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1、采矿学教学课件,金属矿床露天开采,露天开采,绪论 矿床品位与储量计算 岩石的力学性质及分级 最终开采境界的确定 露天开采程序 露天矿生产计划 露天矿床开拓 露天开采工艺 矿山技术经济,第十五章露天开采程序,概述 台阶几何要素 掘沟 台阶的推进方式 采场扩延过程与布线方式 帮坡形式与帮坡角 生产剥采比 分期开采,露天采场平面投影与剖面示意图,-12m,0m,12m,24m,36m,48m,48m,-12m,0m,12m,24m,36m,封闭圈,48m,36m,24m,0m,12m,2 台阶几何要素,台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。 台阶几何要素: 台阶坡面角,是岩体稳定性的函数; 台阶高度,
2、受生产规模、采装设备、开采的选别性影响; 台阶宽度,W= Wc (爆破带宽度)+Ws(安全平台宽度) 。,台阶几何要素,台阶三要素: W台阶宽度 H台阶高度 台阶坡面角,台阶立体图,3 掘沟,掘沟是新台阶开采的开始,一般分为两阶段进行:首先挖掘出入沟,以建立起上下两个台阶水平的运输联系;然后开掘段沟,为新台阶的开采推进提供初始作业空间。出入沟参数: 出入沟的坡度,取决于汽车的爬坡能力和运输安全要求; 最小沟底宽度WDmin,是满足采运设备基本作业空间要求的沟底宽度,其值取决于电铲的作业技术规格、采装方式与汽车的调车方式。,出入沟与段沟示意图,3.1 山坡露天矿掘沟,在许多矿山,最终开采境界范围
3、内的地表是山坡或山包,随着开采的进行,矿山由上部的山坡露天矿逐步转为深凹露天矿。采场由山坡转为深凹的水平成为封闭水平,即在该水平上采场形成封闭圈。 在山坡地带的开采也是分台阶逐层向下进行的。与深凹露天矿开采不同的是不需要在平地向下掘沟以达到下一水平,只需在山坡适当位置拉开初始工作面就可以进行新的台阶的推进。习惯上将“初始工作面的拉开”也称之为掘沟。山坡上掘出的“沟”是仅在指向山坡的一面有沟壁的单壁沟。,封闭圈,单壁沟,推土机开掘单壁沟,电铲开掘单壁沟 WD = G + T + e G为电铲站立水平挖掘半径; T为电铲回转中心到履带外缘距离; e为电铲履带外缘到单壁沟外缘的安全距离。,3.2 深
4、凹露天矿掘沟,不同的掘沟方式下,所需要的WDmin : 3.2.1 沟外调头中线采装 ,WDmin2G 3.2.2 沟外调头双侧交替采装 ,WDminGK 3.2.3 沟内折返调车 ,WDminRLd/22e 3.2.4 沟内环行调车 ,WDmin2Rd2e,3.2.1 沟外调头中线采装,WDmin2G,沟外调头中线采装平面图,WDmin =2G G电铲站立水平挖掘半径; B电铲最大卸载高度处的卸载半径。,3.2.2 沟外调头双侧交替采装,WDminGK,沟外调头双侧交替采装平面图,WDmin =G+K G电铲站立水平挖掘半径; K电铲尾部回转半径; B电铲最大卸载高度处的卸载半径。,3.2.
