第五章-露天矿山开采安全技术

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1、矿床开采分为露天开采、地下开采和海洋开采。根据露天开采所使用的采掘工具和采运设备的不同，又分为机械开采、人工开采、水力开采和挖掘船开采。金属非金属露天矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为化工原料、饰面建筑材料、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其他非金属矿物（煤炭除外）的露天矿山。目前，我国生产铁矿石近25亿吨，其中约75是用露天开采的。有色金属矿狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称山露天开采的约占50。而冶金辅助原料矿山和建筑材料矿山全部采用露天开采。近年来，国外露天开采的比例也在增加，如在美国，铁矿石露天开采占90，有色金属矿露天开采占88%。第一节 露天开采概述一

2、、露天开采的特点 露天开采与地下开采相比，有以下优点： （1）受开采空间限制小，可采用大型机械设备，有利于实现自动化生产，大大提高了 开采强度和矿石产量。例如，目前世界上最大的露天铁矿年产量已超过6000万吨。 （2）资源回收率高。一般矿石损失率为35，贫化率为58。 （3）劳动生产率高。露天开采因为作业条件好，机械化程度高，所以劳动生产率比地下开采低品位矿石的劳动生产率高。 （4）生产成本低。露天开采的成本一般比地下开采的成本低5075，因而有利于大规模开采低品位矿石。 （5） 开采条件好，作业场所比较安全。 （6）建设速度快，单位矿石基建投资较低。我国大中型露天矿基建一般34年，而大型的地

3、下矿基建时间要710年。一般大型露天矿单位矿石基建投资比地下矿要低13倍。 露天开采的主要缺点有： （1）占用土地多，地表被破坏，环境受到污染。 （2）受气候因素影响大。如严寒、冰雪、酷热和暴雨等对露天开采有一定影响。 （3）对矿床的埋藏条件要求严格。在埋藏较深的矿床，露天开采范围受到限制。 二、露天开采技术的现状及发展方向 我国现有生产露天矿采用的开采程序都比较单一，主要采用缓工作帮、全境界开采方 式。铁矿和煤矿绝大多数采用工作线呈平行走向分布，垂直走向推进的纵向开采方式，少数露天铁矿采用工作线沿走向推进横向开采方式；有色矿山采用部分纵向开采，部分横向开采方式；少数金属露天矿采用分期开采和分

4、区开采。 露天矿开拓的核心问题是运输方式。目前采用的开拓方法主要有铁路运输、公路运输。铁路与公路联合运输、平酮溜井、汽车箕斗联合运输、汽车破碎机带式输送机运输等。 穿孔是坚硬矿岩露天矿的主要生产环节之一。目前我国金属矿山主要采用孔径 250mm的牙轮钻和孔径200mm的潜孔钻，部分矿山使用孔径310mm的牙轮钻和孔径250mm的潜孔钻。在矿岩硬度比较大的露天矿，有用牙轮钻更新现有潜孔钻的趋势。 在我国露天开采的铁矿石、有色金属矿石和冶金辅助原料矿石的发展较快，化工及建 材系统多数属中小型露天矿。近年来，我国露天矿在爆破技术和新型炸药研制方面取得较大进展。在爆破技术方面推广应用大区微差爆破、压碴

5、爆破、减震爆破和光面爆破。在露天矿基建剥离时，成功地进行了万吨级大爆破和数十次百吨级和千吨级的大爆破，掌握了在各种复杂条件下进行松动爆破、抛掷爆破及定向爆破的技术。在炸药加工方面，成功研制出了多种铵油炸药、多孔粒状铵油炸药、乳化炸药和防水浆状炸药。 我国大、中、小型露天矿一般采用14.6m3挖掘机进行采装。这种挖掘机对大型露天矿来说，规格小，效率低，全年效率一般为100120万吨。目前少数大型露天矿采用6m3和7.6m3挖掘机装载，全年效率可达400万吨左右。 露天矿铁路运输采用重80吨、100吨和150吨的电机车和载重60吨的翻斗车。汽车运输一般使用载重2040吨级的自卸汽车。少数矿山使用了

