露天矿山开采工艺及安全技术.ppt
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1、露天矿山开采工艺与安全技术,第一章 露天开采第一节 露天开采概况与常用术语一、开采概况 二、常用基本术语第二节 露天开采境界确定 一、剥采比 二、经济合理剥采比的确定 三、确定露天开采境界原则 四、境界剥采比的计算方法 五、露天开采境界的确定方法 六、露天矿开采境界合理确定与安全的关系 第三节 穿孔爆破 一、穿孔工作 二、爆破工作 第四节 采装工作 一、单斗挖掘机的主要工作参数 二、工作面参数,目 录第一章 14节,目 录第一章59节,三、挖掘机生产能力 四、采装工作的安全要求第五节 运输工作及安全要求一、自卸汽车行驶基本原理:二、运输计算三、公路分类和构造四、公路的平面要素五、公路纵断要素六
2、、露天矿运输工作的安全要求第六节 露天矿开拓一、公路运输开拓二、掘沟及工作线布置方式三、并段第七节 排土工作 一、汽车运输推土机排土 二、排土场复土造田及病害防治第八节 露天矿排水和防毒 一、排水工作 二、防毒,目 录第二章14节,第九节 露天矿边坡稳定 一、边坡失稳破坏类型 二、影响边坡稳定性的主要因素 三、岩体监测与岩体加固第二章 矿山爆破安全技术第一节 炸药爆炸基础 一、炸药的爆炸 二、炸药的反应形式第二节 常用炸药一、起爆药二、单质猛炸药三、混合猛炸药四、炸药威力的衡量五、炸药的氧平衡设计,目录第二章57节,第三节 炸药的敏感度一、炸药的起爆能二、炸药的敏感度第四节 起爆方法一、火雷管
3、起爆二、电雷管起爆三、导爆管雷管起爆四、导爆索起爆五、混合起爆第五节 爆破器材的安全检验和销毁一、工业炸药的质量检验二、报废炸药的销毁三、起爆器材的安全检验第六节 爆破器材安全管理一、爆破器材的贮存二、爆破的器材运输,目录第二章89节,第七节 爆破公害及安全措施一、爆破地震二、空气冲击波三、飞石四、爆破噪声五、有毒气体六、早爆七、拒爆第八节 爆破事故与预防一、炸药库爆炸二、炸药燃烧和炮烟中毒三、爆炸材料过期造成迟爆第九节 爆破安全基本规定一、爆破工作的基本规定二、安全评估三、装药工作规定四、填塞规定五、爆破警戒与信号六、爆破后的安全检查和处理,第一节 露天开采概况与常用术语一、开采概况,露天开
4、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:,返回目录,(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
5、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。,返回目录,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
6、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。台阶组成要素如下:(1)台阶上部平盘:是台阶上部的水平面;(2)台阶下部平盘:是台阶下部的水平面;(3)台阶坡面:台阶倾斜的面;(4)台阶坡顶线:为台阶上部平盘与台阶坡面的交线;(5)台阶坡底线:为台阶下部平盘与台阶坡面的交线;,二、常用基本术语,返回目录,(6)台阶坡面角():为台阶坡面与台阶下部平盘水平面 之间 的夹角;(7)台阶高度:台阶上部平盘与下部平盘之间的垂直距离。台阶的命名通常是以该台阶的下部平盘
7、(装运设备站立平盘)的标高来表示。如图12所示。,图11 台阶构成要素 图12 台阶的开采和命名1台阶上部平盘;2台阶下部平盘;3台阶坡面4台阶坡顶;5台阶坡底线;台阶坡面角;h台阶高度,返回目录,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13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。,返回目录,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(图13的D
