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露天开采第四章 矿床开拓


露天开采
李建忠 太原理工大学矿业工程学院

第四章 露天矿床开拓

概述 公路运输开拓 铁路运输开拓 联合运输开拓

1 概述
露天矿床开拓:建立地面与露天矿场内各工作水平 露天矿床开拓:
以及各工作水平之间的煤岩运输通道,以保证露天 矿场的生产运输,并及时准备出新工作水平。 通过开掘

的坑道,把矿场内台阶与台阶、各台阶 与地面设施联系起来的坑道称坑道系统。 坑道内铺设运输线路时称开拓运输系统。

1 概述 1 概述
露天矿床开拓所涉及的对象是运输设备与运输 通道。 研究的内容是针对所选定的运输设备及运输形 式,确定整个矿床开采过程中运输坑线的布置 形式,以建立起开发矿床所必需的运输线路, 确保矿山工程的合理性。

1 概述
矿床开拓设计是露天开采设计中带有全局性的大 问题,它一方面受露天开采境界的影响,另一方 面它影响着基建工程量、基建投资和基建时间, 影响着矿山生产能力、矿石损失和贫化、生产的 可靠性与均衡性以及生产成本。 开拓系统一旦形成,若再想改造,则会严重地影 响生产,造成很大的经济损失。

1 概述
开拓方案设计原则 开拓方案设计的影响因素 矿床的露天开拓方法

1.1 开拓方案设计原则
开拓方案设计应从矿床赋存的自然条件出发, 结合所选择的生产工艺系统以及矿床开采程序合 理地选择开拓方案,使之能够确保设计的矿山建 设速度,满足设计的矿石产量和质量要求; 力争早投产、快达产、基建投资少、生产经营 费低; 尽可能采用先进的技术设备,以提高生产的可 靠性与生产效率。

1.2 开拓方案设计的影响因素
矿床赋存的自然条件。这是拟定可行开拓方案的 主导因素。 开采技术条件:包括露天开采境界的尺寸、生产 规模、工艺设备类型、矿床开采程序、矿区总平面 布局形态等。 经济因素:包括国家有关的技术、经济政策,设 备的供给条件、矿山建设速度及矿石产量的要求、 矿山开采年限等。

1.3 矿床的露天开拓方法
按运输方式不同,露天矿开拓可以分为: 公路运输开拓 铁路运输开拓 平硐溜井开拓 胶带运输开拓 斜坡提升开拓 联合开拓

2 公路运输开拓
公路运输开拓的方法评价 公路运输开拓的坑线布置 合理运距与合理开采深度

2.1 公路运输开拓的方法评价
开拓特点: 机动灵活、利用选采; 多出口,分采分运,运输效率高; 适应各种开采程序需要,减少掘沟工程量; 线路工程量小、基建投资少,基建时间短; 运输成本高于铁路运输。 适用条件: 地形复杂的山坡、凹陷露天矿; 煤层赋存复杂,煤质变化、要求分采的矿山; 运距不长的山坡露天矿; 作为联合开拓方式的组成部分。

2.2 公路运输开拓的坑线布置
公路运输开拓采用的主要设备是汽车。 其坑线布置形式有: 直进式 回返式 螺旋式 多种形式相结合的联合方式

直进式坑线
当山坡露天矿高差不大、地形较缓、开采水平较少 时,可采用直进式坑线开拓,如下图所示。运输干 线一般布置在开采境界外山坡的一侧,工作面单侧 进车。 当凹陷露天矿开采深度较小,采场长度较大时,也 可采用直进式坑线开拓。公路干线一般布置在采场 内矿体的上盘或下盘的非工作帮上。条件允许时, 也可在境界外用组合坑线进人各开采水平。但由于 露天矿采场长度有限,往往只能局部采用直进式坑 线开拓。

回返式坑线
当露天矿开采相对高差较大、地形较陡,采用直 进式坑线有困难时,常采用回返式坑线开拓,或 采用直进-回返联合坑线开拓,如下图所示。 山坡露天矿开拓干线在基建时期应修筑到最上一 个开采水平。开拓线路一般沿自然地形在山坡上 开掘单壁路堑,随着开采水平不断下降,上部坑 线逐渐废弃或消失。在单侧山坡地形条件下,坑 线应尽量就近布置在采场端帮开采境界以外,以 保证干线位置固定且矿岩运输距离较短。

回返式坑线
凹陷露天矿的回返坑线一般布置在采场底盘的非工作 帮上,可使开拓坑线离矿体较近,基建剥岩量较小, 可缩短基建时间,节约投资。 回返坑线开拓适应性较强,应用较广。但由于回返坑 线的曲线段必须满足汽车运输要求(如线路内侧加宽 等),使最终边帮角变缓,从而使境界的附加剥岩量 增加。因此,应尽可能减少回头曲线数量,并将回头 曲线布置在平台较宽或边坡较缓的部位。

