露天礦山采礦概論

露天礦山采礦概論目錄第一章 地質(zhì)基本知識(shí) 第一節(jié) 地球概述 第二節(jié) 地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造---------------------第三節(jié) 礦物與巖石 第四節(jié) 與礦床相關(guān)的基本概念-------------------第二章 露天開采 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 開采臺(tái)階和露天采礦場(chǎng)構(gòu)成---------------第三節(jié) 山坡露天礦和凹陷露天礦的概念-----------第四節(jié) 露天采礦的一般程序---------------------第五節(jié) 露天采礦與剝離的關(guān)系-------------------第六節(jié) 剝采比與露天開采境界-------------------第三章 露天礦床開拓 第一節(jié) 公路運(yùn)輸開拓 第二節(jié) 鐵路運(yùn)輸開拓 第三節(jié) 膠帶運(yùn)輸開拓 第四節(jié) 斜坡卷揚(yáng)開拓 第五節(jié) 平峒溜道開拓 第四章露天礦采掘工藝 第一節(jié) 穿孔爆破 第二節(jié) 采裝工作 第三節(jié) 運(yùn)輸工作 第四節(jié) 排土恢復(fù) 第一章地質(zhì)基本知識(shí)第一節(jié) 地球概述地球是太陽系九大行星之一。地球表面分為海洋和陸地。海洋占地球面積的70.8%，陸地占29.2%。地球內(nèi)部根據(jù)莫霍不連續(xù)面和古登堡不連續(xù)面劃分為地殼、地幔和地核三個(gè)圈層。地殼，是地球表面的堅(jiān)硬外殼，由巖石組成。地殼是地殼運(yùn)動(dòng)、地震作用、火山爆發(fā)以及其他地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的場(chǎng)所。目前人們開采的各種礦產(chǎn)資源就在這里形成和蘊(yùn)藏。所以地殼是地質(zhì)學(xué)的主要研究對(duì)象。第二節(jié)地質(zhì)作用及地質(zhì)構(gòu)造自然界引起地殼組成物質(zhì)、地殼構(gòu)造和地表形態(tài)發(fā)生變化的自然作用叫地質(zhì)作用。地質(zhì)作用按其產(chǎn)生的動(dòng)力不同分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。一、內(nèi)力地質(zhì)作用由地球內(nèi)部動(dòng)力引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)發(fā)漿活動(dòng)、變質(zhì)作用和地震。、地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用4、地震作用地殼表層巖石在地球外部能量作用下破碎、遷移和富集形成沉積巖和礦產(chǎn)，這種地質(zhì)作用叫外力地質(zhì)作用。、風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用5、固結(jié)成巖作用三地質(zhì)構(gòu)造未經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)影響的沉積巖層呈水平產(chǎn)出，經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)作用、巖層產(chǎn)狀。地殼中巖層的空間產(chǎn)出狀態(tài)叫巖層產(chǎn)狀。巖層產(chǎn)狀用巖層走向、傾向和傾角表示。ABCD——水平面 AB——走向線BH——傾斜線 BC——傾向 α——傾2、褶皺構(gòu)造。巖石在水平地殼運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生塑性變形，被擠成彎彎曲曲，但連續(xù)性、完整性仍保持完好的一種地質(zhì)構(gòu)造。