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1、2 露天矿床开拓,surface development,第一节 概述,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。 开拓的任务： 运输（包括矿岩运输；人员、材料、设备等运输） 准备新水平（开挖出入沟、开段沟） 对象：运输设备+运输通道（运输坑线） 研究的内容： 针对所待定的运输设备和运输形式 确定整个矿床开采过程中运输坑线的布置形式(坑线的形式、位置和数量、平面形式及其固定性) 建立合理开发矿床所必须的运输线路 也是研究和解决开发矿床总体规划和矿山合理发展的重要问题,露天矿床开拓是露天开采设计中带有全局性： 开拓系统受圈定境界的影响 开拓
2、系统影响基建工程量、基建投资和基建时间 影响矿山生产能力、矿石损失与贫化 影响生产的可靠性、均衡性 影响矿石的生产成本 开拓方案设计要求： 结合工艺系统和开采程序合理选择开拓方案 确保设计的矿山建设速度，满足矿石产量和质量要求 力争投产早，达产快，基建投资少，生产经营费用低 尽量采用先进的技术设备，以提高技术的可靠性和生产效率,影响开拓方案设计的主要因素： 自然地质条件 地形、矿床地质、水文地质、工程地质及气候条件 开采技术条件 矿山规模、矿区开采程序、露天采场尺寸、高差、生产工艺流程、选用设备类型及技术装备、矿区总平面布置 经济因素 国家有关技术经济政策、矿山建设投资、矿石生产成本、劳动生产
3、率、矿山服务年限 山坡露天矿和凹陷露天矿的开拓布线和方式不同 分为上部开拓和深部开拓 应考虑两者的相互衔接 可分为：固定坑线开拓、移动坑线开拓,露天开拓方法： 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）平硐-溜井开拓； （5）提升机提升开拓（包括箕斗、串车）； （6）联合开拓。,坑线布置形式,坑线（道）布置形式有直进式、折返式、回返式、螺旋式、直进-回返式、直进-折返式等 直进式：运输设备不调头，从露天开采境界的地表直达采场的工作平台 一般应用于平缓的露天矿或开采范围较大、深度较浅的深凹露天
4、矿，单独使用较小 回返式：采用汽车运输，汽车从地表工业广场经多次回返调头到达采场 应用范围较广，一般同直进式联合使用，形成直进-回返式，即汽车直进几个台阶回返一次,折返式：采用铁路运输，火车从地表工业广场经过多次折返调头到采场 开采境界比较小的露天矿采用，一般联合使用，直进-折返式，火车进几个台阶折返调头一次 螺旋式：运输设备沿边帮螺旋前进从地表工业广场直达采场 一般应用天椭圆形露天矿，运输设备可以是火车、汽车，但汽车较多,第二节 公路运输开拓,又称汽车运输开拓，是露天矿山最广泛的开拓方式 公路开拓坑线的布置的影响因素： 矿床埋藏条件 露天采场空间参数 一、公路开拓坑线的类型 固定线路 凹陷矿
5、最终边坡上的线路 总出入沟口至粗破碎站（车间） 或至排土场的线路,半固定线路 露天矿内外的，作为山坡露天各开采水平分支线与粗破碎站、排土场、临时矿石堆场联系用的线路 使用年限较短 作用随山坡露天矿开采水平的下降而逐渐消失 移动线路（临时线路） 露天矿各开采水平上的联络运输线路 排土场的工作面线路 露天矿内的、联系各开采水平的分支线 随开采水平的下降和工作面的推进而逐渐消失,二、公路开拓运输线路布置的要求 满足开采工艺和矿山总平面布置的要求 保证各生产水平矿岩的运输畅通； 保证各辅助生产工艺(机修、仓库、油库、炸药库)形成一个完整的运输系统 线路的技术等级和参数，应符合相应的设计技术规范，保证行
6、车安全，充分发挥汽车运输效率 线路要布置在工程、水文地质条件好的地段 露天矿的新水平准备和工作面运输线路，一般采用移动线路； 并设在工作面推进较慢的区段和矿岩接触面上盘附近； 出线方向应与联络线路和固定线路同向。,选择固定线路时，为提高行车效率，减少线路工程量和边坡扩帮量 对山坡露天矿，尽量采用树枝式布置 当需采用折返线时，应避免线路进入采场内 线路布置尽可能平直，减少弯道和回头曲线 对于凹陷露天矿，要避免在高边坡部位布置线路弯道和回头曲线，并尽可能少在深部设置回头曲线 山坡露天矿的上山公路，通过露天采场时，要充分考虑爆破对线路的影响 对于凹陷露天矿，当生产规模很大，技术条件可行时，可设置两个
