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东北大学硕士学位论文 陡帮开采技术在大孤山铁矿的研究与应用 摘要 鞍山钢铁集团公司鞍山矿业公司大孤山铁矿是国内较为典型的深凹露天矿。 1 9 1 6 年投产，具有近百年开采历史。为了解决影响矿山发展中剥岩欠帐、采矿空 间狭小、重大工艺技改措施滞后等闯题，大孤山铁矿从1989 年开始采用陡帮开 采工艺。 大孤山铁矿采用陡帮开采工艺取得了显著的经济效益，但同时陡帮开采工艺 对企业生产能力和生产经营指标的影响也逐渐显现出来：制约矿山生产能力、设 备效率降低、生产成本同比偏高、对生产管理要求高。因此进一步研究并改进陡 帮开采技术在大孤山铁矿的应用具有重要的理论研究意义和实用价值。 本文在分析国内外陡帮开采技本应用现状的基础上，结合大孤山铁矿实际情 况，运用现代薅天开采理论和数理统计方法，以及经济学中的动态法和静态法对 大孤山铁矿在生产中存在的问题进行了深入分析并提出了解决阆题的方法，通过 研究表明：由于资金时间价值的存在，在深凹露天矿采用陡帮开采工艺可以获得 明显的经济效益。陡帮开采的经济效果与使用的工作帮边坡角成正相关关系，当 工作帮边坡角逼近境界帮坡角时经济效果达至n 最大。陡帮开采撞术在大孤山铁矿 的生产实践中被广泛应用，取得了巨大舯经济效蕊。为蕺幽的穗定发展奠定了基 础。陡帮开采技术条件下工作面参数较缓帮开采的工作面参数募小，对安全管理、 生产组织要求较高。在同等条件下陡帮开采的生产成本要离子缓藕开采。匮此必 须针对当期的市场经济条件，进行经济效益论证后方可组织实施。应用陡帮开采 技术对矿山生产经营活动及技术经济指标有诸如剽岩滞后、生产能力降低等不良 影响，需要提早预防和克服。 关键词：大孤山铁矿，陡帮开采技术，经济效益分析，工作帮坡角 东北太学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d ya n da p p l i c a t i o no ns h a r p s l o p em i n i n g t e c h n o l o g y i nd a g u s h a ni r o nm i n e a b s t r a c t d a g u s h a ni r o nm i n ei sat y p i c a lo p e n c u ts u n k e nm i n e ，i th a sam i n i n gh i s t o r yo f n e a r l y1 0 0y e a r s i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fl o ws t r i p p i n gr a t i oa n dt h en b x r o w m i n i n gs p a c e ，d a g u s h a nm i n eb e g a nt oa d o p tt h et e c h n o l o g yo fs h a r ps l o p em i n i n gi n 1 9 8 9 t h r o u g ht h ea d o p t a t i o no fs u c ht e c h n o l o g y , w ec a na c h i e v eo b v i o u se c o n o m i c p r o f i t b u ti nt h es a m et i m e ，t h e r ei saw i d e s p r e a dp r o b l e m t h a ti st oa f f e c tt h ef u l l p l a yo ft h ep r o d u c i n gc a p a c i t 7 ，l o w e rt h ee f f i c i e n c yo ft h ei n s t r u m e n t s i n c r e a s et h e p r o d u c i n gc o s to fm i n i n g h a v eag r e a t e rd e m a n dt o tm a n a g e m e n t t h e r e f o r ei th a s m o r ei m p o r t a n ts i 鲥f i e et om a k el a 1 r t h e rr e s e a r c hi nt h es h a r ps l o p em i n i n g t e c h n o l o g y b a s e do ns y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h ep r e s e n tt e c h n o l o g h yu s e db o t hi no u rc o u n t r y a n do t h e rc o l m t l i e d l ，i n t e g r a t e d 氇e s et e c h n o l o g yw i t ht h eo b j