采礦學電子教學軟件

1、采礦學教學課件,——金屬礦床露天開采,露天開采,緒論礦床品位與儲量計算巖石的力學性質及分級最終開采境界的確定露天開采程序露天礦生產(chǎn)計劃露天礦床開拓露天開采工藝礦山技術經(jīng)濟,第十五章　露天開采程序,概述臺階幾何要素掘溝臺階的推進方式采場擴延過程與布線方式幫坡形式與幫坡角生產(chǎn)剝采比分期開采,1 概述,最終開采境界是在當前的技術經(jīng)濟條件下對可采儲量的圈定，也是對開采終了時采場幾何形態(tài)的預估。如何采出最終境界內的

2、礦石和巖石則是露天開采程序問題。 露天開采是從地表開始逐層向下進行的，每一水平分層稱為一個臺階。,露天采場平面投影與剖面示意圖,-12m,0m,12m,24m,36m,48m,48m,-12m,0m,12m,24m,36m,封閉圈,,48m,36m,24m,0m,12m,2 臺階幾何要素,臺階由坡頂面、坡底面和臺階坡面組成。 臺階幾何要素：臺階坡面角，是巖體穩(wěn)定性的函數(shù)；臺階高度，受

3、生產(chǎn)規(guī)模、采裝設備、開采的選別性影響；臺階寬度，W= Wc (爆破帶寬度)+Ws(安全平臺寬度) 。,臺階幾何要素,臺階三要素：W—臺階寬度H—臺階高度?—臺階坡面角,臺階立體圖,3 掘溝,掘溝是新臺階開采的開始，一般分為兩階段進行：首先挖掘出入溝，以建立起上下兩個臺階水平的運輸聯(lián)系；然后開掘段溝，為新臺階的開采推進提供初始作業(yè)空間。出入溝參數(shù)：出入溝的坡度，取決于汽車的爬坡能力和運輸安全要求；最小溝底寬度WDmin，是滿

4、足采運設備基本作業(yè)空間要求的溝底寬度，其值取決于電鏟的作業(yè)技術規(guī)格、采裝方式與汽車的調車方式。,出入溝與段溝示意圖,3.1 山坡露天礦掘溝,在許多礦山，最終開采境界范圍內的地表是山坡或山包，隨著開采的進行，礦山由上部的山坡露天礦逐步轉為深凹露天礦。采場由山坡轉為深凹的水平成為封閉水平，即在該水平上采場形成封閉圈。 在山坡地帶的開采也是分臺階逐層向下進行的。與深凹露天礦開采不同的是不需要在平地向下掘溝以達到下一水平

5、，只需在山坡適當位置拉開初始工作面就可以進行新的臺階的推進。習慣上將“初始工作面的拉開”也稱之為掘溝。山坡上掘出的“溝”是僅在指向山坡的一面有溝壁的單壁溝。,封閉圈,單壁溝,推土機開掘單壁溝,電鏟開掘單壁溝WD = G + T + e G為電鏟站立水平挖掘半徑；T為電鏟回轉中心到履帶外緣距離；e為電鏟履帶外緣到單壁溝外緣的安全距離。,3.2 深凹露天礦掘溝,不同的掘溝方式下，所需要的WDmin ：3.2.1 溝

6、外調頭中線采裝 ，WDmin＝2G3.2.2 溝外調頭雙側交替采裝 ，WDmin＝G＋K 3.2.3 溝內折返調車 ，WDmin＝R＋L＋d/2＋2e 3.2.4 溝內環(huán)行調車 ，WDmin＝2R＋d＋2e,3.2.1 溝外調頭中線采裝,WDmin＝2G,溝外調頭中線采裝平面圖,WDmin =2GG—電鏟站立水平挖掘半徑；B—電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。,3.2.2 溝外調頭雙側交替采裝,WDmin＝G＋K,溝外調

7、頭雙側交替采裝平面圖,WDmin =G+KG—電鏟站立水平挖掘半徑；K—電鏟尾部回轉半徑；B—電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。,3.2.3 溝內折返調車,WDmin＝R＋L＋d/2＋2e,溝內折返調車平面圖,WDmin = R＋L＋d/2＋2e R—汽車最小轉彎半徑；L—汽車車身長度；d—汽車車身寬度；e—汽車距溝壁的安全距離。,3.2.4 溝內環(huán)形調車,WDmin＝2R＋d＋2e,溝內環(huán)形調車平面圖,WDmin = 2