7、出口或双侧线路，以分散运量，缩短运距,凹陷露天矿总出入沟的位置与标高的确定，应考虑选厂、贮矿场、排土场、修理场和仓库等的相对位置与标高，务求矿岩不反向运输，减少采场内外重车的上坡线路长度 对于多坑底、有“岩岛”的凹陷露天矿，应充分利用“岩岛”布线，以便最大限度地减少边帮的扩帮量,三、公路开拓运输运输线路的布置方式 根据开采的部位，分为： 山坡线路布置和凹陷线路布置 根据线路形状，分为： 树枝式、折返式、螺旋式、直进式 1. 山坡露天矿线路布置方式 树枝直进式 特点：各分支水平全部与主干线相连，运距短 汽车在回头曲线上行驶的机会少 干线、支线界线分明 投资省 适用条件：出线端地 形平缓的山坡露天
8、矿,采场外折返式 特点： 两个以上开采水平共用一条进出车线，采场内用移动坑线联络 该方式运距较长、汽车在回头曲线上行车多，采场内联络线路移设频繁、干扰较大 干线不进采场，不受爆破影响 适用条件： 出线端地形较陡峭的 山坡露天矿,进入采场内折返式 特点： 线路局部进入采场，采场内干线随开采水平下降而消失，与采场外线路的联系随之截断 给边坡修护所需的联络运输带来困难 位于采场内的线路受爆破影响 行车条件较差，开采强度受一定限制,适用条件： 采场内同时作业阶段数不多的山坡露天矿，且出线端地形复杂 特别适用于采场外展线地形低于上部开采水平标高的山坡露天矿,2、凹陷山坡露天矿线路布置方式 折返式 特点：
9、 线路均布置于最终非工作帮和端帮 根据走向长度，决定折返次数 一般12个开采台阶折返一次,适用条件： 单一折返式，适用于走向较长，深度中等的凹陷露天矿 双侧单线或单侧双线线路，适用于走向很长，或运量很大的大型、特大型凹陷露天矿,螺旋式 特点： 线路均设在最终帮上 线路环绕上下盘及端部边帮 无回头曲线，行车条件较好扩帮量少 开沟方向和位置随线路变化，生产管理复杂，矿石贫化、损失较大,适用条件 露天矿形状近于圆形或椭圆形 同时工作的台阶数不宜过多 对于凹陷露天矿接近采场底的23个开采台阶，常用此方式,折返-螺旋式 特点：露天矿上、中部为折返式，下部（23个台阶）螺旋式 适用条件： 露天矿上、中部尺
10、寸长，深部尺寸短的单底或多底的大型、特大型凹陷露天矿,四、矿山工程发展程序 包括： 台阶的开采程序 工作帮的推进 新水平的开拓延深 介绍：新水平的准备程序和开拓沟道的形成 新水平准备，包括： 掘进出入沟 掘进开段沟 为下水平新水平准备掘沟而进行的扩帮工件,固定坑线折返式布线时的矿山工程发展 开段沟纵向布置 开段沟是每个开采水平上为开辟开采工作线而掘进的挖水平的沟道,开段沟横向布置时,固定坑线螺旋式布线时的矿山工程发展,移动坑线开拓矿山工程发展程序,五、连接平台 采场内的开拓坑线，为了缩短运距，采用较大的坡度 为了行车安全，满足公路坡长的限制 在开拓坑线与各台阶交汇处设置长度为4060m，坡度为
11、不超过3%的平坡或缓坡段 即为连接平台,六、出入沟口 布置位置：工程地质条件好、地形标高较低，距工业场区及排土场较近的地方 应避免和减少重载汽车在采场内作反向运行及无谓的增长上坡运距 尽可能使矿岩的综合运输功最小 总出入沟 多出入沟,七、公路运输的评价,适用于山坡和凹陷露天矿 可设置多出入沟口进行分散运输、分散排土 便于多品级矿石选别开采 便于改变工作线推进方向 新水平准备速度快，能达到较高开采强度 自卸汽车运输时，其运距一般不超过3km 单一公路开拓运输的合理开采深度： 40t以下汽车，80150m 电动轮汽车（80120t），200300m,第三节 铁路开拓,铁路开拓坑线布置与公路开拓时类