e c t i v er e a l i t yo f d g i l s h a n m i n e ，t h i st h e s i sm a d es o m ec o m p r e h e n s i v er e s e a r c hi nt h ep r a c t i c a lp r o b l e m s ，a n d p r o p o s e ds o m em e t h o d st os o l v et h e s ep r o b l e m s a a i l r o u s ht h ec o m p m h e i t s i v er e s e a r c h ，t h ef i n a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt oa d o p tt h e s h a r ps l o p em i n i n gt e c l m o l o g yi nd a g u s h a nm i n e w e 啪a c h i e v eo b v i o u s e c o n o m i c p r o f i t s t h e 。e c o n o m i cp r o f i t so ft h es h a r ps l o p em i n i n gt e c h n o l o g yh a s 。p o s i t i v e r e l a t i o n sw i t ht h ea n g l e so ft h em i n i n gs l o p e w h e nm ea n g l e so ft h em i n i n gs l o p e d r a wn e a rt ot h ei i m i ta n g l e s , t h ee c o n o m i cp 而f i t sr e a c ht h em a x i m 啪 c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o d so fm i n i n g , u s t n gt h es h a r p3 l o p em i n i n g t e c h n o l o g yc a l lh a v es m a l l e rp a r a m e t e r si nt h ew o r k i n gs p a c e ，a n di nt h es a m et i m e h a v eg r e a t e rd e m a n df o rs a t t ym a n a g e m e n ta n d 簿o d u c t i o nm a n a g e m e n t i nt h ea s p e c t 。 o f p r o d u c i n g ：c o s t ，t h i st e c h n o l o g yh a v eh i g l l e rc o s tt h a nt h et r a d i t i o n a lm e t h o d s s oi n t h ep r a c t i c a lu s e ，c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o ns h o u db em a d e ，a n dt h en e g a t i v e 查些查兰堕主兰垒堡墨 ! ! ! ! ! 竺! r e s u l t ss u c ha sl o wp r o d u c i n ge f f i c i e n c ya n ds l o wi ns t r i p p i n gs h o u l db ep r e v e n ta n d k e yw o r d s ：d a g u s h a n i r o nm i n e ，s h a r ps l o p e m i n i n gt e c h n o l o g y ，e c o n o m i cp r o f i t s a n a l y s i s ， a n g l e so fw o r k i n gs p a c e 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。沦文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文r 斗作r 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：阁7 b 一 目 期：沙6 卜，3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字i e i 期： 东北大学硕士学位论文 第一幸前言 第一章前言 1 1 问题的提出及研究意义 目前，我国大部分大型露天矿已进入深凹开采，采场作业条件逐年劣化，采运 设备陈旧老化，效率降低。因此，对于象东北地区这些老的矿山要想从根本上改变 铁矿工业面貌，提升整体生产能力，必须依靠科学技术，提高科技贡献率，增强 企业活力，求得发展，显得十分必要。