金属矿床露天开采生产工序介绍

金属矿床露天开采生产工序介绍

金属矿床露天开采一般要经过以下四道生产工序：穿孔、爆破、铲装及运输，以上各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，共同构成了露天开采的最基本生产周期，本章将介绍以上各生产工序中的主要问题。

一、穿孔作业

穿孔作业是矿床露天开采的第一道生产工序，其作业内容是采用某种穿孔设备在计划开采的台阶区域内穿凿炮孔，为其后的爆破工作提供装药空间。穿孔工作质量的好坏直接影响着爆破工序的生产效率与爆破质量。在整个露天开采过程中，穿孔作业的成本约占矿石开采总生产成本的10％~15％。

截至目前为止，露天矿生产中曾广泛使用过的穿孔方法有两种：热力破碎法与机械破碎法，其相应的穿孔设备有火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻与凿岩台车，其中以牙轮钻的使用最为广泛，潜孔钻次之，火钻与凿岩台车仅在某些特定条件下使用，钢绳式冲击钻已被淘汰。近年来，国内外一些专家还在探索新的穿孔方法，如频爆凿岩、激光凿岩、超声波凿岩、化学凿岩及高压水射流凿岩等，但目前所设计出的相应凿岩设备仍处在试验研制阶段，尚未在实际生产中广泛使用。

露天矿穿孔设备的选择主要取决于开采矿岩的可凿性、开采规模要求及设计的炮孔直径。表18-1中列出了在露天矿生产中曾广泛使用过的各种类型钻机的穿孔原理、可穿孔直径、生产能力及适用条件。

二、爆破作业

爆破工作是露天开采中的又一重要工序，通过爆破作业将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续的采装作业提供工作条件。因此，爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装作业的生产效率与采装作业成本。在露天开采的总生产费用中，爆破作业费用大约占15%~20%。

露天开采对爆破工作的基本要求是：

(1) 有足够的爆破贮备量，以满足挖掘机连续作业的要求，一般要求每次爆破的矿岩量至少应能满足挖掘机5~10昼夜的采装需要；

(2) 要有合理的矿石块度，以保证整个开采工艺过程中的总费用最低。具体说来，生产爆破后的矿岩块度应小于挖掘设备铲斗所允许的最大块度和粗碎机入口所允许的最大块度；

(3) 爆堆堆积形态好，前冲量小，无上翻，无根底，爆堆集中且有一定的松散度，以利于提高铲装设备的效率。在复杂的矿体中不破坏矿层层位，以利于选别开采；

(4) 无爆破危害，由于爆破所产生的地震、飞石、噪音等危害均应控制在允许的范围内，同时，应尽量控制爆破带来的后冲、后裂和侧裂现象。

(5) 爆破设计合理，使整个开采过程中的穿孔、爆破、铲装、破碎等工序的综合成本最低。

在矿床的整个露天开采过程中，需要根据各生产时期不同的生产要求、不同爆破规模而采用不同的爆破方式。露天开采过程中的爆破作业可分为以下三种：基建期的剥离大爆破、生产期台阶正常采掘爆破与各台阶水平生产终了期的台阶靠帮(或并段)控制爆破。

三、采装与运输

采装与运输作业是密不可分的，两者相互影响、相互制约。如何选择采运设备，采运设备的规格与数量匹配是否合理、采装工作与运输工作的衔接是否流畅都将大大地影响矿山企业的投资规模、生产效率与生产成本。目前，采装运输工艺的发展趋势主要体现在采运设备的大型化、采装与运输环节的一体化与连续化。

（一）、采装作业与采装设备

采装作业的内容是利用装载机械将矿岩从较软弱的矿岩实体或经爆破破碎后的爆堆中挖取，装入某种运输工具内或直接卸至某一卸载点。采装工作是露天矿整个生产过程的中心环节，其工艺过程和生产能力在很大程度上决定着露天矿的开采方式、技术面貌、矿床的开采强度与矿山开采的总体经济效果。

采装作业所使用的机械设备有机械式单斗挖掘机、索斗铲、前装机、轮斗挖掘机、链斗挖掘机等。对于金属露天矿山，由于矿岩一般都比较坚硬，世界上绝大多数金属露天矿山的采装工作都是以单斗挖掘机和前装机为主。随着爆破技术和挖掘机制造技术的进步，大型轮斗式挖掘机在金属矿山的应用是大有发展前途的。

（二）运输作业与运输设备

露天矿运输作业是采装作业的后续工序，其基本任务是将已装载到运输设备中的矿石运送到贮矿场、破碎站或选矿厂，其中的岩石运往废石场。此外，还承担着露天生产中的辅助运输任务，即将生产过程中所需的人员、设备和材料运送到工作地点。

在露天开采过程中，运输作业占有重要地位。据统计，矿山运输系统的基建投资占总基建费用的60％左右，运输的作业成本约占矿石开采成本的30％~40％，运输作业的劳动量约占矿石开采总劳动量的一半以上，因此运输作业的方式与运输系统的合理性将直接影响露天矿生产的经济效益。

