露天矿开采基本知识培训(

露天矿开采基本知识培训讲座

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主讲：第一节露天开采的基本概念及述语

露天采矿的目的，是从地面把地壳中的有用矿物开采出来，为此按一定工艺过程，把岩石从整体中开采出来的全部工作，总称露天矿山工程。

在地壳的构成物——岩石——中，含有对人类有用的成人，如煤、金属等。有用成分含量高或品质优良、适于工业应用的岩石，称为有用矿物。不含有用成分或含量不足以工业应用的岩石，称为剥离物，包括表土、围岩和夹石。剥离物常被称为废土、废岩等。有时，为了揭露矿体或矿层，还需排除积雪、积水。

有用矿物和剥离物的含义是相对的。从露天矿采场采出的某些废石，可作建筑材料或其他用途。许多品位低、加工困难的含矿物料，可能曾经或正在按剥离物处理；随着选矿、冶炼技术的不断提高或开采成本的不断下降，已经或将会成为适于工业应用的有用矿物。有的岩石，开采之初被当作剥离物排弃，而开采过程中却发现其中含有宝贵的有用成分。

有用矿物在地壳中的集聚体称为矿体。层状的矿体称为矿层，

如煤层、铁矿层等。矿体的赋存地称为矿床，煤矿床常被称之为煤田。

划归一个露天矿开采的煤田或其一部分，称为露天矿田。用矿山设备进行露天矿山工程的场所，称为露天矿场。露天矿场常被称为采场、掘场、采石场等。从事露天采矿的矿山企业称为露天矿。有时，露天矿就是露天矿场的同义词。

露天开采是在一定范围内敞露的空间里，将掩盖在矿体上部的表土及周围部分的岩石剥除掉，而把矿石开采出来。因此为了采出矿石，还必须开采矿石。专业术语还包括：

1．台阶（bank）：（图1-1）开采时，自上而下把矿岩划分成具有一定厚度的水平分层，用独立的采掘、运输设备进行开采，各分层保持一定的超前关

系，从而形成阶梯状。

台阶由以下要素

构成：上部平盘、下

部平盘、坡面、坡顶

线、坡底线、高度、

坡面角。

台阶坡面角：台

阶坡面和水平面的交

角。

1、台阶分：

工作台阶——工作平盘布置采掘、运输设备。

非工作台阶——保安平台：用于缓冲和阻截滑落岩石，减缓边坡角。

清扫平台：阻截滑落岩石并用清扫设备进行清理。

运输平台：作为工作台阶与出入沟运输的联系通道。

2、工作线（Avdvance line）——已经做好准备而形成的矿岩区段。

3、采掘带（excavation

zone）：开采时将台阶划

分为若干个条带，逐条顺

次开采，每一个条带叫做

采掘带。

3、参数：

宽度实方……取决

于爆破方法和参数。

4、电铲…取决于电铲的挖掘和卸载半径。

5、采区（working section ）每一条带开采时也可划分为若干区段配以独立的采运设备。

参数：

长度…一条电铲所占的采掘工作线长度。

6、露天坑道：

按用途分：（1）出入沟…建立开采水平间的运输通道。(Bl—4中的AB)。

（2）：开段沟…建立第一条工作线（初始台阶）见图l—4中的

CD。

按

断

面形状分：整断面（1－5 a）,单侧沟（1－5 b）

7．露天矿场（open pit）已经进行和正在进行露天开采的区域，

由台阶和露天坑道形成。

山坡露天：封闭圈以上。凹陷露天：封闭圈以下。

构成要素：

（1）边帮：露天矿场四周表面的总体，分：顶帮、底帮（slope）、

端帮

（2）工作帮：（working slope），非工作帮（slope of respose）

（3）工作帮坡面及工作帮坡面角

（4）非工作帮坡面及最终边坡角。

（5）上下部最终境界线……开采结束时，非工作帮坡面与地面

或露天矿底平面相交的闭合曲线。

（6）露天矿场最终境界：上下部最终境界线所限定的位置。

第二节露天开采的一般程序、工艺环节和矿床分类

一、露天开采的一般程序

露天开采的必要前提是有适宜的矿床。矿床是否适于露天开采，最好在地质勘探的初期就作出评价。适宜露天开采的矿床，经过进一步勘探提出了满足露天矿设计要求的地质报告（包括围岩的工程地质资料和水文地质资料）；经批准后，才可由设计部门进行设计。

