第06-09讲露天矿运输(上).doc

1. 露天矿运输的任务运输工作是露天矿的主要生产工艺环节之一，在露天开采工艺中占有十分重要的地位。露天矿运输的任务是将采场采出的矿石运送到选矿厂（或将采场采出的毛煤运送到选煤厂）、破碎站或贮矿场，将剥离的岩土运送到排土场，将生产过程中所需的人员、机械设备和材料运送到作业地点。完成以上任务的运输网络便构成了露天矿的运输系统。露天矿运输的基建投资额占基建费用的4060%，运输成本和工时分别占矿石总成本和总工时的一半以上。在倾斜和急倾斜矿床开采中，深部开采的运输条件显著恶化，运输成本急剧增加。据国外有关矿山的统计资科，采深每增加100m，运输费用增加50100%。因此，正确选择运输方式，合理配置运输设备，有效组织运输工作，对完成矿山生产任务，提高矿山生产能力与劳动生产率，降低矿石成本，都具有重大意义。2. 露天矿运输方式目前，露天矿运输方式按作业特征可分为 独立式（单一式）运输： 间断作业式运输物料间断运行的运输方式 连续作业式运输物料连续运行的运输方式 联合式运输几种运输方式的联合自卸汽车运输作业机动灵活，能简化开采工艺和降低基建工程量等，近二十年来在国内外露天矿山得到广泛应用和迅速发展。美、加、澳等国自卸汽车在露天采矿中的应用比重在90左右。目前我国绝大多数建材和有色金属露天矿（如白银厂、德兴、铜录山等矿山）、40左右的冶金露天矿山（如南芬、水厂南采区、大宝山、大冶西采区等）都采用自卸汽车运输。近年开发的几个大型露天煤矿（例如，神华集团准格尔能源公司黑岱沟露天煤矿），也均采用自卸汽车运输。铁路运输是早期露天开采广泛采用的一种运输方式。例如，我国第一个现代化 、机械化、电气化的最大露天煤矿海州露天煤矿（19532005）就是采用铁路运输方式。目前，在我国和国外某些国家仍占有定比重，主要用于采场空间大的露天矿和地面运输，短时还难以被其他运输方式取代。带式输送机运输的适用条件较为苛刻，可用于煤岩松软的大型或特大型露天矿。为适应各种开采条件和不同的开采深度，单一运输方式在露天矿的使用日渐减小，而各种联合运输方式正越来越多地获得广泛使用，尤其是在一些大型的深凹露天矿中有较大的发展。例如，大孤山铁矿的深部开采就已采用了自卸汽车-带式输送机的联合运输方式。3. 露天矿运输设备的选择 露天矿运输设备的选择具有以下特点： 与采装设备的类型关系密切。用轮斗挖掘机采掘煤岩时，多与带式输送机运输相匹配；煤岩用单斗挖掘机采装时，视具体条件采用铁路、汽车或各种联合运输方式等。 与采装设备的选择相比，影响运输方式选择的因素更多，除煤岩性质和煤层的赋存条件外，还有运输量、运输距离、开采深度，开采范围以及地形条件等。 由于运输费用及投资在露天矿总投资和采煤成本中均占很大比重，故运输方式的优劣对露天矿的经济效果影响很大。 运输系统的选择应与露天矿开拓、矿山工程发展统一考虑。4. 汽车运输自20世纪60年代以来，随着汽车制造工业的日益发展，自卸汽车运输在露天矿中得到越来越多的应用，尤其是新建的露天矿，基本上都是采用汽车运输，它既可作为单一运输方法，又可与其他运输设备或设施组成联合运输方式。汽车运输在国外露天矿中己获得广泛应用。在加拿大、澳大利亚几乎所有露天矿都采用汽车运输。在美国的露天铁矿中，只有伊利和明塔克采用汽车-铁路联合运输方式，其余均为汽车运输。美国的露天煤矿也广泛采用汽车运煤。目前我国绝大多数建材和有色金属露天矿（例如，白银厂、德兴、铜录山等矿山）、40左右的冶金露天矿山（例如，南芬、水厂南采区、大宝山、大冶西采区等）都采用自卸汽车运输。近年开发的几个大型露天煤矿（例如，神华集团准格尔能源公司黑岱沟露天煤矿，霍林河露天煤矿，伊敏河露天煤矿、平塑露天煤矿，等），也均采用自卸汽车运输。5. 自卸汽车运输的优缺点与铁路运输相比，汽车运输具有以下优缺点。 