露天煤礦開采基礎知識

PAGE21-露天煤礦開采基礎知識煤炭行業(yè)安全生產專業(yè)術語講解第一部分概述 2一、露天開采特點 2二、露天開采的基本步驟： 2三、采場要素 3第二部分露天采煤的主要工藝過程 5一、穿孔 5二、爆破工作 6三、采裝工作 8四、運輸工作 8五、排土工作 8第三部分露天礦開拓開采及開采境界 8一、露天礦開拓 8二、首采區(qū)位置的選擇： 9三、公路運輸開拓 9四、露天礦開采境界 9五、間斷開采工藝 12六、汽車運輸 12七、排土場 13八、土地復墾 15九、邊坡穩(wěn)定工程 15十、防水和排水 15十一、地面防排水 15十二、工業(yè)場地總平面布置 16十三、安全生產專業(yè)術語解釋 16對于儲量豐富、埋藏淺的煤田，可采用剝離煤層上部覆蓋巖層的方法進行開采，這種開采方法叫做露天開采。露天開采的特點是將采掘空間直接敞露于地表，為了采煤需剝離煤層上覆及其四周的巖土。因此，采場內建立的露天溝道線除為系統(tǒng)擔負著煤炭運輸外，還需將比煤量高幾倍的土巖運往指定的排土場。所以，露天開采是采煤和剝離兩部分作業(yè)的總稱。第一部分概述一、露天開采特點生產規(guī)模大，勞動效率高。回采率高，成本低。開采強度大，可用大型設備。建設速度快，生產安全，勞動條件好。占地多，污染環(huán)境。受氣候影響大。暴雨、嚴寒等惡劣天氣都會影響生產。二、露天開采的基本步驟：1、準備：清除開采境界內的障礙物。如：村莊、森林、交通線等。2、疏干：地下水位降低，保證安全生產。3、基建：運輸道路、工作線、地面構筑物和其他設施。4、生產：包括剝離和采煤。剝離生產工藝包括：穿孔、爆破、采裝、運輸、及巖石排棄。三、采場要素主要包括：開采境界、采場邊幫、邊坡角、臺階等。露天開采境界及邊幫要素露天開采境界露天開采終了時的空間，即為開采境界2、露天礦采場邊幫由采場四周所有臺階組成的總體表面，稱為露天采場邊幫。采場的邊幫包括工作幫、非工作幫及端幫。（1）工作幫：正在進行開采的邊幫或一部分。（2）非工作幫：由非工作臺階所組成的邊幫。（3）端幫：位于礦體兩端的稱為端幫。3、邊坡角采場內工作邊幫角與最終邊幫角，統(tǒng)稱為邊幫角。（1）工作邊幫角圖（1）中，工作幫最上臺階與最下臺階坡底線形成的假象平面與水平面的夾角。（2）最終邊幫角圖（1）中、，露天采場終了時，最上臺階坡頂線和最下臺階坡底線組成的假想平面與水平面的夾角。（二）臺階要素見圖（2）在開采過程中，根據采運作業(yè)要求將礦體按一定高度的水平分層，每一分層稱為臺階。臺階包括以下內容：1、臺階的上部水平面叫上部平盤。圖中12、臺階的下部水平面叫下部平盤。圖中23、臺階坡面——臺階朝向采空區(qū)一側的傾斜面。圖中34、臺階坡面角——臺階坡面與水平面的夾角。圖中5、臺階坡頂線——臺階上部平盤與坡面的交線。圖中46、臺階坡底線——臺階下部平盤與坡面的交線。圖中57、臺階高度——臺階上平盤與下平盤的垂直距離。圖中h（三）、開拓及開采要素見圖（3）（1）出入溝（出車溝）。建立某水平與礦體間運輸聯系的溝道。圖中AB。（2）開段溝。工作臺階上為創(chuàng)造初始工作線而開掘的水平溝。圖中CD。（3）開采順序。采場內土巖剝離和采煤工程在空間與時間上合理配合的順序。第二部分露天采煤的主要工藝過程露天采剝工藝，根據采掘、運輸、排土三個主要環(huán)節(jié)所采用設備的工作特點，分為間斷、連續(xù)及半連續(xù)作業(yè)工藝。（1）間斷作業(yè)。這種工藝系統(tǒng)的特點是各環(huán)節(jié)開采設備對礦巖的有效作業(yè)，具有周期性的間斷。如：單斗電鏟采掘鐵道（或汽車），運輸排土犁排土。適用于各類巖層。（2）連續(xù)作業(yè)：系指在裝載、運輸和排棄(或儲存)過程中，開采物料的貨流是連續(xù)的。