露天矿开采工艺

绪论

金属矿床开采按不同的埋藏条件，主要有以下三种方法：

①露天开采，

②地下开采，

③砂矿床开采，

目前主要是机械化采掘，本课程主要讲机械化露天开采的方法。

一、露天开采的基本概念及述语

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。

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。

参数：

宽度 1、实方……取

决于爆破方法和参数。

2、电铲…取决于电铲的挖掘和卸载半径。

4、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。

5、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）

6．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。

二、露天开采工艺过程

穿孔－爆破－采装－运输－排卸

工艺形式分：间断式工艺，连续化工艺，半连续化工艺。

这几个生产环节是互相紧密配合的，因而在不断完善各生产环节的同时，还必须考察他们的联系，以便提高全露天矿的综合生产能力。

三、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：

1、矿山工程深度不断增加，直到最终开采深度。

2、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。

3、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。

第一章露天矿生产工艺综述

Chapter 1 the summarigation of production technology in surface mining

第一节穿孔爆破工作

（drilling and blasting operation）

一、概述

矿岩采掘前要进行准备，其方法有：穿爆法，机械法（犁

土机松破，推土机堆集），水力法。

常用穿爆法，对于爆破后的矿岩有如下基本要求：

1、有足够的爆破贮备量,至少能满足电铲5一10昼夜的采装需要。…

（对矿岩数量上的要）。

2、要有合格矿岩块度要求： ( 质量上的要求)

电铲:a<=0.8 3厂v

破碎机:a<=0.8A

胶带机:a<=(0.3—0.4)B

3、要有规整的爆堆和台阶。

4、安全:减震、减少冲击波，注意碎石抛掷。

经济:爆破本身的经济：合理的装药结构、起爆方式、爆破方法、总的采装运输经济效果。

二、穿孔设备的选择和使用

根据岩石破碎方式有：

1、牙轮钻机（rotary drill）

属回转式钻机：五○年代兴起，美国，加拿大，澳大利

亚露天矿几乎全用。

西方国家主要使用美国产品：孔径为?250、310、380。

比塞骆斯－伊利（B-E）R型。加登纳－丹佛（gardner －denver）GD.n 。马里思（Marion）M－4。

东欧国家用苏联产品：cbm－250cμ,cbm－320 ,bam－

320。

我国:KY－250c（XYZ－250c）

υ＝0.383pn/fD1（厘米/分），p－轴压（千牛顿），h

－转速（转/分），f－岩石坚固性参数，D1－钻头直径（厘米）。

1)强制钻进：高压轴（300－600k/v）低速（150转/

分以内）

2)高速钻进：低压轴（100－200 k/v）高速（300转/

分）

大冲功低频率（每厘米为卡8－10卡/千米，850－1300次/分）…合理

小冲功5.5－7，高频率（1900-2500）

评价：效率高 4000－6000米/月，最高 10000米/月是钢绳冲击式4－5倍，孔径大台年穿孔量达400－600万吨，最高1200万吨/年，是潜空钻机2－4倍。

应用：用于大型金属矿山中硬以上的矿岩穿孔。

2、潜孔钻机（down－the－hole percussive drill）

属冲击回转式，潜孔技术早在1932年由美国英格索－兰法（ingersell rand）公司首先推出。最初用于地下矿崩落法，五○年代初才用与露天矿。

型号：国外 T－5（大型） DM－3（中型）

我国 KQ－150A KQ－200 KQ－250

评价：孔径小，能穿凿各种不同倾角的炮孔有利于矿石分采和合理控制品位、块度，结构简单、操作维修方便、价格便宜、设备效率发挥较好。3000－4000米/台月，适用于中小型露天矿。

υ＝1.27ank/D2E a－冲击功公斤?米

n－冲击频率次/分

k－冲击波利用参数

E－岩石凿碎功比耗公斤?米/厘米3 D－钻头直径厘米

3、火钻（jet piercing drill）jpm型

储高温(1600℃－3000?C)、高速(1100一1800m／s)的火焰喷向岩石表面,使岩石在热力作用下骤热、膨胀、碎裂、剥落成孔。火钻的穿孔机理就是建立在岩石受热产生不均匀变化的基础上，因此适用于热容量小、导热性差、膨胀性大的岩石。