由于陡帮开采工艺其主要优点就是可以推 迟部分剥岩量，降低生产剥采比，节约生产经营费用，现在已为我国大部分已进入 深凹开采的大型露天矿所采用，并已取得良好的效果。大型的露天矿在采掘工程 逐年延深的情况下，如何在开采技术方面尽可髓地采取经济合理的开采工艺，增 产增效，是工程技术人员需要考虑的问题。 鞍山钢铁集团公司鞍山矿业公司大孤山铁矿位于鞍山市东南1 2 公里，是我 国较典型的短深型深凹露天矿；是鞍钢集团鞍i _ i ：l 矿她公司所属大型国有企业；是 鞍钢集团主要铁矿石生产基地之一；是具有近百年开采史躲老矿山。1 9 1 6 年日伪 时期采用坑式采矿方法进行开采。现在已从原来+ 2 6 0 米的孤山顶采到一2 2 2 米水 平，1 9 6 2 年从山坡露天开采转入深凹露天开采，真正的大规模建设始于1 9 6 3 年， 目前已经形成了完善的综合生产系统，为鞍钢的钢铁生产提供了大量矿石，为中 国的冶金工业发展做出了重要贡献。 大孤山铁矿建矿以来。“。于1 9 5 3 年和1 9 7 5 年先后进行了三次设计和相应的 矿山改造，1 9 8 1 年以来，又由鞍钢矿山设计院对1 9 7 5 的设计进行了修改和补充 方案设计。目前执行的是冶金部( 8 2 ) 冶基字第2 2 3 9 号和国家经委基( 1 9 8 3 ) 1 6 3 号文正式批准的鞍钢大孤山铁矿深部开采初步设计。由于诸多原因，1 9 8 5 年 鞍山矿业公司设计院进行修订并下发鞍钢大孤山铁矿深部开采修改初步设计 库号1 1 初6 8 。 修改设计安排，1 9 8 8 年改用大型汽车取代铁路运输，使矿山尽早过渡到汽车 与胶带联台运输方式。但是，由于多种因素的影响，矿山在生产实践中未能按原 设计实施，直到2 0 0 3 年才真正完成铁路向汽车与胶带联合运输方式的过渡。1 9 8 9 年2 0 0 4 年产量对比见下表： 东北大学硕士学位论文第一章前言 表1 ，l 产量对比表 t a b l e1 1c o m p a r a t i v el i s to fp r o d u c t i o n 采剥计 总量划 实 际 铁矿计 石划 实 际 采蒯计 总量划 实 际 铁矿计 石划 实 际 2 1 0 0 2 1 0 0 2 1 0 02 1 0 02 1 0 02 1 0 02 1 0 02 1 0 0 2 1 0 0 1 6 8 4 1 7 1 71 6 2 71 4 9 6t 3 4 51 3 8 01 3 5 51 3 6 0 81 4 0 9 5 0 06 5 06 0 06 0 06 0 06 0 06 0 06 0 06 0 0 4 6 74 7 04 6 54 7 04 8 34 0 74 6 34 4 8 84 5 9 3 1 9 9 81 的92 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 合计剥采 缈 2 1 0 0 2 0 0 01 9 0 0 1 9 0 01 9 0 01 8 0 01 8 0 01 8 9 0 02 6 1 5 1 1 1 6 1 3 1 6 5 6 1 6 4 8 1 6 6 2 1 8 1 4 2 1 6 8 1 3 3 7 3 12 1 9 6 0 06 0 06 0 06 0 06 0 05 5 05 0 05 2 5 0 在这1 6 年中出现了以下几个影响矿恤发展的闯题 1 、剥岩欠帐。从表1 1 中可以看出实际剥采比水于设计剥采比o 0 4 5 吨吨即剥岩欠3 3 4 万吨。2 、采矿 空间狭小。由于原设计1 9 8 8 年完成运输方式的过渡、即铁路线拆除，上部大部分 阶段到界。而实繇上，犬孤山铁路生产支线在客3 年6 旁才金部拆除。由于铁路 生产支线的存在，上部剥岩欠帐，导致中下都采矿空间狭小；生产组织难度加大。 3 、重大工艺技改措施滞羼。接设计要求1 9 9 1 年：弱破群一皮带系统交付使用。 而实际上1 9 9 6 年矿石：期破碎一皮带系统投产，1 9 9 9 年岩石= 期破碎一皮带系 统投产。这些都给生产循环带来了相当大的困难。 大孤山铁矿采用陡帮开采工艺取得了显著经济效益，- 但同时陡帮对企业生产 能力和生产经营指标的影响也逐渐显现出来。主要表觋在四个方面。1 、制约矿山 生产能力；2 、设备效率降低；3 。生产成本同比偏离 躲”对生产管理要求离。因 此进一步研究陡帮开采技术具有重要的实用价值和理论意义。 东北大学硕士学位论文 第一章前言 1 2 国内外研究现状n 0 川1 羽n 帕 我国露天铁矿大都采用常规的全境界缓帮开采，台阶高1 2 1 5 m ，穿孔采用 q 2 5 0 和0 3 1 0 m m 的牙轮钻机，装载采用4 1 6 8 甜电铲，运输采用2 卜1 5 4 t 自卸 汽车和8 0 1 5 0 t 电机车牵引6 0 t 气动自翻车，转入深凹开采的露天矿，已改用铁 路一汽车联合运输或间断一连续运输。 现在，我国露天铁矿的装备水平虽然已有了很大提高，但是设备效率尚不理 想，有待进一步改进提高。