8、F)。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(图13的AG、BH)。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。(图13中DE)。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。为了采出矿石,一般需要剥离大量的岩石,采出一吨矿,返回目录,石所需剥离的岩石
9、量叫剥采比,其单位可用米3/米3、吨/吨等表示。开拓是指建立地表与露天采场各生产水平及各水平之间的运输通路。,返回目录,第二节 露天开采境界确定 一、剥采比,1、平均剥采比(图14 a)是指露天开采境界内总的岩石量与总矿石量之比,即:(11)式中 np平均剥采比,米3米3或吨/吨 米3吨;Vp境界内总岩石量,米3或吨;Ap境界总矿石量,米3或吨。,返回目录,p,p,p,A,V,n,=,2、分层剥采比(图14 b)是指境界内某一水平分层的岩石量与矿石量之比,即:(12)式中 nf分层剥采比;Vf水平分层岩石量,米3或吨;Af境界内水平分层的矿石量,米3或吨。3、生产剥采比(图14 c)是指露天矿
10、某一生产时期内所剥岩石量与所采矿石量之比,即(13)式中 ns境界剥采比,米3米3或吨/吨、米3吨;Vs某一生产时期内所剥岩石量,米3或吨;As某一生产时期内采出矿石量,米3或吨。,返回目录,图 14 各种剥采比 a平均剥采比;b分层剥采比;c生产剥采比;d境界剥采比,返回目录,4、境界剥采比(图14 d)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。(14)式中 nj境界剥采比,米3米3或吨/吨、米3吨;V境界延伸后所增加的剥岩量,米3或吨;A境界延深后所增加的矿石量,米3或。5、经济合理剥采比njH,指经济上允许的最大剥岩量与可采矿量之比。,返回目录,1、原矿成本比较法 以原矿
11、作为计算基础,使露天采出原矿成本等于地下采出原矿成本,露天开采矿石成本如下式:CLanb(15)式中 CL露天开采的原矿成本,元米3 a露天开采纯原矿成本,元米3 b露天开采的剥离成本,元米3 矿石容量,吨米3 n剥采比,米3米3 使露天开采原矿成本不超过地下开采成本,即:anbCD(16)式中 CD 地下开采的原矿成本,元吨。,二、经济合理剥采比的确定,返回目录,满足上式的最大剥采比,就是经济合理剥采比njH:米3米3(17)上式是矿山设计中常用的一个基本公式,式中要求数据 少,数据来源比较方便,但它没有考虑露天开采与地下开采在矿石损失与贫化方面的差别。2、金属成本比较法 这种方法是用选矿或
12、冶炼后金属产品量作为计算基础,其关系式如下:(18)DL、DD分别是露天开采和地下开采时每吨原矿分摊的采矿、选矿、冶炼生产成本(露天开采不包括剥离成本),元吨;,返回目录,DL、DD分别是露天开采和地下开采时每吨原矿分摊的采矿、选矿、冶炼生产成本(露天开采不包括剥离成本),元吨;KL、KD分别是露天开采与地下开采时每吨原矿的金属产出率,吨吨;n 剥采比,米3米3;b 剥离成本,元米3;矿石容量,吨米3。经济合理剥采比为(19)公式(19)计算时考虑到露天开采与地下开采在贫化率上的差别,但仍没有考虑两者在工业矿石在回收率方面的差别,此计算方法数据来源较困难。,返回目录,3、储量盈利比较法这种方法
13、是以矿石工业储量做为计算基础,使露天开采矿石盈利等于地下开采矿石盈利。其关系式为:矿石容量,吨米3;n 剥采比,米3米3;b 剥离成本,元米3;UL、UD 分别为露天开采和地下开采时每吨工业储量矿石所获盈利,元吨。其经济合理剥采比:(110),返回目录,4、矿床只用露天开采的价格法若原矿的售价为P0,则有:anbP0 经济合理剥采比为:(111),返回目录,露天开采境界的延深,可获得较多的矿量,但相应要增加较大的剥岩量。开采境界的确定,实际上是对剥采比的控制,使之不超过经济合理剥采比。1、境界剥采比不大于经济合理剥采比(1)露天地下联合开采矿床 临近露天开采境界那层矿岩,要露采成本低于地采成本