优点：在极硬而且磨蚀性强的矿岩中穿孔效率6－10米/小时，同时还可以进行扩孔作业。

缺点：消耗大量的柴油和氧气(或压气)，穿孔成本很高。

（关于各种钻机穿孔效率的分析，可参阅教材内容自学）。穿孔设备数量计算。P17

三、爆破作业

爆破技术已再《爆破工程》课中详细学到，现只把露天矿用的爆破方法作一归纳。

正常台阶爆破。

1、多排孔微差爆破（multiple－row delay

blasting）

机理：产生新的自由面，应力波的叠加，岩石互相碰撞，

地震波的互相干扰。

微差间隔时间：25－50毫秒起爆顺序：－逐排，斜线，波形，掏槽

优点：一次爆破量大，减少爆破次数和避炮时间，改善爆破质量，减少大块，提高穿孔效率。

2、大巴微差挤压爆破（buffer blasting）

保留一定厚度的堆渣：一方面能延长爆破的有效作用时

间改善炸药能的作用和破碎效果，另一方面能控制炸堆宽度避免矿岩飞散，但要求台阶平盘宽度增加，爆堆高度大，炸药消耗量大。

3、高台阶爆破。（high bench blasting）

成倍的增大爆破量，有利于穿爆、采、运工作平行作业，爆破集中，改善爆破质量减少超钻开孔量，提高穿钻开孔效率。

但穿钻深度大，钻机作业困难，台阶下部夹制作用大，质量不易保证。

几点帮爆破：

a)多段微差爆破－采用更多段数可分离各段爆破地震波，减少地震作

用。

b)预裂爆破…先爆密集的预裂孔，采用不偶合装药，使采掘爆破地震

波在裂缝面上被吸收产生较强的反射，以削弱地震波的强度。

c)光面爆破…主要用于处理边坡使坡面岩壁平整。（后爆密集孔，不偶

合装药）。

d)缓冲爆破…常与预裂和光面配合使用即在密炮孔与预裂孔间（光面

孔）间打若干排、缓冲孔抵抗线装药量逐渐递减）。

第二节采装工作

（loading operation）

采装工作是露天开采全部生产过程的中心环节，采装工作的好坏直接影响到矿床的开采强度露天矿生产能力和最终经济效果。因此，如何正确选择采装设备采用良好的工作方法，以提高采装工作效率对搞好露天矿生产具有及其重要的意义。

一、露天矿用的采装设备

主要是使用：挖掘机、前端式装载机。

分类如下：

single …bucket shovle

dragline

Excavator

multiple(continuous)-bucket chain bucket excavator

bucket wheel

front-end loader

1、机械铲（shovle）

工作间断式，有较强的挖掘力，适用于挖掘各种不同硬度的矿石，可用于采矿、剥离、排土、掘沟、捣堆等工作。

铲斗与悬架钢性连接，挖掘电铲站立水平以上的矿石。随着露天矿规模不断扩大，机械铲规模也增大。

⑴、装载机械铲

矿山以使用的最大斗容量为 19 米3，常用 4～11.5米3。

美国产品：

B-E公司： 280-B (10.6米3)

195-B (7.6米3)

295-B (15.2米3)

Marion： 191-M、192-M

Harnischfeger： P&H 2100 (13米3)

P&H 2300 (16.8米3)

P&H 5700 (38米3)

苏联产品：Зkt－4、Зkt－8N、Зkt－20

国产：WK－4（4.6米3)、WD－800 （8米3) 、WD－10 （10米3)

⑵、剥离机械铲

已制出6360－M（137.5米3)