工藝有：輪斗挖掘機帶式輸送機排土機和水利開采等，均屬連續(xù)開采工藝。適用于松散或松軟的巖層。（3）半連續(xù)作業(yè)工藝系統(tǒng)。僅是對工作面或干線運輸實現連續(xù)化的問題。這種工藝系統(tǒng)的特點是部分環(huán)節(jié)連續(xù)，另一部分環(huán)節(jié)是間斷作業(yè)。如：單斗電鏟采掘坑內破碎膠帶運輸；適用于中等強度的巖層。以下重點介紹我國露天煤礦采用的間斷作業(yè)工藝方法。我們中匯公司采用的是單斗——汽車作業(yè)工藝。一、穿孔在露天開采過程中，硬巖平臺必須進行爆破使其松碎，故采用穿孔機械按設計要求打出炮孔，裝藥爆破后使其破碎成一定規(guī)格的塊度，以便采裝。二、爆破工作爆破參數見圖（4）附圖（4）a孔距mb行距mc邊坡距md孔徑mmh臺階高度mn超鉆mw底盤抵抗線mmL1充填高度mL2藥柱高度m（二）、裝藥量與裝藥結構1、裝藥量每孔裝藥量QQ=q×V孔式中：q單位體積礦巖消耗量Kg/m3V孔炮孔體積m32、裝藥結構裝藥結構分兩種：連續(xù)裝藥和分段裝藥。連續(xù)裝藥是將炸藥集中孔底，適用于底盤抵抗線較大，而且上軟下硬的巖層；分段裝藥是炸藥在孔內均勻分布，巖石破碎均勻，能降低單位炸藥消耗量。（三）、爆破方式起爆方式有：單排即發(fā)和多排毫秒微差起爆兩種。單排起爆一次爆破量少，巖石大塊多。多排微差爆破使礦巖破碎均勻，產生的根底與大塊少，爆破率高，爆堆集中，有利于采裝。圖（5）鉆孔布置及爆破參數示意圖1、露天煤礦正常的剝離和采煤工作，應采用深孔松動爆破法，煤層爆破禁止超鉆。2、對一次爆破后發(fā)生的大塊巖石，可采用炮眼法。進行二次爆破或進行機械破碎。禁止使用裸藥包爆破法。3、采用電雷管引爆時，應配備雷電預警裝置。三、采裝工作把土巖自整體中（軟土巖）或把爆破成碎塊的巖石裝載于運輸工具或直接排卸到排土場的工作，叫采裝工作。露天礦生產中采裝工作占主導地位，采裝廣泛采用正鏟挖掘機，并向大型挖掘機械發(fā)展。四、運輸工作是將土巖及礦物從工作面運至指定的卸載地點，礦物的卸載地點是煤場和選煤廠。土巖的卸載地點是排土場。露天礦運輸方式有鐵路、公路、強力帶式輸送機等運輸類型。五、排土工作排土場分為內部排土場和外部排土場。內部排土場是將巖石直接排棄在露天礦的采空區(qū)內，是一種最經濟的排土方式。外部排土場是將巖石向露天坑境界以外地方排棄。第三部分露天礦開拓開采及開采境界一、露天礦開拓露天礦開拓主要包括確定礦體開采順序、開拓方法、臺階高度及坑線布置等內容。露天煤礦開拓運輸方式應根據設計生產能力、開采工藝、開采程序、煤層賦有條件、地形條件和總平面布置等因素，經多方案比選確定。對剝離量大、煤巖流向分散或分區(qū)開采的露天煤礦，宜采用多出入溝開拓運輸方式。1、當采用鐵路運輸時，宜采用固定坑線。當開采急傾斜煤層，采用內部排土或采掘場非工作幫邊坡穩(wěn)定條件較差時，可采用移動干線。2、根據地形、地質條件，可按不同開采地段、開采深度和煤巖物料性質，選擇不同的開拓運輸方式。二、首采區(qū)位置的選擇：1、首采區(qū)應選在煤層埋藏較淺，基建工程量少、初期生產剝采比較小的地段：2、勘探程度高，煤質好；3、內外排條件好，運輸距離近；4、有利于地面工業(yè)場廣的布置；5、有利于采區(qū)銜接過渡，便于礦山工程發(fā)展；三、公路運輸開拓公路開拓采用的運輸設備是汽車，坑線坡度可達7%，轉彎半徑小，所以坑線布置較為靈活，不需要停車換向，而且比鐵路運輸線路工程量小、基建時間短、投資少?？泳€的平面形狀可為直進、回返或螺旋方式。四、露天礦開采境界1、露天礦開采境界包括地面與底部的境界、最終開采深度與最終邊坡角度。影響露天礦開采境界的因素有自然因素、開采技術條件和經濟因素。