露天矿经过详尽设计，设计书经主管部门审查批准后，才能进行建设。此后的露天矿建设和生产的一般步骤如下：

1、地面准备。把交通线、输电线引入矿区，在进行开采的地区清除或迁移天然和人为的障碍物，如树木、沼泽、村庄、厂房、道路、水渠、坟地……等等。

2、矿区隔水和疏干。截断通过开采地区的河流或把它改道，疏干下水，使水位低于要求的水平。

3、矿山基建工程。包括开掘沟道，建立地面到开采水平的道路；建立工作线，进行基建剥离以揭露开采的矿体；建立运输线、排土

场、桥梁等；建设地面工业设施和必要的民用建筑。

4、日常生产。矿山基建工程在开辟了必要的采剥工作线，保证达到一定采矿能力后即可移交生产。一般，再经一段时间，才能达到设计生产能力。已经开采过的地区要挥霍定进行复土造田。

露天矿区的建设和生产是十分复杂的工程工程。土地的购置，设备的采购、安装和调试，人员的培训，组织经管机构的建立，以及复土造田等等，牵涉面很宽，相互间联系密切。为了缩短工期，节约资金，全面、周密的统筹，十分必要。

露天矿经较长时间的生产后，可能进行改建，以提高产量或进行技术改造。改建中，可能要扩大开采境界，改变工艺系统、设备类型和规格，所有这些，也十分复杂，需作出详尽的设计研究，并有效地组织实施。

二、露天开采工艺环节

露天矿的剥离和采矿工程包括以下生产环节：

1、矿岩准备。采掘设备能直接从整体中采落的松散土岩，无需这一环节；其余矿岩都要在采掘前作好准备。矿岩准备常用的方法是穿孔爆破。个别情况下，也有用机械方法矿岩，或用水使土岩松软。

2、矿岩采掘和装载。采掘和装载主要由挖掘机或其他设备来完成，这是露天开采的核心环节。

3、矿岩移运。即把剥离物运到排土场，有用矿物运往规定的卸载点。矿岩移运是联系露天矿各生产环节的纽带，所需设备多，消耗动力、劳力多，是日常生产经管中变化最多和最繁忙的环节。

4、排卸。即剥离物的排弃，有用矿物向破碎、选矿厂的受料仓卸载。排土场占地面积大，应引起充分注意。

为保护土地，消除污染，露天开采中常常要把采矿破坏了的土地恢复到具有一定的经济价值。

三、适合露天开采的矿床分类

在选择露天开采工艺系统、开拓系统和开采程序时，首先必须考虑矿床的埋藏条件，即矿体开关、厚度、层数、矿岩性质、地形等等。

陆地矿床按与地面基准水平的关系，分为基准水平以上的矿床和基准水平以下的矿床。前者，矿岩运输可利用重力，减少能耗；后者需把矿岩向上提运，耗能大。

按矿体开关，矿床分为规则和不规则两种。煤层、水成非金属矿层以及许多金属矿层，多属规则矿体，许多金属和非金属矿体属不规则矿体。

按露天开采的工艺特点，层状矿体分为水平和近水平矿床（倾角<5），缓倾斜矿床（倾角5～10）,倾斜矿床（倾角10～45）和急倾斜矿床（倾角>45）。近水平和缓倾斜矿床，一般可进行内排土；倾斜和急倾斜矿床一般不能进行内排土，但在分区开采时，在首采区采完后，可将下一采区的剥离物排入前一已采完的采区。倾斜矿床在露天开采中，一般无须在矿床底盘扩帮，急倾斜矿床则一般需在矿体底盘扩帮。

按开采矿层的厚度，露天开采的矿体可分为薄层，中薄层，中厚层和厚层。薄矿床厚度在0.5～1.0m以下，当成累层时，难以选

采，但可考虑混采；单独成层时，难以采出。中薄矿体厚度在1.0～3.5m之间，可以比较容易地进行选采。中厚矿体厚度在3.5～10m之间，选采容易，一般可建立纯矿台阶进行采矿。厚矿体厚度大开10m，一般在水平和近水平时需把矿体分成一个以上台阶进行采矿。

