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露天开采技术知识概要
采矿工程专业核心课程，露天开采思维导图，包括基本概念、矿岩松碎、采装运输、矿山安全管理、生产能力与采掘进度计划、露天开拓、露天开采境界、排土等内容。
编辑于2021-11-10 02:45:40- 采矿
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露天开采技术
基本概念
基本概念
矿床：地表或者地壳里由于地质作用形成的并在现有条件下可以开采和的利用的矿物的集合体。
矿石：可提取有用组分的本身具有某种可被利用性能的矿物集合体
岩石：具有一定结构构造的有由一种或多种固态矿物或混合物
露天矿分类
原生矿床开采、砂矿床开采
山坡露天矿、凹陷露天矿
长露天矿、短露天矿
露天采场
采坑
台阶
以台阶下部平盘水平高度命名
台阶上部平盘、台阶坡顶线、台阶坡面、台阶坡底线、台阶下部平盘、台阶高度、台阶坡面角
分为工作台阶、非工作台阶
非工作台阶
安全平台
用作缓冲和阻截滑落的岩石以及减缓最终边坡角，保证最终边帮的稳定性和下部水平的工作安全
清扫平台
用于阻截滑落的岩石并用清扫设备进行清理，也起安全平台的作用
运输平台
作为工作台阶与出入沟之间的运输联系的通道
工作平台
布置采掘、运输设备的工作平盘
露天沟道
露天沟道
出入沟：建立开采水平间的运输通道
开端沟：建立第一条工作线，即初始台阶
采区：每一条带开采时可划分为配以独立采运设备的若干区段，成为采区
露天台阶开采工艺
爆破带：开采时，将工作台阶或分为若干条带逐条顺次开采，每一条带为爆破带
采掘带：开采时将台阶划分为若干条带，逐条顺次开采，每一条带叫做采掘带（采掘机每挖一次的宽度）
边帮：露天矿场四周表面的总体，分为顶帮、底帮、端帮
底帮：位于矿体下盘一侧的边帮
顶帮：位于矿体上盘一侧的边帮
端帮：位于矿体两端的边帮
工作帮：由正在进行开采和将要进行的台阶所组成的边帮
最终边帮：最终帮坡角、最终帮坡面
工作边帮：工作帮坡角、工作帮破面
技术经济概念
上部境界线：最终边坡角与地面的交线
下部境界线：最终帮坡角与露天采场底平面的交线
开采深度：露天采场达到开采境界的最大深度值
露天开采境界：指露天矿开采终了时（某一时期）所形成的空间轮廓。由地表境界、底部坡界和四周边坡组成
剥离：在露天矿，为了采出矿石，需要剥离一定量的岩石
剥采比：剥离的岩石量与所采的矿石量之比，即每采一吨矿石所需剥离的岩石量叫剥采比
露天矿生产工艺
矿岩松碎
采掘及装载
矿岩运输
排土及卸矿
矿岩松碎
要求
足够的松散储备量
适宜的块度与粒度
大块率
超过允许块度的矿岩块称为大块
大块总量与爆破总量的比率称为大块率
大块率越高，爆破质量越差
满足挖掘机、汽车运输、胶带运输、矿仓破碎机受料口等要求
规整的爆堆和台阶形状
安全与经济
方法
机械法
适用于软层与冻岩中使用
松土犁
水力法
适用于软岩
高压水
爆破法
穿孔作业
岩石可钻性：在钻具作用下，岩石破碎的难易程度
影响岩石可钻性的岩石物理力学性质
岩石的硬度
强度
韧性
塑性
磨蚀性
穿孔方法
机械穿孔
潜孔钻机
优点
能量损失小
噪声小
钻杆寿命长
钻孔不易倾斜
缺点
气缸受孔径限制
影响钻进速度因素
冲击功与冲击频率
风压
排渣风量和风速
钻孔直径
轴压
转速
扭矩
钢丝绳钻机
凿岩台车
牙轮钻机
优点
穿孔效率高
穿孔成本低
工人劳动效率高