美国皇后河煤矿使用Marion生产的95.6米3剥离铲臂长68.6米可一次剥离38米厚度岩层每小时剥离矿砂和页岩3800米3。

2、索斗铲（dragline）

铲斗与悬架挠性连接，挖掘电铲站立水平以下的矿岩。主要用于不需爆破的松软岩层和半黏结性土壤的剥离工作。工作规格大，效率高。

美国俄亥俄州的曼其奈露天矿使用4250－W铲斗容168米3生产能力达3400万米3/年。

3、斗轮铲（bucket wheel）

连线作业式采装，常与带式运输机配合组成连续生产工

艺系统。目前在金属矿已有发展，如苏联列别金铁矿剥离废石每小时生产能力达1000－3000米3。

卸载方式：前卸、后卸、侧卸。引导方式：轮胎、领带。

传动方式：机械、电、液压。操作系统：钢绳、滑轮、液压。

4、前装机（front----end loader）

是一种自铲自运设备，行走速度快，机动灵活，爬坡能力大（20度左右）作业效率不受台阶低的影响，因此，近年来前装机在露天矿作业中占愈来愈大的比重。

目前常用于①装车②直接装运③高台阶排土场倒运④辅助作业⑤与挖掘机配合⑥掘沟

国内用柳州工程机械厂出的Z450和Z4－4（2.7米3)在广西水泥厂石

灰石矿和福建潘洛矿用。并引进了日本川崎产品的KLD－100(5米3)在南芬和海南做辅助设计用。

二、机械铲的工作参数及作业方式

1、工作参数

挖掘半径（Rw）:最大（Rwm），站立水平（Rwz）

挖掘高度（Hw）：最大（Hwm）

卸载半径（Rx）

卸载高度（Hx）

下挖深度（Kw）

2、作业方式：侧面平装车，侧面上装车，端工作面层尽头平装车，捣堆作业。

三、电铲采装工作面要素

1、工作面高度（height of bench）

受各方面因素限制：如电铲工作参数、矿岩性质和埋藏条件、穿爆工作要求、矿床开采强度以及运输条件。

1)电铲工作参数的影响

平装车挖掘不需爆破的岩土h≤Hwm

a)从安全出发

坚硬岩石爆堆高度：h≤（1.2……1.3）Hwm 从效率出发：h≥2/3H t

b)上装车

h≤H xm-h c-e x

h≤(R xm-R wz-C)tgα

2）其它因素

a)矿岩埋藏条件：保证稳定和台阶矿岩性质一致

b)开采强度：h大降低水平推进速度和延深速度

c)运输条件：h大可减少台阶总数，简化开拓运输系统

d)矿岩损失贫化：h小有利于减少矿岩混杂面积

2 、采掘带宽度（width of excavation zone）

实体采掘带宽度：需爆破的坚硬岩石取决于爆破参数，底盘抵抗线和排距。不需爆破直接挖掘的松岩与电铲采掘带宽度相同。

电铲采掘带宽度：

过窄：电铲移动频繁，减少作业时间，生产能力降低，增加履带磨损，铁运增加移道次数

过宽：挖掘条件恶化，采掘带边缘满斗程度低，残留矿岩多，清理工作量大。

通常：b c≈(1～1.5)R wz

对于铁路运输还应满足下列条件：

b c≤R xm+R wz-C

3、采区长度（length of working section）

较短的采区使每一台阶可设置较多的电铲工作面，但不能过短，应根据电铲和采装的配合，矿岩分布及矿石品级变化，台阶的计划开采以及运输方式等条件确定。

①保证足够的采装爆破量

L min=N(5～10)Q/q

q—单位工作线长爆破量 N—作业分区数，一般N=3

②满足不同运输方式的要求

铁路运输 Lmin≦（2～3）列车长（400米左右）

汽车运输 Lmin≦150～200米

4、工作平盘宽度（width of working bank）

应按采掘、运输及动力管线等设备的安置和通行等条件加以确定。

Bmin=b+c+d+e+f+g

c—铁路中心至爆堆坡底线距

d—汽车道宽或铁路中心间距

e—至动力线杆距

f—动力线杆至台阶稳定边界线3～4米

g—安全宽。

四、单斗挖掘机生产能力

挖掘机生产能力是一项很重要的技术经济指标，全矿挖掘机总生产能力也就是矿山采剥总量，所以充分发挥挖掘机的能力，对保证完成或超额完成矿山计划的采剥量有着直接的关系。

研究挖掘机生产能力的目的：①组织矿山生产时，能充分挖掘生产潜力，保证稳产、高产②制定采剥计划或矿山设计时，能确定出符合实际情竞的指标。

1.挖掘机生产能力的确定

方法：①对比法：根据实际统计进行！对比，以便挖掘潜力改进生产或设计矿山时，对比其他类似条件的矿山指标确定。②分析计算法：

小时技术生产能力：

Q J=3600EK w/t wc，K w=K m/K s( K m=V S/E K S=V S/V C K W=(V S/E)/(V S/V C)=V C/E )

所以实际测量：K W可用K W=V/NE计算

实际班生产能力：

Q B=Q J×T×η Q N=Q B×M W (米3/班)