此外，还可按矿层数目分为单层矿床和多层矿床；按围岩性质分为软岩矿床（无需爆破）、中硬矿床（需松动爆破）和硬岩矿床（要爆破，且有一定抛掷）。

第三节露天开采工艺过程

露天矿剥离和采矿，包括一系列生产环节，其中主要生产环节是：采掘－运输－排卸（排土、卸矿）

围绕这三个主要生产环节的还有一系列辅助生产环节，如：设备维修，动力供应，防排水，等等。

这三个主要环节中，采掘是直接和岩层发生作用的环节。它受矿床地质和气候环境的直接影响，在露天矿生产中最为重要。运输是联系采掘和排卸的纽带，它是露天矿生产中占有设备、消耗能源和人力最多的环节。物料的经济、合理排卸是露天矿生产必不可少的要求。

辅助环节是保证主要环节顺利进行的必要条件，没有辅助环节的保证，露天矿生产就不能进行。

每一生产环节，往往由几个生产工序组成，例如，采掘环节中的穿孔，爆破、采装、运输线路移设等；推土犁排土中的翻车、推土、线路移设等。

露天矿各生产环节和工序是统一的整体，既相互联系，又相互制约。露天矿生产中经常、大量遇到的问题，就是正确处理各生产环节和工序之间的各种矛盾，有计划地、均衡地、有节奏地进行生产，达到安全、经济、高效的目标。

露天开采工艺系统是完成采掘、运输和排卸这三个环节的机械设备和作业方法的总称。针对各种机械的作业原理，露天开采工艺系统可以分为以下三大类别：间断式工艺，连续化工艺，半连续化工艺。

间断工艺是指在三个主要生产环节中，矿岩的采掘和运输是间断进行的工艺。例如：机械铲是一勺一勺地装车，列车或汽车是一车一车地运输岩石。每装载一勺或运送一车矿岩，设备相应地完成一个循环或周期。这种工艺也称为循环式工艺或周期式工艺。

连续工艺是指矿岩的采掘和移运是连续进行的工艺。多斗挖掘机和胶带输送机上的矿岩流就是如此。这种矿岩流只要设备正常作业，就会不间断地进行。故而，这种工艺也称为流水工艺。

半连续工艺是部分生产环节连续作业的工艺。例如，机械铲把矿岩装入破碎机，破碎后由胶带输送机运送的工艺系统，就是典型的半连续工艺系统。

按照生产环节中的设备状况，露天开采工艺系统又可分成以下两组：1、独立式工艺；2、合并式工艺。

所谓独立式工艺，是指三个主要生产环节各有独立的设备的工艺。例如，由机械铲（采掘）、汽车（运输）和推土机（排土）组成的工艺系统；由轮斗挖掘机（采掘）、胶带（运输）和排土机（排土）

组成的工艺系统；等等。显然，独立式工艺系统可以是间断的、连续的、或半连续的。

所谓合并式工艺，是指主要环节中有两个或三个是合并在一起，由同一设备完成的工艺。剥离物直接倒堆是一种典型的合并工艺。这时剥离设备既进行采掘，又进行运输和排土，拖拉铲运机作业也是合并工艺，这种设备既进行采掘，又把土岩运往排弃地点，进行排土。合并工艺也可以是间断的，例如用机械铲倒堆；也可以是连续的，例如用带悬臂的轮斗挖掘机倒堆。

露天矿山工程的发展程序，如前所述，从露天矿场采出矿石和岩石是从一定工艺过程实现的，这种工作总称为露天矿山工程。

露天矿山工程：按施工对象分：剥离工程和采矿工程。按施工形式分：掘沟工程和括帮工程。

矿山工程的发展按一定程序进行的。

对于一个台阶：掘出入沟开段沟扩帮

对于上下水平：掘沟与扩帮同时进行，即上部水平扩帮的同时下部水平掘沟，于是：

矿山工程深度不断增加，直到最终开采深度。

各开采水平的工作线从最初开段沟的位置不断向外推进，直到最终边界。

露天矿场在发展过程中，逐步由小变大，由浅至深，

不断采出矿石和剥离岩石，直至最终境界范围内开采终了为止。露天矿山工程的发展程序的本质特征是渐进的即开采工作要不断在空间移动，台阶工作线不断扩展推进，露天采场随之逐深扩大。

综述露天采矿工作特点：生产对象是天然赋存矿岩，开采地点及生产条件不断推移变化，旧水平不断结束新水平陆续投产，构成了采矿过程从准备到生产又从生产到新的准备的循环运动规律，使掘沟、剥离、和采矿三者之间总是保持相互依存和相互制约关系。

