天礦山基礎(chǔ)知識
露天采礦就是從敞露的采礦場采掘有用礦物。
機械開采:開采堅硬礦巖,以深孔爆破,機械采掘為獲取礦石的主要手段。
人工開采:安委辦【2010】17號文明令禁止。
露天采礦場模擬面貌
1、封閉圈及露天礦山分類
封閉圈:露天采礦場地表的平面閉合曲線。
根據(jù)礦床埋藏的地形條件,依據(jù)露天開采境界地表封閉圈,可分為山坡露天礦和凹陷露天礦。
山坡露天礦----地表封閉圈以上;
凹陷露天礦----地表封閉圈以下。
山坡露天礦和凹陷露天礦示意圖
A——山坡露天礦,B——凹陷露天礦,1——地表封閉圈標(biāo)高
2、露天礦山構(gòu)成三要素
臺階:把礦巖劃分成一定厚度的水平分層,在開采過程中各工作水平在空間上構(gòu)成了階梯狀。每個階梯稱為臺階,其高度成為臺階高度。
臺階坡面:臺階朝向采空區(qū)一側(cè)的傾斜面。傾斜面與水平面所夾角稱為臺階坡面角。
平臺(平盤):臺階的坡底線與坡頂線之間水平面上的空間。坡底線與坡頂線之間的寬度稱為平臺寬度,處在爆破、鏟裝和運輸作業(yè)的平臺稱為工作平臺;爆堆邊沿至坡頂線之間的寬度稱為工作平臺高度;用于阻截滑落的巖石的平臺稱為安全(清掃)平臺。
3、露天礦山的開采工藝
露天礦山的開采工藝相對簡單,主要包括穿孔、爆破、采裝運輸、排巖。
接下來,我們就具體講講露天礦山的開采工藝。
一、穿孔工作
穿孔工作是露天礦山開采的首要工序,在整個露天開采過程中,穿孔費用約占其生產(chǎn)總費用的10%-15%。
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潛孔鉆機
潛孔鉆機鉆孔角度變化范圍大,機械化程度高,減少了輔助作業(yè)時間,提高了鉆機的作業(yè)率,而且潛孔鉆機機動靈活,設(shè)備重量輕,投資費用低,特別是可以通過鉆鑿各種斜孔來控制礦石品位,能消除根底、減少大塊,提高爆破質(zhì)量。因此,潛孔鉆機目前在國內(nèi)外中小型礦山廣泛使用,適用于中硬礦巖穿孔。
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牙輪鉆機
牙輪鉆機是在旋轉(zhuǎn)鉆機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種近代新型鉆孔設(shè)備,具有穿孔效率高、作業(yè)成本低、機械化、自動化程度高等特點,適用于各種硬度的礦巖穿孔作業(yè),目前,已成為世界各國露天礦普遍使用的穿孔設(shè)備。
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鑿巖臺車
鑿巖臺車是隨著采礦工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型鑿巖作業(yè)設(shè)備。它是將一臺或幾臺鑿巖機連同自動推進(jìn)器一起安裝在特制的鉆臂或臺架上,并且有行走機構(gòu),使鑿巖機作業(yè)實現(xiàn)機械化。
二、爆破工作
爆破工作的目的是破碎堅硬的實體礦巖,為采裝工作提供塊度適宜的挖掘物。在露天開采的總費用中,爆破費約占15%-20%。
爆破質(zhì)量的好壞,不僅直接影響采裝、運輸、粗碎等設(shè)備效率,而且影響礦山總成本。
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淺孔爆破
淺孔爆破采用的炮孔直徑較小,一般為30-75毫米左右,炮孔深度一般在5米以下,有時可達(dá)8米左右,如用鑿巖臺車鉆孔,孔深還可增加。
淺孔爆破主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大的露天礦或采石場、硐石、隧道掘鑿、二次爆碎、新建露天礦山包處理、山坡露天單壁溝運輸通路的形成及其它一些特殊爆破。
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深孔爆破
深孔爆破就是用鉆孔設(shè)備鉆鑿較深的鉆孔,作為礦用炸藥的裝藥空間的爆破方法。露天礦的深孔爆破主要以臺階的生產(chǎn)爆破為主。
深孔爆破的鉆孔設(shè)備主要應(yīng)用潛孔鉆和牙輪鉆。其鉆孔可鉆垂直深孔,也可鉆傾斜炮孔。傾斜炮孔的裝藥較均勻,礦巖的爆破質(zhì)量較好,為采裝工作創(chuàng)造好的條件。
為減少地震效應(yīng)和提高爆破質(zhì)量,在一定條件下可采取大區(qū)微差爆破,炮孔中間隔裝藥或底部空氣間隔裝藥等措施,以便降低爆破成本,取得較好的經(jīng)濟效益。
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硐室爆破
硐室爆破是將比較多或大量炸藥,裝在爆破硐室巷道內(nèi)進(jìn)行爆破的方法。露天礦僅在基本建設(shè)時期和在特定條件下使用,采石場在有條件且在采礦需求量很大時采用。
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多排孔微差爆破法
近年來,隨著挖掘機斗容量和露天礦生產(chǎn)能力的急劇增加,要求露天礦的正常采掘爆破每次的爆破量也越來越多,為此,國內(nèi)外的露天開采中廣泛使用多排孔微差爆破、多排孔微差擠壓爆破等大規(guī)模的爆破方法。