（1）自然因素主要指煤層埋藏條件、圍巖性質、地形地物及工程、水文地質條件等；（2）開采技術條件主要指露天開采的技術與組織管理水平，開采設備的生產與供應能力，生產規(guī)模及地面設施建設要求等；（3）經濟因素主要要求露天礦的基建少、工期短、出煤快、采煤成本低。露天礦開采境界外剩余儲量還多時或緩傾斜特厚煤層地區(qū)，可以適當超過經濟剝采比劃為開采境界內，雖然超過了經濟界限，但從露天開采優(yōu)越性來看，盡量擴大其開采范圍是合適的（例如中匯的刁窩開采設計）。從東北煤礦的撫順、阜新礦區(qū)，可以看到很多生產露天煤礦開采境界不斷擴大而使礦井廢掉的例子。隨著市場經濟的發(fā)展，為充分利用已有工程條件，有些露天煤礦已經實施露天和礦井開采相結合（我們的北花峪礦也可以考慮）。如準格爾礦區(qū)黑岱溝露天煤礦在采掘場東北端幫已用井工開采端幫煤量，實踐證明是可行的，這樣可以減少大量井巷工程費用，故在露天煤礦工程設計中，可根據礦山具體條件，考慮露天和礦井結合的可行性。在一般情況下，露天開采比礦井的條件優(yōu)越，所以安排開采順序時，應先露天后井工，盡量避免同時開采。2、露天煤礦資源儲量地質風險是煤礦建設中的最大風險，進行“補充勘探”和“最終勘探”是必要的。3、設計生產能力關于露天煤礦的生產能力計算方法，目前有的礦以原煤計量（如阜新海州露天煤礦），有的礦以選后煤計量（如撫順西露天煤礦），有的礦所生產的毛煤不經任何加工即出售，實際是毛煤計量（我們中匯就是），如伊敏露天煤礦、霍林河露天煤礦等。過去采用原煤計量存在許多不合理因素，而且這個原煤數量在生產中是不出現的，是經過計算求得的。根據市場經濟發(fā)展，采用毛煤計量比較合理，符合實際。4、露天煤礦采區(qū)寬度，應根據地質條件、生產規(guī)模、開采工藝、工作線推進速度、運距和內排重復剝離量等條件，經技術經濟比較后確定。一般情況，工作線推進速度應符合下列條件：（1）單斗—卡車開采工藝，工作線推進速度300400m/a（2）單斗鐵路開采工藝，工作線推進速度80100m/a；當采用移動坑線時，工作線推進速度為5080m/a；（3）拉鏟倒堆開采工藝，工作線推進速度為200300m/a；（4）輪斗帶式輸送機連線開采工藝，工作線推進速度為150250m/a；5、露天煤礦采區(qū)過渡方式，應根據地形、地質條件、開采工藝和工業(yè)場地位置等因素，經多方案比較確定。一般情況可采用如下過渡方式：（1）重新拉溝過渡；（2）緩幫過渡（3）扇形過渡；6、露天煤礦開采工藝的選擇，應遵循下列原則：（1）保證生產流程的可靠性：（2）做到生產過程的簡單化；（3）具有先進性、適應性和經濟性；（4）設備選型規(guī)格盡量大型化、通用化、系統(tǒng)化。優(yōu)化勞動組織、簡化管理程序。7、開采易自然的煤層，或采掘場有礦井的舊巷火區(qū)時，應設置煤層消防滅火設施，其水源宜采用礦坑積水或疏干排水。五、間斷開采工藝1、地質、地貌復雜和運輸距離較短的露天煤礦，宜選用單斗挖掘機—卡車運輸開采工藝。（中匯目前所采用便是）地質、地貌簡單，當土地資源價值相對較低以及采掘場走向較長，運輸距離較遠的露天煤礦，宜選用單斗挖掘機—鐵路運輸開采工藝。2、單斗挖掘機和前裝機采掘的臺階高度，應符合下列規(guī)定：(1）表土和不需爆破的軟巖，不應大于單斗挖掘機最大挖掘高度；(2）需要爆破的巖層，不宜超過單斗挖掘機最大挖掘高度的1.2倍（3）寬采掘帶或爆破后巖塊較大時，臺階高度不應大于單斗挖掘機最大挖掘高度；(4)采煤臺階高度，除符合上述規(guī)定外，尚需根據煤層厚度、傾角及減少開采損失和夾矸混入等因素確定；(5)采掘帶寬帶，應根據巖性、煤巖分采要求、采掘設備規(guī)格和采掘方式確定。當采用單斗挖掘機—卡車運輸開采工藝時，采掘帶寬度宜按調車方式和雙面裝車的要求確定。(6)最小工作平盤寬度應根據采掘帶寬度、爆堆伸出距離、工作面道路（或線路）寬度和輔助設施占用寬度等條件，通過計算確定。