14、,境界可以向下沿深,当两者成本相等时作为露采极限。此时:AaVbACD(CD a)(112)式中V露天开采境延深后所增加岩石量,米3;A露天开采境延深后所增加矿石量,米3;,三、确定露天开采境界原则,返回目录,b,其余符号意义同前。等式的左端为境界剥采比,右端为经济合理剥采比,即:(113)如果矿床是露天、地下联合开采,此时开采全矿床的总经济效益(成本或盈利)最佳。,图 15 原则的最初含义,返回目录,(2)采用单一露天开采,因露天开采至临近境界那一层面时,若开采矿石盈利为零,则上部开采均盈利,而向下继续开采则亏损,故开采到境界剥采比等于经济合理剥采比时,其全矿床开采盈利最佳。以上结论,可通过
15、严密的推导而获得,此处从略。此原则在设计中普遍得到应用。2、其它原则此外尚有平均剥采比不大于经济合理剥采比、生产剥采比不大于经济合理剥采比原则确定露天开采境界,但因前者经济效果欠佳,后者又难以实现,故在实践中极少采用。,返回目录,(一)长露天矿境界剥采比的计算1、面积比法走向长的露天矿,常用横断图应用面积比法计算境界剥采比(图16),深度H时的境界剥采比为:,图 16 计算nj的面积比法 图 17 线段比法的原理,四、境界剥采比的计算方法,返回目录,2、线段比法上面的面积比法需要用求积仪求算面积,工作很繁琐。为了简化计算,可用线段比法。图17是表示一平坦规则矿体,其水平厚度为m,倾角,顶帮边帮
16、角为,底帮边坡角为。abcd是采深H的境界,a1b1c1d1为深度HH的境界;ag和dh为cc1的平行线。为了计算境界剥采比,需分别计算四边形b1c1cb、aa1b1b及d1dcc1的面积A、V1及V2。根据几何关系有:AmH V1abe a1b1e 1/2H(ctgctg)H1/2(HH)(ctgctg)(HH)(ctgctg)HH1/2(ctgctgH2 V2dfc d1c1f(ctgctg)HH1/2(ctg ctg)H2,返回目录,境界剥采比:=当H0时,则:Nj(ctgctg)H(ctgctg)H m(aefd)bc(gbch)bc(114)这就是说,境界剥采比nj可以用(gbch)
17、与bc线段的比值来计算。,返回目录,图 18 确定nj的线段比法 以上是以简单理想矿体为计算基础,若矿体复杂些如图1 8,境界剥采比的计算步骤如下:首要确定露天矿底的延深方向,也就是将本水平露天矿底的坡底线与上水平的下盘坡底线相连,得CC0。以此为基准线,依次从a、e、f、g、h、d作CC0的平行线,交bc的延长线于a1、e1、f1、g1、h1、d1。这时,深度H的境界剥采比:(115),返回目录,(二)短露天矿境界剥采比的计算对于走向短的露天矿,为考虑端帮岩石量的影响,需用平面图来计算境界剥采比。图19 平面图法的原理 图110 求nj 的平面图法以图19说明短露天矿计算境界剥采比的原理。图
18、中假设有一垂直柱状矿体,其水平截面积为S2。若露天矿采深H时的底平面D恰好是矿体的水平截面,地表周界L在xy平面上的投影响积为S1。在深度HH处仍以底平面为S2,此境,返回目录,界与地表交线为L,在xy平面上的投影面积为S1,根据推导,H深时的境界剥采比为:(116)上面的计算是以理想矿体为基础。,一般情况如图110所示,(117),返回目录,(一)确定露天矿最小底宽露天矿最小底宽应满足采装运输设备的要求。目前我国绝大多数矿山以自卸汽车运输为主,故只介绍汽车运输最小底宽的计算。若采用折反式调车,则:BminRcmin0.5bc2e0.5 lc(118)式中 Rcmin汽车最小转变半径;米;Bc
19、汽车宽度,米;e汽车距边坡的安全距离,米;lc汽车长度,米。若采用回返式调车,则:Bmin2(Rcmin0.5bce)(119)在确定开采境界时,若矿体厚度小于最小底宽,底平面按最小底宽绘制;若矿体厚度大于最小底宽不多,则以矿体厚度为最低水平底宽;若矿体宽度远大于最小底宽,露天矿底的位置主要以境界内可采矿量尽量大而剥岩量最小确定之。,五、露天开采境界的确定方法,返回目录,(二)选取露天矿边坡角最终边坡角的选取,对剥岩量影响很大。在保证边坡稳定的前提下,边坡角的选取一般按类似已进行开采矿山实用的边坡角选取。类比法边坡角的选取应满足安全条件和技术条件的最小边坡角值。(三)确定露天开采深度1、长露天