6、100吨级的电动轮汽车，个别矿山还引进了170吨的载重汽车。 我国今后露天开采技术的发展方向是开采规模大型化、工艺设备大型化、工艺连续化 和半连续化、开拓方式多样化和强化开采，并且扩大电子计算机、系统工程等学科在露天矿设计、规划和生产中的应用，便于选择最优方案，并使生产管理现代化。 三、露天矿台阶构成要素 根据矿床埋藏的地形条件，露天矿分为山坡露天矿和凹陷露天矿。它们是以露天开采 境界封闭圈划分的。封闭圈以上为山坡露天矿，封闭圈以下为凹陷露天矿。露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和称为采矿场。 露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开

7、采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段。台阶是露天采矿场的基本构成要素之一，是进行独立剥离和采矿作业的单元体。台阶构成要素如图51所示。台阶朝向采空区一侧的倾斜面叫台阶坡面。它与水平面的夹角叫台阶坡面角（见图51中的3和a）。 台阶上部平台与坡面的交线叫坡顶线（见图51中的4）。台阶下部平台与坡面的交线叫坡底线（见图51中的5）。 台阶上部平台与下部平台间的垂线高度叫台阶高度（见图51中的h）。 开采时，将工作台阶划分成若干个条带逐条顺序开采，每一个条带叫做采掘带。各台阶上部平盘和下部平盘是相对的，一个台阶的上部平盘同时又是其上一个台阶的下部平盘。台阶的命名，通

8、常是用开采该台阶的下部平盘（即装运设备站平盘）的标高表示，故常把台阶叫某水平。 四、露天矿采场构成要素 露天矿采场构成要素如图52所示。由结束开采工作的台阶平台、坡面和出入沟组成的露天采场的四周表面称为露天矿场的非工作帮或最终边帮（见图52中的AC、BF）。位于矿体下盘一侧的边帮叫做底帮，位于矿体上盘一侧的边帮叫做顶帮，位于矿体走向两端的边帮叫做端帮。正在进行开采和将要进行开采的台阶所组成的边帮叫露天矿场的工作帮（见图52中 的DF）。工作帮的位置是不固定的，它随开采工作的进行而不断改变。 通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面，叫做露 天矿场的非工作帮坡面或最终

9、帮坡面（见图52中的AG、BH）。该帮坡面是代表露天矿场边帮的最终位置，在分析研究问题时，用它代替边帮的实际折线可使问题简化并保证足够的精确性。最终边帮坡面与水平面的夹角叫做最终帮坡角或最终坡面角（见图52中的、）。 通过工作帮最上一个台阶坡底线与最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面，叫做工作 帮坡面（图52中的DF）。工作帮坡面与水平的夹角叫做工作帮坡角（见图52中的）。 工作帮的水平部分叫做工作平盘（见图52中的1）。即台阶构成要素中的上部平盘和下部 平盘，它是作为安装设备进行穿孔爆破、采装和运输工作的场地。 最终帮坡角和工作帮坡角在露天矿设计和生产中有十分重要的意义，其大小直接影响 露天开

10、采境界和露天矿的生产能力。 最终帮坡面与地表的交接线为露天矿场的上部最终境界线（见图52中的A、B点）。 最终帮坡面与露天矿场底平面的交线为下部最终境界线（见图52中的G、H点）。上部最终境界线所在水平与下部最终境界线所在水平的垂直高度为露天矿场的最终深度。 非工作帮上的平台，按其用途不同可分为安全平台、运输平台和清扫平台。 安全平台（见图52中的2）是用作缓冲和阻截滑落的岩石，同时还用作减缓最终帮坡角，以保证最终边帮的稳定性和下部水平的工作安全。宽度一般为台阶高度的l3。 运输平台（见图52中的3）是作为工作台阶与出入沟之间的运输联系的通路。它设在与出人沟同侧的非工作帮和帮沟上，其宽度由所采

