开采基础知识(讲稿)

露天煤露天煤矿矿开采基开采基础础知知识识 煤炭行业安全生产专业术语讲解 2009 年 9 月 1 日 1 第一部分第一部分 概述概述 2 一 露天开采特点 2 二 露天开采的基本步骤 2 三 采场要素 3 第二部分第二部分 露天采煤的主要工露天采煤的主要工艺过艺过程程 5 一 穿孔 5 二 爆破工作 6 三 采装工作 8 四 运输工作 8 五 排土工作 8 第三部分第三部分 露天露天矿矿开拓开采及开采境界开拓开采及开采境界 8 一 露天矿开拓 8 二 首采区位置的选择 9 三 公路运输开拓 9 四 露天矿开采境界 9 五 间断开采工艺 12 六 汽车运输 12 七 排土场 13 八 土地复垦 15 九 边坡稳定工程 15 十 防水和排水 15 十一 地面防排水 15 十二 工业场地总平面布置 16 十三 安全生产专业术语解释 16 2 对于储量丰富 埋藏浅的煤田 可采用剥离煤层上部覆盖岩层的 方法进行开采 这种开采方法叫做露天开采 露天开采的特点是将采 掘空间直接敞露于地表 为了采煤需剥离煤层上覆及其四周的岩土 因此 采场内建立的露天沟道线除为系统担负着煤炭运输外 还需将 比煤量高几倍的土岩运往指定的排土场 所以 露天开采是采煤和剥 离两部分作业的总称 第一部分第一部分 概述概述 一 露天开采一 露天开采 特点特点 1 生产规模大 劳动效率高 2 回采率高 成本低 3 开采强度大 可用大型设备 4 建设速度快 生产安全 劳动条件好 5 占地多 污染环境 6 受气候影响大 暴雨 严寒等恶劣天气都会影响生产 二 露天开采的基本步二 露天开采的基本步骤骤 1 准备 清除开采境界内的障碍物 如 村庄 森林 交通线等 2 疏干 地下水位降低 保证安全生产 3 基建 运输道路 工作线 地面构筑物和其他设施 4 生产 包括剥离和采煤 剥离生产工艺包括 穿孔 爆破 采装 运输 及岩石排弃 3 三 采三 采场场要素要素 主要包括 开采境界 采场边帮 边坡角 台阶等 露天开采境界及边帮要素 1 露天开采境界 露天开采终了时的空间 即为开采境界 a 煤层 A B EF C G D 图 1 露天矿采场要素示意图 说明 AD 工作台阶 工作帮 CD BA 非工作台阶 非工作帮 工作帮坡角 a 最终帮坡角 汽车和挖掘机示意图 以开采完的煤层边界 未开采煤层 煤层 2 露天矿采场边帮 由采场四周所有台阶组成的总体表面 称为露天采场边帮 采场的边帮包括工作帮 非工作帮及端帮 1 工作帮 正在进行开采的边帮或一部分 2 非工作帮 由非工作台阶所组成的边帮 3 端帮 位于矿体两端的称为端帮 3 边坡角 采场内工作边帮角与最终边帮角 统称为边帮角 1 工作边帮角 图 1 中 工作帮最上台阶与最下台阶坡底线 4 形成的假象平面与水平面的夹角 2 最终边帮角图 1 中 露天采场终了时 最上台阶坡顶线 和最下台阶坡底线组成的假想平面与水平面的夹角 二 台阶要素 见图 2 h a1 1 4 3 5 2 图 2 说明 a1 台阶坡面角 h 台阶高度 1 上部平盘 2 下部平盘 3 台阶坡面 4 坡顶线 5 坡底线 在开采过程中 根据采运作业要求将矿体按一定高度的水平分 层 每一分层称为台阶 台阶包括以下内容 1 台阶的上部水平面叫上部平盘 图中 1 2 台阶的下部水平面叫下部平盘 图中 2 3 台阶坡面 台阶朝向采空区一侧的倾斜面 图中 3 4 台阶坡面角 台阶坡面与水平面的夹角 图中 5 台阶坡顶线 台阶上部平盘与坡面的交线 图中 4 6 