金屬礦采礦學(xué)露天開采

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1、采礦學(xué)教學(xué)課件,金屬礦床露天開采,露天開采,緒論 礦床品位與儲(chǔ)量計(jì)算 巖石的力學(xué)性質(zhì)及分級(jí) 最終開采境界的確定 露天開采程序 露天礦生產(chǎn)計(jì)劃 露天礦床開拓 露天開采的生產(chǎn)工藝 礦山技術(shù)經(jīng)濟(jì),第十八章露天開采工藝,穿孔作業(yè) 爆破作業(yè) 采裝與運(yùn)輸 排巖作業(yè),金屬礦床露天開采一般要經(jīng)過以下四道生產(chǎn)工序：穿孔、爆破、鏟裝及運(yùn)輸和排巖，以上各工序環(huán)節(jié)相互銜接、相互影響、相互制約，共同構(gòu)成了露天開采的最基本生產(chǎn)周期，本章將介紹以上各生產(chǎn)工序中的主要問題。,1 穿孔作業(yè),概述 穿孔方法與穿孔設(shè)備 牙輪鉆機(jī),1.1 概述,穿孔作業(yè)是礦床露天開采的第一道生產(chǎn)工序，其作業(yè)內(nèi)容是采用某種穿孔設(shè)備在計(jì)劃開采的臺(tái)階區(qū)域

2、內(nèi)穿鑿炮孔，為其后的爆破工作提供裝藥空間。 穿孔工作質(zhì)量的好壞直接影響著爆破工序的生產(chǎn)效率與爆破質(zhì)量。 在整個(gè)露天開采過程中，穿孔作業(yè)的成本約占礦石開采總生產(chǎn)成本的1015 。,1.2 穿孔方法與穿孔設(shè)備,穿孔方法：熱力破碎法與機(jī)械破碎法，其相應(yīng)的穿孔設(shè)備有火鉆、鋼繩式?jīng)_擊鉆、潛孔鉆、牙輪鉆與鑿巖臺(tái)車。 露天礦穿孔設(shè)備的選擇主要取決于開采礦巖的可鑿性、開采規(guī)模要求及設(shè)計(jì)的炮孔直徑。 目前露天礦山常用的穿孔設(shè)備：大型露天礦多用牙輪鉆；中小型露天礦常用潛孔鉆。,各類鉆機(jī)及其相應(yīng)特性一覽表,1.3 牙輪鉆機(jī),牙輪鉆機(jī)的工作原理 牙輪鉆機(jī)的鉆具 牙輪鉆機(jī)的工作參數(shù) 牙輪鉆機(jī)的生產(chǎn)能力 牙輪鉆機(jī)設(shè)備需求

3、數(shù)量的確定 提高牙輪鉆機(jī)穿孔效率的途徑,1.3.1 牙輪鉆機(jī)的工作原理,主要是通過鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)和推壓機(jī)構(gòu)使鉆桿帶動(dòng)鉆頭連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)對(duì)鉆頭施加軸向壓力，以回轉(zhuǎn)動(dòng)壓和強(qiáng)大的靜壓形式使與鉆頭接觸的巖石粉碎破壞，鉆進(jìn)的同時(shí)，通過鉆桿與鉆頭中的風(fēng)孔向孔底注入壓縮空氣，利用壓縮空氣將孔底的粉碎巖渣吹出孔外，從而形成炮孔。 牙輪鉆頭破碎巖石的機(jī)理實(shí)際上是沖擊、壓入和剪切的復(fù)合作用。,KY-310型牙輪鉆機(jī),1 鉆桿； 2 鉆桿架； 3 起落立架油缸； 4 機(jī)棚； 5 平臺(tái)； 6 行走機(jī)構(gòu)； 7 鉆頭； 8 千斤頂； 9 司機(jī)室 10 凈化除塵裝置； 11 回轉(zhuǎn)加壓小車； 12 鉆架； 13 動(dòng)力裝置,鉆機(jī),

4、1.3.2 牙輪鉆機(jī)的鉆具,牙輪鉆機(jī)的鉆具包括鉆桿、穩(wěn)桿器、減震器和牙輪鉆頭四部分。,1 牙輪鉆頭；2 穩(wěn)桿器；3 鉆桿；4 減震器,三牙輪鉆頭外形和三牙輪鉆頭結(jié)構(gòu),典型的三牙輪鉆頭外形,三牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)圖,1 鉆頭絲扣； 2 擋渣管； 3 風(fēng)道； 4 牙爪； 5 牙輪； 6 塞銷； 7 填焊； 8 牙爪軸頸； 9 滾柱； 10 牙齒； 11 滾珠； 12 襯套； 13 止推塊； 14 噴嘴； 15 爪背合金； 16 輪背合金,牙輪鉆頭,1.3.3 牙輪鉆機(jī)的工作參數(shù),鉆壓的確定 取決于礦巖的物理機(jī)械性質(zhì)（硬度系數(shù)）、鉆頭的承載能力和鉆機(jī)的技術(shù)性能。 鉆速與鉆具的轉(zhuǎn)速 軸壓和巖石硬度不同，鉆速都

5、有相應(yīng)的合理取值范圍，如當(dāng)f1520時(shí)，宜采用重型鉆機(jī)，轉(zhuǎn)速取5080r/min。 排渣風(fēng)速和風(fēng)量的確定 根據(jù)炮孔直徑、鉆桿直徑和要求的排渣風(fēng)速，在風(fēng)量諾模圖上查取所需的風(fēng)量。,1.3.4 牙輪鉆機(jī)的生產(chǎn)能力,牙輪鉆機(jī)的臺(tái)班生產(chǎn)能力 鉆機(jī)的臺(tái)年綜合效率,1.3.4.1 牙輪鉆機(jī)的臺(tái)班生產(chǎn)能力,Vb = 0.6 V Tb 式中： Vb 牙輪鉆機(jī)臺(tái)班生產(chǎn)能力，m/臺(tái)班； V 牙輪鉆機(jī)機(jī)械鉆進(jìn)速度，cm/min； Tb 班工作時(shí)間，h； 班工作時(shí)間利用系數(shù)，一般情況下0.40.5。,,式中：P 軸壓，N； n 鉆具的轉(zhuǎn)速，r/min； D 鉆頭的直徑，cm； f 巖石的堅(jiān)固性系數(shù)；,1

