露天矿山开采工艺与安全技术

露天矿山开采工艺与安全技术

第一节露天开采概况与常用术语

一、开采概况

露天开采是用一定的采掘运输设备在敞露的空间从事矿石开采作业。露天开采的特点是：采出矿石需将矿体周围的岩石及覆盖岩层剥掉，通过露天运输通道或地下井巷把矿石或岩石运至地表。这种开采方法广泛用于开采金属矿、冶金辅助原料、建筑材料、化工原料及煤等矿床。

基于露天开采是在敞露的空间从事矿床开采作业，与地下开采比较，它有如下特点：

（1）相对讲，开采空间受限较小，有利于采用大型机械化设备。机械化、自动化水平较高，可提高矿山开采强度和矿石产量。

（2）劳动生产率高。

（3）开采成本低，使大规模开采低品位矿石成为可能

（4）矿石损失贫化小，有利于地下矿产资源的回收。

（5）基建时间短，年产吨矿石的基建投资比地下开采低。

（6）对于高温易燃矿体的开采，露天开采也较地下开采较为安全。

（7）劳动条件较好，工作也较安全。

（8）露天开采过程中可产生较大粉尘，自卸汽车运行中可排放废气，爆破后的岩石因含有害成分对与之接触的大气、水和土壤有一定程度的污染。

（9）把大量剥离岩、土排弃到排土场，排土场占地面较大占用山地和农田且局部恶化生态环境。

（10）遇冰雪、暴雨等天气，对露天开采有一定影响。

二、常用基本术语

根据矿床埋藏的地形条件及开采空间的不同，露天矿可分

为山坡露天矿和深凹（凹陷）露天矿。露天开采境界封闭圈以上的为山坡露天矿，封闭圈以下的为深凹露天矿。

封闭圈：指露天开采境界与地表相交的封闭的上部界限。

台阶：露天开采时，通常需要把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段。台阶是进行独立采剥作业的单元体。

露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和称为露天矿场。

开采时，将工作台阶划分成若干条带逐条带顺次开采，每一条带叫采掘带。

由结束开采工作的台阶平台、坡面和出入沟底组成的露天矿场的四周表面称为非工作帮或最终边坡（图1－3中的AC、BF）。位于矿体下盘一侧的边帮叫底帮，位于矿体上盘的一侧的边帮叫顶帮，位于矿体走向两端的边帮叫端帮。

正在进行开采和将要进行开采的台阶所组成的边帮叫工作帮

通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线与最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面叫非工作帮坡面或最终帮坡面。最终帮坡面与水平面的夹角叫最终帮（边）坡角。

通过工作帮最上一个台阶的坡底线与最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面叫工作帮坡面。工作帮坡面与水平面之间的夹角叫工作帮坡角。

最终帮坡面与地表的交线为露天矿的最终境界线。最终帮坡面与露天矿场底平面的交线为底部周界。上部最终境界线与下部最终境界线所在水平的垂直距离为露天矿场的最终深度。

非工作帮上的平台，按用途分为安全平台、运输平台和清扫平台。

第二节露天开采境界确定

1、平均剥采比是指露天开采境界内总的岩石量与总矿石量之比。

2、分层剥采比是指境界内某一水平分层的岩石量与矿石量之比。

3、生产剥采比是指露天矿某一生产时期内所剥岩石量与所采矿石量之比。

4、境界剥采比是指露天开采境界增加单位深度后引起岩石增量与矿石增量之比。

第三节穿孔爆破

一、穿孔工作

（一）凿岩机

凿岩机主要是应用在坚硬的岩石中钻凿炮孔。它的钻孔作用为冲击转动式的。按照动力划分，又有风动、电动、内燃和液压等类型凿岩机。露天矿山主要用风动凿岩机，其类型一般分以下几种：

手持式凿岩机：其重量较轻，通常小于20千克，功率较小，如Y－3。这种凿岩机适用于钻凿浅炮孔。操作时，劳动强度大，在矿山中已很少使用。

（二）凿岩台车

凿岩台车是随着采矿工业的发展而出现的一种新型凿岩作业设备。它是将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂或台架上，并且有行走机构，使凿岩机作业实现机械化。

按照凿岩台车的用途可分为平巷掘进台车，采矿台车，露天开采台车；按照台车行走机构可分为轨轮，轮胎和履带式；按照其架设凿岩机台数可分为单机，双机和多机台车等。

（三）钢绳冲击钻机

目前，由于生产能力较低，所以我国钢绳冲击钻机用量较少。这种钻机几乎不再生产，现有的钻机用在不同性质和不同坚固性的岩石中和在局部勘探中使用，穿孔直径150~350毫米，孔深50米左右。