8、R＋d＋2e R—汽車最小轉彎半徑；d—汽車車身寬度；e—汽車距溝壁的安全距離。,3.2.5 不同掘溝方式的WDmin比較,采用Weboo-120c(109t)汽車，R=12.4m，L=11.73m，d=6.179m，e=1.5m；6.88m3電鏟，站立水平最大挖掘半徑G=10.75m，尾部回轉半徑K=6.02m，最大卸載高度處的卸載半徑B=13.87m。計算得： 溝外調頭中線采裝：WDmin＝2G=21.5m；

9、 溝外調頭雙側交替采裝: WDmin＝G＋K=16.77m； 溝內折返調車: WDmin＝R＋L＋d/2＋2e=30m； 溝內環(huán)行調車:WDmin＝2R＋d＋2e=34m（最大）,作業(yè),繪圖說明臺階的幾何要素，并論述影響各幾何要素的主要因素。繪制一采場平面圖。已知：臺階高度12m，臺階坡面角70°，安全平臺寬度6m，出入溝寬24m，出入溝坡度為8%。要求至少畫出兩個工作臺階，兩個非工作臺階。一個露天礦山選用

10、4m3的電鏟，試確定不同掘溝方式下的最小溝底寬度。（提示：查采礦設計手冊，先確定出與之匹配的汽車型號）,4 臺階推進方式,4.1 采掘方式及工作平盤參數(shù) 4.1.1 垂直采掘 4.1.2 平行采掘 4.1.3 采區(qū)寬度與采掘帶寬度 4.1.4 最小工作平盤寬度4.2 工作線布置方式 4.2.1 縱向布置 4.2.2 橫向布置 4.2

11、.3 扇形布置,4.1.1 采掘方式—垂直采掘,垂直采掘時電鏟的采掘方向垂直于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相平行。垂直采掘時，若采用雙點裝車，電鏟的裝載回轉角度小(10°～110°之間，平均為60°左右)，裝載效率高；缺點是汽車在電鏟周圍調車對位需要較大的空間，要求較寬的工作平盤。當采掘到電鏟回轉中心位于采掘前的臺階坡底線時，電鏟沿工作線移動到下一個位置，開始下一輪采掘。,垂直采掘平面圖,

12、一次采掘深度（即采掘帶寬度A）為電鏟站立水平挖掘半徑（G），沿工作線一次采掘長度為2G。,4.1.2 采掘方式—平行采掘,平行采掘時電鏟的采掘方向平行于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相垂直。根據(jù)汽車的調頭與行駛方式（統(tǒng)稱為供車方式），平行采掘可進一步細分為許多不同的類型。單向行車不調頭和雙向行車折返調車是兩種有代表性的供車方式。,4.1.2.1a 單向行車不調頭,4.1.2.1b 單向行車不調頭,優(yōu)點：調車簡單，工作

13、平盤只需設單車道。缺點：電鏟回轉角度大，需雙出入溝，增加了掘溝工作量。,4.1.2.2a 雙向行車折返調車（單點裝車）,4.1.2.2b 雙向行車折返調車（單點裝車）,優(yōu)點：需要一個出入溝。缺點：需要雙車道；汽車調車時，電鏟等待；電鏟裝車時，下一輛車處于等待狀態(tài)。,4.1.2.3a 雙向行車折返調車（雙點裝車）,4.1.2.3b 雙向行車折返調車（雙點裝車）,優(yōu)點：減少了等等時間，車和鏟的作業(yè)率得到提高。缺點：工作平盤寬度

14、增加。,4.1.2.4a 單向行車折返調車(雙點裝車),4.1.2.4b 單向行車折返調車(雙點裝車),優(yōu)點：工作平盤只需設單車道。缺點：需雙出入溝，增加了掘溝工作量。,4.1.2.5a 雙向行車迂回調車(單點裝車),4.1.2.5b 雙向行車迂回調車(單點裝車),優(yōu)點：單出入溝。缺點：電鏟回轉角度大，等待時間長，需要雙車道。,4.1.3 采區(qū)寬度與采掘帶寬度,采區(qū)寬度是爆破帶的實體寬度，采掘帶寬度是挖掘機一次采掘的寬度。