6、.3.4.2 鉆機(jī)的臺(tái)年綜合效率,鉆機(jī)的臺(tái)年綜合效率是鉆機(jī)臺(tái)班工作效率與鉆機(jī)年工作時(shí)間利用率的函數(shù)。影響鉆機(jī)工作時(shí)間利用率的主要因素有兩方面：一是因組織管理不科學(xué)造成的外因停鉆時(shí)間；另一方面是鉆機(jī)本身故障所引起的內(nèi)因停鉆時(shí)間。,1.3.5 牙輪鉆機(jī)設(shè)備需求數(shù)量的確定,,式中： N 所需鉆機(jī)設(shè)備的數(shù)量，臺(tái)； Q 礦山設(shè)計(jì)年采剝總量，噸； L 每臺(tái)牙輪鉆機(jī)的年穿孔效率，m/年； q 每米炮孔的爆破量，t/m； e 廢孔率，%；,國(guó)內(nèi)部分礦山每米炮孔爆破量實(shí)際指標(biāo),1.3.6 提高牙輪鉆機(jī)穿孔效率的途徑,一方面應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)牙輪鉆機(jī)本身的技術(shù)性能，提高鉆頭的工作強(qiáng)度與使用壽命； 另一方面，在牙輪鉆機(jī)穿孔

7、作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理配置好各種工作參數(shù)，協(xié)調(diào)好生產(chǎn)中的組織管理，提高鉆機(jī)的工作時(shí)間利用率。,2爆破作業(yè),概述 基建剝離大爆破 生產(chǎn)臺(tái)階正常采掘爆破 靠幫并段臺(tái)階的控制爆破,2.1 概述,爆破工作是露天開采中的又一重要工序，通過爆破作業(yè)將整體礦巖進(jìn)行破碎及松動(dòng)，形成一定形狀的爆堆，為后續(xù)的采裝作業(yè)提供工作條件。 爆破工作質(zhì)量、爆破效果的好壞直接影響著后續(xù)采裝作業(yè)的生產(chǎn)效率與采裝作業(yè)成本。 在露天開采的總生產(chǎn)費(fèi)用中，爆破作業(yè)費(fèi)用大約占15%20%。,露天開采對(duì)爆破工作的基本要求,有足夠的爆破貯備量，以滿足挖掘機(jī)連續(xù)作業(yè)的要求，一般要求每次爆破的礦巖量至少應(yīng)能滿足挖掘機(jī)510晝夜的采裝需要； 要有合理的

8、礦石塊度，以保證整個(gè)開采工藝過程中的總費(fèi)用最低。 具體說來，生產(chǎn)爆破后的礦巖塊度應(yīng)小于挖掘設(shè)備鏟斗所允許的最大塊度和粗碎機(jī)入口所允許的最大塊度； 爆堆堆積形態(tài)好，前沖量小，無上翻，無根底，爆堆集中且有一定的松散度，以利于提高鏟裝設(shè)備的效率。在復(fù)雜的礦體中不破壞礦 層層位，以利于選別開采； 無爆破危害，由于爆破所產(chǎn)生的地震、飛石、噪音等危害均應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)，應(yīng)盡量控制爆破帶來的后沖、后裂和側(cè)裂現(xiàn)象。 爆破設(shè)計(jì)合理，使整個(gè)開采過程中的穿孔、爆破、鏟裝、破碎等工 序的綜合成本最低。,露天開采過程中的爆破作業(yè)種類,基建期的剝離大爆破 生產(chǎn)期臺(tái)階正常采掘爆破 控制爆破,2.2 基建剝離大爆破

9、,概述 大爆破的設(shè)計(jì)原則及要求 主要爆破參數(shù),2.2.1 概述,在山坡露天礦的基建期，為了剝離礦體上部（或側(cè)向）較厚的覆蓋巖層，平整工業(yè)場(chǎng)地、開挖公路或鐵路運(yùn)輸通道，通常要進(jìn)行大爆破。這種大爆破系指利用開鑿地下硐室進(jìn)行集中裝藥的大型爆破工程，又稱為硐室大爆破。 按爆破后巖石的破碎程度和堆積狀態(tài)，硐室大爆破的方式有以下兩種：破碎松動(dòng)爆破、 拋擲爆破：,2.2.2 大爆破的設(shè)計(jì)原則及要求,經(jīng)濟(jì)合理性原則：在保證良好的爆破效果的前提下，盡可能減少基建投資與爆破工程量，加快基建工程的建設(shè)速度、降低爆破成本； 爆破設(shè)計(jì)要求：根據(jù)礦山基建期與生產(chǎn)期的整體要求，結(jié)合礦床的地形地質(zhì)條件，科學(xué)合理地確定大爆破的