（四）潜孔钻机

潜孔钻机同钢绳冲击钻机相比，钻孔产率高，机械化程度高，减少了辅助作业时间，提高了钻机的作业率，减轻了工人的体力劳动，工作安全可靠，由于潜孔钻机机动灵活，设备重量轻，投资费用低，特别是可以通过钻凿各种斜孔来控制矿石品位，能消除根底、减少大块，提高爆破质量。因此，潜孔钻机目前在国内外中小型矿山广泛使用。

（五）牙轮钻机

牙轮钻机是在旋转钻机的基础上发展起来的一种近代新型钻孔设备。

二、爆破工作

爆破工作的目的是破碎坚硬的实体矿岩，为采装工作提供块度适宜的挖掘物。在露天开采的总费用中，爆破费约占15%-20%。此外，爆破质量的好坏，对采装、运输、粗碎等工序也有较大影响。

露天矿山爆破的爆破形式有浅孔爆破、深孔爆破、硐室爆破、药壶爆破及药包外覆爆破（多用于矿岩的大块二次破碎）。

（一）浅孔爆破

浅孔爆破采用的炮孔直径较小，一般为30-75毫米左右，炮孔深度一般在5米以下，有时可达8米左右，如用凿岩台车钻孔，孔深还可增加。

浅孔爆破主要用于生产规模不大的露天矿或采石场、硐石、隧道掘凿、二次爆碎、新建露天矿山包处理、山坡露天单壁沟运输通路的形成及其它一些特殊爆破。

（二）深孔爆破

深孔爆破就是用钻孔设备钻凿较深的钻孔，作为矿用炸药的装药空间的爆破方法。露天矿的深孔爆破主要以台阶的生产爆破为主。

深孔爆破的钻孔设备主要应用潜孔钻和牙轮钻。其钻孔可钻垂直深孔，也可钻倾斜炮孔。倾斜炮孔的装药较均匀，矿岩的爆破质量较好，为采装工作创造好的条件。

为减少地震效应和提高爆破质量，在一定条件下可采取大区微差爆破，炮孔中间隔装药或底部空气间隔装药等措施，以便降低爆破成本，取得较好的经济效益。

（三）硐室爆破

硐室爆破是将比较多或大量炸药，装在爆破硐室巷道内进行爆破的方法。因其爆破量大，也叫硐室大爆破。露天矿仅在基本建设时期和在特定条件下使用。采石场在有条件且在采矿需求量很大时采用。

硐室爆破可分松动爆破和抛掷爆破两大类。松动爆破分弱松动和强松动爆破，抛掷爆破又分抛扬、抛坍和定向抛掷爆破。

第四节采装工作

采装工作是露天开采生产过程中心环节。通俗的讲，采装的实际生产能力，基本就是矿山的生产能力。

采装工作，通常是用装载设备将矿岩从爆堆中或实体中挖取，装入运输容器中。露天矿用挖掘设备主要有：挖掘机、索斗铲、液压铲和轮胎式前装机。

挖掘机和前装机作业时应遵守下列安全规定

（1）工作时不准铲装超过斗容的大块矿岩，不准用铲斗冲破大块矿岩，不准用铲斗去挑挖工作面上的浮石和伞檐；

（2）禁止铲斗从车辆驾驶室上方越过，卸载时要保持铲斗平稳；

如发现台阶坡面上有片帮或浮石塌落危险时，必须迅速驶出危险区，经采取措施排险后，方准继续作业；

（3）挖掘机电缆不得受到碾压、撞击、浸泡和小于90°弯曲；不准用铲斗牙挑拨电缆。

第五节运输工作及安全要求

露天开采矿山，矿山运输的基建投资总额约占总基建费用的60%左右，运输成本占矿山总成本的50%以上，可见运输工作的重要。尤其运输工作成为制约矿山生产的薄弱环节的露天矿，在合理地选择运输类型，正确组织、加强运输管理工作，是保证露天矿正常生产和取得良好经济效益的必要条件。

主要运输方式有以下几种：

(1) 自卸汽车运输；

(2) 铁路运输；

(3) 胶带运输机运输；

(4) 斜坡提升运输；

(5) 联合运输。

露天矿运输工作的安全要求：

1、汽车运输

（1）驾驶员必须严格执行交通部颁布的交通规则和技术操作规程，严禁无证驾驶。

（2）通向装卸地点道路的坡度大于10%时，禁止汽车倒车行驶。

（3）卸矿汽车必须在车斗完全放稳后方可行驶。

（4）挖掘机装矿（岩）时，驾驶员身体不得露在驾驶室外。

（5）汽车在采场内的行驶速度不得超过20公里/小时，在运输干线上应不超过中速行驶。

（6）翻斗车车厢内严禁乘人。

（7）雨雪天气道路泥泞，路面较滑时，应有防滑措施并减速行驶，前后车距离应大于40米。行驶时禁止急转方向盘、急刹车、超车和拖挂其他车辆。必须拖挂时，应采取有效的安全措施，并有专人指挥。大雾或路面结冰应停止运行。