自卸汽车运输的优点 机动灵活，调运方便，特别适于复杂的地形和地质条件； 爬坡能力强，在高差相同的条件下，可缩短运距，基建工程量小，基建速度快； 运输组织简单，可简化开采工艺，提高采掘效率； 道路修筑和养护简单。 自卸汽车运输的缺点 吨公里运费高，经济合理运距较短，一般为2.53.0km，自卸汽车的维修和保养工作量大； 受气候影响较大，在雨季、大雾和冰雪条件下行车困难； 深凹露天矿采用汽车运输会造成坑内的空气污染。6. 矿用汽车露天矿汽车运输通常采用后卸式自卸汽车、拖拉机牵引的半拖车和汽车列车（由牵引车和多台侧卸拖车组成）。国外露天矿汽车运输，趋向于发展大载重电传动自卸汽车。目前世界上大型露天矿普遍使用载重量为100200t的电动轮汽车，而且载重量为360t级的电动轮汽车已开始在美国、加拿大等国研制和应用。我国矿用汽车也出现增加载重的趋势。在7080年代，通常采用的是2032t的机械传动自卸汽车；80年代后，通过进口和国内伪造，大型露天矿山开始广泛使用载重100150t电动轮汽车。背景材料：美国当地时间2006年4月6日上午9：00，中国神华集团准能公司哈尔乌素项目采购内蒙古北方重型汽车股份有限公司与特雷克斯尤尼特瑞格合作生产的电动轮矿用汽车签字仪式在洛杉矶举行，中国国务院副总理吴仪同志及随访的中国企业家投资、采购代表团出席并见证了双方合同的签字。该项目是神华集团以国际招标方式进行采购的。该合同项下包括360吨电动轮矿车37台，260吨电动轮矿车18台，合同总金额1.57亿美元，合同截至2007年九月全部执行完毕。哈尔乌素项目是神华集团准能公司的新建项目，项目总投资43.4亿元，设计年产原煤2000万吨，选用世界先进的设备装备矿山建设，项目建成后将成为国内装备水平最高的露天煤矿。此次合同的签订是北方股份生产的电动轮矿用车第一次进入神华集团市场，后续的市场潜力和发展空间非常巨大。目前全球能够生产360吨电动轮矿用车的制造商只有三家，而中国的北方股份就位列其中。北方股份现在拥有3大系列的产品：25吨100吨机械传动矿用车；120吨360吨电传动矿用车；23吨42吨铰接式自卸车，成为目前世界上唯一能够在同一工厂、同一条生产线上生产三大系列全线产品的工程机械制造商。白俄罗斯汽车制造联合体制造的别拉斯75306型电传动矿用自卸车。该车载重220t，自重152t，尺寸13.36m7.78m6.65m，最高时速43km/h，最小转弯半径15m。 7. 矿用公路设计公路分类及其技术等级矿用运输公路与一般公路相比，通常具有断面形状复杂、线路坡度大、曲线半径小、运量和行驶车辆载重量大、相对服务年限短等特点。因此，要求公路结构简单，并具有相当的坚固性和耐磨性。矿用运输公路按用途可分为生产公路和辅助公路。前者主要是在开采过程中用作矿岩运输的公路。按矿用公路性质和所在位置的不同，可分为三类： 运输干线，从露天采场出入沟通往卸矿点（如破碎站）和排土场的公路； 运输支线，由各开采水平与采场运输干线相连接的道路和由各排土水平与通往排土场的运输干线相连接的道路； 辅助线路，为通往分散布置的辅助性设施（如炸药库、变电站、水源地、检修站、尾矿坝等），行驶一般载重汽车的道路。按服务年限，生产公路又可分为： 固定公路，指采场出入沟及地表永久性公路，服务年限在3年以上； 半固定公路，通往采场工作面和排土场作业线的公路，服务年限为13年； 临时性公路，指采掘工作面和排土线的公路，它随采掘工作线和排土线的推进而不断地移动，所以又称为移动公路。这种线路一般不修筑路面，只需适当整平、压实即可。矿用运输公路按行车密度和速度可划分为三个技术等级，其技术参数见教材表1.4.2所示。大型露天矿要求通过能力很大的生产干线一般大型露天矿的生产干线；或大型露天矿生产干线为一级道路时的生产支线；或中型露天矿要求通过能力较大的生产干线；一般大型露天矿生产支线；或一般中小型露天矿生产干线和支线； 或各型露天矿山的辅助线；8. 