10、各項(xiàng)參數(shù)及爆破范圍，應(yīng)盡量方便施工，不給后續(xù)工程留下隱患； 爆破質(zhì)量要求：爆堆的形態(tài)及分布應(yīng)符合要求，降低大塊率，減少邊緣欠挖量，爆破后形成的場(chǎng)地要平整。 爆破安全要求：在工業(yè)場(chǎng)地、重要建筑物或重要設(shè)施附近進(jìn)行大爆破時(shí)，必須保證周圍環(huán)境的安全，在采場(chǎng)邊幫附近進(jìn)行大爆破時(shí)，必須保證采礦場(chǎng)邊幫的穩(wěn)定；,2.2.3主要爆破參數(shù),爆破作用指數(shù)n 最小抵抗線W 藥包的間距 裝藥量的計(jì)算,2.2.3.1 爆破作用指數(shù)n,通常以爆破漏斗半徑和最小抵抗線的比值來表征爆破作用指數(shù)n的大小。 決定著爆破作用的性質(zhì)、爆破漏斗的尺寸、巖石的破碎程度、拋擲方量的比率以及爆破的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 弱松動(dòng)爆破，n小于0.75，

11、強(qiáng)松動(dòng)爆破，n在0.75到1之間。 拋擲爆破，n受地形坡角和預(yù)計(jì)爆破方量的拋擲率的影響，通?？蓞⒖枷卤碇械慕?jīng)驗(yàn)值選取。,2.2.3.2 最小抵抗線W,由各藥包中心指向其相鄰地表的有向線段的長(zhǎng)度即為該藥包的最小抵抗線W。 最小抵抗線的大小取決于爆破工程的要求、地形條件和藥包的布置方式。,藥包的布置形式與抵抗線,硐室爆破藥包布置分類表,2.2.3.3 藥包的間距,硐室爆破的藥包間距通常根據(jù)最小抵抗線和爆破作用指數(shù)來定。 在其它條件一定時(shí)，巖石越軟，藥包的間距應(yīng)越大；反之，巖石越硬，藥包的間距應(yīng)越小。 在不同的地形地質(zhì)條件下，各種硐室爆破的藥包間距的取值如下表所示。,藥包間距計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,2.2.3

12、.4 裝藥量的計(jì)算,裝藥量是標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗q與爆破作用指數(shù)n和最小抵抗線W的函數(shù)， 通常依據(jù)以下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (1) 松動(dòng)爆破的裝藥量： 斜坡地形 Q = 0.36 qW 3 平坦地形Q = 0.44 qW 3 (2) 拋擲爆破和加強(qiáng)松動(dòng)爆破的裝藥量： Q = (0.4+0.6n3) qW 3 此計(jì)算方法在0.7 n3和W25m的時(shí)，計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際。如果 W25m，計(jì)算出的藥量偏小，應(yīng)再將計(jì)算結(jié)果乘以系數(shù)k： 從式中可以看出，W值越大，k值就越大，Q值也相應(yīng)增大。但當(dāng)W值很大時(shí)，則需對(duì)藥量進(jìn)行特別校驗(yàn)。,,2.3 生產(chǎn)臺(tái)階正常采掘爆破,概述 生產(chǎn)臺(tái)階正常采掘的爆破方法 臺(tái)階正常采掘爆破

13、參數(shù)及爆破設(shè)計(jì),2.3.1 概述,露天臺(tái)階正常采掘爆破是在每一生產(chǎn)臺(tái)階分區(qū)依次進(jìn)行的，爆破區(qū)域的大小即為一個(gè)采掘帶。對(duì)于每一爆破區(qū)域當(dāng)前序穿孔作業(yè)完成炮孔的穿鑿工作后，爆破工序即開始運(yùn)行。 首先，由爆破設(shè)計(jì)人員依據(jù)穿孔工序所生成的實(shí)測(cè)布孔圖進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)與計(jì)算。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有炸藥類型及單耗(或裝藥密度)的選取，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每孔裝藥量與總炸藥消耗量計(jì)算，起爆網(wǎng)絡(luò)及起爆方式設(shè)計(jì)，然后爆破人員依據(jù)爆破方案進(jìn)行炮孔裝藥及實(shí)施爆破。,2.3.2 生產(chǎn)臺(tái)階正常采掘的爆破方法,淺孔爆破法：輔助性爆破，修路、大塊二次破碎、處理根底、掘出入溝等。 深孔爆破法：臺(tái)階正常采掘。 藥壺爆破法：用以克服較大的底

14、盤抵抗線。 外敷爆破法：大塊二次破碎及處理根底。,2.3.3 臺(tái)階正常采掘爆破參數(shù)及爆破設(shè)計(jì),炮孔布置示意圖 炮孔底盤抵抗線 布孔方式與布孔參數(shù) 炮孔規(guī)格與超深 孔裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu) 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),2.3.3.1 炮孔布置示意圖,2.3.3.2 炮孔底盤抵抗線,底盤抵抗線即炮孔中心至臺(tái)階坡底線的最小距離(上圖中的Wp）。 底盤抵抗線設(shè)置過小，則造成被爆破的巖體過于粉碎，同時(shí)產(chǎn)生的爆堆前沖也很大；設(shè)置過大時(shí)，爆破后容易形成根底與大塊。 底盤抵抗線的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為： Wp = (2545)D (m) 式中：D為炮孔的直徑，米。 第一排孔的底盤抵抗線取值應(yīng)滿足以下的約束條件： Wp H(

15、ctg - ctg) + C 式中：H 臺(tái)階高度，m； 臺(tái)階坡面角，度； 炮孔的傾角，度；垂直孔時(shí)=90。 C 前排孔中心至臺(tái)階坡頂線的安全距離，一般為23米。,2.3.3.3 布孔方式與布孔參數(shù),2.3.3.3 布孔方式與布孔參數(shù),孔間距 排間距 炮孔鄰近系數(shù)m ，前排：m=a/Wp 后排：m=a/b 式中：Q 炮孔裝藥量，kg； W 炮孔底盤抵抗線，(m)，前排孔即為炮孔底盤抵抗線， 后排孔按排間距計(jì)算； q 炸藥單耗，即爆破每立方米礦(巖)的炸藥消耗量，kg/m3；,,,,2.3.3.4 炮孔規(guī)格與超深,目前國(guó)內(nèi)露天礦采用的深孔爆破孔徑有80、100、150、