台阶坡底线 台阶下部平盘与坡面的交线 图中 5 7 台阶高度 台阶上平盘与下平盘的垂直距离 图中 h 三 开拓及开采要素 见图 3 5 A C B D 1 1 1 1 3 3 开断沟 1 出入沟 出车沟 建立某水平与矿体间运输联系的沟道 图 中 AB 2 开段沟 工作台阶上为创造初始工作线而开掘的水平沟 图 中 CD 3 开采顺序 采场内土岩剥离和采煤工程在空间与时间上合理 配合的顺序 第二部分第二部分 露天采煤的主要工露天采煤的主要工艺过艺过程程 露天采剥工艺 根据采掘 运输 排土三个主要环节所采用设备 的工作特点 分为间断 连续及半连续作业工艺 1 间断作业 这种工艺系统的特点是各环节开采设备对矿岩的 有效作业 具有周期性的间断 如 单斗电铲采掘 铁道 或汽车 运 输 排土犁排土 适用于各类岩层 2 连续作业 系指在装载 运输和排弃 或储存 过程中 开采物 料的货流是连续的 工艺有 轮斗挖掘机 带式输送机 排土机和水利开采等 均 6 属连续开采工艺 适用于松散或松软的岩层 3 半连续作业工艺系统 仅是对工作面或干线运输实现连续化 的问题 这种工艺系统的特点是部分环节连续 另一部分环节是间断 作业 如 单斗电铲采掘 坑内破碎 胶带运输 适用于中等强度的岩 层 以下重点介绍我国露天煤矿采用的间断作业工艺方法 我们中汇 公司采用的是单斗 汽车作业工艺 一 穿孔一 穿孔 在露天开采过程中 硬岩平台必须进行爆破使其松碎 故采用穿 孔机械按设计要求打出炮孔 装药爆破后使其破碎成一定规格的块度 以便采装 二 爆破工作二 爆破工作 爆破参数 见图 4 Cb hn LL 1 2 w 附图 4 7 a 孔距 m b 行距 m c 边坡距 m d 孔径 mm h 台阶高度 m n 超钻 m w 底盘抵抗线 mm L1 充填高度 m L2 药柱高度 m 二 装药量与装药结构 1 装药量 每孔装药量 Q Q q V孔 式中 q 单位体积矿岩消耗量 Kg m3 V孔 炮孔体积 m3 2 装药结构 装药结构分两种 连续装药和分段装药 连续装药是将炸药集中 孔底 适用于底盘抵抗线较大 而且上软下硬的岩层 分段装药是炸 药在孔内均匀分布 岩石破碎均匀 能降低单位炸药消耗量 三 爆破方式 起爆方式有 单排即发和多排毫秒微差起爆两种 单排起爆一次爆破量少 岩石大块多 多排微差爆破使矿岩破碎 均匀 产生的根底与大块少 爆破率高 爆堆集中 有利于采装 8 图 5 钻孔布置及爆破参数示意图 1 露天煤矿正常的剥离和采煤工作 应采用深孔松动爆破法 煤 层爆破禁止超钻 2 对一次爆破后发生的大块岩石 可采用炮眼法 进行二次爆破 或进行机械破碎 禁止使用裸药包爆破法 3 采用电雷管引爆时 应配备雷电预警装置 三 采装工作三 采装工作 把土岩自整体中 软土岩 或把爆破成碎块的岩石装载于运输工 具或直接排卸到排土场的工作 叫采装工作 露天矿生产中采装工作占主导地位 采装广泛采用正铲挖掘机 并向大型挖掘机械发展 四 运四 运输输工作工作 是将土岩及矿物从工作面运至指定的卸载地点 矿物的卸载地点 是煤场和选煤厂 土岩的卸载地点是排土场 露天矿运输方式有铁路 公路 强力带式输送机等运输类型 五 排土工作五 排土工作 排土场分为内部排土场和外部排土场 内部排土场是将岩石直接 排弃在露天矿的采空区内 是一种最经济的排土方式 外部排土场是 将岩石向露天坑境界以外地方排弃 9 第三部分第三部分 露天露天矿矿开拓开采及开采境界开拓开采及开采境界 一 露天一 露天矿矿开拓开拓 