巖層褶皺的彎曲部分叫褶曲，向上拱起的褶曲叫背斜，向下彎曲的褶曲叫向斜。3、斷裂構(gòu)造。系地殼運(yùn)動(dòng)使巖層遭到破壞，發(fā)生斷裂和錯(cuò)動(dòng)的一種地質(zhì)構(gòu)造。斷裂構(gòu)造分節(jié)理和斷層兩種。節(jié)理，就是通常所說的裂隙是斷裂后不發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)不明顯的斷裂構(gòu)造。巖層沿?cái)嗔衙姘l(fā)生明顯位移或錯(cuò)動(dòng)的斷裂構(gòu)造叫斷層。根據(jù)斷層兩側(cè)巖層的相對(duì)移動(dòng)方向，斷層有以下幾種類型：、正斷層、逆斷層3、平移斷層第三節(jié)礦物與巖石一、礦物組成，有一定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)以及各自的物理化學(xué)性能。二、巖石巖石是組成地殼的物質(zhì)基礎(chǔ)，按其成因分為三大類。1、巖漿巖。由巖漿冷凝而成。2、沉積巖。由一種次生巖石在外力作用下沉積、固結(jié)而成。3、變質(zhì)巖。地殼中的先成巖經(jīng)變質(zhì)作用而形成的巖石第四節(jié)與礦床相關(guān)的基本概念一、礦石、廢石的概念1所利用的特殊巖石。2、礦體：地殼中數(shù)量和質(zhì)量都達(dá)到工業(yè)要求，具有開采價(jià)值地質(zhì)體，是組成礦床的基本單位。3、礦床：由一個(gè)或數(shù)個(gè)礦體組成。礦床按成礦作用分內(nèi)生礦床、外生礦床和變質(zhì)礦床。二、礦石品位三、礦石和圍巖的性質(zhì)第二章露天開采第一節(jié)概述礦床開采分為地下開采、海洋開采和露天開采。露天開采就兩種。第二節(jié)開采臺(tái)階和露天采礦場(chǎng)構(gòu)成露天采礦，為便于穿孔、采裝和運(yùn)輸，在開采范圍內(nèi)，按一定高度將礦體、圍巖劃成水平層，保持一定超前距離自上而下逐層開采。在開采過程中，逐步形成階梯狀工作面，這種工作面叫臺(tái)階，也稱階段。臺(tái)階是露天采礦場(chǎng)的基本組成單位，是獨(dú)立的剝離單元。如圖：臺(tái)階的上部平臺(tái)和下部平臺(tái)是相對(duì)的。一個(gè)臺(tái)階的上部平臺(tái)名，習(xí)慣上吧臺(tái)階叫做xx臺(tái)階的坡面石臺(tái)階的臨空傾斜面。其坡面的大小關(guān)系著作業(yè)55°-75最終邊幫：露天采礦場(chǎng)四周，采礦作業(yè)已經(jīng)結(jié)束的臺(tái)階平臺(tái)幫。非工作幫的位置固定不變，故邊幫必須穩(wěn)定。非工作幫的平臺(tái)視用途不同分安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)、運(yùn)輸平臺(tái)。2---4m穩(wěn)定性和下部各水平的作業(yè)安全。6m3——4作用，又便于裝載，運(yùn)輸設(shè)備清理堆積在安全平臺(tái)的巖渣。最終幫坡面與地表相交的閉合曲線叫露天采礦場(chǎng)的上部最終定的范圍叫露天采礦場(chǎng)的最終境界。第三節(jié)山坡露天礦和凹陷露天礦的概念根據(jù)礦體產(chǎn)狀和地形條件，上部分以山坡露天開采，下部分坡露天礦，此圈以下為凹陷露天礦。第四節(jié)露天采礦的一般程序1、地面準(zhǔn)備2、礦床疏干和防排水3、礦山基建工程4、剝離和采礦5、地表恢復(fù)露天礦投產(chǎn)前，必須完成相應(yīng)的基建工程，如礦床開拓、表土剝離、建立排土場(chǎng)，鋪設(shè)運(yùn)輸線路等。礦床開拓，就是掘出入溝和開段溝。前者是建立地面與開采水平之間或各開采水平之間的運(yùn)輸聯(lián)系而掘進(jìn)的傾斜溝道。后者是在各開采水平為開辟剝離、采礦工作臺(tái)階而掘進(jìn)的水平溝道，是各水平的初始開采工作線。