16、170、200、250、310mm等 炮孔超深(又稱超鉆)是指炮孔超過臺(tái)階底盤的垂直深度 超深設(shè)置過小，容易產(chǎn)生“根底” 若超深過大，降低了延米爆破量指標(biāo)，增加了爆破震動(dòng)強(qiáng)度，嚴(yán)重地破壞爆后臺(tái)階底盤的平整。 計(jì)算：h = (0.150.35)Wp 或h = (812)D,2.3.3.5 孔裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu),炸藥單耗q ：爆破每一立方米或一噸礦(巖)平均所用的炸藥量。 孔裝藥量 : 式中：Q 炮孔裝藥量，kg； q 設(shè)計(jì)選用的炸藥單耗，kg/m3； Wp 炮孔底盤抵抗線，m； a 孔間距， m； H 臺(tái)階高度，m。,,2.3.3.5 孔裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu),裝藥長(zhǎng)度(LB)，填塞長(zhǎng)度(Lt

17、),2.3.3.5 孔裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu),分段裝藥結(jié)構(gòu)一般運(yùn)用于下列情況： 當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算出的炮孔裝藥量較小，遠(yuǎn)小于炮孔最大可能的裝藥量時(shí)，為了使炸藥在孔內(nèi)較均勻分布，通常采用分段炸藥結(jié)構(gòu)，以取得較好的爆破效果。 當(dāng)采用大孔徑深孔爆破時(shí)，計(jì)算出的填塞長(zhǎng)度超過6m，通常采用分段裝藥結(jié)構(gòu)。 當(dāng)生產(chǎn)臺(tái)階推進(jìn)到最終開采境界，需進(jìn)行靠幫并段時(shí)，也多采用分段裝藥結(jié)構(gòu)。,2.3.3.6 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),排間微差起爆 斜線起爆 直線掏槽起爆 間隔孔起爆,2.3.3.6 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),排間微差起爆：其特點(diǎn)將平行于臺(tái)階坡頂線布置的炮孔按行順序起爆。優(yōu)缺點(diǎn)： 爆破時(shí)前推力大，能克服較大的底盤抵抗線，爆破崩落線明

18、顯 后沖及爆破地震效應(yīng)較大，爆破過程中巖塊碰撞擠壓較少；爆堆平坦。 為了避免地震效應(yīng)過大，可將同排起爆炮孔再分成數(shù)段起爆。 為了避免后沖過大，可將前一排的兩側(cè)邊孔與后一排的炮孔同段起爆。,2.3.3.6 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),斜線起爆：每一分段起爆炮孔中心的連線與臺(tái)階坡頂線斜交的爆破方式統(tǒng)稱斜線起爆。優(yōu)缺點(diǎn)： 采用方形布孔，便于鉆孔、裝藥與填塞機(jī)械的作業(yè)，同時(shí)，斜線起爆又提高了炮孔的鄰近系數(shù)，有利用于改善爆破質(zhì)量； 由于起爆的分段多，每分段的裝藥量小而分散，因而爆破的地震效應(yīng)也大大降低。 降低了爆破的后沖與側(cè)沖，且爆堆集中，提高了鏟裝作業(yè)的效率。 后排孔爆破時(shí)的夾制性較大，崩落線常不明顯；分段施

19、工操作與檢查較為繁雜，且由于爆破段數(shù)多，爆破材料消耗量大。,2.3.3.6 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),直線掏槽起爆：該方案是利用沿一直線布置的密集炮孔首先起爆，為后續(xù)孔爆破開創(chuàng)新的自由面。其基本布置形式如下圖所示。 直線掏槽爆破一般在掘溝中使用，該方案的爆破效果一般具有如下特點(diǎn)：破碎塊度適當(dāng)、均勻。爆堆沿塹溝的軸線集中，無碎石后翻現(xiàn)象。其缺點(diǎn)：穿孔工作量大，延米爆破量低，爆破后溝兩邊的側(cè)沖大，地震效應(yīng)較強(qiáng)。,直線掏槽起爆,a 一般起爆形式；b 分區(qū)多段起爆形式；15 為起爆順序,2.3.3.6 起爆方案與起爆網(wǎng)絡(luò),間隔孔起爆：該起爆方案按同排炮孔按齊偶數(shù)分組順序起爆，其基本形式下圖所示。 波浪起爆與

20、排間順序起爆相比，因前段爆破為后排炮孔創(chuàng)造了較大的自由面，因而改善了爆破質(zhì)量，同時(shí)塌落寬度與后沖都較小。 梯形爆破由于來自多方面的爆破作用，爆破質(zhì)量大大改善，爆堆集中，后沖、側(cè)沖較小，但該方案不適于掘溝爆破。,間隔孔起爆,a 波浪式；b 階梯式；18 起爆順序,2.4 靠幫并段臺(tái)階的控制爆破,在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用“預(yù)裂爆破、緩沖爆破與光面爆破”等控制爆破手段來避免或減少臺(tái)階靠幫或并段爆破對(duì)最終邊幫穩(wěn)定性的危害。 預(yù)裂爆破 緩沖爆破 光面爆破,預(yù)裂爆破,1 預(yù)裂孔；2 緩沖孔； 3 主爆孔,緩沖爆破,上圖中位于預(yù)裂孔和主生產(chǎn)炮孔之間的一排炮孔 稱為緩沖孔。 緩沖孔的特點(diǎn)： 孔網(wǎng)參數(shù)略小于生產(chǎn)炮