露天矿可采用的运输方式有自卸汽车运输、铁路运输、胶带运输机运输、斜坡箕斗提升运输以及由各种方式组合成的联合运输，如：自卸汽车?铁路联合运输、自卸汽车?胶带运输机联合运输、自卸汽车(或铁路机车)?斜坡箕斗联合运输。

目前，国内露天矿山采用的运输形式主要是汽车运输与铁路运输。实践证明铁路运输由于爬坡能力低、运输线路的工程量大，线路通过的平面尺寸大、比较适用于深度较小且平面尺寸很大的露天矿山。国内有些原先采用单一铁路运输的矿山，随着采场开采深度的增加，出现了效率明显降低，甚至是采场下部无法再继续布置铁路开拓坑线的局面，因而改造为采场下部采用汽车运输、上部采场仍延续铁路运输的联合运输方式，如鞍钢大孤山铁矿、本钢弓长岭铁矿。由于汽车具有爬坡能力大、运输线路通过的平面尺寸小、运输周期相对较短、运输机动灵活、运输线路的修筑与养护简单，适于强化开采等特点，在现代露天矿山得到了广泛的应用，但相比于铁路运输，汽车运输的吨公里运费高，且设备维修较为复杂，占用的熟练工人数量多，油料能源消耗量大，运行过程中产生的废气和扬尘污染大气。为了克服上述缺点，未来的露天矿汽车运输正沿着下列方向发展：

(1) 增大汽车的载重量。矿用自卸汽车的吨位由原来的3.5吨、8吨、10吨、15吨、20吨级已发展到32吨、68吨、100吨、150吨级。在国外大型的露天矿山，早在七、八十年代矿用自卸汽车的最大吨位就已达到180吨，一般使用的是120吨级~ 150吨级。采用大型运输设备提高了设备的运输生产能力，降低了运输生产成本，加快了矿山的开采速度；

(2) 改进汽车结构，研制开发双能源的电动轮汽车。这种电动轮汽车在驱动动力上采用外部电源与柴油机并用方式，在重车上坡时应用外部电源，而在空载下坡时利用制动发电并向电网反馈；

(3) 改善道路质量以减轻轮胎磨损和机件的破损；

(4) 强化汽车的维护与检修；

(5) 改善汽车的组织调度以提高汽车的有效作业率；

(6) 在深凹露天矿内为了使汽车运输保持在合理的运距范围内，充分发发挥汽车运输的效率，通常采用汽车与其它运输设备联合的运输方式，最新的联合运输发展趋势是汽车与胶带运输机相联合。

胶带运输机在露天矿的应用方兴未艾，国内的大孤山铁矿即采用了汽车?半固定式破碎站?斜井胶带运输系统。由于胶带运输机的爬坡能力大，能够实现连续或半连续作业，自动化水平高，运输生产能力大、运输费用低，所以在国内外深露天矿的应用日愈广泛。

四、排岩工程

金属矿床露天开采的一个重要特征：必须首先剥离矿体上覆的表土与岩石、暴露出矿体、再实施矿石的开采。因而，矿体上覆岩石与表土（在此统称为废石）的剥离与排弃工作是金属矿床露天开采中必不可少的生产环节。为了保证金属矿床安全、持续地开采、通常废石的剥离量要比矿石的采掘量大几倍，而剥离下的废石又须运到指定场地（通常称为废石场或排土场）进行堆放。因而，废石的排弃工作量与废石场的占地都是相当大的。据统计，我国金属露天矿山废石场的平均占地面积约为矿山总占地面积的39％~55％，排岩工作人员约占全矿总人数的10％~ 15％，排岩成本约占剥离单位成本的6％，因此如何提高排岩工作的劳动生产率与机械化程度是提高露天开采经济效益的重要手段。

通常将运输剥离下的废石到废石场进行排弃称作排岩工程。排岩工程的经济效率主要取决于废石场的位置、排岩方法和排岩工艺的合理选择。排岩工程是一项系统工程，其内容涉及废石的排弃工艺、废石场的建立与发展规划、废石场的稳固性、废石场污染的防治、废石场的复田等方面。排岩工程必须同采矿场的生产工艺相联系并全面规划，因地制宜地选择废石场，合理地规划排岩工程，科学地管理排岩作业，不仅关系到矿山的生产能力和经济效益，而且对社会环境和生态平衡也有着十分重要的意义。

目前，露天矿排岩技术与废石场治理方面的发展趋势主要表现在三个方面：

(1）采用高效率的排岩工艺与排岩设备，提高排岩强度；

(2）提高堆置高度，增加废石场单位面积的排岩容量，提高废石场的利用率，减少废石场的占地面积；

(3)适时进行废石场的复垦，减少废石场对生态环境的污染。