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1、露天矿山开采工艺与安全技术 东 北 大 学 张 绍 志 五、公路纵断要素 线路纵断面应是一条平滑线，它由水平线、倾斜线、 凹凸竖曲线以及不同坡度的连接线等儿部分组成。两相邻 不同坡度的直线段相交之点称为换（变）坡点。换坡点的 形状可分为凹形的和凸形两种。 线路纵断面应包括如下主要参数： 1、最大允许纵坡 道路纵坡过大，自卸汽车上坡时，使 用低速挡过久，水箱的水容易沸腾、油管容易”气阻”发生熄 火，造成停车等现象。下坡时，重载车辆制动比较困难，制 动器温度急剧上升，且刹车次数多，导致轮鼓发热，甚至失 效而发生安全事故。如果纵坡过小，就会使线路增长，扩帮 量大，基建投资多，影响经济效果。在条件允许
2、时，应尽量 采用较缓的坡度。干线长度超过1公里时，其平均坡度一般 不宜大于5.5%。 2、坡长限制 为防止汽车在长大坡段上运行时发动机和 制动器过热而发生故障，保证行车安全，对坡段长度应有所 限制。当纵坡大于5%时，应在下表中所规定的长度处或在 换算坡长不超过800米的地方，设置纵坡不大于3%的缓和坡 段，其长度一般为4050米。 3、纵坡折减 当平曲线半径等于或小于50米时，该平 曲线的最大纵坡应根据下表的规定予以折减。 4、竖曲线 当自卸汽车经换坡点时，如果没有竖曲线予 以缓和，则车辆将受到震动。换坡角越大，行驶速度越高， 则震动越加剧烈。此外，凸形换坡角的大小还影响着行车视 距。因此，换
3、坡点应设置竖曲线 （图148），保证汽车行 驶平稳，并具有足够视距。竖曲线的形式一般采用圆曲线。 六、露天矿运输工作的安全要求 1、汽车运输 （1）驾驶员必须严格执行交通部颁布的交通规则和 技术操作规程，严禁无证驾驶。 （2）通向装卸地点道路的坡度大于10%时，禁止汽 车倒车行驶。 （3）卸矿汽车必须在车斗完全放稳后方可行驶。 （4）挖掘机装矿 （岩）时，驾驶员身体不得露在驾 驶室外。 （5）汽车在采场内的行驶速度不得超过20公里/小时， 在运输干线上应不超过中速行驶。 （6）翻斗车车厢内严禁乘人。 （7）雨雪天气道路泥泞，路面较滑时，应有防滑措施 并减速行驶，前后车距离应大于40米。行驶时禁
4、止急转方向 盘、急刹车、超车和拖挂其他车辆。必须拖挂时，应采取有 效的安全措施，并有专人指挥。大雾或路面结冰应停止运行 。 （8）在山坡填方的弯道处、坡度较大的填方地段以及 高路堤上，道路外侧应设置护栏、挡车土堆等。 （9）卸矿平台要有足够的调车宽度。卸矿点必须有可 靠的挡车设施，其高度应不小于轮胎直径的五分之二，挡车 设施须经技术检验合格，方准使用。 （10）禁止溜车发动车辆，下坡行驶中严禁空挡滑行， 在坡道上停车时，要使用停车制动。 2、人力运输 （1）推车人员要随时注视着前方，在单轨道上推车要 确认对面没有车辆时，方准向前推车，以免发生拖车事故 （2） 一人只准推一辆车，同方向推车时，两
5、车的间距 不得小于10米。 （3）自溜矿车由推车人随时控制车速，禁止放飞车。 自行溜放线路的坡度设计要符合设计规范。 （4） 除推矿车的工人外，禁止任何人搭乘矿车，也禁 止使用没有刹车装置或刹车装置失灵的矿车。 露天矿床开拓就是建立地面与露天矿场内各工作水平以 及各工作水平之间的矿岩运输通路，及时准备出新水平。 露天矿床开拓与运输方式有密切关系。按运输方式，露 天矿床开拓方法主要分为： （1）公路运输开拓； （2）铁路运输开拓； （3）胶带运输开拓； （4）乎桐溜井开拓； （5）提升机提升开拓。 第六节 露天矿开拓 (一)回返坑线开拓 n回返坑线开拓如图149所示，汽车在坑线上运行时，需经过