η—班工作时间利用系数，即装车时间点班工作时间的比例，推土机平整场地，等车，设备故障，交接班，铁路运输的移道等。

2.影响挖掘机生产能力因素的分析及提高信息途径

1)缩短挖掘机工作循环时间，提高满斗程度。

一般挖掘占20～30%两次回转占60～70%，卸载占10～20%

①提高操作技能，使每一操作迅速而准确。

②加强设备的维护保养，保证机器各部性能良好，使之运转快速而稳定。

③采用合理的采装方式和工作面尺寸，使挖掘机和车辆的位置适当，保证

小角度装车。

④充分利用等车时间，做好装车前的准备工作，包括松动、捣置和清理工

作面的矿岩，挑选不合格大块等。

2）改善爆破质量，保证穿爆储备量。

3）及时供应空车，提高挖掘机工时利用。

η=η1×η 2

η1—空车供应率，即因等车而引起的挖掘机的工时利用。

η2—除供车条件外，由于其他因素的影响而引起的工时利用。

η1=t z/t z+t r+t o

t z—装车时间 t r —入换时间t o—欠车时间

对于铁路运输：t r与工作平盘配线线方式有关。

尽头式配线:t r1=2×60((L o+0.5L)/v)+L?或 t r2=2×60((L o+0.5L)/v)+L?

减少欠车时间主要有合理的车铲比，关于此分析在下章评述。

4）加强设备维修，保证有较高的出勤率。

第三节运输工作

（hauling operation）

露天矿常用运输方式：

1）自卸汽车运输（truck haulage）

2）铁路运输（railroad haulage）

3）胶带运输机运输（belt conveyor）

4）斜坡箕斗提升（inclined skip hoist）

5）联合运输（combined haulage）

第四节排土工作

（spoil (waste) disposal）

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，用一定方式进行堆放岩土的作业称为排土工作。接受排弃岩土的场地称作排土场（或废石场）spoil (waste) bank

根据露天矿采用的运输方式和排土机械不同，排土方法可分为：

排土犁（spreader plough）

铁路运输电铲 (shovel)

前装机(front-end loader)

汽车推土机排土（truck-bulldozer）

胶带排土机（belt spreader）

一、排土犁排土工艺

1、排土工序

列车翻卸岩土伐、排土犁推土、修整平台和线路移设。

①翻卸：开始用前进式，全长翻卸一次岩土后，改用后退式。

②推土：翻土填满初期容积后，由排土犁排土，排土线每移设一次通常需

要推土8次左右，而每推一次土的走行次数2～6次。

③平整：要求新坡顶线超高100～200毫米

④移道：用摇道机（移道机）设步距

a=d-b 一般小于3米

d—排土犁翅板最大悬距

b—线路移设后线路中心至排土台阶。坡顶线距1.5～2.5米。移道机是一种二轴平板车，车上装有齿条提升机构和发动机，车下有卡子。在提升齿条下有一个在移道时起支撑作用的铁鞋，车身后架有一小齿轮。

一次提升移道距离 0.7～0.8米

生产能力 A=60Lu/t（米2/小时，一般是60～210米2/小时）

L—两工作点间距离10～15米

u—动作一次线路横向移动宽度 0.5～0.8米

t—动作一次所需的时间 2～5分钟

2、排土线的受土能力及条数计算

Q Y=(M×n×q)/K S 米3/班（实方）

M—每班发往排土线的列车数 n—列车中自翻车数

q—自翻车平均装载容积（松方）K S—岩石松散系数

M=60T×ηS/【?0.06(2L0+L)/V?+nt x+i】

T—班工作时间ηS—排土线班时间利用系数ηS=0.6～0.7 L0—入模站至排土线的距离（入模距离），米

L—排土线长V—平均运速公里/小时

t x—卸车时间，分 i—入模联络时间，分

需要的排土线数：N S=f×w×K x/Q y

W—要求排土场平均每班排弃的岩石量米3/班

f—排土量不均衡系数 1.2～1.3

K x—排土线在籍系数（考虑平道、移道、故障等线路封闭）1.8～2.0 3、评价

优点：1）工艺简单、投资少、成本低

2）排土作业与运输之间没有连续性的作业联系互相制约性小

3）排土线比较长，翻卸土岩速度快。

缺点：1）线路移设步距小，移设频繁，工作量大。

2）线路质量差，容易发生车辆掉道事故。

3）排土台阶的稳定性差，高底受限制，排土线利用率低。

因此对于坚硬岩石，有足够场地时可用此法。

二、电铲排土工艺

为了加大线路的移设步距，提高排土线的利用率，采用电铲排土。

电铲排土工作情况如p104，图4-3所示，排土段分成上、下两个分台阶。电铲站在下部分台阶的平盘上。车辆们于上部分台阶的线路上。将土翻入受土坑，由电铲挖掘并堆垒。在堆垒过程中，电铲沿排土工作线移动。