缺点
机身重、价格昂贵
主要工作参数
钻孔直径
回转速度
钻头轴压力
压气消耗量
热力穿孔
火力钻机
爆破作业
岩石的可爆性：岩石介质对爆破作用的抵抗程度
爆破质量要求
合适的块度
爆堆形状规整、集中且有一定的松散度
没有根底、伞岩，台阶坡面平整
没有后裂、垮坡，尤其对永久边坡
较小的爆破振动
无爆破飞石、空气冲击波等
多排孔微差爆破
优点
一次爆破量大
降低爆破振动
控制爆破方向
充分利用爆破能量
改善爆破效果
作用原理：
先爆孔为后爆孔提供新的自由面
后爆孔在先爆孔产生应力消失之前起爆，将形成应力波相互叠加，增强破碎效果
岩块在空中运动相互碰撞（挤压），岩石进一步破碎
降低了爆破地震
爆破方法
深孔爆破
硐室爆破
预裂爆破
光面爆破
浅孔爆破
裸露爆破
控制爆破
预裂爆破
光面爆破
缓冲爆破
深孔爆破
确定爆破参数
底盘抵抗线
孔距
排距
炮孔临近系数
钻孔超深
超深作用
降低药柱中心
克服底盘、底部阻力
减少根底
充填/堵塞长度
充填不足
炸药能量从孔口冲出，造成岩块飞散，降低爆破质量
充填过大
浪费炮孔，易在冲填段产生大块
炸药单耗
单孔装药量
微差时间
一般为25~75ms，硬岩取小值，软岩取大值
布孔方式和起爆顺序
布孔方式
三角形
方形
矩形
起爆顺序
排间顺序
斜线顺序
V形起爆
波浪形起爆
中间掏槽起爆
楔形掏槽起爆
采装
岩石的可挖性
概念
指岩石抗挖掘的特性，是一个多因素构成的岩石铲挖阻念
两种状态
原岩可挖性
破碎后岩石可挖性
采装设备
单斗挖掘机
类型
采矿型
履带行走
铲斗容积2~23m³
适宜台阶高度6~20m
常用于平装车
剥离型
铲斗容积100m³以上，主要用于采空区倒堆剥离
铲斗容积小于15m³的也可用于装车
工作参数
挖掘半径Rw
挖掘高度Hw
下挖深度Hh
卸载半径Rx
卸载高度Hx
多斗挖掘机
吊斗铲
前装机
适用于生产能力为100~150万吨/a的露天矿
采运设备
铲运机
适用于大型露天矿的剥离工作
推土机
辅助作业
前装机
采掘设备生产能力
理论生产能力（额定生产能力）
技术生产能力
实际生产能力
运输
内部运输
定义：将矿岩移运到受料地点，将辅助材料运往露天采场
外部运输
定义：指从选矿厂或储矿仓将矿石移运该用户
基本要求
运距尽可能短
运输网路尽可能不动，力争所需移动设备量最小
采用简单的运输方式和较少的运输设备类型，以简化管理和维修组织工作
运输设设备容积和强度与采装和卸载设备以及矿岩运输性质相适应
运输方式要保证工作可靠，主要设备停歇时间最少，移运过程尽可能地保证有较大的连续性
运输方式要保证工作安全，采矿成本最低
运输方式
自卸卡车
优点
机动灵活，调运方便，适合地形、地质复杂条件
爬坡能力强，运距短，基建工程量少，基建速度快
运输组织简单，可简化开采工艺，提高采掘效率
便于排土
道路修筑和养护简单
缺点
运费高
受气候影响大
深凹露天矿会造成空气污染
公路分类
固定公路
采场出入沟及地表永久性公路，服务年限3年以上
半固定公路
往采矿工作面和废石场作业线地道路，服务年限1-3年
临时性公路
公路的平面要素：平曲线半径、切线长度、曲线长度、外矢距、曲线段超高、曲线段加宽、线路连接、视距、回头曲线
铁路运输
适用于储量大、面积广、运距长的露天矿和矿山专用路线
优缺点
优点
可利用任何种类能源和机车类型
设备和线路坚固可靠
运行作业易于自动控制
运输成本低
对矿岩性质和气候条件的适应性强
运输能力大
缺点
爬坡能力小，曲线半径大