用單斗挖掘機工作線的長度，應根據單斗挖掘機規(guī)格、巖性、工作線推進速度及運輸設備類型確定。當采用卡車運輸時，單斗挖掘機的工作線長度不宜小于300m。六、汽車運輸1、最大縱坡是為了使汽車按一定速度在該坡道上行駛的設計控制值，是一般情況下的極限值。生產干線是運量集中的地段，也是整個露天礦的咽喉。為使這類道路有較大的通過能力和較高的運輸設備生產效率，要求道路的平、縱面有較好的技術條件。為此，規(guī)定最大縱坡值不宜超過8%。生產支線較小，為此規(guī)定最大縱坡值比生產干線增加1%?？v坡加大，對重車下坡運行將帶來安全隱患，為此規(guī)定重車下坡地段，最大縱坡相應減少1%。2、路面狀態(tài)對車體機件磨損和輪胎、燃油消耗都有很大影響，甚至對運輸效率及行車安全都有直接關系。所以采用汽車運輸的露天煤礦，道路養(yǎng)護工作是一項極為重要的內容。道路灑水不僅是養(yǎng)路的需要，也是環(huán)境保護降塵的需要。七、排土場1、一般規(guī)定內部排土場，可少占地，縮短運距，降低成本，故應首先選擇。外排土場選在露天開采境界范圍之內時，必須進行境界外部與境界內部排土場的技術經濟比較，確認二次剝離有利，方可選擇在境界之內。其位置應注意與地面設施相協調以及二次剝離時的運輸通道和生產安全。在排土場位置選擇時，尤其應注意珍惜土地，保護耕地，節(jié)約用地。條件可能時，宜就近選擇排土場位置，以降低運輸費用。2、隨著國家對環(huán)境保護、人居安全政策的加強，應當重視和用一種新的理念進行排土場的設計。3、排土場的設計必須將穩(wěn)定與安全放在首位。對基底承載力不足，可能形成泥石流、大量的匯水沖刷臺階坡角等，均應采取必要的穩(wěn)定和安全措施。4、當排土場基底為軟弱層時，由于地基承載力低，基底軟弱層被擠出，而使排土場整體失穩(wěn)。排土場無論是整體不穩(wěn)定，還是臺階滑坡，往往是由于排水不良大氣降水或積水滲入排棄物料與基底之間，使其強度指標急劇下降所致。我國排土場滑坡約有50%是滲水所引起的。5、采取在排土場上方坡地設截水設施、排土場內設排水坡（溝）、在坡腳修筑反坡工程，清除地表弱層，底層排棄大塊堅硬巖石，在溝底設反濾層排水設施等措施，一般都起到了穩(wěn)固排土場的作用。當遇到有池塘或洼地時，應根據具體情況，采取排水疏干，挖除淤泥，排棄石塊等措施，以保證基底的穩(wěn)固。6、排土場地面坡度是影響穩(wěn)定的主要因素之一，而基底弱層則是引起坡體下滑的直接原因，當地面坡度陡于1：5時（∠12°），排土場可能發(fā)生失穩(wěn)現象。7、排土場最終坡底線與其他建（構）筑物及設施的安全距離，應在排土場整體穩(wěn)定前提下，考慮大塊巖石滾動可能產生泥石流及生產事故等綜合因素分析確定。8、內部排土場最下一個排土臺階的坡底與最下部采煤臺階坡度線的安全距離，在保證底板穩(wěn)定的前提下，應包括大塊巖石滾動距離及運輸通道寬度。根據國內露天煤礦的內排經驗，卡車運輸時按30m排土臺階高度，大塊滾動距離為17m，運輸通道寬度為2530m，通道邊緣距坡底線距離為3m，計算距離為4550m.9、排土場最終邊坡是按穩(wěn)定條件確定的，而水土保持工程和土地復墾工程是在排土場平盤和邊坡上實施的，所以排土場最終邊坡，應根據這兩項工程技術要求進行修正八、土地復墾復墾后的土地地貌標準，應遵守下列原則：1、復墾后的地形要與周邊環(huán)境和小區(qū)域地表水系保持諧和，地面坡度應按水土保持和巖體穩(wěn)定的要求確定，一般不宜超過20°（中匯公司百川煤業(yè)的設計角度為19°）。2、有利于土地復墾作業(yè)的操作。3、露天煤礦的最后一個采空區(qū)，可按當時實際狀態(tài)保留，作為風景區(qū)用地。4、露天煤礦設計應嚴格控制預留工程用地。