这里应特别指出的是，近年来，我国露天铁矿在开采 工艺上有了很大突破，分期开采和陡帮开采技术的应用，提高了露天开采的经济 效益，铁路一汽车联合运输和间断一连续运输的应用，为深凹露天矿技术改造提 供了可行的途径，边坡稳定控制技术的成功应用为露天矿的生产提供了安全保障， 同时爆破技术、自动调度及环境治理等也有很大改善和提高，总之，我国铁矿的 露天开采技术已获得了长足的进步，尤其是进入2 l 世纪。保持世界第一产钢大国 的地位，铁矿石产最也达到了2 6 1 亿t ，铵天然重量计算，亦继屠世界首位，其 中8 0 以上是露天矿生产的，这是我国发展成为擞界银铁大国的坚实基础，而科 学技术在发展中起到了关键性作用，部分露天开采技术达到国际先进水平，个别 技术己达到国际领先水平。 我国采用陡帮并采的露天铁矿是很多的，据统计，现有1 7 座年产铁矿石3 0 0 - - 1 0 0 0 万t 以上的大型和特大型骨干露天矿，太都已实施裴正在分期开采。 北台铁矿有大顶子、张家沟、北台沟3 个暴场，疆在矿床勘探深度浅，设备 无来源以及舞金困难麴簿况下建矿的。为了藏跨投资晕出矿积累资金再扩大生 产，决定采用分期野采，即先以小境界人互开采有剩部链，；再过渡到大境界机械 化开采。1 9 6 4 - - 1 9 7 5 年为第一期，设计规模为、1 0 0 二万t a ，1 9 7 1 年达产；1 9 7 6 年进入第二期建设，设计规范为1 5 0 万t a 在一期罪采的i 2 年阔，由于剥岩少， 采场内彩多溜井放矿，分散排土，水平逶题短，虽然凌餐承平很低，仍取得了很 好的经济效益，共采出矿石9 2 0 万t ，盈利3 7 4 0 万薤，是一期总投资的3 倍，达 n t 以矿养矿，滚动发展的嗣的，弗为第二期开采刨遣了条群。：期开采，由于 采用了潜孔钻机，太医徽莲爆破，汽车逶输，7 1 厩动碎石桃，j 横向扩帮及临时斜沟 基坑准备新水平等机械设备和薪接术；使劳动生产率提_ | 戋相冁，电铲效率提高3 4 ， 矿岩成本降低1 5 ，亦取得了根好的技术经济效益。 东北大学硕士学位论文 第一章前言 倾斜分条开采广泛应用于欧美国家。美国的平托谷铜矿就是应用这种方法开 采的，在一个台阶宽度为9 0 1 2 0 m 平台上，安排2 台挖掘机尾随作业，互相间隔 i o o m ，台阶高度1 3 7 m ，安全平台宽度为1 5 m ，工作帮坡角最大时达4 2 度。北台 铁矿张家沟采场就是采用这种方法进行扩帮的，眼前山、大孤山和南芬铁矿等矿 山的局部扩帮部位也是采用这种方法。北台铁矿张家沟采场二期扩帮时，上盘向 外扩大1 0 0 一1 6 0 l i l ，平均1 3 0 m ，下盘扩大l o _ _ 6 0 m ，北端扩大6 0 m ，南端未扩。上 盘3 2 0 m 水平以下汽车运输，采用分条分段扩帮，共分两个分条，分条宽5 0 一7 0 i n ， 分段长1 0 0 - - 2 0 0 m ，工作帮坡角达2 l 度一2 6 度。第一个分条北段由3 1 0 m 水平降 到2 5 0 m 水平后，再扩南段：第一个分条扩完后，再扩第二个。3 1 0 m 水平以下曾 用z 台1 甜电铲前后尾随扩帮，尾随距离6 0 多米。2 9 0 m 水平以下改用4 m 3 电铲扩 帮，由采场一端向另一端推进。由于加强扩帮的生产管理开采用大区顺向微差爆 破，爆破质量好，电铲囊穿瀑千扰小，基本实现了不伺断的平行流水作业。提高 了挖掘效率。据统计。1 9 7 7 年张家沟采场扩帮，1 0 电铲台年效率8 0 万t ；1 9 7 8 年9 # 1 一铲在3 0 0 - - 2 6 0 m 5 个水平连续作业，台年效率离达1 2 5 万t 。同时为了掌 握滚石的运动规律，预留合理的安全清扫平台，确保生产安全，矿里还在张家沟 采场2 4 5 m 平台测定了曲3 l o m 水平滚下的滚j e f 距离。 作为国家“七五”科技攻关项目，马鞍山矿山研究院等单位1 9 8 6 - - 1 9 0 0 年在 南芬铁矿，历时4 年成貔她完成誉冷台骱组和4 啥裔阶一组的组合台阶陡帮 开采工艺工业试验研究。试验是在采场上4 7 8 4 4 踟进行韵，其作业设备为7 6 和i i 5 m 3 电铲、4 5 r 牙轮钻机、1 5 4 和l o s t 屯动轮自挪汽藜等大型设备，选用的 试验数如下：工作平台宽6 0 m ；2 ) 菲工作平台宽7 m ；3 一次循环攉进宽5 3 m ；4 ) 坑线宽2 5 m ：5 ) 台阶高度1 2 m ；6 ) 台阶坡面角6 5 瘦。 由上述参数组成的工作帮坡角，一组内含一条坑线时为2 0 5 度，不含坑线是 为2 4 。9 度。现已形成4 7 8 - - 4 4 2 m 4 个台阶组合韵台阶状态，但经研究认为一组台 阶数4 - - 6 个为宣，工作帮坡角1 9 。2 度2 & 6 度及1 6 7 度一1 8 。8 度为优。该项 研究已取得了显著的经济效益； 可见，陡帮开采工艺技术，在我国的一些大型露天矿的分期开采扩帮过渡、 扩建改造工程中有着广阔的应用前景，可获得巨大的经济效益。 东北大学硕士学位论文 第一章前言 1 3 主要研究内容及方法 1 3 1 主要研究内容 由于大孤山铁矿成果地应用了陡帮开采技术解决生产实际问题，同时又引发 了一系列陡帮开采技术下的经济与技术问题。因此本项目研究内容为大孤山铁矿 应用的陡帮开采技术形式及其对矿山企业经济效益指标的影响。 