露天矿开拓主要包括确定矿体开采顺序 开拓方法 台阶高度及 坑线布置等内容 露天煤矿开拓运输方式应根据设计生产能力 开采 工艺 开采程序 煤层赋有条件 地形条件和总平面布置等因素 经多 方案比选确定 对剥离量大 煤岩流向分散或分区开采的露天煤矿 宜采用多出入沟开拓运输方式 1 当采用铁路运输时 宜采用固定坑线 当开采急倾斜煤层 采 用内部排土或采掘场非工作帮边坡稳定条件较差时 可采用移动干线 2 根据地形 地质条件 可按不同开采地段 开采深度和煤岩物 料性质 选择不同的开拓运输方式 二 首采区位置的二 首采区位置的选择选择 1 首采区应选在煤层埋藏较浅 基建工程量少 初期生产剥采比 较小的地段 2 勘探程度高 煤质好 3 内外排条件好 运输距离近 4 有利于地面工业场广的布置 5 有利于采区衔接过渡 便于矿山工程发展 三 公路运三 公路运输输开拓开拓 公路开拓采用的运输设备是汽车 坑线坡度可达 7 转弯半径 10 小 所以坑线布置较为灵活 不需要停车换向 而且比铁路运输线路 工程量小 基建时间短 投资少 坑线的平面形状可为直进 回返或螺 旋方式 四 露天四 露天矿矿开采境界开采境界 1 露天矿开采境界包括地面与底部的境界 最终开采深度与最 终边坡角度 影响露天矿开采境界的因素有自然因素 开采技术条件和经济因 素 1 自然因素主要指煤层埋藏条件 围岩性质 地形地物及工程 水文地质条件等 2 开采技术条件主要指露天开采的技术与组织管理水平 开采 设备的生产与供应能力 生产规模及地面设施建设要求等 3 经济因素主要要求露天矿的基建少 工期短 出煤快 采煤成 本低 露天矿开采境界外剩余储量还多时或缓倾斜特厚煤层地区 可以 适当超过经济剥采比划为开采境界内 虽然超过了经济界限 但从露 天开采优越性来看 尽量扩大其开采范围是合适的 例如中汇的刁窝 开采设计 从东北煤矿的抚顺 阜新矿区 可以看到很多生产露天煤 矿开采境界不断扩大而使矿井废掉的例子 随着市场经济的发展 为 充分利用已有工程条件 有些露天煤矿已经实施露天和矿井开采相结 合 我们的北花峪矿也可以考虑 如准格尔矿区黑岱沟露天煤矿在采 掘场东北端帮已用井工开采端帮煤量 实践证明是可行的 这样可以 减少大量井巷工程费用 故在露天煤矿工程设计中 可根据矿山具体 条件 考虑露天和矿井结合的可行性 11 在一般情况下 露天开采比矿井的条件优越 所以安排开采顺序 时 应先露天后井工 尽量避免同时开采 2 露天煤矿资源储量 地质风险是煤矿建设中的最大风险 进行 补充勘探 和 最终勘 探 是必要的 3 设计生产能力 关于露天煤矿的生产能力计算方法 目前有的矿以原煤计量 如 阜新海州露天煤矿 有的矿以选后煤计量 如抚顺西露天煤矿 有 的矿所生产的毛煤不经任何加工即出售 实际是毛煤计量 我们中汇 就是 如伊敏露天煤矿 霍林河露天煤矿等 过去采用原煤计量存在 许多不合理因素 而且这个原煤数量在生产中是不出现的 是经过计 算求得的 根据市场经济发展 采用毛煤计量比较合理 符合实际 4 露天煤矿采区宽度 应根据地质条件 生产规模 开采工艺 工作线推进速度 运距和内排重复剥离量等条件 经技术经济比较后 确定 一般情况 工作线推进速度应符合下列条件 1 单斗 卡车开采工艺 工作线推进速度 300 400m a 2 单斗 铁路开采工艺 工作线推进速度 80 100 m a 当采 用移动坑线时 工作线推进速度为 50 80 m a 3 拉铲倒堆开采工艺 工作线推进速度为 200 300 m a 4 轮斗 带式输送机连线开采工艺 