基建工程量和投资大，建设速度慢
对地形和矿体赋存条件的适应性差
线路系统和运输组织工作复杂
受开采深度限制
牵引设备
电力机车
蒸汽机车
内燃机车
线路分类
固定线
半固定线
移动线
铁路线路的定线原则
满足开采要求，同总平面布置协调一致
平纵断面设计符合规范与规程规定
矿岩运距短，避免反向运输
车站分布合理
土石方工程量小
综合经济效益高
带式运输机运输
主要特点
优点
生产能力大
爬坡能力强
劳动条件好
易于自动控制
经济效益好，运输成本比汽车低
缺点
投资较大
对物料特性和块度要求严格，不宜运送大块硬岩和粘性岩土
受气候影响较大
类型
胶带运输机
钢绳牵引带式运输机
移置式带式运输机
提升机运输
适应性
可克服地形高差，常与其他运输方式配合，构成联合运输
当矿岩性质不允许采用溜井溜放时，可采用斜坡提升机将矿石下放至地面
可用于开采深度超过150~200m、开采面积小、矿岩坚固的凹陷露天矿
重力运输
联合运输
常见的联合运输方式
汽车与铁路运输
汽车运输与带式运输机运输
汽车运输与箕斗提升运输
汽车运输、溜井运输与铁路运输
汽车、溜槽运输及架空索道运输
带式运输机运输与水力运输
平硐溜井运输
溜井构成要素
溜井的倾角
溜井的深度
溜井断面尺寸和形状
矿山安全管理
防、排水
涌水来源
大气降水
地表径流
地下涌水
涌水危害
降低设备效率和使用寿命
降低矿山工程下降速度
破坏边坡稳定性
涌水影响因素
自然因素
气候条件
地表水体
地形条件
岩石结构
地质构造
人为因素
对防排水工作重要性认识不足，无有效防排水措施
开采工作错误导通含水层，使涌水突然增大
边坡维护不善，大面积滑坡时诱发涌水，甚至滑坡与涌水相互诱发
废弃坑大量积水，并于采场沟通，突然涌入采场
地质勘探工作结束后要用粘土或水泥将钻孔封死
防水
目的
防止地表水和地下水涌入采场
措施
矿床疏干
原则
以防为主，防排结合
与排水、疏干统筹安排
地面防水措施
截水沟
河流改造
调洪水库
拦河护堤
地下涌水防治
探水钻孔
防水门
防水墙
防水矿柱
防渗帷幕
排水
排水矿坑涌水所采取的方法和设施的总称
贮水池合理容量
设计暴雨频率
水泵排除积水所需时间
排水方式
露天排水
地下排水
选择排水系统时应考虑的因素
排水方式选择
矿区降雨情况
水文地质条件、地形
开采规模和服务年限
采剥方法和矿岩种类
用户对矿石的要求
通过技术经济进行综合比较
边坡安全概述
矿山边坡规模大
一般不维护，易受风化作用影响
受频繁爆破作业和车辆运行影响，运动载荷作用显著，边坡台阶的负荷有日益增大的趋势
上部边坡服务期长，下部边坡服务期短
边坡不同地段要求有不同的稳定程度
露天边坡稳定性分析与维护涉及掩体工程地质、岩体力学性质试验、边坡稳定性分析与计算、边坡治理与检测、维护等工作
影响边坡稳定性的主要因素
岩石的组成
岩体结构
地下水
爆破振动
其他因素
边坡几何形状
风化作用
人为因素
边坡破坏类型
平面破坏
楔体破坏
圆弧形破坏
倾倒破坏
生产能力与采掘进度计划
露天矿生产能力
直接影响
矿山设备的选型和数量
工业场地建设的规模
矿山的定员
投资的大小
生产成本的高低和矿山服务年限的长短
主要因素
矿体自然条件
开采技术条件
市场
经济效益
评价指标
矿石生产能力
矿岩生产能力
确定生产能力
按需求量确定生产能力
按采矿技术条件确定
按可能布置的挖掘机工作面数确定
按矿山工程延伸速度确定
按经济合理条件确定
露天矿采剥方法
按工作线布置形式
工作线纵向布置