根据大孤山铁矿实际采矿方法应用情况和研究的目的，确定该项目研究的主 要内容如下： 1 、收集相关资料、国内外关于陡帮开采技术的研究成功、相关研究报告； 2 、大孤山铁矿的工程地质特征、矿区地质概况、采场岩体组分等； 3 、研究大孤山铁矿陡帮开采技术的应用情况，并对其效果进行评价； 4 、研究影响陡帮死采的技术参数，并进行评价； 5 、比较陡帮开采与缓帮开采对矿山整体技本经济指标的影响； 6 、综合评价陡帮开采技术。 1 3 2 主要研究方法脚嗍“州” 1 、利用收集的相关资料及结合自身工馆成果，运用计算机进行数据统计分析： 2 、利用采矿学中的经验法瓣交鞭出铁矿戏嗣的采矿方法进行归纳、总结、分 析。 3 、进行大量生产数据调查，根据鳍栗利用髓机理论和统计学方法，建立大 孤山铁矿主体设备效率与设备舴业率关系图、运输作业戏奉与效率对比图等图形。 4 、根据大量实测数据，绘制成散点圈，粮据散点的分布，采用二次多项式回 归方程，得出爆堆宽度、| 爆堆坡面角与最小抵抗线的回归模型。 5 、利用动态法和静态法评价陡帮开采下_ 她露天采矿地经济效果。 东北天学硕士学位论文第二章露天矿开采的采朝方法和陡帮开采 第二章露天矿开采的采剥方法 和陡帮开采 2 1 分类的基础和原则 露天矿地开采方式和采剥方法随着露天矿技术和装备水平地不断发 展而发展。现代露天矿地开采方式和采剥方法不论是理论上还是实践上都 已经由过去单一的发展成分门别类的多种方法。因而出现了它的分类问 题。 在6 0 年代末期，国外已经开始提出露天矿采剥方法的一些分类。 从7 0 年代末期开始我国也进行了这方面的研究。提出了具有我国特 点的露天矿开采方式和采剥方法的分类。 露天开采方式是指在躇天矿全部或某一开采时期内。对其全部或部分 矿岩量，特别是对其剥岩爨采用的开采阶段、- 采剥颓序和发展的方式，总 称为露天矿的开采方式( 方法) 。 采矿和剥离的方法是实现露天矿开采方式的具体方法，称为采剥方 法。露天矿的采剥方法是由其采剥关系、工艺联系和特点所组成。采剥关 系、工艺联系和特点的不同是区剐各种采剥方法的主要标志。每种采剥方 法的内容与矿床埋藏条件有关。所以它是确定采剥方法的主要依据和基础 条件。各种采剥方法是根据这些相互可以区别本质的特点而划分的，而其 本质无区别的一些表面形式的不同是不能作为划分采剥方法依据的。 露天矿开采方式和采剥方法分类的基础和原则应体现在露天矿全部或某 一开采时期都发生的、经常表现其形式和本质的、经常反映其特点的、本 质区别明显的一些开采和剥离工艺特点和原则，可作为露天矿开采方式和 采剥方法划分的依据。 正确掌握、合理运用露天矿的开采方式和采剥方法将有利于发展露天 矿的开采技术和采剥工艺，从而达到提高露天矿生产能力的目的。所以露 天矿开采方式分类具有十分主要的意义。 2 2 露天开采方式和采剥方法分类 以前，我国采矿工作者，对露天矿的开采方式和采剥方法虽有一些分 东北大学硕士学位论文 第二章露天矿开采的采剥方法和陡帮开采 析研究。但仅限于某个方法、某个侧面、某个特点的些分析研究，没有 全面的系统的提出露天开采方式和采剥方法的分类。 对露天开采方式和采剥方法，从其某些特点和不同的侧重面，有如下 的一些提法。 按剥离帮坡角的大小，有陡帮( 2 0 。以上) 与缓帮( 2 0 。以下) 剥离 之分；也有叫陡帮开采与缓帮开采的i 按剥离帮的台阶布置，有单台阶、 并段和组合台阶三种形式；按工作面运输，有铁路、汽车和胶带运输三种 基本方式：按大部分矿岩量在陡帮上采剥的，称为扩帮开采斜分条采剥法： 按台阶划分状态，分有水平分层和倾斜分层两种。 上述提法，均从某个方面分析研究的，对分类要求，不可能完全、系 统、准确而科学。 如按上述拟定的露天开采方式和采剥方法分类的基础和原则，确定的 露天开采方式和采剥方法分类为： 露天矿的开采方式，按建设投资、开采阶段、采剥顺序和发展的方式 分为全境界、分期、边采边扩和综合开采四种方式。 露天矿的采剥方法，按采剥工作面布置、工艺联糸褶特点分为：纵囱 采剥方法、横向采剥方法、斜向采刹方法、纵横内采剥穷法、横采横扩采 剥方法、扇形采剥方法和环形采剥方法。露天矿开采方式私采剥方法分类 如表。 东北大学硕士学位论文 第二章露天矿开采的采刺方法和陡帮开采 表2 1 露天矿开采方式和采剥方法分类表 t a b l e2 1 m a p p i n go fm i n i n ga n ds t r i p p i n g 开采方式采剥方法 备注 纵向采剥方法 横向采剥方法 按倾斜分层、斜向开采倾角8 一一1 0 度以下的层 斜向采剥方法 全境界开采状矿床 纵横向采剥方法 铁运采用纵采。汽运采用横采 扇型采剥方法 环行向采剥方法 纵向采剥方法 横向采剥方法 斜向采剥方法 分期开采 纵横向采剥方法 扇型采剥方法 环行向采剥方法 横采横扩采剥方 法 边采边扩开 纵横向采剿方法 采 纵向采剁方法铁运开采软岩 环行向采剥方法 上列不同方法的 综合开采 组合 这种分类，是在总结合实际我国露天开采一些经验的基础上、经过大 量的理性研究后提出的，并吸收部分国外露天开采的先进技术。也考虑到 我国露天开采的实际情况和今后的发展。它紧密的结合了矿订地质条件， 开采条件、采剽顺序、运输方式和剥采比均衡等条件。