6、一定曲率半径的回头曲线改变运行方向，才能到达相应的工作 水平。 n1、坑线位置 坑线位置受地形条件和工作线推进方向影响很大 ，并且直接影响着基建剥岩量、基建期限、基建投资、矿石损 失贫化、总平面布置的合理性以及坑线在生产期间安全可靠程 度。因此，在确定坑线位置时，应综合考虑上述因素。 图149 凹陷露天矿回返坑线开拓 1出入沟； 2露天开采上部境界； 3露天底平面； 4连接平台 一、公路运输开拓 按坑线在开采期间的固定性分为固定坑线开拓和移动坑 线开拓。 （1）固定坑线开拓 深凹露天矿固定坑线的发展程序如图150所示。在露 天矿最终边帮按所确定的沟道位置方向和坡度，从上水平向 下水平掘进出入沟
7、，自出入沟的末端掘进开段沟，以建立开 采台阶的初始工作线。开段沟可以纵向布置 （图150）， 也可以横向布置（图150），或不设开段沟（图150） 。当开段沟纵向布置时，工作线推进方向为垂直走向推进； 开段沟横向布置时，工作线沿走向推进。采用横向段沟时， 掘沟工程量少，因而可缩短基建时间，减少基建投资，有利 于加速新水平的准备。采用横向剥采工作线进行开采，可降 低矿石的损失贫化和减少大块、根底。 图150 固定坑线开拓的矿山工程发展程序 a开段沟纵向布置时；b开段沟横向布置时；c无开段沟时； 1出入沟；2横向工作面 无段沟的剥采工作线是在出入沟端部直接进行扩帮逐步 形成的。 当扩帮工作线推进到
8、使台阶坡底线距新水平出入沟沟顶 边线不小于最小工作平盘宽度时，便开始新水平的掘沟工作 和随后的扩帮工作。从而开拓坑线自上而下逐渐形成。 （2）移动坑线开拓 矿山工程发展程序如图151所示。在靠近矿体与围岩 接触带的上盘或下盘先后掘进出入沟和开段沟。开段沟也分 为纵向布置和横向布置，或不设开段沟。同样，可使扩帮工 作与部分掘沟工作平行作业向两侧推进。移动坑线可以在爆 堆上修筑，也可以设在基岩上。前者修筑简单，它是汽车运 输移动坑线开拓广泛应用的一种方式；后者将台阶分割成上 、下两个三角台阶，其高度是变化的，由零到产个台阶高度 ，先采掘上三角台阶，后采掘下三角台阶，运输坑线随上、 下三角台阶工作线
9、的推进而移动。 图151 移动坑线开拓的矿山工程发展程序 （3）连接平台 为避免载重汽车在坡度较大的开拓抗线上长距离上坡或 下坡运行，造成发动机和制动装置过热而降低使用寿命和发 生事故以及坑线通往相应的工作水平，两连邻台阶的坑线之 间设有减缓坡段。该减缓坡段称为连接平台。实践证明，连 接平台坡度最好不超过1%。如连接平台为50米，坡度为 1%，其连接平台的末端与相连水平高差将差0.5米，连接平 台中部亦有0.25的高差，对汽车运行已存在影响，要坡度再 大，运输就更加困难。连接平台长度一般为4060米。 （二）螺旋坑线开拓 图152 螺旋坑线开拓矿山工程发展程序 1出入沟； 2开段沟； 3连接平
10、台 螺旋坑线开拓是将运输沟道沿露天矿场四周边帮盘旋布 置，汽车在坑线上直进行驶，不需经常改变运行速度；螺旋 坑线的转弯半径较大，故线路通过能力大。 螺旋坑线开拓的工作线用扇形方式推进，是为及时进行 新水平的掘沟工作创造条件。工作线推进速度在其全长上是 不等的，工作线长度和推进方向也经常改变，从而使露天矿 的生产组织管理工作复杂化。 螺旋坑线开拓时，各开采水平之间相互影响较大，新水 平准备时间较长，根据工程发展的特点同时开采的台阶数少 ，致使形成的露天矿生产能力较低。 （三）汽车运输开采合理深度 （一）掘沟 在露天开采中，为使采矿场保持正常持续生产，需及时准 备出新的工作水平，新水平的准备工作包
11、括掘进出入沟、开段 沟和为掘沟而在上水平所进行的扩帮工作。 （二）采掘方式 1、垂直采掘 2、平行采掘 二、掘沟及工作线布置方式 三、并段 在设计过程中，为尽量减少境界内剥岩量，在 最终边坡角满足安全的条件下，为增加最终边坡 角，往往采取并段的措施。即在适当的台阶推进 到境界位置后，不留安全平台，将相邻两台阶最 终边坡合为一个，并为一个由二个台阶段高组成“ 高台阶”，称为并段。并段后留有的安全平台可适 当加宽，以便有效阻截上部滚落的岩石。 矿山露天开采的一个重要特点就是要剥离覆盖在矿床上 部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设的场地排弃。这 种接受排弃岩土的场地称作排土场 （或废石场）。在排土