11、用的运输方式和线路数目决定。 清扫平台（见图52中的4）是用作阻截滑落的岩石，并用清扫设备进行清扫。它又起安全平台的作用。每隔23个台阶在四周的边帮上设一清扫平台，其宽度依所采用的清扫设备而定。在凹陷露天矿，由上而下进行掘沟、剥离和采矿工作。从上部工作水平依次的推进到境界，下部水平依次地开拓和准备出来，旧的工作水平依次不断结束，新的水平陆续投产，这是露天矿在整个开采期间的客观规律。掘沟、剥离和采矿三者之间的关系是相互依存和相互制约的。为了保证露天矿正常持续生产，它们在时间和空间上必须保持一定的超前关系，必须遵循“采剥并举、剥离先行”的方针组织生产。否则露天矿的正常生产秩序必然遭到破坏，造成采剥

12、失调，剥离欠量，掘沟落后，生产下降的被动局面。这在一些露天矿中有着深刻的教训。因此在矿山生产中必须有计划的组织好各项矿山工程的进行。 五、露天矿山剥采比 露天开采与地下开采相比，重要特点之一是要进行大量的剥离。为了采出矿石，需要剥离一定数量的岩石。剥离的岩石量与采出矿石量之比，即每采一吨矿石所需剥离的岩石量叫做剥采比。其单位可用吨吨、立方米立方米（或吨立方米）表示。剥采比在露天开采设计、采掘计划编制以及指导日常矿山采剥生产中是一个重要的参数。 露天矿设计和生产中常用的剥采比有平均剥采比、分层剥采比、生产剥采比、境界剥采比、经济合理剥采比等。 在露天矿开采设计中，通常采用境界剥采比不大于经济合理

13、剥采比的原则来确定露天矿合理开采的深度（平均剥采比也不应大于经济合理剥采比）。 六、露天矿山的主要安全问题 露天矿的安全技术是用来研究露天开采过程中造成伤亡的不安全因素及其控制措施。在设计生产过程中的开拓、采矿、机械设备和各种工艺流程的同时，就要采取确保安全生产的各项措施。 露天矿的主要安全问题有以下几方面。 （1）爆破作业安全问题 爆破作业中有较多的不安全因素，包括爆破准备、药包加工、装药、起爆、爆后检查等。爆破地震波、冲击波、飞石可对人及建筑物产生危害，早爆和盲炮处理可引起大的安全事故。 （2）机械运行的安全问题 在穿孔机，潜孔钻、牙轮钻行走作业时，由于露天作业条件恶劣可引发各种安全事故。

14、电铲作业时机械室内、电铲作业范围内、电铲向汽车装载时，以及电铲作业台阶岩块悬浮倒挂、盲炮等都存在不安全因素。 （3）交通运输的安全问题 露天矿铁路运输中撞车、脱轨、道口肇事、线路弯曲、下 沉，行驶过程的制动、调车时的摘挂车可引发事故。矿用汽车运输作业时的制动失灵、夜间照明不良、路况不好、行驶过程中翻斗自起等均可导致事故。露天矿带式运输作业中，由于保护罩安装不当，人员靠近胶带行走引起伤人等。 （4）露天矿山用电安全问题 露天矿使用的三相交流电、采场移动设备的高压胶缆， 各种接地保护失灵、各类电气设备的安装检修都存在不安全因素。 （5）边坡稳定及防排水的安全问题 露天矿边坡的滚石、塌方、滑坡等事故对矿山生产及机械设备、人身安全危害极大，凹陷露天矿由于暴雨等灾害性气候可引起采场淹没。 （6）阶段构成的安全问题 由于露天矿阶段构成要素在设计和生产中选择不当，边坡 存在安全隐患和引发事故。因此，露天矿阶段高度、工作阶段坡面角、非工作阶段的最终坡面角和最小工作平台宽度等应严格按照有关规定和设计的要求执行。 七、露天开采矿山安全生产的基本条件 （1）工作帮和非工作帮的边坡角、台阶高度、平台宽度及台阶坡面角应符合安全规程 的要求，影响边坡的滑体采取了有效的措施。 （2）采矿方法和开采顺序合理，并符合安全规程的要求。 （3）采矿、铲装、运输设备的安全防护