所以，这种分类， 不仅有我国特点，又有科学性和实践性，类别明显，特点显著，齐全完整， 是系统的。 这种分类原则的特点： 1 、划分开采方式与采剥方法两大类别，表明两个不同范畴的概念。 - 8 东北大学硕士学位论文第二章露天矿开采的采剥方法和陡帮开采 也就是说开采方式与采剥方法相当于战略与战术的不同范畴，两者又具有 战略与战术的相互关系。 2 、以露天矿的剥离顺序和剥离时间为主，划分四种开采方式。把一 次剥离到最终境界的。划为全境界( 不分期) 开采；把分期剥离到最张境 界的划为分期开采；把边采边扩、连续扩帮剥离，逐步剥到最终境晃的， 划为边采边扩开采；上列开采的组合成为综合开采。 3 、在采矿、剥离和新水平准备作业中，掘沟的形式和方法、形成初 始采剥工作面和政党采剥工作面的采剥方式和特点，以及在这些工艺中的 钻孔、爆破、筑路、装车、运输、排土等工艺过程和工艺联系的总和，称 为采剥方法。按采剥工作面布置和采剥工艺联系和特点，分为纵向、横向 和斜向采剥方法。由于采剥工作面布置和表面形式的不同，分有纵横向和 横采横扩采剥方法。按采剥工作面形状类似扇形和环形的。划为扇形和环 形采剥方法。 4 、扇形和环形采剥方法。与纵向、横向和斜向采剥方法分类的基础 和原则有些不同，它是按台阶形状确定的，其形状类似于扇形和环形，没 按正在采剥的工作面布曼与采掘带、各工艺联系和特点划分的。因为，这 种情况下，这些特点与矿床和开采条件的关系表现得不像纵向、横向和斜 向采剥方法那样明显而突出。所以划分为扇形和环形采剥方法较合适。 扇形和环形采剥工作面的形成和发展，均需用纵向、横向或斜向工作 面采剥成的。在这种情况下，纵向、横向稻斜向的橇念，是与采剥带各部 分的走向呈平行、垂直或斜交布置状态而言的。按此做含意，也可以把它 趔在纵向、横向或斜向采剥方法范畴之内。但考虑劐采剿工作面形状的特 点较为突出。所以，带是划为扇形和环形采剥方法为好。 5 、采剥工作面运输也采剥方法的关系：一般铁路运输时采用纵采， 汽车运输时用横采或斜采，铁路和汽车运输时用纵横采，胶带运输进用斜 采、纵采等。 开采方式与运输的关系：当开采剥离量在的露天矿、铁路运输时，一 般采用边采边扩的开采方式。它将成为露天开采的发展方向。 6 、在确定露天开采方式和采剥方法时。对采空区能安行内部排士条 件的，应尽力妥善安排好仙排的采剥排方案，它能有效地解决排土占田的 矛盾，并能大大地提高采剥效果。 东北大学硕士学位论文 第二章露天矿开采的采澍方法和陡帮开采 2 3 露天开采方式 2 3 1 露天开采四种方式 1 、当开采剥离量不大，特别是初期开采剥离量不大的露天矿时，往 往采用一次剥离到终终境界，称为全境界( 不分期) 的开采方式。如海南 铁矿、大冶铁矿西露天等一些露天矿的开采。 2 、当开采深度( 或面积) 大，储量多，时间长，以及剥离量大，特 别是初期开采剥离量大的露天矿时，往往采用陡帮分期( 陡帮剥离分期界 限) ，分期剥离，集中扩帮，分期开采的方式。如北台铁矿张家沟采场、 大冶铁矿东露天等一些露天矿的开采。 3 、当开采剥寓蠡大，特别是初期开采剥离量大的露天矿，经常采用 陡剥离帮，连续扩帮剥离，逐步剥到最终境界，边采边扩的开采方式。如 弓长岭铁矿独木采场，老岭采场等露天矿的开采。它与分期开采的区别， 在于连续扩帮、划不出分期界限。但扩帮的方法相同。 4 、上列不同开采方式的组合成为综合开采。 2 3 2 分期开采n 5 1 m 1 l 、分期开采，按矿床埋藏条件和剥离量颁，一般有三种方式： 1 ) 沿矿体倾斜矜期开采，当开采倾斜和争倾斜矿床，如需分期开采 时，一般沿矿体倾斜嘉向进行分勰开采。如华子峪镁矿、大冶铁矿东露天 等一些露天矿的分期开采。 2 ) 沿矿体走向分期开采。当开采走向较长韵矿体，如需分期开采时， 一般沿矿体走向方向划为分期开采。如水厂铁矿车外设计、金堆城钼矿等 一些露天矿的开采。 3 ) 分区分期开采。当开采缓倾斜或水平矿床时，一般按分区迸行分 期开采，如霍捧河等一些露天开采煤田，可分若干区，先开采l 2 区后， 再分区分期开采，可逐步发展成特大型露天煤矿。 2 、露天分期开采界限。是指在露天嚣采最大范围内，划分为二期或 二期以上的多期开采。初期按小境界开采，当生产剥采比下降到一定程度 时，向大境界扩帮剥离的开采过程，称为分期过渡。分期开采，各期之间， 一般按陡帮( 可达最终边坡角) 划定分期剥离界限。 3 、分期开采条件：开采深度( 或面积) 大、储量多、时间长的；矿 东北大学硕士学位论文 第二章露天矿开采的采剥方法和陡帮开采 量上部少下部多的：初期规模小，后期规模大的；前期按勘探较浅的工业 矿量划定小境界开采，后期按勘探较深的工业矿量划定大境界开采；矿床 复盏层较厚，剥离量大，为减少基建剥离量，早投产的；随着采矿技术装 备的发展，露天开采深度需延深的。 4 、分期过渡扩帮方法：有纵向与横向之分。纵向扩帮法，适用于软 岩和铁路运输的条件；横向扩帮法，适用于硬岩和汽车运输的条件。当扩 帮量大进，一般彩分区扩帮，并用多台电铲尾随作业的横向扩帮法，扩帮 速度快，作业安全。白银铜矿、北台铁矿和大冶铁矿东露天上部扩帮幸免 用多台电铲尾随作业的横向扩帮方法；海州鼹天煤矿和大冶铁矿东露天下 部扩帮的铁路运输区段用纵向扩帮法。 