15、當?shù)V巖松軟無需爆破時，采區(qū)寬度等于采掘帶寬度。絕大多數(shù)金屬礦山都需 要爆破，故采掘帶寬度一般指一次采掘的爆堆寬度。二者關系見上圖 。 圖中，(a)為一次穿爆兩次采掘，(b)為一次穿爆一次采掘?？捎肁c=1.5G取值，國內礦山一般為1－1.5G，國外礦山可達1.8G。,采區(qū)寬度與爆堆寬度的關系,b=2ksWcH/Hb-εWc式中，b－爆堆寬度；ks為礦巖爆破后的松散系數(shù)； Wc為采區(qū)寬度；H為臺階高度； Hb為爆堆高度； ε為爆堆形態(tài)

16、系數(shù)。　　堅硬巖石爆堆橫斷面近似三角形， ε ＝0；不堅硬巖石爆堆橫斷面近似梯形， ε＝1；中等堅硬巖石，0＜ ε＜1?！　〔捎靡槐徊蓵r，爆堆寬度即為采掘帶寬度（即b ＝ Ac ），可根據(jù)上式反算出采區(qū)寬度。,4.1.4 最小工作平盤寬度,最小工作平盤寬度（Wmin）是剛好滿足采運設備正常作業(yè)要求的工作平盤寬度， 其取值需依據(jù)采運設備的作業(yè)技術規(guī)格、采掘方式和供車方式確定。采用單向行車、不調頭供車的平行采掘方式時，最小工作平盤寬度

17、可根據(jù)裝車條件計算。,單向行車不調頭平行采掘,Wmin = G + B + d/2 + e + s ? 33mG為挖掘機站立水平挖掘半徑10.75m；B為最大卸載高度時的卸載半徑13.87m ；采用Webco-120c汽車，d為汽車車體寬度6.2m；e為汽車到安全擋墻距離,取1.5m；s為安全擋墻寬度3.5m。,折返調車單點裝車Wmin,Wmin = R + d/2 + L+ 2e + s=33.4m Webco-120c汽車, R

18、=12.4m, d=6.2m, L=11.38m, 設e=1.5m, s=3.5m,折返調車雙點裝車Wmin,Wmin = 2R + d + 2e + s=37.5mWebco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, 設e=1.5m, s=3.5m,小結,實際上，由于汽車的靈活性，即使最小工作平盤寬度比用公式計算結果小一些，也可實現(xiàn)調車。但調車的時間會增長，影 響作業(yè)效率。 其它供車方式下的最小工作平盤寬度

19、可以仿照上述做法，通過簡單的幾何分析計算求得。實際生產(chǎn)中的工作平盤寬度一般應大于理論計算值。當采 用一次穿爆兩次采掘（或如圖15-22所示的橫向采掘）時，由于采區(qū)寬度 (Wc) 大大增加，工作平盤寬度也將大大增加。,4.2 工作線布置,依據(jù)工作線的方向與礦體走向的關系，工作線的布置方式可分為： 縱向 橫向 扇形,4.2.1a 工作線布置—橫向,4.2.1b 工作線布置—橫向,橫向布置時工作線與礦體走向垂直。這種方式一般是沿礦

20、體走向掘出入溝，垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面，或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴展，逐步擴成垂直礦體的工作面，沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時，爆破方向與礦體的走向平行，故對于順礦層節(jié)理和層理較發(fā)育的巖體，會顯著降低大塊與根底，提高爆破質量。由于汽車運輸?shù)撵`活性，工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。,4.2.2a 工作線布置—縱向,4.2.2b 工作線布置—縱向,縱向布置時，工作線的方向與礦體走向平行。 這種方式一般是

21、沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作 面，之后依據(jù)溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝），自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。,4.2.3a 工作線布置—扇形,4.2.3b 工作線布置—扇形,,扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關系，而是呈扇形向四周推進。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸?shù)撵`活 性，可使開采工作面盡快到達礦體。,5 采場擴延過程與布線方式,5.1 采場擴延的一

22、般描述5.2 布線方式5.3 并段,5.1ab 采場擴延示意圖,假設一露天礦最終境界內的地表地形較為平坦，地表標高為200m ，臺階高度為12m。首選在地表境界線的一端沿礦體走向掘溝到188m水平（圖a）。出入溝掘完后在 溝底以扇形工作面推進（圖b）。,5.1cd 采場擴延示意圖,當188m水平被揭露出足夠面積時，向176m水平掘溝，掘溝位置仍在左側最終邊幫(圖c)。之后， 形成了188-200米臺階和176-188米臺階同