第四节露天矿开采程序

露天矿场是一个空间形状复杂的几何体，它由三个复杂的空间面——地表面，矿场面和矿场四周的边帮——所包罗。

每个具体露天矿场的形状，各不相同，长宽约数百M至数公里，深自数十M至数百M。露天矿场境内的矿岩量则多达数千万至数十亿立方M。

整个露天矿场内如此庞大的剥离和采矿工程量，是采用一定的开采工艺，按照一定的程序开采出来的。完成露天矿场内岩石剥离和采出矿石的程序称露天矿开采程序，或称剥采工程发展程序。

为了建立初步的、也是基本的概念，先来看一下相信两个台阶的开采程序。

1、首先开掘自地表＋0标高到第一台阶下部平盘的出入沟；

2、沿台阶全长开掘开段沟；

3、在开段沟旁建立采掘工作面，在工作面推进过程中，逐条开采采掘带，每采一个采掘带，使工作线推出一个采宽。在上部台阶

工作线推出一定宽度后，下部台阶才能开掘出入沟和开段沟，然后下台阶工作线进行推进，上台阶工作线则相应地继续推进。

出入沟——开断沟——推帮，这是露天矿剥采工程发展的一般程序，亦是台阶的一般开采程序。相邻台阶的工作线发展在空间上则存在一定的制约关系。

在露天矿开采境界的范围内，矿石的品位、品种、有害物质含量、厚度、以及覆盖岩石的厚度等等，其分布或多或少都是不均匀的。因此，不同的开采程序还将影响到露天矿的开拓运输系统和矿石的运输距离。它们都将显著地影响到露天矿的矿岩运输费用和整个经济效果。影响露天矿开采程序的因素很多，其中主要的有以下几个方面：

1、矿体埋藏条件。采矿工业与其他工业相比，有一个显著的特点是开采对象都具有各自不同的特征。可以说世界上没有埋藏条件完全相同的露天矿，因此，因地制宜地安排一个露天矿的开采程序是很必要的。当然，在个性中寓有共性的东西，我们要善于研究和归纳一般性的规律，用以指导解决各露天矿特殊的开采程序问题。

2、露天矿场的空间几何形态，即露天矿场的长度、宽度、深度、高度，以及形状的变化。露天矿场的空间几何形态是由矿体埋藏条件和有关技术经济因素所决定的。

露天矿场的空间几何形态和矿体埋藏条件，决定了不同类型的岩石和不同品种和品位的矿石在空间上的分布。

3、露天矿开采工艺。露天矿的开采工艺在技术上对露天矿开采程序有一定的要求。一般情况下露天矿开采工艺影响露天矿开采程

序。但是，有时由于上述露天矿场的空间形态、矿体埋藏的条件、以及气候条件等等，趋向于采用某种合理的露天矿开采程序。这时露天矿开采程序也会影响到露天矿开采工艺的选定。两者是互为联系，相辅相成的。

4、露天矿开拓运输系统。一般情况下，露天矿开拓运输系统应确保露天矿按一定开采程序发展过程中各个时期的运输通路和最短的运距。但是，设置运输通路的可能性和合理性，以及缩短运距的要求，也会反过来影响露天矿的开采程序。因此，研究和确定露天矿开采程序时，也必然地要考虑露天矿的开拓运输系统和合理的开拓运输系统对开采程序的影响。在内排土场的情况下更是如此。

在内排土的情况下，露天矿开采程序和内排土场的发展是有机联系在一起的，相互间的合理配合，将对减少外排量和缩短运输距离产生显著的有利影响。

5、露天矿的生产能力和建设速度的要求，一定程度上也影响到露天矿的开采程序。

6、矿石质量。不同的开采程序一方面会影响到露天矿采出矿石的贫化率；另一方面，当矿石质量在露天矿场空间范围内有显著变化时，不同的开采程序也将影响到露天矿逐年采出矿石的平均品位、品位波动及有害物质含量等指标，从而影响露天矿的生产效果。

露天矿合理的开采程序应使露天矿生产达到安全、经济、持续高产和使有用矿物得到充分的利用。然而，对露天矿生产效果的影响，露天矿开采程序虽然是一个重要的因素，有时甚至是主要的因素，但它并不是唯一的，也不是孤立的。在一定的矿体埋藏条件和

露天矿开采境界的条件下，开采程序与开采工艺，开拓运输系统等一系列技术因素综合决定露天矿的生产经济效果。而经济效果的大小，又将影响最初圈定的露天开采境界。

露天矿开采程序也可称为剥采程序，前者从开拓和采矿的角度，后者则从剥离和采矿的角度来反映完成露天矿场内剥离岩石和采出矿石的整个过程。