矿用公路设计路基设计公路是由路基和路面两大部分构成，它们共同承受行车的作用。 路基设计露天矿道路干线必须坚固、平整。路基是路面的基础，矿用公路质量的好坏在很大程度上取决于路基的稳定性。影响路基稳定性的因素，除地质条件、施工方法等以外，地面水与地下水的拦截与排除也十分重要。路基的修筑因地形而异，按其横断面的基本形式（或，形成路基的施工特点）分为三类。 填方路基（即路堤）依其修筑地点不同又分为平地路堤和山坡路堤 挖方路基（即路堑）依挖方断面形状不同分为单壁路堑和双壁路堑 半填半挖路基用于坡度较缓的山坡地形，与山坡路堤的区别在于一为半填，一为全填前两种路基适用于各种地形条件，第三种仅适用于山坡地形。路基横断面设计的主要参数是路基宽度（包括路面宽度和路肩宽度）、横坡和边坡等。这些参数的具体尺寸应按运输需要、地形特点、岩土性质、气候、水文等具体条件加以确定，以保证路基的强度、稳定性、适用性以及经济上合理的要求。1 路基宽度B路基宽度B由路面宽度b和路肩宽度组成。 路面宽度b路面宽度（正常行车部分的宽度）主要取决于自卸汽车外形尺寸（汽车宽度）、路面内设定的车道数目（行车数目）和道路的技术等级（行车速度）。车速越高，行车摆幅宽度越大，越难保证汽车沿路面中心线行驶（亦即，汽车只是沿着路面中心线上在一定摆幅内前进），因此会车时两车之间应保持一定安全距离。依据上列因素，道路路面宽度一般可按下式确定。式中 bD单车道路路面宽度，m；bS双车道路路面宽度，m；A车辆宽度，m；c行车摆幅宽度，m；m两车车厢间所需的会车安全间距（近似于两汽车内后轮外线的间距），为0.71.7m；（经验公式：，v1，v2两车车速，km/h）l汽车后轮外缘至路面边缘的距离，为0.41.0m。式中涉及的车道数目（行车线数）原则上应根据年运输量对该道路通过能力的要求予以确定。例如，生产线路（除环行运输外）、联络线路一般按双车道设计；辅助线可按通过能力的需要按单车道或双车道设计；当单车道亦需同时双向行车时，应在沿线适当的间距内设置错车道； 路肩宽度路肩宽度系指公路路面的边缘至路基顶部边缘之间的宽度，路面宽度及两侧的路肩宽度共同构成了路基宽度。路肩是用来支持路面、临时停靠车辆、堆积维修道路的物料及行人之用。设置路肩的目的主要是为了确保行车的安全和路面的稳定。因此，路肩应有足够的宽度，特别对通行大型车辆的道路，在地形有利时应尽量加宽路肩。各级道路的路面宽度及路肩宽度，可根据不同规格的自卸汽车外形尺寸（与车宽有关）、路基横断面的基本形式等从相关资料或设计手册中查找。通常，挖方路基为0.51.0米，填方路基为1.01.75米。车宽小的取小值，车宽大的取大值。在较高路堤路段，为运行安全，宜在路肩上设护墙（堤），如图1-42所示。对重型车及有条件设置较宽路肩时，可用废石堆置护堆，护堆尺寸应根据车型确定，堆高般为车轮高的一半，见图1-43。 采场内运输平台宽度采场内的单壁运输平台，其外缘岩体往往因采掘爆破而受到破坏，隐伏塌落的危险，威胁行车安全，因此，对于这种单壁路堑，其路基宽度除按设计资料或设计手册选取路面、路肩宽度并考虑排水沟宽度外，尚须在其外侧增设安全宽度。式中 B采场内运输平台宽度；b1道路路面宽度；b2道路路肩宽度；b3水沟（包括碎石落台）宽度；b4路基外侧无堑壁时的安全宽度，与汽车轮胎高度及岩性有关，不设护堆时可取13m。运输平台宽度计算参见图1-44。 路面横坡与路肩横坡（通俗地讲，沿短截面的叫横坡，沿长截面的叫纵坡）为了便于排除路面雨水，雨后尽快恢复路面干燥，保持路基稳定，路面通常修筑成中间高并向两侧倾斜的拱形（双向坡），称为路拱（虽然保持一定的横向坡度，但要保证行车的稳定性），如图3-3所示。