21、孔，且孔底不設(shè)置超鉆或減少超鉆量 控制緩沖炮孔中的裝藥量使其低于生產(chǎn)炮孔 為了使孔內(nèi)裝藥量不致于過分集中，孔中應(yīng)采用填塞物介質(zhì)或空氣間隔的分段裝藥結(jié)構(gòu)。 當(dāng)進(jìn)行靠幫或并段臺(tái)階向固定邊幫臺(tái)階過渡時(shí)，使緩沖爆破與預(yù)裂爆破同時(shí)進(jìn)行，或略遲于預(yù)裂爆破將會(huì)使爆破震動(dòng)強(qiáng)度大大降低。,光面爆破,光面控制爆破是在予爆破區(qū)域的邊緣線或邊界線上、或出入溝的兩側(cè)邊界線上穿鑿一排較密集的炮孔，控制該排炮孔的抵抗線與孔裝藥量，以使其爆破后沿炮孔中心連線形成破裂帶，而獲得較平整的破裂面。 為了達(dá)到光面爆破的效果，光面孔的孔間距應(yīng)小于其抵抗線，通常取為0.8倍的抵抗線，裝藥不耦合系數(shù)應(yīng)與預(yù)裂爆破相同或略小些， 線裝藥密度應(yīng)

22、與預(yù)裂爆破相同或略大些，選擇適宜的裝藥量以控制炸藥爆轟對(duì)孔壁的壓力，達(dá)到不破壞炮孔周圍的巖石。 一般光面炮孔是在主炮孔爆破后或清碴后再一次起爆。,3 采裝與運(yùn)輸,概述 采裝作業(yè)與采裝設(shè)備 挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 提高挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的途徑 運(yùn)輸作業(yè)與運(yùn)輸設(shè)備 礦用汽車的性能評(píng)價(jià)與運(yùn)輸計(jì)算 采運(yùn)設(shè)備的合理選型與科學(xué)配比,3.1 概述,采裝與運(yùn)輸作業(yè)是密不可分的，兩者相互影響、相互制約。 如何選擇采運(yùn)設(shè)備，采運(yùn)設(shè)備的規(guī)格與數(shù)量匹配是否合理、采裝工作與運(yùn)輸工作的銜接是否流暢都將大大地影響礦山企業(yè)的投資規(guī)模、生產(chǎn)效率與生產(chǎn)成本。 目前，采裝運(yùn)輸工藝的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在采運(yùn)設(shè)備的大型化、采裝與運(yùn)輸環(huán)節(jié)的一體

23、化與連續(xù)化。,3.2 采裝作業(yè)與采裝設(shè)備,采裝作業(yè)的內(nèi)容是利用裝載機(jī)械將礦巖從較軟弱的礦巖實(shí)體或經(jīng)爆破破碎后的爆堆中挖取，裝入某種運(yùn)輸工具內(nèi)或直接卸至某一卸載點(diǎn)。 采裝作業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)備有機(jī)械式單斗挖掘機(jī)、索斗鏟、前裝機(jī)、輪斗挖掘機(jī)、鏈斗挖掘機(jī)等。,3.3 挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算,露天開采中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力有技術(shù)生產(chǎn)能力和實(shí)際生產(chǎn)能力兩種。 挖掘機(jī)的技術(shù)生產(chǎn)能力 挖掘機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力,3.3.1 挖掘機(jī)的技術(shù)生產(chǎn)能力,,式中： Vj 挖掘機(jī)技術(shù)生產(chǎn)能力，m3/h； t 挖掘機(jī)工作循環(huán)時(shí)間，秒，其值一般經(jīng)實(shí)地測(cè)試后求得； E 鏟斗容積，m3； KW 挖掘系數(shù)，又稱實(shí)方滿斗系數(shù)； KW Km

24、/Ks，Km 滿斗系數(shù)， Ks 松散系數(shù)。,3.3.2 挖掘機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力,挖掘機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力是考慮了挖掘機(jī)工作時(shí)間利用率后的生產(chǎn)能力。,,式中：VB 挖掘機(jī)班實(shí)際生產(chǎn)能力，m3/臺(tái)班； Vj 挖掘機(jī)班技術(shù)生產(chǎn)能力，m3/h； T 班工作時(shí)間，h； 班工作時(shí)間利用系數(shù)，即裝車時(shí)間占班工作時(shí)間的比例。,3.4 提高挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的途徑,結(jié)合礦山的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，合理地選擇挖掘機(jī)的類型與技術(shù)規(guī)格。 優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，改善爆破質(zhì)量以提高挖掘機(jī)采裝效率與滿斗系數(shù)。 通過組織技術(shù)培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)交流，提高挖掘機(jī)操縱人員的工作水平和熟練程度，以提高挖掘機(jī)的工作效率與生產(chǎn)能力。 合理選擇挖掘機(jī)的采裝方式與運(yùn)輸設(shè)備

25、的供車方式，以縮短挖掘機(jī)工作循環(huán)時(shí)間。,3.5 運(yùn)輸作業(yè)與運(yùn)輸設(shè)備,運(yùn)輸作業(yè) 運(yùn)輸設(shè)備,3.5.1 運(yùn)輸作業(yè),露天礦運(yùn)輸作業(yè)是采裝作業(yè)的后續(xù)工序，其基本任務(wù)是將已裝載到運(yùn)輸設(shè)備中的礦石運(yùn)送到貯礦場(chǎng)、破碎站或選礦廠，其中的巖石運(yùn)往廢石場(chǎng)。此外，還承擔(dān)著露天生產(chǎn)中的輔助運(yùn)輸任務(wù)，即將生產(chǎn)過程中所需的人員、設(shè)備和材料運(yùn)送到工作地點(diǎn)。,3.5.2 運(yùn)輸設(shè)備,露天礦可采用的運(yùn)輸方式有自卸汽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸、斜坡箕斗提升運(yùn)輸以及由各種方式組合成的聯(lián)合運(yùn)輸，如：自卸汽車鐵路聯(lián)合運(yùn)輸、自卸汽車膠帶運(yùn)輸機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸、自卸汽車(或 鐵路機(jī)車)斜坡箕斗聯(lián)合運(yùn)輸。,3.5.2.1 鐵路運(yùn)輸,實(shí)踐證明鐵路