所謂剝離，就是揭露礦體，挖掉覆蓋在礦體上面的表土及礦體上、下盤部分固巖。掘溝、剝離、采礦是露天生產(chǎn)過程中三大重要礦山工程，其生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)基本相同，都包括穿爆、采裝和運(yùn)輸。第五節(jié)露天采礦與剝離的關(guān)系露天采礦場(chǎng)是一個(gè)空間形狀復(fù)雜的幾何體，每個(gè)采礦場(chǎng)的形狀、大小及境界內(nèi)的礦巖量都不相同。為確保露天礦以一定生產(chǎn)能力正常、持續(xù)穩(wěn)定、掘溝、剝離和采礦。在同一開采水平，必須順序進(jìn)行。上下水平之間，掘溝、剝離和采礦在時(shí)間和空間上都必須保持適當(dāng)?shù)某瓣P(guān)系。剝離是為了采礦，剝離必須超前采礦。主要?dú)w納為“采剝并舉，剝離先行”八個(gè)字。第六節(jié)剝采比與露天開采境界料及合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在礦體中圈出。露天開采隨著礦石的不斷采出要?jiǎng)冸x大量廢石。如圖：露天開采境界與巖石剝離量和可采量密切相關(guān)。巖石剝離量剝離的巖石量，以m3／m3t／t礦的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。第三章 露天礦床開拓一、露天礦床開拓就是指按照一定的方式和程序建立地面與輸聯(lián)系，并借助這些通道及時(shí)準(zhǔn)備出新的生產(chǎn)水平。二、露天礦床開拓分類、鐵路運(yùn)輸開拓、公路運(yùn)輸開拓、平峒溜井開拓、膠帶運(yùn)輸開拓、斜坡卷揚(yáng)開拓6、聯(lián)合開拓法第一節(jié)公路運(yùn)輸開拓公路運(yùn)輸開拓常用自卸汽車作為運(yùn)載工具，所以也叫汽車運(yùn)輸開拓。由于汽車運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活，能較好地適應(yīng)露天礦采剝順序的擴(kuò)展，有利于強(qiáng)化開采。因此，汽車運(yùn)輸開拓法在露天礦應(yīng)用最為廣泛。采用公路運(yùn)輸開拓時(shí)，為了建立地面主露天采礦場(chǎng)各工作臺(tái)（即出入溝這些坑道在平面上的布置形式有：1、直進(jìn)式坑線：坑線設(shè)置在非工作幫上的，稱為固定坑線。設(shè)在工作幫上的，稱為移動(dòng)坑線。2、回返式（折返式）坑線：汽車在坑線上行駛時(shí)，其運(yùn)行方向有規(guī)律的改變，上、下水平回返呈“之”字形。3螺旋狀。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：公路運(yùn)輸開拓是現(xiàn)代露天礦應(yīng)用較多的一種開拓運(yùn)輸方法。它具有機(jī)動(dòng)靈活、調(diào)運(yùn)方便、爬坡能力大，對(duì)線路的技術(shù)要求較低，能通過較大的限制坡度和較小的曲率半徑；運(yùn)距短，車輛周轉(zhuǎn)快，有利于提高掘溝速度，開拓坑線較短，可減少開拓工程量和基建投資，縮短基建時(shí)間，有利于加快新水平的準(zhǔn)備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：受氣候影響較大，噸公里運(yùn)費(fèi)高，輪胎磨損大，維修費(fèi)用高，燃料消耗量大且價(jià)格昂貴。第二節(jié)鐵路運(yùn)輸開拓40—50減少。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：鐵路運(yùn)輸開拓具有運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸設(shè)備堅(jiān)固耐用，合理運(yùn)距長，噸公里運(yùn)費(fèi)及年經(jīng)營費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：基建工程量大，輔助設(shè)施多，對(duì)線路（加坡度、曲線半徑等）要求嚴(yán)格，工作靈活性差，運(yùn)輸組織和調(diào)度工作復(fù)雜，新水平準(zhǔn)備困難等。