2 3 3 缓帮开采 我国露天矿曾多用的纵向采剥方法，其工作帮坡角较缓，一般在2 0 。以下称为缓帮开采。 2 3 4 陡帮开采 虽与缓帮开采相对应提出的。但其内容与叫法并不对应、不确切，具 体分析如下： l 、陡帮开采的采矿段一般为横向采矿，沿矿床走向形成采矿工作 帮，帮坡角很缓，一般为3 。6 。因而，在采矿段不是徒帮采矿。 2 、徒帮开采的剥离段，一般为横向剥离，沿到裔带走向形成剥离工 作帮，帮坡角很缓，一般为3 。64 。因而，在剥离段不是陡工作帮剥离。 3 、采矿段与剥离段这问为陡剥离帮。此帮较陡，当中硬岩石需爆破 时，均被扩帮的滚石所复盖，因此，在该帮土，是不能和不准工作的。所 以，它只是一个陡剥离帮的剿离界限、采矿段与剥离段这间的界限。把无 矿或有矿很少可采的陡剥离帮，称为陡帮开采，是不妥的。 4 、分期开采扩帮时，扩帮量大，又集中。其时间仅占露天矿开采期 的三分这一到五分之一，以及把分期划定的陡帮形式，叫做陡帮开采。也 是不妥的。 5 、国内提名的陡帮开采，单纯地强调“陡”，不符合我国露天开采发 展方向，反而容易产生采剥失调。如抚顺西鼹天煤矿，目前出现的陡帮( 2 0 。3 0 。) 开采，籍经较长时间大幅度减产的调整剥离，才能恢复正常生 产。 东北大学硕士学位论文第二章露天矿舞采的采剥方法和陡帮开采 我国露天矿改造和发展的一种最佳的采场状态是缓帮采矿，陡帮剥 离。它保留了缓帮采矿的优点，克服了缓帮剥离的缺点。即采矿段集中在 宽大平缓的坑底，实行水平分层采矿；而剥离段集中在陡剥离帮上，按斜 分条剥离带进行扩帮剥离。所以，陡帮开采这个词，不能完全反映这类开 采方法的特点，不宜采纳。 2 3 5 扩帮开采 这种开采，把露天矿采剥呈倒锥体形的，其边帮也较陡，陡帮上的矿 又有岩，采矿和剥离工作大分分在陡帮上进行，采用大量扩帮进行剥离和 采矿，称为扩帮开采( p u s hb a c k m i n i m g ) 。在欧美和一些国家的露天 矿均有所采用。但其上部岩石剥不除，下部矿石无法采出。这种严格的采 剥关系，我国难适应。结合我国露天开采情况，按陡帮剥离，缓帮采矿较 合适。 国外的扩帮开采中，采用斜分条采剥法( s p l i ts l o p em e t h o d ) 较多。 在斜分条上采矿和剥离，结台和国内鹰天开采情况，采用斜分条剥离。缓 平坑底水平分层采矿较台滔。 国外的扩帮开采，电铲大，效率又高，采用单一大宽平台扩帮，速度 很快。结合我国电铲小、效率低的情况，采用分送扩帮，并用多台电铲尾 随作业横向扩帮较合遁。 2 3 6 组台舒阶开采 结合台阶，是组成陡剥离帮的一种结构形式。由二个或二个以上台阶 组成台阶组，由二个蠛二个以上的台阶组，组成群璃帮上下同时作业的形 式，称为组合台阶。在中硬岩中，馕用汽车运输肘。也必须用横向剥离法， 才能实现这种结构形式。它对采剥工艺也会产生一些有利作用，但工作面 布置和生产组织管理复杂，并在陡帮上作业的安全生产无保证。所以，把 它称为一称开采或采剥方法均不合适。实际上用的很少，仅在山坡露天水 平出车和软岩中使用。如在深佃露天矿一采用汽车运输剥离中、硬岩时， 需解决运输公路躲开滚石区的安全生产技术问题。否者，需加大平台宽度， 减缓剥离帮坡角，反而陡不起来。 2 4 简论陡帮开采工艺汹m 长期以来，露天矿设计基本上是采用缓工作帮的开采工艺。这种设计 东北大学硕士学位论文 第二章露天矿开采的采剥方法和陡帮开采 方法是把露天采场分成若干个水平分层， 运输设备进行开采。由于工作平台较宽， 成阶梯状。 每个水平分层都用独立的采掘和 再加上诸工作平台是依次排列形 这种开采工艺由于工作帮坡角较缓，所以矿山开采初期剥岩量多，生 产剥采比大，矿石成本高，初期投资高。为了克服上述弊病，必须把工作 帮坡角加大，事实上美国、南斯拉夫等国的一些露天矿都广泛采用陡工作 帮的开采工艺。 陡帮开采工艺是泛指露天采矿形成陡剥岩帮的采剥方式、方法，而研 究工作帮坡角的构成因素是实施陡帮开采技术的关键。陡帮也是与原来采 矿工艺中的工作帮坡角比较而得来的。原采矿工艺中的工作帮坡角一般为 1 2 。1 5 。，陡帮开采中工作帮坡角一般为1 54 2 5 。 陡帮开采的实质是在露天矿采剥工艺技术发展中，为了寻求压缩早期 生产剥采比、降低成本，均衡生产剥采比和节省投资等，所采用的加大工 作帮坡角的采剥工艺。陡帮开采工艺是对过去工作帮坡角较缓的缓帮开采 而言，我国过去的缓帮开采，工作帮坡角鞍缓，一般只为8 。1 5 。左右， 因而造成生产剥采比较高，下降速度也比较慢。采矿强度低。全国重点露 天铁矿年平均下降速度仅为6 m 左右，可见这种缓工作帮的开采工艺已不 适应深凹露天矿挖潜、改造的需要。工作帮坡角的提高可通过采用倾斜 分条开采、组合台阶开采和提高工作台阶高度的途径来实现。 倾斜分条开采又称削帮开采，其实质是露天矿剥岩区由一台或几台电 铲在一个工作台阶上由上而下依次采剥，直到最下采矿盆阶为止，然后再 到最上的台阶进行二次从上到下的作业，这种开采条带宽度较窄，般为 6 0 l o o m ，工作帮坡角较陡，一般为2 5 。“3 5 。逮秤方式临时工作台阶的 安全平台设置不等，有单台阶等宽平台、不等宽平台、双台阶并段平台和 多台阶并段平台等。我国多数矿山采用单台阶等宽平台或并段台阶等宽平 台。 