5、3 沟内折返调车,WDminRLd/22e,沟内折返调车平面图,WDmin = RLd/22e R汽车最小转弯半径; L汽车车身长度; d汽车车身宽度; e汽车距沟壁的安全距离。,3.2.4 沟内环形调车,WDmin2Rd2e,沟内环形调车平面图,WDmin = 2Rd2e R汽车最小转弯半径; d汽车车身宽度; e汽车距沟壁的安全距离。,3.2.5 不同掘沟方式的WDmin比较,采用Weboo-120c(109t)汽车,R=12.4m,L=11.73m,d=6.179m,e=1.5m;6.88m3电铲,站立水平最大挖掘半径G=10.75m,尾部回转半径K=6.02m,最大卸载高度处的卸载半径
6、B=13.87m。计算得: 沟外调头中线采装:WDmin2G=21.5m; 沟外调头双侧交替采装: WDminGK=16.77m; 沟内折返调车: WDminRLd/22e=30m; 沟内环行调车:WDmin2Rd2e=34m(最大),作业,绘图说明台阶的几何要素,并论述影响各几何要素的主要因素。 绘制一采场平面图。已知:台阶高度12m,台阶坡面角70,安全平台宽度6m,出入沟宽24m,出入沟坡度为8%。要求至少画出两个工作台阶,两个非工作台阶。 一个露天矿山选用4m3的电铲,试确定不同掘沟方式下的最小沟底宽度。(提示:查采矿设计手册,先确定出与之匹配的汽车型号),4 台阶推进方式,4.1 采
7、掘方式及工作平盘参数 4.1.1 垂直采掘 4.1.2 平行采掘 4.1.3 采区宽度与采掘带宽度 4.1.4 最小工作平盘宽度 4.2 工作线布置方式 4.2.1 纵向布置 4.2.2 横向布置 4.2.3 扇形布置,4.1.1 采掘方式垂直采掘,垂直采掘时电铲的采掘方向垂直于台阶工作线走向(即采区走向)、与台阶推进方向相平行。垂直采掘时,若采用双点装车,电铲的装载回转角度小(10110之间,平均为60左右),装载效率高;缺点是汽车在电铲周围调车对位需要较大的空间,要求较宽的工作平盘。当采掘到电铲回转中心位于采掘前的台阶坡底线时,电铲沿工作线移动到下一个位置,开始下一轮采掘。,垂直采掘平面图
8、,一次采掘深度(即采掘带宽度A)为电铲站立水平挖掘半径(G),沿工作线一次采掘长度为2G。,4.1.2 采掘方式平行采掘,平行采掘时电铲的采掘方向平行于台阶工作线走向(即采区走向)、与台阶推进方向相垂直。根据汽车的调头与行驶方式(统称为供车方式),平行采掘可进一步细分为许多不同的类型。单向行车不调头和双向行车折返调车是两种有代表性的供车方式。,4.1.2.1a 单向行车不调头,4.1.2.1b 单向行车不调头,优点:调车简单,工作平盘只需设单车道。 缺点:电铲回转角度大,需双出入沟,增加了掘沟工作量。,4.1.2.2a 双向行车折返调车(单点装车),4.1.2.2b 双向行车折返调车(单点装车
9、),优点:需要一个出入沟。 缺点:需要双车道;汽车调车时,电铲等待;电铲装车时,下一辆车处于等待状态。,4.1.2.3a 双向行车折返调车(双点装车),4.1.2.3b 双向行车折返调车(双点装车),优点:减少了等等时间,车和铲的作业率得到提高。 缺点:工作平盘宽度增加。,4.1.2.4a 单向行车折返调车(双点装车),4.1.2.4b 单向行车折返调车(双点装车),优点:工作平盘只需设单车道。 缺点:需双出入沟,增加了掘沟工作量。,4.1.2.5a 双向行车迂回调车(单点装车),4.1.2.5b 双向行车迂回调车(单点装车),优点:单出入沟。 缺点:电铲回转角度大,等待时间长,需要双车道。,
10、4.1.3 采区宽度与采掘带宽度,采区宽度是爆破带的实体宽度,采掘带宽度是挖掘机一次采掘的宽度。 当矿岩松软无需爆破时,采区宽度等于采掘带宽度。绝大多数金属矿山都需 要爆破,故采掘带宽度一般指一次采掘的爆堆宽度。二者关系见上图 。 图中,(a)为一次穿爆两次采掘,(b)为一次穿爆一次采掘。可用Ac=1.5G取值,国内矿山一般为11.5G,国外矿山可达1.8G。,采区宽度与爆堆宽度的关系,b=2ksWcH/Hb-Wc 式中,b爆堆宽度;ks为矿岩爆破后的松散系数; Wc为采区宽度;H为台阶高度; Hb为爆堆高度; 为爆堆形态系数。 坚硬岩石爆堆横断面近似三角形, 0;不坚硬岩石爆堆横断面近似梯形