12、同 由于铁路运输的复杂性，铁路开拓较公路开拓复杂 开拓展线比汽车运输长 转弯半径大，灵活性差 掘沟工程量大、边帮附加剥岩量大 新水面准备时间较长 铁路开拓分类： 准轨铁路开拓大、中型露天矿 窄轨铁路开拓小型露天矿,铁路开拓一般采用固定式坑线 一、山坡露天矿准轨铁路开拓运输 1、布置形式 单线折返双侧交替进车 适用条件： 地形为孤立山峰； 两侧地形有入车条件，可布置站场和干线；,每个阶段挖掘机数量不得超过2台； 采剥总量为300700万t/a。 特点：通过能力比单线折返单侧进车方式大，但线路工程量大,单线折返单侧进车 适用条件： 地形为孤立山峰； 仅有一侧地形有入车条件； 每个阶段挖掘机数量以1
13、台为宜，如果要使用2台，则另一台的效率较低。,特点： 通过能力比单线折返双侧进车方式略低 当地形较缓时，露天矿的上部、中部及下部可同时掘沟，互不影响,单线折返环行进车 适用条件： 地形为孤立山峰； 每个阶段可布置挖掘机多台，一般以2台为宜； 采场面积宽广，一般为12km2。 特点： 通过能力比单线折返单侧进车方式略大，但工程量较大,端部折返一侧进车 适用条件： 矿区附近地形为单侧山坡； 仅有一侧地形有进车条件； 每个阶段挖掘机数量以1台为宜，如果要使用2台，则另一台的效率较低。,特点： 工作面推进条件较差，列车入换条件差 此方式增加了总的运距，增加了端部工作量 缩短了列车入换距离和入换时间,端
14、部折返二侧进车 适用条件： 矿区附近地形为单侧山坡； 二侧地形有进车条件； 每个阶段挖掘机数量可2台以上 特点： 线路总的通过能力大,工程量大 一端线路发生故障，另一端仍可继续生产 可分散货流，缩短运距,阶梯式折返线 适用条件： 要求采场尺寸较大； 每个阶段挖掘机数量2台以上； 采场附近地形为一孤立山峰； 需要减少折返次数和改善运输条件。,特点： 减少了折返次数 工作面为两端进车 各阶段均为环行运输,2、山坡露天矿开拓设计注意的问题 一般沿山坡地形挖掘单壁堑沟 当阶段的挖掘机数量在2 (或以上)台时，采场应尽量采用两侧进车的环形运输线路 尽量缩短会让站至挖掘机装车点之间的列车入换距离 尽量减少
15、铁路的折返次数，以缩短会让时间 从会让站进入采场的入车线路，一般允许一定的坡度，进入采场后，一般为平坡,二、凹陷露天矿准轨铁路开拓运输 1、布置形式 单线折返双侧交替进车 适用条件： 两端部地形有进车条件； 每个阶段挖掘机数量为1台； 采剥总量为不超过700万t/a，否则设双线。,特点： 两端交替进车，不能环形，矿山生产不大,单线折返单侧进车 适用条件： 只有一侧端部地形有进车条件； 每个阶段挖掘机数量为1台。 特点： 端部装车，挖掘机与电机车效率低 单线折返环形进车 适用条件： 两侧端部地形有进车条件； 每个阶段挖掘机数量为12台。 特点： 两侧环行，生产能力比前两种大,双线折返环行燕尾式站
16、 适用条件： 运量超过700万t/a； 各阶段可布置挖掘机多台，一般以2台为宜； 采场要长，尺寸要大。 特点： 环形运输可缩短运距,双线直进式环行进车 适用条件： 采场要长，尺寸要大，采场长度在2.6km以上； 采剥量要大； 各阶段可布置挖掘机多台，一般以2台为宜；,特点： 线路通过能力大 各水平能环形运输 露天矿边坡角度较缓，工程量大,单线螺旋式坑线 适用条件： 当折返式不能完成运量时，可用螺旋式（运量大）； 采场尺寸要大，近似圆形的凹陷露天矿，边帮的稳固性较好。,特点： 运量大，服务年限长 可缩短列车运行周转时间，提高线路通过能力,三、铁路开拓矿山发展工程 新水平的准备和开拓沟道的形成与公
17、路开拓开段沟纵向布置大致相同,四、铁路开拓评价,运营费用低 运输能力大 运输设备坚固耐用 运输工作可靠，受气候影响小 开拓坑线展线长度长，增加剥离量 基建工程量大，基建时间长 线路移设和维护工作量大 开拓系统和工作组织复杂 新水平延深工作缓慢 合理开采深度一般不超过120150m 单一铁路开拓方式逐渐减少联合开拓,第四节 联合开拓方式,主要的联合方式： 铁路-公路联合开拓 铁路开拓矿山转入深部开采时 上部为铁路运输、下部为汽车运输、中间设置矿岩倒装站 公路(铁路)-破碎站-胶带联合开拓 公路-破碎站-胶带运输机堑沟开拓 公路-破碎站-胶带运输机斜井开拓 单一胶带运输机开拓 公路(铁路)-箕斗联