23、時推進的局面（圖d）。,5.1ef 采場擴延示意圖,隨著開采的進行，新的工作臺階不斷投入生產(chǎn)，上部一些臺階推進到最終邊幫（即已靠幫）。若干年后，采場現(xiàn)狀變?yōu)槿鐖De所示。 當整 個礦山開采完畢時便形成了如圖f所示的最終境界。 　　當縱坡坡度為8%左右時，連續(xù)陡坡坡長限制在約350m以內。緩沖平臺的坡度一般不大于3%，長度在80m左右。,5.2 布線方式,5.2.1 螺旋布線5.2.2 迂回布線5.2.3 固定式布線5.2.4

24、移動式布線,5.2.1 螺旋布線,臺階的出入溝沿最終邊幫成螺旋狀布置，故稱為螺旋布線,螺旋布線的特點,螺旋線彎道半徑大，線路通視條件好,汽車直進行駛，不需經(jīng)常改 變運行速度，道路通過能力強；工作線的長度和推進方向會因采場條件的變化而發(fā)生變化，生產(chǎn)組 織較為 復雜；各開采水平之間有一定的影響，新水平準備和采剝作業(yè)程序較為復 雜；要求采場四周邊幫的巖體均較為穩(wěn)固。,5.2.2a 迂回布線,5.2.2b 迂回布線,出入溝以迂回形式布置在

25、采場一側的非工作幫上，稱為迂回布線。,迂回布線的特點,迂回布線要求布線邊幫的巖石較為穩(wěn)固，地質 條件允許時，一般將迂回線路布置在礦體下盤的非工作幫上，這樣可以使工作線較快接近礦體，減少初期剝巖量。可同時布置兩套或更多迂回線路，增加出入溝數(shù)目。開采工作線長度和方向較為固定，各開采水平間相互影響小，故生產(chǎn)組織管理簡單。行車條件不如螺旋布線。,5.2.3 固定式布線,每一新水平的掘溝位置選在最終邊幫上，出入溝固定在最終邊幫上不再改變位置

26、。這種布線方式稱為固定式布線。,固定式布線的特點,由于礦體一般位于采場中部（緩傾斜礦體除外），固定布線時的掘溝位置離礦體遠，開采工作線需較長時間才能到達礦體；道路條件好。,5.2.4 移動式布線,為盡快采出礦石，可將掘溝位置選在采場中間（一般為上盤或下盤礦巖接觸帶），在臺階推進過程中，出入溝始終保留在工作幫上，隨工作幫的推進而移動，直至到達最終邊幫位置才固定下來。這種方式稱為移動式布線。,臨時出入溝形成過程,臨時出入溝采場擴延,臨時出

27、入溝的消失,5.3 并段,6 幫坡形式與幫坡角,6.1 工作幫坡角6.2 組合臺階6.3 各種幫坡形式,6.1 工作幫坡角,工作幫是由工作臺階組成的邊幫，并隨臺階的推進而向最終邊幫 （非工作幫）靠近。工作幫坡角一般定義為最上一個工作臺階的坡頂 線與最下一個工作臺階的坡底線聯(lián)成的假想斜面與水平面的夾角。,若工作幫由n個相鄰的工作臺階組成，且工作平盤寬度相等， 工作幫坡角（θ）可由 下式計算：? 式中，H為臺階

28、高度，W為工作平盤寬度，?為臺階坡面角。實際 生產(chǎn)中各工作平盤的寬度一般不相等。上式變?yōu)椋?,工作幫坡角的計算,,,工作幫坡角與剝巖量關系,如采用緩工作幫，由于礦體規(guī)整，每一條帶的礦量基本保持不變，但所需的剝巖量先是隨著采場的延深而增加，采到第五條帶（H1深度）時達到最大值，而后逐年下降。如果采用如圖中虛線所示的陡工作幫，則前期的剝巖量大大降低，峰值的到來將大大推遲（推遲到H2深度） 。資金時間價值顯示出陡工作幫開采的優(yōu)越性。,增加

29、工作幫坡角的方式,增加臺階高度（受到設備與開采選別性的限制）減小工作平盤寬度（受到最小工作平盤寬度的限制）采用組合臺階開采,6.2 組合臺階,組合臺階是將若干個（一般4個左右）臺階組成一組，劃歸一臺采掘設 備開采。這組臺階稱為一個組合單元。 在組合單元中，任一時間只有一個臺階處于工作狀 態(tài)，保持正常的工作平盤寬度，其它臺階處于待采狀態(tài)，只保持安全平臺的寬度。 組合臺階開采只有當采場下降到一定的深度后才能實