1.排土工序

列车翻卸土岩、挖掘机堆垒，移设铁路。

1）列车翻卸土岩：逐辆对位，将土岩翻卸到受土坑内。

翻卸方式：

前进式：列车经过的排土线较短，线路维护工作量小，路基踏实，质量较好，但线路移设不能与电铲同时作业。

后退式：与上述相反。

2）堆叠方法：分层堆叠、一次堆叠、分区堆叠

3）移道：吊车

移道步距（即排土带宽度）

A=0.8R WM+R XM A=｛√R2wm－（0.5Lf）2｝+Rxm

2、排土台阶要素

1）排土台阶高度（经下沉后的高度）

根据岩土性质一般为15～50米

上分台阶的高度取决于电铲的最大卸土高度H XM考虑到其沉降因素，需使上分台阶的顶面标高比所规定的排土场顶面标高要高，因此上分台阶高度应为：

h1≤H XM-△h

△h= H’-H=K X×H-H=(K X-1)H

K X=H’/H=1+(H’-H)/H

H’—下沉前的排土台阶高度

H —下沉后的排土台阶高度

K X —下沉系数

2）受土坑尺寸

长度：要求大于一辆车长度L f

高度：h f=h1+△h+h r h r—电铲下挖沉度（1—1.5米）

宽度：b=R Wz-R wZzmin

3、电铲排土线排土能力

排土线受土能力与排土犁排土相同。

电铲的实际排土能力还受重车供应情况限制：

Qp=Qj*T*Y1’*Y2’

Qj……电铲小时技术生产能力。

Y2’……排土电铲除供车条件外的班时间和用系数。

Y1’……重车供应率。

Y1’＝Tp/nt x+t r’+t0’ Q x1=(3600Ek m/tk s)tη Q x2=Mnq/k s

Tp……排一列车岩土所需时间

Tp＝(n*Ve*Ke/E*Km) *(t/60)

Ve……翻斗车容积 Km……翻斗车数

Ke……翻斗车装满系数 n……一列车牵引车辆数

t x ……一辆车卸载时间

t r’……人换时间 t r ＝0.06(2L0+L)/v＋η

t0，……欠车时间η……联络时间

电铲排土的优点为，效率高、移道工作量少，岩土堆置高度大，但设备投资大。

三、前装机排土

使铁路运输能实现高台阶作业，减少线路移设，提高排土效率。

1、作业方式：在排土段高上设立转排平台，由前装机向外转排。

2、排土场要素

作业线长：至少有一昼夜转排量，并不短于一列车长（150米）

转排高度：据岩石公散程度，发挥设备效率和作业安全，不能太高，不大于前装机举升高，又不能太低，影响贮备量。

2.3米3前装机一般3—6米

5米3前装机一般4—8米

最小平台宽度：一般为20～25米

海南铁矿第六排土场以KLD—100前装机排土台阶高达60～120米，一列车土岩半小时可转排完，效率2400吨/班。

四、汽车——推土机排土

1、排土作业：汽车翻土，推土机推土，平整场地和修整公路。

2、排土线长度：应按同时翻卸的汽车数量确定。

Lp＝n0b n0……同时翻卸的汽车数 b……相邻汽车作业的间距

n0/N＝（t DX/Tz）*N

N……出勤汽车总数

t DX……汽车调车和翻卸时间

L=3L P 考虑备用和维护

3、排土机数量

所需推土机数量与所需的推土量有关。推土量包括两部分，即：汽

车卸载时残留在坡顶上的岩土和排土场下沉塌落需整平的岩土量，

排土量一般约占总排土量的20～40%

N T=(V S×K S×K J)/Q T

N T……推土机数量

V S……需推送的岩土实方体积米3/班

K S……岩土松散系数 K S＝1.3－1.5

K J……设备价格系数 K J＝1.2－1.25

Q T……推土机生产能力

五、胶带排土机排土

与胶带运输配合的一种排土方法，排土机的排土台阶一般由上排和下排两个分台阶组成。排土机和与之相配合的胶带运输机都设立两个分台阶之间的平盘上。工作面有：单纯上排（P111图4-10），上、下同时排（图9-11）、单纯下排（图9-12）