18、合开拓 公路(铁路)-平硐溜井联合开拓,公路(铁路)-平硐溜井联合开拓 一、概述 通过开拓平硐、溜井（、溜槽）建立露天采场与地面之间的运输联系 适用：地形复杂、矿床高差大的山坡露天矿,二、平硐溜井布置 平硐位置选择的因素： 矿区地形 矿床埋藏条件 采矿工艺要求 采矿场运输方式 工作线推进方式 同时开采的台阶数 需布置的溜井数 原则： 以采场内矿岩运输功最小、放矿硐室至卸矿点距离最短 溜井和平硐掘进工程量最小 与采场底间保持安全距离,溜井位置选择的因素： 穿过的岩层稳固 不应穿过大的含水层 汇水面积要小 布置方式 采场内溜井 采场外溜井 布置原则： 最小运输功原则 即溜井尽量布置在采场内的开采台
19、阶上，接近矿岩的重心位置，汽车运输尽量为平坡运输,三、溜井降段 露天生产台阶下降，溜井也要随之降段 即将溜井降至开采水平，一般每次降段高度为一台阶高度 分步降段法： 溜井的半壁先降段，供已下降的台阶向溜井供矿 另半壁暂不降段，供原开采台阶卸矿，直至采完后再降段 降段方法： 直接降段法 贮矿降段法,直接降段法： 适用于断面积大、不易产生堵井，溜井溜放矿石与井颈周围矿层品位一致 贮矿降段法： 适用于降段爆破前停止放矿，突击运矿填满溜井后再爆破,四、溜井的生产管理 溜井生产的主要事故： 溜井堵塞 跑矿 管理经验 溜井贮满矿，松动放矿 贮满矿的好处： 减小矿石下落高度，减轻井内矿石的压实作用，减少矿石
20、起拱 避免直接冲击而破坏井壁 贮存的矿石支撑井壁、防止片帮塌落 常松动放矿，避免压实而堵井 少卸粉矿、含有泥量和含湿量大的矿石 松动放矿，即使溜井暂停生产时，也要每班放矿1-2车,跑矿的原因： 巨大的冲击形成矿石流 溜井大量进水 造成的破坏： 溜井下口的放矿闸门等设施破坏 大量矿石堆积于破碎硐室和平硐 人员的伤亡、生产系统的破坏,五、溜井平硐开拓系统的评价 利用矿石的重力卸矿，投资省、经营费用低的开拓方式 适用相对高差大的高山型矿床 溜井只能溜放一种矿石 不宜溜放含有粉矿多的矿石 管理不好，易发生堵矿和跑矿,第五节 开拓方法的选择,露天矿床开拓对矿山建设和生产具有重要的影响： 受开采境界的影响
21、； 影响基建工程量、基建投资、基建时间； 影响矿山生产能力、矿石的损失和贫化、生产的可靠性和均衡性以及生产成本 开拓系统一旦建成，则不宜改变 确定开拓系统时，必须按照国家有关矿山建设的方针、政策，依据矿床赋存的地质条件，综合考虑各方面的因素，经全面经济技术比较后才能选定最优的开拓方法,一、选定开拓的主要原则及其影响因素 主要原则： 矿山建设速度必须满足国家要求及市场的要求； 矿山建设满足安全、环境保护的要求； 保证投产早，达产快； 基建投资少，生产经营费用低； 生产工艺可靠，并尽可能简单，设备选择因地制宜； 工程量少，施工方便； 充分利用矿石资源； 不占或少占农田； 矿山建设总费用最低（考虑时
22、间因素）。,影响开拓方案选择的因素： 矿体埋藏的地质地形条件和矿岩性质； 露天矿生产能力； 生产能力的大小，影响运输设备的选择，直接影响开拓 基建工程量和基建期限 对矿石损失和贫化的要求； 矿床勘探程度及矿石储量的发展远景。,二、选择开拓方法的步骤 根据露天矿床的具体条件，列出技术上可行的若干方案； 定性比较，删去不合理的方案； 初步分析各方案在开拓系统、生产工艺、工程发展程序及总平面布置等方案的不同特点 再根据国内外露天矿的设计和生产实践经验，删去明显不合理的方案 对保留方案进行沟道定线，并进行矿山工程量和生产工艺系统的技术经济比较（定量比较）； 对各方案的各项技术经济指标进行综合分析评价，
23、选取其中最优方案,定量比较的主要技术经济指标 1. 满足规定生产能力的保证程度，建设速度，基建、投产、达产时间； 2. 土石方工程量（井巷工程量单独计算）； 3. 主要设备品种和数量； 4. 作业面数量和人员数目； 5. 生产的安全性和可靠性； 6. 各段时间的生产采剥比和平均采剥比； 7. 矿床开采的损失率和贫化率； 8. 投资和经营费和基建投资偿还期。,三、开拓沟道定线 开拓沟道定线即确定沟道的位置 方法：室内图纸定线、室外现场定线 室内定线的基础资料： 矿区地形地质图 露天矿总平面布置图 主要开采技术指标，如开采境界、台阶高度、沟道几何参数，线路技术参数及连接平台长度,作业和思考题：P34-35，2-1，2-32-9,