26、運(yùn)輸由于爬坡能力低、運(yùn)輸線路的工程量大，線路通過的平面尺寸大、比較適用于深度較小且平面尺寸很大的露天礦山。,3.5.2.2 汽車運(yùn)輸,汽車具有爬坡能力大、運(yùn)輸線路通過的平面尺寸小、運(yùn)輸周期相對(duì)較短、運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活、運(yùn)輸線路的修筑與養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，適于強(qiáng)化開采等特點(diǎn)，在現(xiàn)代露天礦山得到了廣泛的應(yīng)用，但相比于鐵路運(yùn)輸，汽車運(yùn)輸?shù)膰嵐镞\(yùn)費(fèi)高，且設(shè)備維修較為復(fù)雜，占用的熟練工人數(shù)量多，油料能源消耗量大，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢氣和揚(yáng)塵污染大氣。,3.5.2.3 汽車運(yùn)輸發(fā)展方向,增大汽車的載重量。 改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)，研制開發(fā)雙能源的電動(dòng)輪汽車。 改善道路質(zhì)量以減輕輪胎磨損和機(jī)件的破損； 強(qiáng)化汽車的維護(hù)與檢修； 改善汽

27、車的組織調(diào)度以提高汽車的有效作業(yè)率； 汽車與其它運(yùn)輸方式相聯(lián)合的聯(lián)合運(yùn)輸方式。,3.5.2.4 聯(lián)合運(yùn)輸,發(fā)揮汽車運(yùn)輸?shù)男?，通常采用汽車與其它運(yùn)輸設(shè)備聯(lián)合的運(yùn)輸方式，最新的聯(lián)合運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)是汽車與膠帶運(yùn)輸機(jī)相聯(lián)合。 膠帶運(yùn)輸機(jī)在露天礦的應(yīng)用方興未艾，國(guó)內(nèi)的大孤山鐵礦即采用了汽車半固定式破碎站斜井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)的爬坡能力大，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)或半連續(xù)作業(yè)，自動(dòng)化水平高，運(yùn)輸生產(chǎn)能力大、運(yùn)輸費(fèi)用低，所以在國(guó)內(nèi)外深露天礦的應(yīng)用日愈廣泛。,3.6 礦用汽車的性能評(píng)價(jià)與運(yùn)輸計(jì)算,礦用汽車的性能評(píng)價(jià) 汽車運(yùn)輸計(jì)算,3.6.1 礦用汽車的性能評(píng)價(jià),重量利用系數(shù) 比功率和比扭矩 最大動(dòng)力因數(shù) 車輛的

28、動(dòng)力特性曲線 性能限制因數(shù),自卸汽車牽引平衡圖,,3.6.2 汽車運(yùn)輸計(jì)算,自卸汽車運(yùn)輸能力計(jì)算 自卸汽車需求量的計(jì)算 道路通過能力計(jì)算,3.6.2.1 自卸汽車運(yùn)輸能力計(jì)算,,式中：QB 自卸汽車的臺(tái)班生產(chǎn)能力，t/臺(tái)班； q 自卸汽車的載重量，t； T 自卸汽車的班工作時(shí)間，h； t 自卸汽車的運(yùn)輸周期，min； k1 自卸汽車的載重系數(shù)； 自卸汽車的班工作時(shí)間利用系數(shù)。,自卸汽車的臺(tái)班生產(chǎn)能力的計(jì)算公式為：,3.6.2.2 自卸汽車需求量的計(jì)算,,式中：N 全礦自卸汽車的在冊(cè)數(shù)量，臺(tái)； k2 自卸汽車運(yùn)輸不均衡系數(shù)，k=1.11.15； Q 全礦的設(shè)計(jì)班產(chǎn)量，t/班

29、； A 自卸汽車的臺(tái)班生產(chǎn)能力，t/臺(tái)班； k3 自卸汽車的出車率。,3.6.2.2 自卸汽車需求量的計(jì)算,,式中：N 自卸汽車需求臺(tái)數(shù)，臺(tái)； Qy 露天礦年運(yùn)輸量，t/年； m 礦山年工作日總數(shù)，d； Nb 每日工作班數(shù)； A，k2，k3含義如前述。,3.6.2.3 道路通過能力計(jì)算,,式中：Nd 道路通過能力，輛/h； v 自卸汽車在計(jì)算區(qū)段的平均行車速度，Km/h； n 線路數(shù)目，單車道時(shí)n=0.5，雙車道時(shí)n=1； k 車輛行駛的不均衡系數(shù)，一般k=0.50.7; s 安全行車間距，即兩輛自卸車追蹤行駛時(shí)的最小安全距離，m；,3.6.2.3 道路通過能力計(jì)算,,式中：MD 道

30、路通過能力，t/班； Nd 以車輛數(shù)表示的線路通過能力，輛/h； T 班工作時(shí)間，h； q 自卸汽車的載重量，t； 自卸汽車工作時(shí)間利用系數(shù)。,利用關(guān)鍵行車路段每班所能通過的最大運(yùn)輸量來表示的道路通過能力：,3.7 采運(yùn)設(shè)備的合理選型與科學(xué)配比,挖掘機(jī)的選型 礦用自卸汽車選型 采裝與運(yùn)輸設(shè)備的合理配比,3.7.1 挖掘機(jī)的選型,單斗挖掘機(jī)的選型要根據(jù)礦山生產(chǎn)規(guī)模、礦巖年采剝總量、開采工藝、礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)、設(shè)備的供應(yīng)情況等因素來決定 國(guó)內(nèi)礦山的開采實(shí)踐表明，特大型露天礦應(yīng)選擇810M3或更大型挖掘機(jī)；大型礦山一般應(yīng)選用斗容為410M3；中型礦山一般應(yīng)選用斗容為24M3的挖掘機(jī)；而小型礦