12、场 用一定方式进行堆放岩土的作业称为排土工作。 第七节 排土工作 一、 汽车运输推土机排土 1、推上机排土作业 采用汽车运输的露天矿大多数采 用推土机排土。推土机排土作业包括：汽车翻卸岩土；推 土机推土；平整场地和整修排土场公路。 图158 汽车运输推土机排土场 图 159 汽车在排土场卸载 （一）复土造田 排土场复土造田应在设计中进行规划，在排土结束后要 按计划进行。主要是排土场的平整，上部表土的覆盖、植被 、裁树及耕田等。 （二）排土场的病害防治 排土场的病害主要指的是排土场的滑坡、泥石流、沉陷 、坡面散落及对周围环境的影响。 （三）对排土工作的安全要求 1、排土场应设在矿床开采境界之外，
13、不应影响露天开采 的正常进行。 2、排土场下部应设警戒牌，严禁人员行走或停留。废石 滚落范围内不得修建道路和建筑物。 二、 排土场复土造田及病害防治 3、在地下采空陷落区域内布置排土场时，只有在地表 陷落稳定并经详细检查后，方可堆放废石。 4、排土场卸载平盘应保持2%反向坡度。场地必须保持 平整，不得有积水。 5、采用汽车运输的排土场，应符合以下规定： （1）汽车进出道路应留有宽度1米以上的人行道； （2）卸载地点应设不低于0.8米的车档，并应有专人指挥； 6、排土场的综合治理工作，应该做到： （1）在泥土山坡处，有计划地植树、固皮和保护。 （2）排土场周围修筑栏洪导水或截水排水设施，不允 许
14、外部涌水进入排土场。 （3）排土场内禁止泥土集中排放，影响排土场的稳定 。 （一）露天矿排水系统 露天矿排水主要指排除进入凹陷露天矿采场的地下水和大气 降水，它分为露天排水（明排）和地下排水 （暗排）两大类。 （二）露天矿排水方案选择原则 （1）有条件的露天矿都应当尽量采用自流排水方案，必要 时可以专门开凿部分疏干平峒以形成自流排水系统。 （2）露天和井下排水方式的确定。对水文地质条件复杂和 水量大的露天矿，首要问题是确定用露天排水方式（明排），还 是井巷排水方式。当不采用矿床预先疏干措施时，应考虑井下排 水方式为宜。 （3）露天采矿场是采用坑底集中排水还是分段截流永久泵 站方式，应经综合的技
15、术经济比较后确定。 （三）露天采场允许淹没程度的确定 （四）露天采场正常排水量计算 第八节 露天矿排水和防毒 一、排水工作 露天开采一些对人体有害的矿石时，如硫化矿石、铅类 矿石等，可产生毒性矿尘或与空气、水的作用产生有害物质 。放射性类矿石如长时间接触或放射量达到一定程度均可对 人体造成伤害。为防止毒性矿尘引起的中毒、放射性矿尘引 起的放射性病变，必须严格按照安全操作规程进行生产。并 采取完善的防尘措施，将尘降至安全标准以下，在作业中一 定要按规定佩带个体防护器具。 二、防毒 露天开采由于采出了有用矿物和剥离围岩而形成了露天 采场。从经济观点出发应把剥离量的围岩压缩到最小，使形 成的最终边坡
16、角最陡。从安全观点出发要求露天采矿场最终 边坡角尽可能的放缓以保持边坡岩体稳定。但放缓边坡角就 意味着必增大剥岩量提高采矿成本。所以确定最佳边坡角， 是露天设计中的主要组成部分。 第九节 露天矿边坡稳定 （1）圆弧形破坏。圆弧形破坏是发生在土体边坡和具 有散体结构、碎裂结构岩体边坡中，边坡失稳时滑动体是沿 着向上凹的弧形破裂而滑动。如图163所示。圆弧形破坏 是一种常见的破坏形式。 图 162 坡面岩体塌落示意图 图 163 岩体圆弧型滑动示意图 一、边坡失稳破坏类型 （2）平面破坏。平面滑坡是一种发生最多的破坏类型 。在结构上受结构面，如断层、节理、层理面和层状沉积层 间抗剪强度变化的控制，或受坚硬岩层和层间充填物接触的 控制。尤其结构面与边坡相倾向相近，结构面的倾角小于边 坡角而大于岩体内摩擦角时，易发生平面破坏。如图 164 所示。 图 164平面型滑动示意图 图 165 楔型滑动示意图 （3）楔体破坏。楔体破坏多发生在边坡中具有两组结 构面斜交且在边坡上出露