螺旋坑线

螺旋坑线开拓一般用于深凹露天矿。坑线从地表出 人沟口开始,沿着采场四周最终边帮以螺旋线向深 部延伸。由于没有回返曲线段,扩帮工程量较小, 而且螺旋线的曲率半径大,汽车运行条件好,不必 因经常改变运行方向而不断变换运行速度,因而线 路通过能力大。但回采工作必须采用扇形工作线, 其长度和推进方向要经常变化,巳各开采水平相互 影响,使生产组织工作复杂。

螺旋坑线

当采场面积较小,且长、宽尺寸相差不大,同时 开采的水平数较少,以及采场四周岩石比较稳固 时,可采用螺旋坑线开拓。 由于露天采场空间一般是变化的,坑线往往不能 采用单一的布置形式,而多采用两种或两种以上 的布置形式,即联合坑线,如下图为上部回返, 下部螺旋的回返-螺旋联合坑线开拓方式。

公路运输开拓的出人沟口与连接平台
出人沟口应尽量设置在工程地质条件较好,地形标 高较低,距工业场地及矿、岩接受点较近的地方; 应避免和减少重载汽车在采场内作反向运行及无谓 增加上坡距离,尽可能使矿石及岩石的综合运输功 小,所需运输设备数量少。当废石场的位置分散和 为了保证露天矿的生产能力,以及为使空、重车顺 向运输时,在服务年限较长的露天矿可采用多出人 沟口。多出人沟口使坑线增多,附加剥岩量加大, 掘沟工程量及费用也增多,因此,出人沟口的数目 应根据矿山规模、矿山总平面布置及生产需要综合 进行技术经济分析后确定,一般数目不宜过多。

公路运输开拓的出人沟口与连接平台

连接平台 开拓坑线一般采用较大的坡度以缩短运距,但重载 汽车长距离上坡或下坡运行时,容易使发动机和制 动装置过热而引起机械损坏,发生事故。为了保证 行车安全,延长汽车使用寿命,满足坑线坡长限制 的要求,以及便于从坑线向各采剥台阶引人运输线 路,故应在开拓坑线与各台阶交汇处设置长度4060m、坡度不超过3%的平坡或缓坡段,这就是连接 平台。

2.3 合理运距与合理开采深度
在露天开采中,运输费用占矿石开采成本的 40%-60%。 随着矿床开采深度的增加,矿岩的运距显著增 大,汽车台班运输能力逐渐降低,运输费增大。

合理运距即是在该运距范围内,开采矿石的总
成本与上缴的利税总和不大于矿石的销售价格, 保证正效益开采。合理运距是一个经济概念, 随着技术经济条件的不同而变化。

2.3 合理运距与合理开采深度
采用普通载重自卸汽车运输时,其合理运距约 为3km;采用大型电动轮自卸汽车运输时,合理 运距可达到5-6km。 考虑到凹陷露天矿重载汽车上坡运行和至卸载 点的地面距离,在合理运距范围内可折算出汽 车运输开拓的合理开采深度。当采用载重量为 80-120t的电动轮汽车时,合理开采深度一般在 200-300m。

3 铁路运输开拓
铁路运输开拓的方法评价 铁路运输开拓的坑线布置 铁路运输开拓的合理开采深度

3.1 铁路运输开拓的方法评价
开拓特点: 开拓系统运量大,成本低,吨公里运输费低,约为 汽车运输的1/4-1/3; 运输设备及线路坚固耐用; 适应各种气候条件下作业; 爬坡能力低,要求的曲线半径大; 基建工程量大,新水平开拓延深工程缓慢。 适用条件: 矿床埋藏较浅,平面尺寸较大的凹陷露天矿或者在 开采深度较大的凹陷露天矿的上部及其矿床走向长、 高差相差较小的山坡露天矿。

3.2 铁路运输开拓的坑线布置
铁路运输开拓多采用固定坑线。

铁路运输坑线多采用 (1)直进式 (矿体埋深浅,走向长) (2)折返式 (矿体埋藏深,走向短) (3)直进-折返式 (4)螺旋式及折返-螺旋式等。

3.2 铁路运输开拓的坑线布置
直进—折返式:几个台阶坑线为直进式,再折返。 直进式是最理想的布线形式,适宜于开采深度不 大,采场走向长的露天矿。 折返站: 单干线折返。(尽头式)(环形式) 双干线折返。(燕尾式)(套袖式)