31、山宜選擇12M3的挖掘機(jī)。,3.7.2 礦用自卸汽車選型,礦用自卸汽車的選取與礦巖運(yùn)量、裝載設(shè)備的容積、礦巖運(yùn)距及道路的技術(shù)條件等因素有關(guān)，在礦山設(shè)計(jì)時(shí)一般是從車箱容積、汽車的比功率及車箱強(qiáng)度三方面來考慮。 車箱容積應(yīng)與鏟斗容積、礦巖比重及礦巖塊度相適應(yīng)，以充分利用鏟斗和車箱容積，發(fā)揮采運(yùn)作業(yè)的最大綜合生產(chǎn)效率。 汽車比功率的大小反映了汽車的動(dòng)力特性，生產(chǎn)實(shí)踐證明，比功率過小的車型，在深凹露天礦重車上坡時(shí)表現(xiàn)為車速低，達(dá)不到額定載荷，因此大型車的比功率宜在6馬力/噸。 車箱的強(qiáng)度應(yīng)能適應(yīng)裝載大塊礦巖時(shí)所產(chǎn)生的沖砸。,3.7.3 采裝與運(yùn)輸設(shè)備的合理配比,車鏟比：平均分配給每臺(tái)挖掘設(shè)備的汽車數(shù)量

32、。 理論車鏟比：運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸周期與裝載設(shè)備的平均裝車間隔時(shí)間之比。 露天礦生產(chǎn)汽車統(tǒng)一調(diào)度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)統(tǒng)一生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸設(shè)備行車路線的最佳選擇，減少了汽車排隊(duì)、待裝、待卸、空車運(yùn)行以及電鏟等車時(shí)間，最大限度地發(fā)揮了采運(yùn)設(shè)備的生產(chǎn)效率。,4 排巖作業(yè),概述 廢石場(chǎng)的位置及要素 廢石排棄工藝 廢石場(chǎng)的危害防治及復(fù)田,4.1 概述,通常將運(yùn)輸剝離下的廢石到廢石場(chǎng)進(jìn)行排棄稱作排巖工程； 排巖工程的經(jīng)濟(jì)效率主要取決于廢石場(chǎng)的位置、排巖方法和排巖工藝的合理選擇； 排巖工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其內(nèi)容涉及廢石的排棄工藝、廢石場(chǎng)的建立與發(fā)展規(guī)劃、廢石場(chǎng)的穩(wěn)固性、廢石場(chǎng)污染的防治、廢石場(chǎng)的復(fù)田

33、等方面。,排巖技術(shù)與廢石場(chǎng)治理方面的發(fā)展趨勢(shì),采用高效率的排巖工藝與排巖設(shè)備，提高排巖強(qiáng)度； 提高堆置高度，增加廢石場(chǎng)單位面積的排巖容量，提高廢石場(chǎng)的利用率，減少廢石場(chǎng)的占地面積； 適時(shí)進(jìn)行廢石場(chǎng)的復(fù)墾，減少廢石場(chǎng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。,4.2 廢石場(chǎng)的位置及要素,廢石場(chǎng)的位置選擇 廢石場(chǎng)的堆置要素,4.2.1 廢石場(chǎng)的位置選擇,廢石場(chǎng)地選擇時(shí)應(yīng)遵循下列原則： 不占良田、少占耕地，盡量利用山坡、山谷的荒地，避免村莊的遷移 。 在不影響礦山工程發(fā)展的前提下，盡可能靠近采場(chǎng)布置廢石場(chǎng)，以便縮短巖石運(yùn)距。 盡可能采用內(nèi)部排巖，通過二次轉(zhuǎn)排的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的論證，積極采用內(nèi)部臨時(shí)廢石場(chǎng)。 廢石場(chǎng)應(yīng)設(shè)置在居

34、民區(qū)或工業(yè)場(chǎng)地的下風(fēng)側(cè)或最小風(fēng)側(cè)以及生活水源的下游，以免對(duì)居民或工廠造成危害。 廢石場(chǎng)不應(yīng)截?cái)嗌胶楹秃恿?，避免設(shè)置在水文地質(zhì)復(fù)雜的地段，以保證廢石場(chǎng)的穩(wěn)定，避免廢石場(chǎng)發(fā)生滑坡和泥石流事故。 剝離下的廢石中可利用的部分要單獨(dú)堆置以便日后二次回收利用。 有條件的地區(qū)靠近采場(chǎng)的廢石場(chǎng)宜分散布置，以利于多出口運(yùn)輸，疏散排巖道路的通過能力，緩和廢石排棄高峰。 廢石場(chǎng)地的選擇要有利于征用土地的復(fù)墾。,4.2.2 廢石場(chǎng)的堆置要素,廢石場(chǎng)的堆置高度 堆置階段的平盤寬度 廢石場(chǎng)容積的確定,廢石場(chǎng)有效容積的確定,,式中：Vy ____廢石場(chǎng)的設(shè)計(jì)有效容積，m3； Vs ____剝離巖土的實(shí)方數(shù)，m3； Ks__