30、現(xiàn)。如果采場空間允許，可以在不同區(qū)段布置多臺采掘設備同時進行組合臺階開 采，也可視工作幫的高度在同一區(qū)段垂直方向上布置多個組合單元。 組合臺階開采常用于分期開采的擴幫工作。,組合臺階的工作幫坡角,組合單元內的工作幫坡角一般定義為單元內最上一個臺階的坡頂 線與最下一個臺階的坡底線連成的斜面與水平面之間的夾角，計算公 式為：?g,,式中，n為組合單元中臺階的數(shù)目；Ws為安全平臺的寬度；W為工作平盤寬度。假設n=4，H=12m，Ws=10m

31、，W=40m，α=70。，則求得 ?g =31.78。。,6.3a 各種幫坡（一段邊幫）,右圖是在開采過程中形成的由6個臺階組成的一段幫坡， 每一臺階均保持安全平臺寬度（Ws）。從最上一個臺階的坡頂線到最下一個臺階的坡底線的斜面與水平面的夾角（θ）稱為該段邊幫的總幫坡角，其計算式與式（15-11）相同，只需將式中 的W換成Ws即可。 設Ws=10m，H=12m， α=70。。則得 ? = 43.37。。,6.3b 各種幫坡（具有道路

32、）,如果上圖中的第三臺階的中腰通過一寬度為WR的斜坡道，該段邊幫變?yōu)樽髨D。左圖的? 仍為總幫坡角。道路將整段邊幫分為AC和DB兩段 ，圖中?1 和?2 稱為路間幫坡角。若WR=30m，其它數(shù)據(jù)不變，則 ? =34.13。 ，?1 =44.14。， ?2 =42.84。。可見，在邊幫上加入運輸?shù)缆?會使總幫坡角變緩許多（本例中變緩了約9。）。若該段幫坡是最終邊 幫，幫坡角的變緩意味著多剝離大量的巖石。這一簡單的例子說明在 設計最終境界

33、時，最終幫坡角的選取應考慮到運輸?shù)缆返牟贾们闆r 。,6.3c 各種幫坡（具有工作臺階）,若圖a所示的邊幫上有一個臺階是工作臺階，邊幫將變?yōu)樽髨D 所示。工作臺階對幫坡角的影響與道路相似。若這6 個臺階是組 合開采中的一個組合單元，那么，該段邊幫的總幫坡角（?）即為前面提到的組合單元工作幫坡角(?g）。工作平盤上下兩段的幫坡角(?1和?2 ）有時也稱為路間幫坡角。若其它的數(shù)據(jù)不變，工作平盤寬度W=40m ，則? =34.13。，?1 =5

34、2.02。，?2 =45.32。。,6.3d 各種幫坡（具有道路和工作臺階）,更復雜的邊幫是既有工作臺階又有道路，? ＝27.86。。,6.3e 各種幫坡（組合臺階開采工作幫）,若將圖a中的6個臺階沿垂直方向平分為兩個組合單元進行組合 臺階開采， 邊幫變?yōu)閳De。單個組合單元的工作幫坡角可用式（15-15)計 算。利用前面的數(shù)據(jù)，計算結果為： ? ＝27.86。，?g ＝29.70。。,6.3e 各種幫坡（組合臺階開采工作幫）,右圖

35、是實行三臺階并段的最終邊幫。若坡面角α＝70。，臺階 高度H = 12m， 安全平臺寬度Ws = 17m，則該段邊幫的總幫坡角為 ? =59。。若一露天礦最終境界深為42個臺階高度（即504m），采用這 樣的安全平臺寬度和并段方式，不考慮運輸?shù)缆窌r，最終幫坡角可達51.25。。如果不實行并段，每一臺階都留7m寬的安全平臺，同一露天礦的最終幫坡角為46.97。。,7 生產(chǎn)剝采比,7.1 生產(chǎn)剝采比的概念7.2 確定生產(chǎn)剝采比的方

36、法 PV圖均衡生產(chǎn)剝采比 經(jīng)驗法,7.1 生產(chǎn)剝采比的概念,生產(chǎn)剝采比是露天生產(chǎn)過程中某一時段（或某一開采區(qū)域）內的 巖石量與礦石量之比。常用的生產(chǎn)剝采比的單位有m3(巖石)/m3(礦石)、 t(巖石)/t(礦石)、m3(巖石)/t(礦石)。如圖15-42所示，生產(chǎn)剝采比一般 是按工作幫坡計算的、采場下降一個臺階采出的巖石量與礦石量之比 ，即VH/TH。為了與下面將要提到的其它生產(chǎn)剝采比相區(qū)別，這里將圖15