3.2 铁路运输开拓的坑线布置
因铁路运输牵引机车爬坡能力小,每个水平的出 人沟和折返站所需线路较长,转弯曲线半径很大, 故不适用于采场面积小,高差较大的露天矿开拓; 也不宜采用移动坑线或回返坑线。铁路运输开拓 采用较多的坑线形式为直进式、折返式和直进- 折返式。 山坡露天矿的坑线位置,主要取决于地形条件和 工作线的推进方向。当地形为孤立山峰时,通常 将坑线布设在工作帮的背面山坡上;当地形为延 展式山坡时,通常将坑线布设在采场的一侧或两 侧。山坡露天矿常采用直进式或直进折返式布置。 下图为歪头山露天矿上部开拓系统示意图。

凹陷露天矿的坑线布置形式主要取决于采场的大 小与形状、工作线的推进方向和生产规模。通常 将坑线布设在底帮或顶帮上,但有时为了减少折 返次数,也可将上部折返坑线改造成螺旋坑线。 下图为凹陷露天矿顶帮固定直进-折返坑线开拓 系统。 大多数露天矿都先是山坡开采后转为凹陷露天开 采。故确定坑线位置时,既要考虑总平面布置的 合理性,又要照顾以后向凹陷露天矿的过渡,力 争使线路特别是站场的移设和拆除工程量最小。

3.3 铁路运输开拓的合理开采深度
铁路运输多为折返坑线开拓,随着矿床开采深度 的下降,列车在折返站因停车和换向而使运行周 期增加,尤其开采深度大时,因运行周期长而使 运输效率明显下降; 对于凹陷露天矿,单一铁路运输开拓的经济合理 开采深度为120-150m。

4 联合运输开拓
概述 铁路--公路联合运输开拓 公路(铁路)--破碎站--胶带运输机联合开拓(胶 带运输开拓) 公路(铁路)--箕斗联合运输开拓 公路(铁路)--溜井平硐联合开拓

4.1 概述
铁路运输开拓及其生产工艺所固有的缺点,使其 合理的开采深度比较小。 汽车运输受到合理运距的限制,而且随着开采深 度的下降,运输效率降低、运营费增加,重车长 距离上坡运输,使汽车的使用寿命缩短,故其适 用的合理深度也受到限制。 露天矿的生产实际上经常采用各种形式的联合运 输开拓方式。

4.2 铁路--公路联合运输开拓 铁路---公路联合运输开拓
采用公路--铁路联合运输开拓的经济效益比单 一铁路运输开拓可提高13-16% ,挖掘机效率可 提高20-25%,从而提高了综合开采强度; 公路--铁路联合运输开拓时,转载站是中间环 节,一般是采用转载平台、矿仓和中间堆场三 种方式进行转载。

4.3 胶带运输开拓
胶带运输开拓是近年来发展起来的一种高效率、 连续、半连续运输的开拓方式,并成为大型露天 矿开采的一种发展趋势。 该开拓方式是借助设在露天采场内或者露天开采 境界外的带式输送机把矿岩从露天采场运出。 采场内主要采用汽车运输,对于原为铁路运输开 拓的露天矿,也可以用铁路运输向破碎站运送矿 石,并逐步向公路--破碎站--带式输送机运输开 拓过渡。

露天矿破碎站的示意图

1 ? 矿(岩)缓冲垫层; 4 ? 吊车;

2 ? 操纵台; 5 ? 旋回破碎机

3 ? 液压操纵台;

旋回式破碎机破碎系统示意图

1 ? 旋回破碎机; 2 ? 电动机; 3 ? 格筛; 4 ? 漏斗; 5 ? 板式给矿机; 6 ? 胶带运输机; 7 ? 吊车;

公路-破碎站-带式输送机堑沟开拓系统

1 ? 破碎站; 3? 带式输送机转载点;

2 ? 边帮带式输送机; 4 ? 地面带式输送机

公路-半固定破碎站-带式输送机斜井开拓 系统示意图

1? 岩石胶带输送斜井; 2 ? 矿石胶带输送斜井; 3 ? 岩石破碎站; 4 ? 矿石破碎站

随着开采深度的下降,破碎站每隔3-5个台阶移设一次。

移动式破碎站?胶带运输开拓方式示意图

1 ? 地面胶带运输机; ? 转载点; ? 边帮胶带运输机; ? 工作面胶带运输机; 2 3 4 7 5 ? 移动式破碎机;6 ? 桥式胶带运输机; ? 出入沟

胶带运输机在工作面的布置方式示意图

a ? 工作线较长时;

b ? 工作线较短时;

