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【露天矿山专题】二:干露天矿山,这些基础知识和开采工艺必须了解

来源: 发布时间:2018-09-19 浏览次数: 【字体:

天矿山基础知识

 

露天采矿就是从敞露的采矿场采掘有用矿物


机械开采:开采坚硬矿岩,以深孔爆破,机械采掘为获取矿石的主要手段。


人工开采:安委办【2010】17号文明令禁止。

露天采矿场模拟面貌

1、封闭圈及露天矿山分类


封闭圈:露天采矿场地表的平面闭合曲线。


根据矿床埋藏的地形条件,依据露天开采境界地表封闭圈,可分为山坡露天矿和凹陷露天矿。


山坡露天矿----地表封闭圈以上;


凹陷露天矿----地表封闭圈以下。


山坡露天矿和凹陷露天矿示意图

A——山坡露天矿,B——凹陷露天矿,1——地表封闭圈标高


2、露天矿山构成三要素


台阶:把矿岩划分成一定厚度的水平分层,在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状。每个阶梯称为台阶,其高度成为台阶高度。

 

台阶坡面:台阶朝向采空区一侧的倾斜面。倾斜面与水平面所夹角称为台阶坡面角。

 

平台(平盘):台阶的坡底线与坡顶线之间水平面上的空间。坡底线与坡顶线之间的宽度称为平台宽度,处在爆破、铲装和运输作业的平台称为工作平台;爆堆边沿至坡顶线之间的宽度称为工作平台高度;用于阻截滑落的岩石的平台称为安全(清扫)平台。




3、露天矿山的开采工艺


露天矿山的开采工艺相对简单,主要包括穿孔爆破采装运输排岩



接下来,我们就具体讲讲露天矿山的开采工艺。


一、穿孔工作

穿孔工作是露天矿山开采的首要工序,在整个露天开采过程中,穿孔费用约占其生产总费用的10%-15%。


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潜孔钻机

潜孔钻机钻孔角度变化范围大,机械化程度高,减少了辅助作业时间,提高了钻机的作业率,而且潜孔钻机机动灵活,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,适用于中硬矿岩穿孔。


2

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,具有穿孔效率高、作业成本低、机械化、自动化程度高等特点,适用于各种硬度的矿岩穿孔作业,目前,已成为世界各国露天矿普遍使用的穿孔设备。


3

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。



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%。


爆破质量的好坏,不仅直接影响采装、运输、粗碎等设备效率,而且影响矿山总成本。


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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。


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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。


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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。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。


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多排孔微差爆破法

近年来,随着挖掘机斗容量和露天矿生产能力的急剧增加,要求露天矿的正常采掘爆破每次的爆破量也越来越多,为此,国内外的露天开采中广泛使用多排孔微差爆破、多排孔微差挤压爆破等大规模的爆破方法。

多排孔微差爆破的优点:

 

一次爆破量大,减少爆破次数和避炮时间,提高采场设备的利用率


改善矿岩破碎质量,其大块率比单排孔爆破少40%-50%


提高穿孔设备效率约10%-15%,这是由于工作时间利用系数增加和穿孔设备和爆破后充区作业次数减少的缘故


提高采装、运输设备效率约10%-15%。


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多排孔微差挤压爆破法 

指工作面残留有爆堆情况下的多排孔微差爆破。碴堆的存在,为挤压创造了条件,一方面能延长爆破的有效作用时间,改善炸药能的利用和破碎效果;另一方面,能控制爆堆宽度,避免矿岩飞散。多排孔微差挤压爆破微差间隔时间比普通微差爆破大30%~50%为宜,我国露天矿常常用50~100ms。

多排孔微差挤压爆破的优点是:    

 

(1)矿岩破碎效果更好。这主要是由于前面有渣堆阻挡,包括第一排在内的各排钻孔都可以增大装药量,并在渣堆的挤压下充分破碎;     

 

(2)爆堆更集中。对于采用铁路运输的矿山,爆破前可以不拆道,从而提高采装、运输设备效率。     

 

多排孔微差挤压爆破的缺点是:


炸药消耗量较大; 

 

工作平台要求更宽,以便容纳碴堆; 

 

爆堆高度较大,可能影响挖掘机作业的安全。 



三、临近边坡的爆破措施

随着露天矿向下延深,边坡稳定问题日益突出。为了保护边坡,临近边坡的爆破要严格控制。根据国内外的经验,主要措施是采用微差爆破、预裂爆破和光面爆破。  


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采用微差爆破减少震动 

微差爆破的主要作用之一是可以减少爆破的地震效应。为了充分发挥微差爆破的减震作用,关键是设法增加爆破的段数和控制微差间隔时间.


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采用预裂爆破隔离边坡  

临近边坡的预裂爆破,就是沿边坡界线钻凿一排较密的平行钻孔,每孔装入少量炸药,在采掘带未爆破之前先行起爆,从而获得一条有一定宽度并贯穿各钻孔的裂缝。由于有这条预裂缝将采掘带和边坡分离开来,随后采掘爆破的地震波在裂缝面上将产生较强的反射,使透过它的地震波大为减弱,从而保护了边坡。


3

采用光面爆破保护边坡  

临近边坡的光面爆破,就是沿边界线钻凿一排较密的平行钻孔,孔内装入少量炸药,在采掘钻孔爆破之后再进行爆破,从而沿密集钻孔形成平行的岩壁。光面爆破不同于预裂爆破的地方主要在起爆时间上。光面炮孔的起爆要迟于前几排采掘钻孔,通常滞后50~75ms。  

      

除此之外,还有一种措施是,控制最后几排钻孔的爆破。临近边坡的最后几排钻孔的药量、抵抗线都要减少,称之为“缓冲爆破”,可以减少钻孔爆破对边坡的破坏。



四、采装与运输

采装作业是使用装载机械将矿岩直接从地下或爆堆中挖掘出来,并装入运输机械的车厢内或直接卸到指定的地点。它是露天开采过程的中心环节,其他生产工艺如穿爆、运输等都是为采装而服务的。 

 

主要采装设备:挖掘机、索斗铲、液压铲和轮胎式前装机。


在露天矿开采过程中,矿山运输的基本建设投资约占矿山基建总投资额的60%,运输成本和劳动量分别占矿石总成本和总劳动量的一半以上,由此可见运输在露天矿开采中的重要地位。

 

露天矿山运输方式:汽车运输、铁路运输、胶带运输、斜坡箕斗提升运输以及联合运输方式,其中自卸汽车运输最普遍。

 

采装与运输密不可分,两者相互影响、相互制约。目前采装运输工艺的发展趋势主要体现在采运设备的大型化,采装与运输环节的一体化与连续化,以及计算机自动化。



五、排岩

排岩是运输终端的作业,将剥离下的表土和废石运输到废石场进行排弃。

 

排岩工艺:铁路运输排岩、公路运输排岩、胶带运输排岩



六、排土场

排土场(废石场):堆放剥离物的场所,指矿山采矿排弃物集中排放的场所。

 

排土场根据堆置顺序可分为:单台阶排土场、覆盖式多台阶排土场、压坡脚式多台阶排土场。

排土场根据排土工艺主要分为:公路运输排土场、铁路运输排土场、胶带运输排土场和水力运输排土场。





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