路拱的形式，当路面等级较高、路面较宽时，一般采用直线加圆弧形或直线形；等级较低、宽度较窄时，一般采用抛物线形。露天矿道路一般采用直线型路拱，在路拱两直线斜面中间1/3路面宽度内，以圆弧过渡。路面和路肩应有一定的横坡。路面横坡值应根据路面类型，当地自然条件，并以有利于路面排水和行车平稳为原则加以确定，一般为1.04.0%。降雨量大的地区，宜取上限；降雨量小或有积雪和冰冻的路段，宜取下限。路肩横坡度一般比路面横坡度大12；在少雨地区可比路面横坡大0.5或与路面横坡相同。 路基高度与路基边坡路基高度系指基底至路肩边缘的高度，确定这一高度的原则在于必须保证路肩边缘适当高出地面积水，同时还应考虑地表水、地下水、毛细水及冬季冰冻作用对路基强度和稳定性的不良影响。干燥地区路基高度最少应高出地面0.30.5m。潮湿地区一般可按下表取值。潮湿地区的路基最小高度土壤类型砂性土粘性土粉性土稳定潜水位至路肩边缘的高度/m0.81.41.21.81.42.0路基边坡的坡度，应依自然地形条件、水文地质条件、筑路材料类别及其结构、路基高度和施工方法等因素予以确定。一般情况下，路堑和路堤的边坡坡度及高度，可按有关手册选用。必要时应进行稳定性计算。 路基排水为保证路基的稳固性，必须排除影响路基的路面水及地下水。各级道路应根据沿线地表水和地下水的实际情况，设置必要的路基排水设施。应视具体情况设置排水、防护和加固设施。路基的排水设施，一般采用边沟、截水沟（有较大的山坡地表水流向路基时，宜在距路堑边坡坡顶5m以外或离路堤坡脚2m以外设截水沟）、排水沟和盲沟（为降低地下水或切断有害含水层以保证路基稳定，可设置盲沟将水引排至路基范围以外）等。各排水沟道的纵坡不应小于0.2。9. 矿用公路设计路面设计 路面设计路面是在路基上用各种不用材料，按一定厚度筑成的坚实而平整的结构层，其功用是承受行车荷载及大气因素（如，雨、雪等）的作用，保证汽车运行安全、快速、经济与畅通。公路路面是公路与行车直接接触的部分，公路路况的好坏及其对汽车运行的种种影响，大都通过路面反映出来。因此，要求路面具有足够的强度和稳定性，有一定的平整性和粗糙度，在行车过程中产生的灰尘量小。 路面的类型根据其在荷载作用下力学性能的不同，公路路面可分为柔性路面和刚性路面等两大类。 柔性路面柔性路面受到行车荷载作用后，产生剩余变形，而且承受荷载作用次数愈多，产生剩余变形的总量愈大。柔性路面在质量级别上属于非高级路面，包括：沥青碎石路面；碎石、土和其他结合物处置的粒料路面；块料铺砌路面以及各种加固土路面。 刚性路面刚性路面具有很高的抗磨强度，在受荷载作用破坏前发生的剩余变形很小，可以用弹性理论来计算路面的强度。刚性路面质量级别高，通常为水泥混凝土路面。按照路面的横断面形状区分，路面可以分为镰刀形，槽形和半槽形，如图3-4所示。 镰刀形这种断面形式多用于低级路面。路面用料质量不高，铺筑于路基顶部的整个宽度上，中厚边薄，边缘厚度一般不小于5cm。其施工简单，可一并加固路肩，特别适用于透水性差而需加固路肩的土壤路基。但是，路面材料用量较多。 槽形这种断面形式为大多数公路所采用。路面材料质量较高或很高，仅铺筑于道路的行车部分，因而用料较省。但是路面易被路肩的泥土所污染，且路肩易于损坏。 半槽形这种断面形式兼有上述两者的优点，其特点是行车部分以高质材料筑成槽体，路肩部分则用廉价材料铺成薄层。其施工较为麻烦。若槽体用料质量、价格并不太高，则路面、路肩亦可使用同一材料，同时铺设。根据使用的材料和铺砌方法（即，根据质量划分），路面可分为高级路面、次高级路面、中级路面和低级路面等四级，如表3-4所示。其用料质量依次由高到低，施工难度依次由难到易；服务年限由长到短，并与公路技术等级互相匹配。