组合台阶开采，其实质是一台或几台电铲进行两个以上一组台阶的从 上而下轮流采剥。组合台阶开采的工作帮坡角为2 0 。左右，组合台阶数越 多，工作帮坡角越大，如果采剥工作面上所有的台阶都组合在一起就演变 成倾斜分条采剥了。一次采剥带宽度或称作一个采剥周期内作业宽度，即 完成一组合阶从上到下一次采剥作业宽度，需考虑具体采剥作业条件，设 备效率，下降速度以及控制均衡生产剥采比等诸多因素。它是由最小采剥 作业平台宽度和组合台阶构成要素阶段高度、坡面角、安全平台宽度以及 t 3 东北大学硕士学位论文第二章露天矿开采的采刺方法和眭帮开采 组合台阶间接碴平台宽度、区间运输道路宽度计算确定。组合台阶中非作 业台阶所留的安全平台宽度一般为l o l5 m 或采取并段设置宽度。在陡帮 开采作业时，为了防止和减少爆破岩石滚落到下部，影响下部台阶的作业 安全，可采取斜向或横向爆破起爆技术、压碴挤压爆破技术，以防碎石飞 掷。 当台阶高度和台阶坡面角选定后。工作帮坡角将随作业和安全平台宽 度的大小而变化，反之，当作业和安全平台宽度一定时，工作帮坡角将随 台阶高度和台阶坡面角的大小而变化。 适当增加台阶高度即出现了高台阶陡帮开采工艺技术的发展和应用。 适当加大台阶高度的主要优点：可以改善穿孔、爆破、装载和运输工作的 生产技术经济指标，减少采场内部运输线路的修筑和维护工作量，有助于 高速采矿和剥岩工作制度，可以适当提商工作帮被角和最终边坡角，减少 剥岩量，相应提高设备效率和矿山生产能力等。因此，在有条件区段，适 当加大台阶高度，对完善露天矿陡帮开采工艺是有益的。 2 5 实现陡帮开采的技术参数 图2 1陡帮开采的接术参数圈 f i g2 1m a p p i n go fp a r a m e t e r sf o rs h a r ps l o p em i n i n g 工作帮坡角可以通过下面公式求得 东北大学硕士学位论文第7 - 章露天矿开采的采剥方法和陡帮开采 y h , 留中= i 广。生一 ( 2 - 1 ) 限+ h t c t g a , 式中：h 。一一第i 个台阶的高度 b ，一一第i 个台阶的平盘宽度 a 。一第i 个台阶的坡面角 h 一一台阶总数 从工作帮坡角的公式宁可以得出：在一定开采条件下，增大工作帮坡 角的唯一变量在于减少z , i 。 减少它的方法有两种。一是减少工作平盘席度：二是控制暂时不工作 的阶段数目及缩减它们的平盘宽度来达到减少二矗。的目的。 口n 工作台阶数目的多少并且随意决定的。它取决于矿山开采规模、技术 装备水平、工作帮的规模以及空间采掘位置。必须满足下述条件： i m ：掣 ( 2 2 ) d 、7 式中：m 一进行采剥作业的台阶数； w 工作帮阶总数； u 一由露天矿生产规模所决定的工作帮年平均推进速度( 米年) ； h 一台阶高度( 米) ； l 一1 台电铲的工作线长度( 米) ； r 一采剥矿岩的平均容重( 吨米3 ) ； q l 台电铲的年生产能力( 吨年) 。 2 6 实现陡帮开采技术的工艺实质和技术条件； 在一定采矿技术、设备能力的前提下，尽量缩减工作平盘宽度。 在满足正常生产能力前提下。缩减工作平盘个数。 在满足正常生产工艺而又无法缩减工作平盘数的前提下，增加不工 作平盘个数，缩减其平盘宽度 在满足矿山正常规模的前提下，增加有效工作线长度。 在满足矿山正常规模的前提下，减缓水平推进速度 - 在满足矿山正常规模的前提下，加快采矿工程速度。 提高设备生产能力或改用大型设备也可以实现陡帮开采。 1 5 东北大学硕士学位论文第二幸露天矿开采的采剩方法和陡帮开采 2 7 陡帮开采技术的优缺点 陡帮开采的优点很多，主要有：基建剥岩少，投资少，基建期短， 投产、达产快；可缓剥大量岩石，有限地均衡生产剥采比，改善露天矿 前期的技术经济指标：最终边帮暴露时间晚，降低边坡维护费用等。 同时存在缺点：设备移动频繁，设备效率有所降低；移动线路长， 公路维护量及成本有所增加。 2 8 陡帮开采的方式方法及适用条件 3 陡帮开采的方式很多，主要有组合台阶、尾随式开采、并段钻孔爆破、 “横采横扩采剥法”、竖分条等方法。 适用条件 l 、矿体埋藏深，储量大，开采时间超过3 0 年的露天矿； 2 、矿床上部矿量少。下部矿量多的露天矿； 3 、露天开采境界丈。作业台阶多、矿体厚的矿体； 4 、矿体上层覆盖层厚，为了减少初期基建工程量； 5 、由于矿山开采的前期经济投入少，而需要少剥岩，提早带矿的矿 山企业。 东北大学硕士学位论文 第三章陡帮开采技术在大孤山铁矿中的实际应用 第三章陡帮开采技术在大孤山铁矿中的实 际应用 大孤山铁矿位于鞍山市东南1 2 公里的干山脚下，占地面积为1 0 6 平方公里， 素有“十里铁山”之称。矿区交通便利。有环市的铁路与国有铁路直接接轨；有 公路系统与市内公路相连。 大孤山铁矿始建于1 9 1 6 年，原始山顶标高为+ 2 6 0 米。1 9 1 6 年1 9 3 1 年9 1 8 事变前为中日合办“振兴公司采矿所”。9 1 8 事变后隶属“昭和制钢所”，至1 9 4 5 年日本投降累计采出矿石1 9 0 8 万吨。1 9 4 5 年1 9 4 9 年停产。1 9 4 9 年正式成立大 孤山铁矿是目前全国较为典型的深凹露天铁矿。现有职工1 8