第三節(jié)膠帶運(yùn)輸開拓露天礦常用的膠帶運(yùn)輸開拓系統(tǒng)有：1、移動(dòng)式破碎機(jī)——膠帶運(yùn)輸開拓系統(tǒng)2、汽車——固定（半固定）破碎機(jī)——斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)開拓3、汽車——半固定破碎機(jī)——膠帶運(yùn)輸開拓評(píng)價(jià)：膠帶運(yùn)輸開拓具有運(yùn)輸能力大，爬坡能力強(qiáng)1—16短，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。第四節(jié)斜坡卷揚(yáng)開拓斜坡卷揚(yáng)開拓是采用綜合的開拓方式，它的特點(diǎn)是在采礦場(chǎng)設(shè)備（箕斗或串車，然后提升到地面礦倉卸載。這種開拓運(yùn)輸方式只是露天礦山整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)中間部分，不能自成體系，必須同其他運(yùn)輸方式相配合，才能形成完整的運(yùn)輸系統(tǒng)。第五節(jié)平峒溜道開拓這種開拓方式同樣不能單獨(dú)完成礦巖的運(yùn)輸任務(wù)，常與汽車由平峒運(yùn)到地面。這種開拓法專門用于山坡露天礦。平峒溜道開拓按溜道的不同形式又可分為：平峒溜井開拓，平峒溜槽開拓和平峒溜槽溜井開拓三種。第四章露天礦采掘工藝第一節(jié)穿孔爆破露天礦，特別是開采堅(jiān)硬礦巖的礦山，穿孔爆破是極其重要露天礦的薄弱環(huán)節(jié)。一、穿孔露天礦穿孔，大中型礦山主要用潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)，小型礦山使用鑿巖臺(tái)車。潛孔鉆機(jī)是一種回轉(zhuǎn)——沖擊式穿孔設(shè)備，由沖擊器、回轉(zhuǎn)推進(jìn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、鉆架、除塵裝置等組成，用于中硬和堅(jiān)硬礦巖穿孔。牙輪鉆機(jī)是一種以三牙輪鉆頭破巖穿孔，壓氣排碴的回轉(zhuǎn)式大型穿孔設(shè)備，用于堅(jiān)硬礦巖穿孔。二、爆破爆破作業(yè)，為用戶和采裝作業(yè)提供塊度適宜的礦巖。為確保爆破質(zhì)量，露天礦爆破應(yīng)滿足以下基本要求：1、爆下的礦巖大小適度。2、臺(tái)階規(guī)整，不殘留底根，爆堆集中，爆堆高度符合采掘要求。3、不產(chǎn)生后沖破壞作用，利于后續(xù)穿爆作業(yè)進(jìn)行。4、應(yīng)有足夠的爆破儲(chǔ)備，以滿足采掘設(shè)備連續(xù)作業(yè)需要。1、孔徑和深度h0.15—0.35W2、底盤抵抗線W底盤抵抗線W底是深孔中心到臺(tái)階坡底線的水平距離。W底可按臺(tái)階高度的0.6—0.9選取。3、孔距和排距孔距a排距bb=(0.9—0.95)W式中mM4、炸藥單位消耗量q。kg／mkg／t。5、深孔裝藥量QQ=qＷ底ａＨ６、堵塞長度LL≧（0.7—0.8）W7、微差時(shí)間和起爆順序25—50ms起爆順序常用的有①逐排起爆②斜向起爆③波形起爆④中間起爆等。如圖：第二節(jié)采裝工作采裝工作就是采裝機(jī)械從工作面把礦巖自整體中（中等硬度以下的礦巖）或自爆堆中將爆破或適當(dāng)塊度的礦巖裝入運(yùn)輸工終經(jīng)濟(jì)效益。一、單斗挖掘機(jī)采裝其種類繁多，按鏟斗支撐結(jié)構(gòu)分為剛性支撐的挖掘機(jī)和撓性支撐的索斗挖掘機(jī)。前者又分為正鏟和反鏟等形式。1目前，國內(nèi)露天礦的單斗挖掘機(jī)斗容一般為1—4m3。隨著采礦設(shè)備的發(fā)展，4—9m3已大多裝備于大