11、, 1;中等坚硬岩石,0 1。 采用一爆一采时,爆堆宽度即为采掘带宽度(即b Ac ),可根据上式反算出采区宽度。,4.1.4 最小工作平盘宽度,最小工作平盘宽度(Wmin)是刚好满足采运设备正常作业要求的工作平盘宽度, 其取值需依据采运设备的作业技术规格、采掘方式和供车方式确定。采用单向行车、不调头供车的平行采掘方式时,最小工作平盘宽度可根据装车条件计算。,单向行车不调头平行采掘,Wmin = G + B + d/2 + e + s 33m G为挖掘机站立水平挖掘半径10.75m;B为最大卸载高度时的卸载半径13.87m ;采用Webco-120c汽车,d为汽车车体宽度6.2m;e为汽车到安
12、全挡墙距离,取1.5m;s为安全挡墙宽度3.5m。,折返调车单点装车Wmin,Wmin = R + d/2 + L+ 2e + s=33.4m Webco-120c汽车, R=12.4m, d=6.2m, L=11.38m, 设e=1.5m, s=3.5m,折返调车双点装车Wmin,Wmin = 2R + d + 2e + s=37.5m Webco-120c汽车, R=12.4m, d=6.2m, 设e=1.5m, s=3.5m,小结,实际上,由于汽车的灵活性,即使最小工作平盘宽度比用公式计算结果小一些,也可实现调车。但调车的时间会增长,影 响作业效率。 其它供车方式下的最小工作平盘宽度可以
13、仿照上述做法,通过简单的几何分析计算求得。实际生产中的工作平盘宽度一般应大于理论计算值。当采 用一次穿爆两次采掘(或如图15-22所示的横向采掘)时,由于采区宽度 (Wc) 大大增加,工作平盘宽度也将大大增加。,4.2 工作线布置,依据工作线的方向与矿体走向的关系,工作线的布置方式可分为: 纵向 横向 扇形,4.2.1a 工作线布置横向,4.2.1b 工作线布置横向,横向布置时工作线与矿体走向垂直。这种方式一般是沿矿体走向掘出入沟,垂直于矿体掘短段沟形成初始工作面,或不掘段沟直接在出入沟底端向四周扩展,逐步扩成垂直矿体的工作面,沿矿体走向向一端或两端推进。由于横向布置时,爆破方向与矿体的走向平
14、行,故对于顺矿层节理和层理较发育的岩体,会显著降低大块与根底,提高爆破质量。由于汽车运输的灵活性,工作线也可视具体条件与矿体斜交布置。,4.2.2a 工作线布置纵向,4.2.2b 工作线布置纵向,纵向布置时,工作线的方向与矿体走向平行。 这种方式一般是沿矿体走向掘出入沟、并按采场全长开段沟形成初始工作 面,之后依据沟的位置(上盘最终边帮、下盘最终边帮或中间开沟),自上盘向下盘、自下盘向上盘或从中间向上、下盘推进。,4.2.3a 工作线布置扇形,4.2.3b 工作线布置扇形,扇形布置时工作线与矿体走向不存在固定的相交关系,而是呈扇形向四周推进。这种布置方式灵活机动、充分利用了汽车运输的灵活 性,
15、可使开采工作面尽快到达矿体。,5 采场扩延过程与布线方式,5.1 采场扩延的一般描述 5.2 布线方式 5.3 并段,5.1ab 采场扩延示意图,假设一露天矿最终境界内的地表地形较为平坦,地表标高为200m ,台阶高度为12m。首选在地表境界线的一端沿矿体走向掘沟到188m水平(图a)。出入沟掘完后在 沟底以扇形工作面推进(图b)。,5.1cd 采场扩延示意图,当188m水平被揭露出足够面积时,向176m水平掘沟,掘沟位置仍在左侧最终边帮(图c)。之后, 形成了188-200米台阶和176-188米台阶同时推进的局面(图d)。,5.1ef 采场扩延示意图,随着开采的进行,新的工作台阶不断投入生
16、产,上部一些台阶推进到最终边帮(即已靠帮)。若干年后,采场现状变为如图e所示。 当整 个矿山开采完毕时便形成了如图f所示的最终境界。 当纵坡坡度为8%左右时,连续陡坡坡长限制在约350m以内。缓冲平台的坡度一般不大于3%,长度在80m左右。,5.2 布线方式,5.2.1 螺旋布线 5.2.2 迂回布线 5.2.3 固定式布线 5.2.4 移动式布线,5.2.1 螺旋布线,台阶的出入沟沿最终边帮成螺旋状布置,故称为螺旋布线,螺旋布线的特点,螺旋线弯道半径大,线路通视条件好,汽车直进行驶,不需经常改 变运行速度,道路通过能力强; 工作线的长度和推进方向会因采场条件的变化而发生变化,生产组 织较为 复杂; 各开采水平之间有一定的影响,新水平准备和采剥作业程序较为复 杂; 要求采场四周边帮的岩体均较为稳固。,5.2.2a 迂回布线,5.2.2b 迂回布线,出入沟以迂回形式布置在采场一侧的非工作帮上,称为迂回布线。,迂回布线的特点,迂回布线要求布线边帮的岩石较为稳固,地质 条件允许时,一般将迂回线路布置在矿体下盘的非工作帮上,这样可以使工作线较快接近矿体,减