表 露天公路路面等级路面等级路面类型使用年限高级路面水泥混凝土路面；整齐块石及条石路面10次高级路面黑色碎石路面；沥青灌入碎石路面；沥青表面处理路面6中级路面碎石路面5低级路面粒料加固路面566778899101011坡长限制/m800500300150(200)100(150)80(140)注：受到地形条件限制时，为适应采矿台阶高度，坡长限制可采用括号内数值。 竖曲线车辆在两相邻曲线段由下坡转为上坡时，需在变坡点设置凹型竖曲线；由上坡转为下坡时，需在变坡点设置凸型竖曲线。竖曲线的设置条件依凹形变坡与凸形变坡而有所不同：在凸形变坡处，相邻两直线段纵坡值代数差2时，应设凸形竖曲线；在凹形变坡处，相邻两直线段纵坡值代数差3时，应设凹形竖曲线；上列纵坡代数差的规定凸小凹大，是因为凸形变坡更易影响行车视距的缘故。竖曲线的适用半径亦依凹凸变坡的不同而异，且凸大凹小，其目的在于充分保证凸形变坡处的行车视距。不同等级道路所用竖曲线的半径见表。表 竖曲线最小半径公路等级凹形/m250200100凸形/m750500250 公路纵断面图的绘制 在地形图上定出线路并设计出平面曲线后，便可绘制既定线路的原地形纵断面图。 在原地形纵断面图上，根据线路的各项技术要素，如限制纵坡度、坡长、竖曲线半径以及已定线路始点、终点和中间站的标高等，设计出线路纵断面图。 纵断面图的纵、横坐标的比例不同：横向比例通常采用15000，12000，11000或1500；纵向比例通常采用1500，1200，1100或150。比例的大小，应根据线路复杂坡度以及设计深度来决定。纵断面图中应标出纵坡度、距离、原地面标高、线路平面、里程标、竖曲线的位置和要素以及桥涵位置等，并在线路平面栏中表示出线路各路段的长度、方向角和曲线各项要素。在设计线路的上部、下部标出各点或桩号的填方或挖方的高度。图3-16为露天矿公路纵断面图实例，其平面图如3-15所示。12. 线路的定线设计 线路定线设计按照在地域之间或场地之间形成运输通路的设计意图与条件可能，合理标定线路空间位置的设计工作，称为线路定线设计，简称线路定线。在客观条件既定的情况下，矿山公路运输的线路定线，其合理性主要应体现在能够使得所选线路工程量少，工期短，运输距离近，行车条件好（路基坚固、曲线少半径大转角小、纵向坡度缓、允许车速高、行车稳定安全等），线路系统与矿山总平面布置互相协调，以及少占或不占耕地、良田，从而达到确保作业安全、提高运输效率、节省基建投资、降低运营费用的设计目的。 对于任何一种陆上运输形式，其线路的定线设计都是进步进行设计的前提，也是运输线路可能获得的技术经济效果的基础，对于公路运输也是如此。 按照定线作业的方式，线路定线可分图纸定线和现场定线两种。前者多用于比较正规、重要线路的定线设计，所用原始图纸是沿线的地形图，完成设计并交付施工时再把图上线路的实际位置测设于现场。现场定线多用于临时、短距线路的定线工作，其工作方式是根据现场的直接观察，选定线路定向并借测量仪器放线（设置线路标桩），直接交付施工。下面介绍的是关于图纸定线的基本要领。在线路的设计里程较长或者途经地形较为复杂的情况下，要最终合理确定线路的空间位置，首先必须根据线路通达的目标、线路平面立面设计的原理与要求、所用运输设备的技术性能、拟建道路的技水等级以及地形地物状况等条件，拟定或找出线路的大体取向，这样，才便于根据这一取向开展进步的定线设计作业。在图纸上表示线路的可能取向的原始直线或折线，称为线路导向线，简称导线。按照导线所经地段地形的自然坡度与设计限定的线路坡度之间的对比关系，导线可以分为自由导线和紧坡导线。位于地形平均坡度小于线路限定坡度地段的导线，称为自由导线；相应地，这种地段就称为自由导线地段。位于地形平均坡度大于线路限定坡度地段的导线，称为紧坡导线；相应地，这种地段就称为紧坡导线地段。显然，在自由导线地段设置线路，基本上不会有地形高程所造成的难题，这时定线的主要任务在于设法绕避可能存在的平面障碍，因此，定线作