工作线推进速度为 150 250m a 5 露天煤矿采区过渡方式 应根据地形 地质条件 开采工艺和 工业场地位置等因素 经多方案比较确定 一般情况可采用如下过渡 方式 1 重新拉沟过渡 12 2 缓帮过渡 3 扇形过渡 6 露天煤矿开采工艺的选择 应遵循下列原则 1 保证生产流程的可靠性 2 做到生产过程的简单化 3 具有先进性 适应性和经济性 4 设备选型规格尽量大型化 通用化 系统化 优化劳动组织 简化管理程序 7 开采易自然的煤层 或采掘场有矿井的旧巷火区时 应设置煤 层消防灭火设施 其水源宜采用矿坑积水或疏干排水 五 五 间间断开采工断开采工艺艺 1 地质 地貌复杂和运输距离较短的露天煤矿 宜选用单斗挖掘 机 卡车运输开采工艺 中汇目前所采用便是 地质 地貌简单 当土地资源价值相对较低以及采掘场走向较长 运输距离较远的露天煤矿 宜选用单斗挖掘机 铁路运输开采工艺 2 单斗挖掘机和前装机采掘的台阶高度 应符合下列规定 1 表土和不需爆破的软岩 不应大于单斗挖掘机最大挖掘高度 2 需要爆破的岩层 不宜超过单斗挖掘机最大挖掘高度的 1 2 倍 3 宽采掘带或爆破后岩块较大时 台阶高度不应大于单斗挖掘 机最大挖掘高度 4 采煤台阶高度 除符合上述规定外 尚需根据煤层厚度 倾角 及减少开采损失和夹矸混入等因素确定 5 采掘带宽带 应根据岩性 煤岩分采要求 采掘设备规格和采 掘方式确定 当采用单斗挖掘机 卡车运输开采工艺时 采掘带宽度 13 宜按调车方式和双面装车的要求确定 6 最小工作平盘宽度应根据采掘带宽度 爆堆伸出距离 工作面 道路 或线路 宽度和辅助设施占用宽度等条件 通过计算确定 用单 斗挖掘机工作线的长度 应根据单斗挖掘机规格 岩性 工作线推进 速度及运输设备类型确定 当采用卡车运输时 单斗挖掘机的工作线 长度不宜小于 300 m 六 汽六 汽车车运运输输 1 最大纵坡是为了使汽车按一定速度在该坡道上行驶的设计控 制值 是一般情况下的极限值 生产干线是运量集中的地段 也是整 个露天矿的咽喉 为使这类道路有较大的通过能力和较高的运输设备 生产效率 要求道路的平 纵面有较好的技术条件 为此 规定最大纵 坡值不宜超过 8 生产支线较小 为此规定最大纵坡值比生产干线 增加 1 纵坡加大 对重车下坡运行将带来安全隐患 为此规定重车 下坡地段 最大纵坡相应减少 1 2 路面状态对车体机件磨损和轮胎 燃油消耗都有很大影响 甚 至对运输效率及行车安全都有直接关系 所以采用汽车运输的露天煤 矿 道路养护工作是一项极为重要的内容 道路洒水不仅是养路的需 要 也是环境保护降尘的需要 七 排土七 排土场场 1 一般规定 内部排土场 可少占地 缩短运距 降低成本 故应首先选择 外排土场选在露天开采境界范围之内时 必须进行境界外部与境 14 界内部排土场的技术经济比较 确认二次剥离有利 方可选择在境界 之内 其位置应注意与地面设施相协调以及二次剥离时的运输通道和 生产安全 在排土场位置选择时 尤其应注意珍惜土地 保护耕地 节 约用地 条件可能时 宜就近选择排土场位置 以降低运输费用 2 随着国家对环境保护 人居安全政策的加强 应当重视和用一 种新的理念进行排土场的设计 3 排土场的设计必须将稳定与安全放在首位 对基底承载力不 足 可能形成泥石流 大量的汇水冲刷台阶坡角等 均应采取必要的 稳定和安全措施 4 当排土场基底为软弱层时 由于地基承载力低 基底软弱层被 挤出 而使排土场整体失稳 排土场无论是整体不稳定 还是台阶滑 坡 