胶带排土兼有运输与排土功能，排土场接受能力大，生产效率高，自动化程度高，工人的劳动强度小，其缺点：胶带抗磨性差，目前还在研制抗磨性强的胶带。

六、排土场建设（P112）

1、排土场修筑

1）山坡排土场

2）平地排土场的修筑：采用分层堆垒逐渐涨道方法：①排土犁②挖掘机

③推土机

2、排土线的扩展

1）平行发展 2）扇形扩展

七、排岩工作计划与安全

1、排岩规划

目的：达到岩土运输功和运输排弃量最小。

首先进行平台排岩规划：使各开采水平的岩土向各废石场的流量与流向最佳。

竖向规划有三种基本模式：水平运输咖、向下运输、向上运输、排岩规划要解决的问题实质上是岩土运输问题，通过对岩土运量及流向的合理

规划使运距和排岩总费用最小，通常用线性规划解决运输中的最优化问题。

2、排岩作业进度计划

第二章露天矿生产工艺联系

Chap.2. The relation of production technology in open-cut mine 露天矿是一个生产条件较复杂、机械化程度高的矿山企业，它的主要生产工艺环节是穿爆、采装、运输及排卸。各主要生产工艺环节和若干辅助生产环节构成一个有机的完整系统。

随着生产技术的发展，露天矿采剥设备内容繁充，按各种机械的动作原理，露天矿可分为三大工艺系统。

间断工艺：shovel-railway-spreader plough

Shovel-truck-bulldozer

连续工艺：bucket wheel excavator-belt conveyor-belt spreader 半连续工艺：shovel-truck-crusher-belt conveyor-belt spreader 在三大工艺中，穿孔和采装之间通过爆破间接地联系着，一般应做到适当地提前为挖掘机准备足够数量和符合规格的爆堆而不影响采装、该穿孔设备能力稍大于采装设备能就可以，而采装、运输、排卸三者是直接地联系，其中装运两环节设备比较贵重，资金占用多，对生产的经济效果影响最明显，因此成为工艺联系的重点。

工艺联系包括研究设备选型、配套、工艺参数选择、设备配比、生产组织等问题，下面讲述间断工艺系统有前工艺联系的一些问题。

第一节设备配套和工艺参数

在这一节里主要讲三个问题：1)工艺设备配套的一般原则。2）铁路运输的工艺参数——列车重量的确定。3）汽车运输铲车斗容的配合。

一、设备配套的一般原则

原则：大矿用大设备，小矿用小设备，大铲配大车，小铲配小车。若小矿用大设备，单机影响产量太大，不容易调节生产；若大铲配小车或小铲配大车都会影响其技术经济效果。

选择的原则是在适应矿山规模，并在完成规定产量情况下，得到最好的经济效果，这就要做技术经济比较。但由于我国目前露天矿山设备规格编小，而且尚未形成各级各类设备的完整系列，所以最优的设备选型配套受到限制。

根据黑色冶金矿山采矿设计若干原则规定（试行）我国设备配套大致如下：

特大型：

矿山规模穿孔（牙轮钻）采装（电铲）运输

矿＞1000万吨/年

矿岩＞3000万吨/年硬岩Φ310……

380

软岩Φ250……

310

10米3及以上100T以上汽车

150T机车、100T

矿车

胶带运输机

大型：

矿山规模穿孔采装运输

矿200－1000万吨/年

矿岩1000－3000万吨/年Φ250－310牙轮

Φ150－200潜孔

4－10米3电铲50－100 T汽车

100－150T机车

60－100T矿车

胶带运输机

中型：

矿山规模穿孔采装运输

矿60－200万吨/年

矿岩300－1000万吨/年Φ150－200潜孔

Φ250牙轮

凿岩台车

1－4米3电铲

3－5米3前装机

50 T以下汽车

14－20T机车

4－6米3矿车

小型：

矿山规模穿孔采装运输

矿＜60万吨/年矿岩＜300万吨/年Φ150及以下潜

孔

Φ150牙轮

凿岩台车、凿岩机

1－2米3电铲

3米3以下前装机

装岩机

15 T以下汽车

14T以下机车

4米3以下矿车

二、铁路运输列车重量的确定

列车重量比铁路运输的露天矿是一个有普遍影响的很重要的工艺参数。这一参数对露天矿各生产环节都有影响。

1、列车重量对各生产环节的影响

1）对电铲：Q B=Q J×T×Y1×Y2/60

Y1=t z/(t r+t z+t0)=(60nq/ Q J)/ [(60nq/ Q J) + t r+ t0]= (60nq)/ (60nq+ t r+ t0)