20、矿开采深度的确定露天矿走向长度大时,首先在各地质横断面图上初定开采深度,然后再用纵断面图调整露天矿底部标高。(1)在各地质横断面图上初步确定露天开采深度。首先,在横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案(图111)。依据前面选定的最小底宽和边坡角,绘制开采境界图。其次,针对各开采深度方案,用面积比法或线段比法计算其境界剥采比。最后将各方案的境界剥采比与开采深度绘成关系曲线,与经济合理剥采比的水平线的交点深度,就是所要求的开采深度。,返回目录,图 111 长露天矿开采深度的确定 图112 厚矿体的无剥离开采 H1最初确定的开采深度;H2无剥离开采的深度 H3最终的露天开采深度 至此,完成了一个地质
21、横断面图上露天开采理论深度的确定。按同样的方法,可将露天矿床范围内所有横断面图上的理论深度都确定下来。应当指出,在确定厚矿体的开采深度时,鉴于露天矿底的,返回目录,位置不易确定,有时按矿体厚度而不是最小底宽作图(图112),然后继续向下无剥岩采矿,直至最小底宽为止。开采深度应是最初确定深度与无剥离开采深度之和。(2)在地质纵断面图上调整露天矿底部标高。在各个地质横剖面图上初步确定了露天开采的理论深度后,由于各剖面的矿体厚度和地形变化不等,所得开采深度也不一。将各剖面图上的深度投影到地质纵剖面图上,连接各点,得出一条不规则的折线(图113中的虚线)。,图 1 13 在地质纵断面图上调整露天矿底平
22、面标高 矿体界线;-调整前的开采深度;_ 调整后的开采深度,返回目录,为了便于开采和布置运输线路,露天矿的底平面宜调整至同一标高。当矿体埋藏深度沿走向变化较大,而且长度又允许时,其底平面可调整成阶梯状。调整的原则是,使少采出的矿石量与多采出的矿石量基本均衡;并让剥采比尽可能小。图114的实线便是调整后的设计深度。,图 114 在地质纵剖面图上调整露天底平面标高,返回目录,2、短露天矿开采深度的确定,图 115 短露天矿开采深度的确定a平面图;b第勘探线剖面图;c11辅助剖面图 对于走向短的露天矿,需要充分考虑端帮剥离岩石量的影响。在确定开采深度时,用平面图把露天矿作为一个整体来考虑,其具体步骤
23、如下:(1)根据矿体形状和己确定的经济合理剥采比,选定几个可能的深度方案H1、H2、H3等;(2)针对每一个深度方案,在相应的分层平面图上,按选定的最小底宽并参照矿体形状,绘出该水平的底部周界D(图115a);,返回目录,(3)在同一分层平面图上,进一步确定露天矿地表周界L及边坡上矿岩接触线的垂直投影在各横剖面图及纵剖面图上,按选定的边坡角作边坡线(图115b),找出每条边坡线与地形及矿岩接触线交点,然后投影到分层平面图上(图上的a、b、c、f点)。在没有剖面的地方,则在分层平面图上,选有代表性的各点作垂直于底部周界的辅助剖面(图115c的11),然后在辅助剖面图上绘出边坡线,找出它与地形线及
24、矿岩接触线的交点,再投影到分层平面图上。最后,将上述横剖面、纵剖面、辅助剖面的投影点连接,即得露天矿地表周界和边坡面上矿岩接触线的垂直投影;(4)按平面图法计算各深度方案的境界剥采比nj.1、nj.2、nj.3、;(5)绘制境界剥采比nj随深度H变化的关系曲线,在曲线上找出境界剥采比nj等于绍济合理剥采比njh的深度。这一深度就是露天矿的合理开采深度。,返回目录,(四)绘制露天矿底部周界 无论是长露天矿还是短露天矿,调整后的开采深度往往不再是最初方案的深度,需要重新绘制底部周界,如图116所示,其步骤为:,图 116 底部周界的确定 剖面线;-理论周界;最终设计周界,返回目录,(1)按调整后的
25、露天开采深度,绘制该水平的地质分层平面图;(2)在各横剖面、纵剖面、辅助剖面图上,按所确定的露天开采深度绘出境界;(3)将各剖面图上露天矿底部周界投影到分层平面图上,连接各点,得出理论上的底部周界(图116上的虚线);(4)为了便于采掘运输,初步得出的理论周界,尚需进一步修整,修整的原则是:底部周界要尽量平直,弯曲部分要满足运输设备 对曲率半径的要求;露天矿底的长度应满足运输线路的要求,特别是采 用铁路运输的矿山,其长度要保证列车正常出入工作面。这样得出的底部周界,就是最终的设计周界,如图116的实线所示。,返回目录,(五)绘制露天矿开采终了平面 露天矿开采终了平面图的绘制方法是:(1)将上述
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