多排孔微差爆破的優(yōu)點:
一次爆破量大,減少爆破次數(shù)和避炮時間,提高采場設(shè)備的利用率
改善礦巖破碎質(zhì)量,其大塊率比單排孔爆破少40%-50%
提高穿孔設(shè)備效率約10%-15%,這是由于工作時間利用系數(shù)增加和穿孔設(shè)備和爆破后充區(qū)作業(yè)次數(shù)減少的緣故
提高采裝、運輸設(shè)備效率約10%-15%。
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多排孔微差擠壓爆破法
指工作面殘留有爆堆情況下的多排孔微差爆破。碴堆的存在,為擠壓創(chuàng)造了條件,一方面能延長爆破的有效作用時間,改善炸藥能的利用和破碎效果;另一方面,能控制爆堆寬度,避免礦巖飛散。多排孔微差擠壓爆破微差間隔時間比普通微差爆破大30%~50%為宜,我國露天礦常常用50~100ms。
多排孔微差擠壓爆破的優(yōu)點是:
(1)礦巖破碎效果更好。這主要是由于前面有渣堆阻擋,包括**排在內(nèi)的各排鉆孔都可以增大裝藥量,并在渣堆的擠壓下充分破碎;
(2)爆堆更集中。對于采用鐵路運輸?shù)牡V山,爆破前可以不拆道,從而提高采裝、運輸設(shè)備效率。
多排孔微差擠壓爆破的缺點是:
炸藥消耗量較大;
工作平臺要求更寬,以便容納碴堆;
爆堆高度較大,可能影響挖掘機作業(yè)的安全。
三、臨近邊坡的爆破措施
隨著露天礦向下延深,邊坡穩(wěn)定問題日益突出。為了保護邊坡,臨近邊坡的爆破要嚴(yán)格控制。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗,主要措施是采用微差爆破、預(yù)裂爆破和光面爆破。
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采用微差爆破減少震動
微差爆破的主要作用之一是可以減少爆破的地震效應(yīng)。為了充分發(fā)揮微差爆破的減震作用,關(guān)鍵是設(shè)法增加爆破的段數(shù)和控制微差間隔時間.
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采用預(yù)裂爆破隔離邊坡
臨近邊坡的預(yù)裂爆破,就是沿邊坡界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔,每孔裝入少量炸藥,在采掘帶未爆破之前先行起爆,從而獲得一條有一定寬度并貫穿各鉆孔的裂縫。由于有這條預(yù)裂縫將采掘帶和邊坡分離開來,隨后采掘爆破的地震波在裂縫面上將產(chǎn)生較強的反射,使透過它的地震波大為減弱,從而保護了邊坡。
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采用光面爆破保護邊坡
臨近邊坡的光面爆破,就是沿邊界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔,孔內(nèi)裝入少量炸藥,在采掘鉆孔爆破之后再進(jìn)行爆破,從而沿密集鉆孔形成平行的巖壁。光面爆破不同于預(yù)裂爆破的地方主要在起爆時間上。光面炮孔的起爆要遲于前幾排采掘鉆孔,通常滯后50~75ms。
除此之外,還有一種措施是,控制*后幾排鉆孔的爆破。臨近邊坡的*后幾排鉆孔的藥量、抵抗線都要減少,稱之為“緩沖爆破”,可以減少鉆孔爆破對邊坡的破壞。
四、采裝與運輸
采裝作業(yè)是使用裝載機械將礦巖直接從地下或爆堆中挖掘出來,并裝入運輸機械的車廂內(nèi)或直接卸到指定的地點。它是露天開采過程的中心環(huán)節(jié),其他生產(chǎn)工藝如穿爆、運輸?shù)榷际菫椴裳b而服務(wù)的。
主要采裝設(shè)備:挖掘機、索斗鏟、液壓鏟和輪胎式前裝機。
在露天礦開采過程中,礦山運輸?shù)幕窘ㄔO(shè)投資約占礦山基建總投資額的60%,運輸成本和勞動量分別占礦石總成本和總勞動量的一半以上,由此可見運輸在露天礦開采中的重要地位。
露天礦山運輸方式:汽車運輸、鐵路運輸、膠帶運輸、斜坡箕斗提升運輸以及聯(lián)合運輸方式,其中自卸汽車運輸*普遍。
采裝與運輸密不可分,兩者相互影響、相互制約。目前采裝運輸工藝的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在采運設(shè)備的大型化,采裝與運輸環(huán)節(jié)的一體化與連續(xù)化,以及計算機自動化。
五、排巖
排巖是運輸終端的作業(yè),將剝離下的表土和廢石運輸?shù)綇U石場進(jìn)行排棄。
排巖工藝:鐵路運輸排巖、公路運輸排巖、膠帶運輸排巖
六、排土場
排土場(廢石場):堆放剝離物的場所,指礦山采礦排棄物集中排放的場所。
排土場根據(jù)堆置順序可分為:單臺階排土場、覆蓋式多臺階排土場、壓坡腳式多臺階排土場。
排土場根據(jù)排土工藝主要分為:公路運輸排土場、鐵路運輸排土場、膠帶運輸排土場和水力運輸排土場。
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