开段沟沿矿体走向布置
一般用于铁路运输矿山
同时工作台阶数少
内部运距大
基建剥岩量大
损失贫化大
工作线横向布置
开段沟垂直矿体走向布置
用于汽车运输矿山
基建工程量小
同时工作台阶数多
采掘设备调动频繁，容易剥采失调
工作线扇形布置
设备效率低，损失贫化大
工作线环形布置
基建工程量小，使用比较灵活
按工作台阶开采方式
台阶全面开采（缓帮开采）
台阶轮流开采（陡帮开采）
在工作帮上部分台阶作业，部分台阶暂不作业使工作帮坡角加陡，以推迟部分岩石剥离
优缺点
基建量和投资量少，投达产快
延缓剥离，减少开采期间生产剥离比，利于均衡
减少最终边坡的暴露时间和维护费用
设备调动频繁，影响生产能力
运输线路工程量大，修筑、维护费用高
管理工作复杂，，上下台阶之间要协调配合
适用条件
倾斜-急倾斜矿体
覆盖岩层厚的矿体
矿体形状上小下大
结构参数
工作帮及工作帮坡角
剥离条带宽度
采区长度
采场坑底参数
生产剥采比
工作帮坡角越大，初期生产剥采比越小。
调整方法
调整工作台阶间的相互位置，即改变工作平盘宽度
运用改变开段沟长度
改变矿山工程延深方向
改变工作线推进方向
储备矿量
开拓矿量
回采矿量
上部和侧面已被揭露的矿体矿量
采掘进度计划的编制
分为
长远计划
生产作业计划
资料和数据
地形地质图
分层平面图，矿床地质界线、开采境界、出入沟和开段沟的位置
露天矿开拓运输系统图，扩建或改建矿山的开采现状图
露天矿的台阶高度、采掘带宽度、采区长度、最小工作平盘宽度、工作线推进方向、矿山工程延深方向等有关开采参数
分层矿岩量计算表
露天矿开拓运输系统图，扩建或改建矿山的开采现状图
矿石回收率和废石混入率
穿孔、采装、运输设备的型号、数量和生产能力
露天矿开始基建的时间，要求的投产日期，以及规定的投产标准
四个时期
基建
投产
达产
结束
露天开拓
概述
露天矿开拓就是建立地面到露天采场各工作水平之间的矿岩运输通道，建立采矿场、受矿点、废石场、工业场地之间的运输联系，形成开发矿床合理运输系统
影响因素
与运输方式和矿山工程的发展有着密切联系，而运输方式又与矿床地质地形条件、开采境界、生产规模、受矿点和废石场位置。
按运输方式不同
公路运输开拓
坑线布置形式
直进式
优点：布线简单，沟通展现最短，汽车运行不回湾、行车方便、运输效率高
建议：在条件允许的地方应优先使用
回返式
建议：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，或者采用直进-回返联合坑线开拓
螺旋式
一般用于深凹露天矿
多种形式相结合的联合方式
铁路运输开拓
坑线位置
线路数目及折返站
平硐溜井开拓
胶带运输开拓
斜坡提升开拓
通过较陡的斜坡提升机道建立工作面与地面卸矿点和废石场的运输联系
投资省、建设速度快、设备简单、生产成本低、提升坡度较大
不能直达工作面，需要与汽车或铁路等配合才能构成完整的开拓运输系统。且运输环节多，转载站和矿仓结构复杂且移设困难
联合开拓
公路-铁路联合开拓
地表用铁路运输，采场内用公路运输开拓
选择开拓方式的主要影响因素
矿区自然条件
露天矿生产能力
基建工程量和基建期限
资金和设备的供应条件
矿床勘探程度和矿石储量的发展前景
开拓方式选择原则
确保矿山生产的可靠性和合理性
减少基建工程量和投资
矿石损失、贫化少
少占土地，充分利用地下矿产资源
生产工艺简单可靠，设备选择因地制宜
生产成本低
执行我国矿山建设的政策和行业法规，根据实情，因地制宜