1 ? 爆堆;2 ? 移动式破碎机;3 ? 桥式胶带运输机; 4 ? 转载点; 5 ? 工作面胶带运输机; 6 ? 挖掘机; 7 ? 可回转胶带运输机

胶带运输开拓的评价
胶带运输机运输能力大,升坡能力大,可达到16。 -18。,运输线路距离短,约为汽车运距的1/4-1/5, 铁路运距的1/10-1/5,因而开拓坑线基建工程量 小;运输成本低,运输的自动化程度高,劳动生 产率高。 由于胶带运输系统中需设置破碎站,破碎站的建 设费用高;采用移动式破碎站时,破碎站的移设 工作复杂;当运送硬度大的矿岩时,胶带的磨损 大;敞露式的胶带运输机易受到恶劣气候条件的 损害,因而增大了设备的维护量与维护费用。

4.4 公路(铁路)--箕斗联合运输开拓 公路(铁路)--箕斗联合运输开拓
此开拓方法以箕斗为主要的运输容器,整个开拓 系统包括矿岩转载站、箕斗斜坡道、地面卸载站 和提升机装置等。其采场内部需用汽车或铁路与 斜坡箕斗建立起运输联系。采场内采剥下的矿岩 用汽车或其它运输设备将其运至转载站装入箕斗, 提升(对于深凹露天矿)或下放(对于山坡露天 矿)至地面卸载点卸载,再装入地面运输设备运 至破碎站或废石场。

凹陷露天矿斜坡箕斗开拓系统

斜坡沟道位置设计时应遵循的原则

必须保证斜坡沟道所在位置处的岩石稳定,深凹 露天矿一般设在非工作帮或境界的端帮上,山坡 露天矿宜设在采矿场境界之外; 应尽量减少斜坡沟道与采场内其它运输线路及管 线的交叉点。凹陷露天矿中,箕斗沟道穿过非工 作帮上的所有台阶,切断了各台阶水平的联系, 为建立运输联系和向箕斗装载,需设转载栈桥; 为减少运营费,选择地面卸载时,应使地面卸载 站与选矿厂或废石场之间的矿岩运距最短。

斜坡箕斗开拓方式的评价

优点:能以最短的距离克服较大的高差,使运输 周期大大缩短;投资少、建设快、经营费低;箕 斗系统设备简单,便于制造和维修。 缺点:转载站的结构庞大,移设复杂;矿岩需几 次装载,管理工作也比较复杂;大型矿山的矿岩 块度往往较大,使箕斗受到的冲击严重,因箕斗 的维修频繁而影响生产,这是斜坡箕斗开拓在大 型露天矿山中应用不多的根本原因。

4.5 公路(铁路)--溜井平硐联合开拓 公路(铁路)--溜井平硐联合开拓
此种联合开拓方式通过开拓溜井与平硐来建立 露天采矿场与地面之间的运输通道与运输联系。 适用于地形复杂、矿床地面高差大的山坡露天 矿。

溜井平硐开拓系统

1 ? 平硐; 2 ? 溜井; 3 ? 公路; 4 ? 露天开采境界; 5 ? 地形等高线;

溜井位置的选择

应根据矿床的埋藏地点,以采场和平硐的运输功 最小、平硐长度小以及平硐口至选矿厂的距离最 短为原则; 溜井应布置在稳定的岩层中,应避开断层的破碎 带使溜井系统位于地质条件好的地层中; 平硐的顶板至采场的最终底部开采标高应保持最 小安全距离,一般不能小于20m; 需开拓的溜井数目应根据矿山的矿石年生产能力 和溜井的年生产能力来确定。

设有溜槽的溜井平硐示意图

1 ? 卸矿平台;

2 ? 溜槽;

3 ? 溜井;

4 ? 平硐;

溜井平硐开拓的评价

此种开拓方式利用地形高差自重放矿,系统的运 营费低; 缩短了运输距离,减少了运输设备的数量,提高 了运输设备的周转率; 溜井还具有一定的贮矿能力,可进行生产调节。 放矿管理工作要求严格,否则易发生溜井堵塞或 跑矿事故; 溜井放矿过程中,空气中的粉尘影响作业人员的 健康。

地下斜坡道汽车运输开拓方式(螺旋式)

在相应标高处设置出入口,通往各开采水平,出入口 底板向采场倾斜1~30,防雨水进入运输道。

地下斜坡道汽车运输开拓方式(折返式)

在相应标高处设置出入口,通往各开采水平,出入口 底板向采场倾斜1~30,防雨水进入运输道。

直进式

封闭圈水平

折返式

封闭圈水平

直进——折返式 封闭圈水平 直进式 折返式

进入工作面

尽头式

单干线折返站

进入工作面

环形式

单干线折返站

干线 干线 通往工作面

燕尾式

通往工作面 干线 干线 干线 套袖式 干线
通往工作面 通往工作面

干线 双干线折返 干线


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