35、__巖土的松散系數(shù)，可參考下表； Kc ____巖土的下沉率，，取值可參考下表。,巖土松散系數(shù),下沉率參考值,廢石場(chǎng)的設(shè)計(jì)總?cè)莘e,V K1 Vy 式中：V 廢石場(chǎng)的設(shè)計(jì)總?cè)莘e，m3； K1 容積的富余系數(shù)，一般取1.021.05； Vy 廢石場(chǎng)有效容積，m3。,4.3 廢石排棄工藝,根據(jù)廢石的運(yùn)輸與排棄方式及所使用設(shè)備的不同，外部廢石場(chǎng)的排棄工藝可分為： 鐵路運(yùn)輸排巖：根據(jù)廢石場(chǎng)排巖設(shè)備的不同又分為挖掘機(jī)排巖、排 土犁排巖、鏟運(yùn)機(jī)排巖。 公路運(yùn)輸排巖：此種排巖工藝是利用汽車將廢石直接運(yùn)到廢石場(chǎng)進(jìn)行排卸，然后由推土機(jī)推排殘留的廢石及整理排卸平臺(tái)。 膠帶運(yùn)輸排巖：此種排巖工藝是利用膠帶機(jī)將剝離下的

36、廢石直接從采場(chǎng)運(yùn)到廢石場(chǎng)進(jìn)行排卸。,4.3.1 汽車排土機(jī)排巖工藝,汽車排土機(jī)排巖工藝具有一系列的優(yōu)點(diǎn)： 汽車運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活、爬坡能力大、可在復(fù)雜的排巖場(chǎng)地作業(yè)，宜實(shí)行高臺(tái)階排土。 廢石場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸距離較短，排巖運(yùn)輸線路建設(shè)快、投資少，又易于維護(hù)，我國(guó)多數(shù)露天礦山都采用汽車排土機(jī)排巖工藝。,4.3.2 鐵路運(yùn)輸?shù)呐艓r,鐵路運(yùn)輸?shù)呐艓r工藝主要是由鐵路機(jī)車將剝離下的廢石運(yùn)至廢石場(chǎng)，翻卸到指定地點(diǎn)再應(yīng)用其它的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行廢石的轉(zhuǎn)排工作。 可選用的轉(zhuǎn)排設(shè)備有排土犁、挖掘機(jī)、推土機(jī)、前裝機(jī)、索斗鏟等。 目前，在國(guó)內(nèi)采用鐵路運(yùn)輸排巖工藝的礦山主要以挖掘機(jī)為主，排土犁為輔，而其它設(shè)備很少用。 鐵路運(yùn)輸?shù)呐艓r工藝的

37、輔助設(shè)備有移道機(jī)、吊車等。,4.3.3 膠帶運(yùn)輸機(jī)膠帶排巖機(jī)排巖,露天礦采用膠帶運(yùn)輸機(jī)膠帶排巖機(jī)排巖是近十年來發(fā)展起來的一種多機(jī)械、連續(xù)排巖工藝。 工藝系統(tǒng)的工藝流程是：使用汽車將剝離下廢石運(yùn)至設(shè)置在采場(chǎng)最終邊幫上的固定或移動(dòng)式破碎站進(jìn)行廢石的粗破碎，破碎后的廢石被卸入膠帶運(yùn)輸機(jī)，由膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至廢石場(chǎng)再轉(zhuǎn)入膠帶排巖機(jī)進(jìn)行排卸。當(dāng)一個(gè)臺(tái)階高度排滿后，用推土機(jī)平整場(chǎng)地，然后移動(dòng)膠帶排巖機(jī)。,4.4 廢石場(chǎng)的危害防治及復(fù)田,廢石場(chǎng)的危害及防治 廢石場(chǎng)的污染 廢石場(chǎng)的復(fù)墾,4.4.1 廢石場(chǎng)的危害及防治,金屬礦床露天開采過程中所建立的廢石場(chǎng)不但占用了大量的土地而且也對(duì)生態(tài)景觀與環(huán)境也造成了相當(dāng)大的破

38、壞和危害。概括說來，廢石場(chǎng)的潛在危害主要來自兩個(gè)方面， 由于廢石場(chǎng)的穩(wěn)定性差所引發(fā)的廢石場(chǎng)變形、滑坡及廢石場(chǎng)泥石流； 廢石場(chǎng)所造成的環(huán)境污染。,4.4.1 廢石場(chǎng)的危害及防治,治理措施應(yīng)著眼以下幾個(gè)方面： 改進(jìn)排巖工藝，選擇合理的排巖設(shè)備及工藝參數(shù)，合理控制排巖順序，避免形成軟弱夾層 ； 積極處理軟巖基底； 采取必要措施進(jìn)行廢石場(chǎng)的疏干排水； 采用不同形式的護(hù)坡?lián)鯄?，穩(wěn)定坡角，防止廢石場(chǎng)滑坡； 進(jìn)行廢石場(chǎng)植被。,4.4.2 廢石場(chǎng)的污染,廢石場(chǎng)的污染有粉塵、毒氣和酸雨三類。 從酸水形成機(jī)理中各個(gè)環(huán)節(jié)入手，采取積極措施抑制酸水的形成。其措施的要點(diǎn)： 盡量在氣候干燥的季節(jié)剝離含有硫化物的巖石，控制巖石的破碎程度，采取集中堆放和及時(shí)掩埋等措施，縮短硫化物廢石在大氣中的暴露時(shí)間； 使廢石堆和地下水和地表水隔絕； 截流廢石場(chǎng)中產(chǎn)生的酸水，使其不漫溢，集中加以中和處理 。,4.4.3 廢石場(chǎng)的復(fù)墾,土地復(fù)墾是指把被破壞和荒蕪了的土地重新加以利用，以及不同于復(fù)原的其它任何形式的處理利用。土地復(fù)墾的目的，一方面保護(hù)了土地資源，實(shí)現(xiàn)了土地資源的二次開發(fā)和利用；另一方面，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。 廢石場(chǎng)復(fù)墾工作的主要內(nèi)容和要求如下： 廢石場(chǎng)堆的形態(tài)整治； 表土的采集、存儲(chǔ)和復(fù)田； 鋪墊表土； 在整治好的廢石堆上進(jìn)行再種植。,