开拓方法选择步骤
根据圈定的开采程序、初拟的开采工艺、工业场地和废石位置等经济因素，充分考虑其主要影响因素后，拟定技术上可行的若干开拓方案
对初拟的方案进行过筛选，删去一些明显不合理的方案
对保留的少数方案进行详细的系统设计，计算有关的技术经济指标，明确定性因素的影响
综合分析评价，比较个方案的技术经济指标，选取最适宜的方案
开拓工程发展程序
基本概念
新水平的准备和开拓沟道的形成即开拓工程的发展。开拓工程发展程序指开拓沟道的布置形式、推进方式及其相关的空间发展关系。
新水平准备
掘进出入沟、开段沟和为掘沟而进行的上水平阔帮工作
子主题
开拓方式
固定坑线
移动坑线
掘沟工程
分类
开段沟
用于准备台阶工作线
出入沟
用于开拓目的
沟道基本要素
沟底宽度
沟深
沟帮坡面角
沟的纵向坡度
沟的长度
掘沟方法
按运输方式不同
汽车运输掘沟
铁路运输掘沟
联合运输掘沟
无运输掘沟
按挖掘机装载方式不同
平装车全段高掘沟
上装车全段高掘沟
分层掘沟
开段沟的位置
纵向布置
横向布置
不设开段沟
露天开采境界
组成
指露天矿开采终了时（或某一时期）所形成的空间边界。由露天采场的地表境界、底部境界和周围边坡组成
影响因素
自然因素
技术组织因素
经济因素
剥采比
概念
每开采单位矿石量所需剥离的岩石量
分类
平均剥采比
分层剥采比
生产剥采比
境界剥采比
经济合理剥采比
确定方法
比较法
原矿成本比较法
精矿成本比较法
储量盈利比较法
盈亏平衡法
价格法
确定露天开采境界的原则
控制境界剥采比
平均剥采比
生产剥采比
排土
定义：接受并存放露天开采过程中因剥离而被排弃的岩土的场地，也称作废土场
分类
内部排土场
指设置在露天采场内部的排土场，岩土运距短，最经济。
外部排土场
指设置在露天采场外部的排土场
选址原则
要尽量不占良田，尽可能利用山谷、洼地、海滨
在山谷设置废土场时，要充分考虑到山洪的影响，避免滑坡、泥石流等危险
尽可能靠近露天采场并在重点剥离区一侧以缩短岩土运距
优先考虑内部废土场的可行性，减少占地面积
一般不宜将废石场设在将要扩大的露天开采境界之内
应考虑可能利用的岩石今后回收装运的可能性
废石场应位于工业场地、居民区和水源的下游和下风侧，防止环境污染
设置废石场必须考虑复垦的可能性，制定复垦规划
排土场的总容量应与露天开采设计的总剥离量相适应
排土工艺
汽车运输-推土机排土
工序
汽车翻卸岩土
推土机推排
平整场地
整修废石场公路
铁路运输-挖掘机排土
列车翻卸岩土
挖掘机堆垒
线路移设
铁路运输-排土犁排土
铁路运输-推土机排土
铁路运输-前装机排土
胶带排土机排土
排土场的安全
主要因素
废石场的地形坡度
排弃高度
基底岩层构造及承压能力
岩土性质和堆排顺序
常见失稳现象
滑坡
排土场内部的滑坡
沿基底面的滑坡
基底软弱层的滑动
泥石流
排土场的复垦
意义
废石场的占地面积几乎是全矿区占地量的二分之一，有时甚至还要多些。从环境保护的角度来看，土地复垦是矿山开采工作的组成部分，是开采工作的继续。
矿山土地复垦已引起各国重视，有的国家还专门制定环境保护法来保护土地资源。可以想象，不进行矿山土地复垦的后果将是，恶化并缩小人类赖以生存的环境与空间
矿山土地复垦要因地制宜，根据地区气候、植物生长环境、经济地理条件和岩土的化学成分含酸程度，规划复垦土地的使用方式，以便制定复垦执行计划
复垦后土地的使用方式
农业复垦
林业复垦
其他用途
复垦过程
复垦地点的准备
回填与平整
再植被