Q B=(Q J×T×Y2×nq)/ [60nq+( t r+ t0) Q J]= T×Y2×

nq/[(60nq/ Q J) + t r+ t0]

= (T×Y2×q)/ [(60nq/ Q J) + (t r+ t0)/n]

在t r、 t0为常数的情况下电铲的生产能力Q B随nq的增大而增大。

2）对列车生产能力的影响

Tz＝t z＝t y＋t x＋t d＋t g

t z＝60nq/ Q J t y＝120L/V t x=xn t d＋t g＝fty

f ……列车途中停车系数0.4－0.1

Tz ＝（60nq/ Q J ）＋xn ＋120（1+f ）L/V

Q L =TK L nq/T z K L ……运输工作班时间利用系数0.8－0.85 ＝（TK L q ）/〔60nq/ Q J ＋x ＋120（1+f ）L/Vn

在运距L 和运行速度为常数的情况下显然Q L 也将随n 而增大 3） 对车辆生产能力的影响 Q C =TK L q /T Z

TK L q/〔(60nq/ Q J +x)n ＋120（1+f ）L/V 〕 n 增Q C 降

4） 对排土线生产能力的影响 排一列车的时间

T P =xn ＋t r ，＋t d ， ……等入等出待卸

Q P =TY S nq/（x －n ＋t r ，＋τ）＝TY S q/〔x ＋（t 1，＋τ）/ n 〕 可见Q P 随n 而加大 t r ，＝0.06（2L 0+L ）/V 5） 对线路系统的影响

① 随着n 的加大，列车长度也加大，从而站场和其他分界点的线路长度也要延长。

② 随着n 的加大，完成一定运输量线路通过能力可以小一些或在线路通过能力一定时，线路上的列车密度可减小，线路较通畅。 2、 经济合理的列车重量

按完成每一辆车的运输量所需要的采装、运输、排土费用最低为准则推导。

设：一台电铲的台班作业费 Cw 一台机车的台班作业费 Cg 一台车辆的台班作业费 Ci 一条排土线的条班作业费 Cp 电铲班生产能力

260(0)

T y Q b g

q tr t Q j

n

=

++

以车为单位计： 2'60(0)

T y Q b q tr t Q j

n =

++

为完成一车所需的电铲装车费用：

'

2

60()

'r B

t t g C w C w Q j

n

C w Q T y ++=

=

同理：机车费用：

60120(1)[()]

''g g j g l L g f L

C x C Q vn

C Q T K +++

=

=

车辆费用： 60120(1)[()]

''c j

c c c

L

g f L

C x n Q v

C C Q T K +++

=

=

排土费用：''(

)

''r d

p p p p

s

t t C x C n C Q T y ++=

=

C='

C w +'g C +'c C +'p

C =02

2

60(

)

('')120(1)1

[

]6060120(1)[

(

)

]

C j

L

g

p r d r w L s g w c

p j j

L

L

s

C g x n Q T K C C t t t t f L C T y v T K T y n C C C g g f L x x C Q T y Q T K v

T K T y ++

++++

+

+

++++

+

求上式一阶导数使之等于零：

2

2

60120(1)()

[

('')

1]0

g

c r w J L L

p r d s

C C t t dc g f L x C dn Q T K y v

K C t t y n T

++=+-+

++

=

2

('')

120(1)60()

g

p r d r w L s

c J

L

C C t t t t f L C y v K y n C g x Q K ∴

++++

+

=

+

从上式可知：随着采掘设备(w C 和J Q )机车（g

C ）,露天开采深度（L ）

和排土设备（p

C ）的加强和加大，n 也要增加。当采用大型车辆时（c C ），

n 则应减少。

3、 技术上可行的列车重量：

对于重车上坡的凹陷露天矿主要从以下两方面确定。 1) 按机车牵引能力

()

k g c F P i Q i

ωω-+=

+ P 车辆着重量

W

机车的单位

基本阻力 kg/吨

1000k F P ?=? c W 车辆的单位基本阻力 ?黏着系

数

'

