、自下盘向上盘或从中 间向上、下盘推进。
虽然北山方案的基建剥离量和生产剥采比均比南山方案小， 但由于采出矿石品位低，投资偿还期长，因此设计选择南山 两方案均为陡帮开采，工作帮坡角21°~24° 方案作为首采地段。生产至第7年以后，由于南山剥离量下 首采地段方案比较 降，北山开始采矿。
项目 基建 基建剥离量 万m3 267.0 南山方案 生产 第1~6年 基建 85.0 北山方案 生产 第1~6年
Ws
Ws
组合单元内的工作帮坡角 一般定义为单元内最上一个 台阶的坡顶线与最下一个台 阶的坡底线连成的斜面与水 平面之间的夹角，计算公式 为：
g
arct g
nH (n 2) W s W nH /t g
式中，n为组合单元中台阶的数目；Ws为安全平台的宽度； W为工作平盘宽度。假设n=4，H=12m，Ws=10m，W=40m， α=70。，则求得 g =31.78。。
具体分析

当露天矿采用纵向采剥、固定坑线开拓时，开段沟可以布置 在顶帮，工作线由顶帮向底帮推进，也可以布置在底帮，工 作线由底帮向顶帮推进，但一般多采用底帮固定坑线开拓， 以减少基建剥离量。当露天矿采用纵向采剥、移动坑线开拓 时，开段沟可以布置在矿体的上盘、下盘或矿体中间，工作 线由中间向顶帮和顶帮推进。
采场降深方向示意图（图4-1）
一般露天矿几种典型的降深方式如下：

1）沿采场下盘（上盘）境界降深 图4-2； 2）沿矿体下盘或上盘（紧靠矿体或距矿体一定 距离）降深 图4-3；
一般露天矿几种典型的降深方式如下：
•3）先沿矿体下盘（上盘）降深，下降一定深度后转为沿 采场下盘（上盘）境界降深 图4-4； •4）先沿矿体下盘（上盘）地形降深，下降一定深度后转 为沿采场下盘（上盘）境界降深 图4-5；
陡帮开采的应用条件： • 适用于开采倾角大的矿体(倾斜或急倾斜矿体)，前 期ns小，可获得好的经济效益 • 适用于覆盖岩层的矿体，基建剥岩量和前期ns可大 大减少 • 适用于开采上小下大的矿体，陡帮开采可获得好的 经济效益 • 适用于开采剥离洪峰期或到达以前的露天矿
组合台阶的工作帮坡角
Wc W 4H Ws g
横向采剥方法的优缺点


优点：在一定的矿山技术经济条件下可 以减少露天矿的基建工程量，减少采场 内部运距和掘沟工程量等。 缺点：采矿作业台阶多，采掘设备上下 调动频繁，影响其生产能力，控制矿石 损失、贫化难度大，生产组织和管理比 较复杂，容易因计划不周造成采剥失调 等。
3
工作线布置—扇形
3
工作线布置—扇形

实例



福建宁化行洛坑钨矿侵蚀基准面为676m。基准面以上矿体被 山谷自然分为南北两部分。南山地形较陡，矿石量少，剥离量 大，但矿石品位高。北山地形较缓，矿石量较多，剥离量小， 但矿石品位较低。设计考虑了南山、北山和中部3个首采地段 方案。中部山谷方案虽然见矿早，但前期风化矿石较多，品位 低，基建剥离量减少不显著，故放弃该收首采方案。仅对南山、 北山两个方案进行技术经济比较。 南山方案：首先开采南山矿体，再向北山扩展。优点是前期开 采的矿石品位高，风化矿石可分期均衡采出；缺点是基建剥离 量大。 北山方案：首先开采北山矿体，再向南山扩展。优点是基建剥 离量小，风化矿石可分期采出；缺点是前期出矿品位低。
露天矿开采方式：主要指采用怎样的设备、方 法进行采装作业。 露天矿开采程序：即采剥工程在时间和空间上 发展变化的方式。 开采程序要素主要包括：开采台阶的结构、采 剥工程首采地段、新水平的降深方式、工作 线布置形式和扩展方式、工作帮构成特征等。
合理开采顺序的确定

开采台阶的结构 采剥工程的首采地段 新水平的降深方式

台阶（挖掘机）尾随开采 一台挖掘机尾随另一台挖掘机向前推进 向前尾随的挖掘机构成一组，组内有若干台挖掘机作业 可以布置第二组、第三组 各工作帮任何一 个垂直剖面上，组 内只有一个台阶在 作业 可以加陡工作帮 边坡角 为保证安全，组 与组之间必须用一 条宽平台隔开

陡帮开采的评价 优点：
基建剥岩量和基建投资少，基建时间短，投产早、达产
首采地段的选择

首采地段的选择原则 在矿山规模和开采方案能满足需要的基础 上，首采地段应该选择在矿体厚度较大、矿石 品位高、覆盖层薄、基建剥离量小和开采技术 条件好的部位，以减少基建工程量，缩短投产 和达产时间，提高矿山初期经济效益。 以福建宁化行洛坑钨矿为例，说明首采地段方 案的选择原则P56-57