后期擴充用地，應以占用平整空置土地和排土場場地為主，提高土地重復利用率。5、根據“環(huán)保工程產業(yè)化”的原則，應積極創(chuàng)造為剝離物綜合利用、土地復墾與土地開墾相結合，為開發(fā)土地資源創(chuàng)造新的產業(yè)經濟增長點。九、邊坡穩(wěn)定工程采掘場邊坡角度直接影響著礦建工程量和生產剝采比的大小，它對評價一個露天煤礦的經濟合理性，有著密切的關系。所以，邊坡設計必須以可靠的工程地質資料和巖石物理力學性能試驗數據為基礎。否則，將會在經濟上造成重大損失或給生產上造成災難性事故。（中匯公司百川煤業(yè)的采場邊坡角設計角度為≦35°）。十、采掘場防水和排水1、為防止采掘場受洪水威脅，應根據地形條件設置地面防洪系統(tǒng)。從經濟觀點出發(fā)，盡量在地面截住洪水，避免流入坑底。同時，還應在采掘場各平盤設置平盤排水溝，防止工作面被淹或沖垮。自流排水方式，安全可靠，施工、管理和維護均較方便，運營費用低，故有條件時宜優(yōu)先選用。2、在降雨量及受雨面積較大的采掘場，采用單一的排水系統(tǒng)往往是不經濟的，所以宜選用多種排水系統(tǒng)分段截流。3、選擇的采掘場排水方式必須確保采掘場不受水災，并能為采掘工作創(chuàng)制良好作業(yè)條件。因此，選擇技術經濟合理的排水方式，是采掘場排水設計中的重要環(huán)節(jié)。半固定泵站排水方式，系指排水泵站隨采掘平盤降深移動的排水方式移動泵站排水方式，系指水泵船、潛水泵等排水方式。4、井巷排水方式的優(yōu)點是管理方便，排水效果好，可使采掘場經常保持無水狀態(tài)，能為采掘場工作創(chuàng)制良好條件，它的缺點是井巷工程量大，建設時間長，投資多，且需要專業(yè)的施工隊伍，因此，使用井巷排水方式時，應盡量利用舊巷，改善其經濟效益。十一、地面防排水利用剝離物修筑堤壩在許多露天煤礦已有成功經驗，這樣既解決廢棄物利用，又節(jié)省了投資，這也是露天開采的一個特點。十二、工業(yè)場地總平面布置1、工業(yè)場地的選擇露天煤礦工業(yè)場地的選擇是一項政策性、科學性很強的綜合性工作，也是編制設計文件全過程中重要基礎工作之一。由于露天煤礦地面總體布置還具有地面設施及建筑物種類較多，占地及破壞土地面積大，布置較分散、地域廣、場地功能分區(qū)不規(guī)則及以采選系統(tǒng)和剝離系統(tǒng)為中心環(huán)節(jié)等特點，做好選定場址工作對露天煤礦總體布局與提高設計質量更顯得十分必要。為此，除要求在工業(yè)場地場址選擇時，應遵守的基本原則外，還強調了工業(yè)場地場址，應經技術經濟綜合比較確定。露天煤礦工業(yè)場地的用地范圍系指采掘場、排土場以外的由破碎站、選煤廠或篩選廠、轉載站、儲煤場及鐵路裝車站等生產系統(tǒng)和為采、排系統(tǒng)服務聯系密切的機電維修設施、組裝場、供應工程系統(tǒng)等輔助生產設施，及行政福利設施等工程用地。2、安全距離的確定在選定露天煤礦工業(yè)場地時，要保證地面重要建筑物與采掘場地面境界和與排土場境界的安全，因此要考慮爆破因素。根據爆破理論和現場爆破實例，當引爆之后所產生空氣沖擊波、地震波和粉塵（如塵土等）、飛石，以及噪聲，對環(huán)境造成影響。特別是在淺部開采爆破，其破壞性大。如河南義馬露天礦首采區(qū)采掘場爆破所產生的飛石和塵土給附近的村莊民房造成不同程度的破壞，距村莊民宅還不足200m。故在選址時應考慮采掘場爆破空氣沖擊波和地震波的影響，盡量遠離布置。十三、安全生產專業(yè)術語解釋三不傷害：不傷害自己，不傷害他人，不被他人傷害。四不放過：事故原因不查清不放過，防范措施不落實不放過，職工群眾未受到教育不放過，事故責任者不受到處理不放過三違：違章指揮、違章作業(yè)、違反