()Q n q q nkq

=+= '

(,)q q k

q

+=

车辆总重系数

从上式得：

1000()

g c P P i nkq i

?ωω?-+=

+

()()

g c F P i n k q i ωω-+=

?+

2) 按线路通过能力（运输能力）

1440M nq

t

α=

吨/昼夜

α

……考虑交接班，维修和杂作业等的线路时间利用系数 t ……列车占用限制区间时间，取决于线路数目和闭塞方式。 为完成生产任务需要通过限制区间的运输量。

W A γ=?

M W =

所以 1440A t n q

γα??≥

?

在以上两方面讨论中、假定L 和P 是一定的，我们也可以

把这两个因素考虑进去，他们都与i 发生关系、既：

0H L L i

=+

()1000()

c g n k q i P i ω?ω??+=

-+

g C P

λ=? λ……机车每吨粘重的班作业费

代入上式，可得以下方程 (,)C

n i ?= 二元函数

然后、使

0c n ?=?

0c

i

?=?

解联立示，即可求出一定露天矿深度下，n 、i 的最优的匹配。

三、汽车运输铲车斗容的配合

从电铲利用出发，车型大一些是有利的，因为这样在一个班内能够减少汽车的入模次数，增加纯装车时间，但是从汽车运行利用来说，车型过大，将使装车时间在汽车作业循环中的比重过大，从而降低了汽车的利用率。反之，车容过小，也不合理，因为车型小，车体强度低，容易在装车中被砸坏，同时为完成一定运量所需的汽车就多，这样，露天矿内车流密

度就高，相互影响也大。

国内外许多学者曾对V ：E 比例作过研究，所得出的结论大致相同：（1）V ：E 比例随运距加大而应加大。（2）对于大型电铲，即E 值大时，V ：E 可具有较小的值。

这些研究表时，当运距为1～2公里时，V ：E 的合理值为：（5～5.5）：1，对于E=8～10米3的电铲，V ：E 为（4.5～5.0）：1。

根据我国电铲矿用自卸汽车的定型情况，露天煤矿设计规范推荐的铲车配合关系如下：

1米3 7～12吨； 2米3 12～20吨； 4米3 20～25吨 6米3 45～100吨

第二节 采运设备的数量配合

在我国露天矿内，采运设备的数量配合用“电铲比”这一概念来表达。

所谓车铲比是指列车数（或汽车数）和挖掘机数的比值。即：L L W

W

N Y N =

露天矿在某单位时间内（一天或一班），采装的矿岩量应与同时间运输的数量相等，亦即采运设备的总能力是相等的。

W W L L N Q N Q ?=?

2

202

20

z y x d g

W r L W L

W

L

r L

z y x d g

T n q

t t t t t Q t t t N Y T K N Q t t t K n q

t t t t t ηη??++++++=

==

=?

?++?++++

从上式可以推导出以下两个重要式子：

2

0()Z z r L W

L

T t t t Y K η=

?

-+

2

()W L

d L W z y x g T K t Y t t t t η?=

?-+++

第33页图：

从图中可见：t o 成双曲线随Y LW 加大而减小而t d 则成直线随Y LW 加大而加大，车铲比为Y LWo 可设t o =0，也可使t d =0，但两者不可能有一个使t o =0，t d 也等于0的Y LW ，Y LW 过小可产生t o ，Y LW 过大可产生t d ，而T z 和T W 过长都会使t o 和t d 增加。

从上分析，t o 和t d 是处于彼此消长、互相矛盾的状态，而且上述理念分析也没把两者联系起来。Y LW 加大固然有利于t o 的缩短，但使t d 增加（系统拥挤、车流互相干扰）反过来又影响缩短效果。

如何考虑上述随机因素，而正确计算t o 和t d ，并据此确定合理的Y LW ，这目前还没有满意的方法。一般可通过测定分析和技术经济计算求得采运设备综合效率最高，总的经营费用最少的车铲比，目前研究中的方法有：

①统计分析法：是利用实际生产数据，用统计相关分析确定t o 和t d 对于Y LW 的函数，然后据以确定合理的Y LW 值。