往往是由于排水不良大气降水或积水渗入排弃物料与基底之间 使其强度指标急剧下降所致 我国排土场滑坡约有 50 是渗水所引 起的 5 采取在排土场上方坡地设截水设施 排土场内设排水坡 沟 在坡脚修筑反坡工程 清除地表弱层 底层排弃大块坚硬岩石 在沟 底设反滤层排水设施等措施 一般都起到了稳固排土场的作用 当遇 到有池塘或洼地时 应根据具体情况 采取排水疏干 挖除淤泥 排弃 石块等措施 以保证基底的稳固 6 排土场地面坡度是影响稳定的主要因素之一 而基底弱层则 是引起坡体下滑的直接原因 当地面坡度陡于 1 5 时 12 排土场 可能发生失稳现象 7 排土场最终坡底线与其他建 构 筑物及设施的安全距离 应 在排土场整体稳定前提下 考虑大块岩石滚动可能产生泥石流及生产 事故等综合因素分析确定 15 8 内部排土场最下一个排土台阶的坡底与最下部采煤台阶坡度 线的安全距离 在保证底板稳定的前提下 应包括大块岩石滚动距离 及运输通道宽度 根据国内露天煤矿的内排经验 卡车运输时按 30m 排土台阶高度 大块滚动距离为 17m 运输通道宽度为 25 30 m 通 道边缘距坡底线距离为 3 m 计算距离为 45 50 m 9 排土场最终边坡是按稳定条件确定的 而水土保持工程和土 地复垦工程是在排土场平盘和边坡上实施的 所以排土场最终边坡 应根据这两项工程技术要求进行修正 八 土地复八 土地复垦垦 复垦后的土地地貌标准 应遵守下列原则 1 复垦后的地形要与周边环境和小区域地表水系保持谐和 地 面坡度应按水土保持和岩体稳定的要求确定 一般不宜超过 20 中 汇公司百川煤业的设计角度为 19 2 有利于土地复垦作业的操作 3 露天煤矿的最后一个采空区 可按当时实际状态保留 作为风 景区用地 4 露天煤矿设计应严格控制预留工程用地 后期扩充用地 应以 占用平整空置土地和排土场场地为主 提高土地重复利用率 5 根据 环保工程产业化 的原则 应积极创造为剥离物综合利用 土地复垦与土地开垦相结合 为开发土地资源创造新的产业经济增长 点 九 九 边边坡坡稳稳定工程定工程 采掘场边坡角度直接影响着矿建工程量和生产剥采比的大小 16 它对评价一个露天煤矿的经济合理性 有着密切的关系 所以 边坡 设计必须以可靠的工程地质资料和岩石物理力学性能试验数据为基 础 否则 将会在经济上造成重大损失或给生产上造成灾难性事故 中汇公司百川煤业的采场边坡角设计角度为 35 十 采掘十 采掘场场防水和排水防水和排水 1 为防止采掘场受洪水威胁 应根据地形条件设置地面防洪系 统 从经济观点出发 尽量在地面截住洪水 避免流入坑底 同时 还 应在采掘场各平盘设置平盘排水沟 防止工作面被淹或冲垮 自流排水方式 安全可靠 施工 管理和维护均较方便 运营费用 低 故有条件时宜优先选用 2 在降雨量及受雨面积较大的采掘场 采用单一的排水系统往 往是不经济的 所以宜选用多种排水系统分段截流 3 选择的采掘场排水方式必须确保采掘场不受水灾 并能为采 掘工作创制良好作业条件 因此 选择技术经济合理的排水方式 是 采掘场排水设计中的重要环节 半固定泵站排水方式 系指排水泵站随采掘平盘降深移动的排水 方式 移动泵站排水方式 系指水泵船 潜水泵等排水方式 4 井巷排水方式的优点是管理方便 排水效果好 可使采掘场经 常保持无水状态 能为采掘场工作创制良好条件 它的缺点是井巷工 程量大 建设时间长 投资多 且需要专业的施工队伍 因此 使用井 巷排水方式时 应尽量利用旧巷 改善其经济效益 十一 地面防排水十一 