（8）在山坡填方的弯道处、坡度较大的填方地段以及高路堤上，道路外侧应设置护栏、挡车土堆等。

（9）卸矿平台要有足够的调车宽度。卸矿点必须有可靠的挡车设施，其高度应不小于轮胎直径的五分之二，挡车设施须经技术检验合格，方准使用。

（10）禁止溜车发动车辆，下坡行驶中严禁空挡滑行，在坡道上停车时，要使用停车制动。

2、人力运输

（1）推车人员要随时注视着前方，在单轨道上推车要确认对面没有车辆时，方准向前推车，以免发生拖车事故（2）一人只准推一辆车，同方向推车时，两车的间距不得小于10米。

（3）自溜矿车由推车人随时控制车速，禁止放飞车。自行溜放线路的坡度设计要符合设计规范。

（4）除推矿车的工人外，禁止任何人搭乘矿车，也禁止使用没有刹车装置或刹车装置失灵的矿车。

第六节露天矿开拓

露天矿床开拓就是建立地面与露天矿场内各工作水平以及各工作水平之间的矿岩运输通路，及时准备出新水平。

露天矿床开拓与运输方式有密切关系。按运输方式，露天矿床开拓方法主要分为：

（1）公路运输开拓；

（2）铁路运输开拓；

（3）胶带运输开拓；

（4）乎桐溜井开拓；

（5）提升机提升开拓。

第七节排土工作

矿山露天开采的一个重要特点就是要剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设的场地排弃。这种接受排弃岩土的场地称作排土场（或废石场）。在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业称为排土工作。

第八节露天矿排水和防毒

一、排水工作

（一）露天矿排水系统

露天矿排水主要指排除进入凹陷露天矿采场的地下水和大气降水，它分为露天排水（明排）和地下排水（暗排）两大类。

（二）露天矿排水方案选择原则

（1）有条件的露天矿都应当尽量采用自流排水方案，必要时可以专门开凿部分疏干平峒以形成自流排水系统。

（2）露天和井下排水方式的确定。对水文地质条件复杂和水量大的露天矿，首要问题是确定用露天排水方式（明排），还是井巷排水方式。当不采用矿床预先疏干措施时，应考虑井下排水方式为宜。

（3）露天采矿场是采用坑底集中排水还是分段截流永久泵站方式，应经综合的技术经济比较后确定。

（三）露天采场允许淹没程度的确定

（四）露天采场正常排水量计算

二、防毒

露天开采一些对人体有害的矿石时，如硫化矿石、铅类矿石等，可产生毒性矿尘或与空气、水的作用产生有害物质。放

射性类矿石如长时间接触或放射量达到一定程度均可对人体造成伤害。为防止毒性矿尘引起的中毒、放射性矿尘引起的放射性病变，必须严格按照安全操作规程进行生产。并采取完善的防尘措施，将尘降至安全标准以下，在作业中一定要按规定佩带个体防护器具。

第九节露天矿边坡稳定

露天开采由于采出了有用矿物和剥离围岩而形成了露天采场。从经济观点出发应把剥离量的围岩压缩到最小，使形成的最终边坡角最陡。从安全观点出发要求露天采矿场最终边坡角尽可能的放缓以保持边坡岩体稳定。但放缓边坡角就意味着必增大剥岩量提高采矿成本。所以确定最佳边坡角，是露天设计中的主要组成部分。

第十节炸药爆炸基础

一、炸药的爆炸

1、爆炸现象

爆炸是人们日常生活中不难见到的现象。例如车胎放炮、锅炉胀裂、燃放鞭炮等都是爆炸。可以认为，物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随声、光、热效应的现象，称为爆炸。

按照爆炸发生的原因，自然界各种爆炸现象可归纳为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三大类。

2、炸药爆炸

炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件的化学反应才是爆炸。

二、炸药的敏感度

爆炸是炸药在特定条件下的化学反应过程，促使炸药进行

爆炸反应的条件称为起爆条件。当炸药内部处于相对稳定状态时，必须获得必要的外能才会破坏这种稳定状态，使炸药的各元素重新组合，发生爆炸反应。引起炸药爆炸的外能称为起爆能，起爆能可以归纳为三类：热能、机械能、爆炸冲能。

三、起爆方法：火雷管起爆、电雷管起爆、导爆管——雷管起爆、导爆索起爆、混合起爆

四、爆破器材安全管理

五、爆破工作的基本规定

爆破作业点有下列情形之一时，禁止进行爆破工作：

A、有冒顶或边坡滑落危险；

B、支护规格与支护说明书的规定有较大出入或工作面支护损坏；

C、通道不安全或通道阻塞；

D、爆破参数或施工质量不符合设计要求；

E、距工作面20m内风流中沼气含量达到或超过1%，或有沼气突出征兆；

F、工作面有涌水危险或炮眼温度异常；

G、危及设备或建筑物安全，无有效防护措施；

H、危险区边界上未设警戒；

I、光线不足或无照明；

J、未严格按技术规程要求做好准备工作。