金属矿露天开采教学案例

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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