地面防排水 利用剥离物修筑堤坝在许多露天煤矿已有成功经验 这样既解决 17 废弃物利用 又节省了投资 这也是露天开采的一个特点 十二 工十二 工业场业场地地总总平面布置平面布置 1 工业场地的选择 露天煤矿工业场地的选择是一项政策性 科学性很强的综合性工 作 也是编制设计文件全过程中重要基础工作之一 由于露天煤矿地 面总体布置还具有地面设施及建筑物种类较多 占地及破坏土地面积 大 布置较分散 地域广 场地功能分区不规则及以采选系统和剥离 系统为中心环节等特点 做好选定场址工作对露天煤矿总体布局与提 高设计质量更显得十分必要 为此 除要求在工业场地场址选择时 应遵守的基本原则外 还强调了工业场地场址 应经技术经济综合比 较确定 露天煤矿工业场地的用地范围系指采掘场 排土场以外的由破碎 站 选煤厂或筛选厂 转载站 储煤场及铁路装车站等生产系统和为 采 排系统服务联系密切的机电维修设施 组装场 供应工程系统等 辅助生产设施 及行政福利设施等工程用地 2 安全距离的确定 在选定露天煤矿工业场地时 要保证地面重要建筑物与采掘场地 面境界和与排土场境界的安全 因此要考虑爆破因素 根据爆破理论和现场爆破实例 当引爆之后所产生空气冲击波 地震波和粉尘 如尘土等 飞石 以及噪声 对环境造成影响 特别是 在浅部开采爆破 其破坏性大 如河南义马露天矿首采区采掘场爆破 所产生的飞石和尘土给附近的村庄民房造成不同程度的破坏 距村庄 民宅还不足 200m 故在选址时应考虑采掘场爆破空气冲击波和地震 波的影响 尽量远离布置 18 十三 安全生十三 安全生产专业术语产专业术语解解释释 三 不 伤 害 不 伤 害 自 己 不 伤 害 他 人 不 被 他 人 伤 害 四 不 放 过 事 故 原 因 不 查 清 不 放 过 防 范 措 施 不 落 实 不 放 过 职 工 群 众 未 受 到 教 育 不 放 过 事 故 责 任 者 不 受 到 处 理 不 放 过 三 违 违 章 指 挥 违 章 作 业 违 反 劳 动 纪 律 安 全 生 产 五 要 素 安 全 文 化 安 全 法 规 安 全 责 任 安 全 科 技 安 全 投 入 一 通 三 防 通 风 防 瓦 斯 防 火 防 尘 三 同 时 凡 新 建 改 建 扩 建 的 建 设 项 目 从 可 行 性 研 究 至 竣 工 验 收 投 入 生 产 和 使 用 都 必 须 严 格 按 照 建 设 项 目 安 全 生 产 设 施 与 主 体 工 程 同 时 设 计 同 时 施 工 同 时 投 入 生 产 三 源 重 大 危 险 源 伤 害 源 隐 患 源 三 类 整 改 按 A B C 进 行 排 队 梳 理 汇 总 分 析 和 登 记 造 册 必 须 立 即 解 决 的 列 入 A 类 限 期 解 决 的 列 入 B 类 创 造 条 件 逐 步 解 决 的 列 入 C 类 三 件 大 事 一 是 加 强 安 全 监 管 监 察 体 系 和 工 作 机 制 的 建 设 二 是 加 强 安 全 生 产 法 制 建 设 三 是 加 强 队 伍 建 设 努 力 建 设 一 支 政 治 坚 定 业 务 精 通 作 风 过 硬 的 特 别 能 战 斗 的 安 全 监 管 和 监 察 队 伍 为 履 行 职 责 提 供 可 靠 的 组 织 保 证 五 项 落 实 落 实 整 改 的 项 目 措 施 部 门 和 负 责 人 19 时 间 督 察 验 收 负 责 人 五 项 创 新 一 是 安 全 生 产 思 想 观 念 的 创