金属矿床露天开采.ppt

金属矿床露天开采,江西理工大学饶运章(教授)2007.06,金属矿床露天开采,基本概念露天开采工艺与设备露天开采境界露天矿床开拓生产能力与采掘计划,一、基本概念,矿床开采：地下开采、露天开采、海洋开采、溶浸开采露天开采：机械开采、水力开采,一、基本概念,露天开采：为采出矿石，需将矿体周围岩石及其覆盖岩层剥离，并通过露天沟道或地下井巷把矿石和岩石运出地表。矿石选矿厂，岩石废石场。机械开采：用一定的采（穿孔、爆破）、装、运设备，在敞露空间从事开采作业。水力开采：用高压水射流冲采矿石并用水力运输。露天矿场：露采所形成的采坑、台阶、露采沟道的总和。,一、基本概念,封闭圈：露天采坑最终境界与地表的交线构成的闭合圈。山坡露天：封闭圈以上采矿区称山坡露天。凹陷露天：封闭圈以下采矿区称凹陷露天。台阶/阶段：通常把矿岩划分成一定厚度的水平分层自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶/阶段。最终边帮/非工作帮：结束了开采工作的台阶平台、坡面和出入沟底组成的露天矿场的四周表面所组成的边帮。,一、基本概念,工作帮：正在和将要开采的台阶所组成的边帮。最终帮坡面/非工作帮坡面：通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面。最终帮坡角/最终边坡角：最终帮坡面与水平面的夹角。顶帮：位于矿体上盘一侧的边帮。底帮：位于矿体上盘一侧的边帮。端帮：位于矿体走向两端的边帮。最终境界线：最终帮坡面与地表的交线上部最终境界线；最终帮坡面与底平面的交线下部最终境界线。,一、基本概念,最终深度：上部最终境界线所在水平与下部最终境界线所在水平的垂直距离。最终边帮/非工作帮上的平台，按其用途分为安全平台、运输平台、清扫平台。安全平台：用于缓冲和阻截滑/滚落岩石、减缓最终帮坡角以保证最终边帮稳定和下部水平工作安全，b=1/3*h。运输平台：用于工作台阶与出入沟之间的运输通道。设在与出入沟同侧的最终边帮和端帮上，宽度由运输设备、运输方式、线路数目决定。清扫平台：用于阻截滑/滚落岩石并作为清扫设备通道，也起安全平台作用。每隔23个台阶设一个清扫平台，宽度由清扫设备决定。,一、基本概念,出入沟：地面与工作水平、各工作水平间的倾斜运输通道。开段沟：每个水平上为开辟开采工作线而掘进的水平沟道。剥采比：剥离岩石量与采出矿石量之比，t/t,m3/m3,m3/t。露天开采步骤：地面场地准备、矿床疏干与防排水、矿山基建、矿床开采、地表恢复。矿山基建：露天矿投产前为保证正常生产所必需的工程，包括掘出入沟、开段沟、剥离岩石、铺设运输线路、建设排土场、修建厂房和水电设施等。,二、露天开采工艺与设备,露天开采工艺：穿孔爆破、采/铲装、运输、排土、防排水。穿孔设备：牙轮钻、潜孔钻、火钻、凿岩台车、钢绳冲击钻。牙轮钻：大型矿山常用高效设备，孔径250310mm，最大500mm；一般进尺40006000m/月，最高10000m/月；穿爆量400600万t/台年，最高12001400万t/台年。潜孔钻：中小型矿山常用设备，孔径150250mm，一般进尺2000m/月，穿爆量60150万t/台年。火钻、钢绳冲击钻：已基本淘汰，很少使用。,二、露天开采工艺与设备,穿孔费用约占生产总成本的1015%。爆破费用约占生产总成本的1520%。牙轮钻穿孔成本最低，约为潜孔钻70%，钢绳冲击钻75%。牙轮钻穿孔成本中，钻头费用约占40%。提高牙轮钻穿孔效率的途径：A=0.6*V*T*(V-机械钻速,cm/分;T-班工作时间,h;-时间利用系数)V=3.75*P*n/(D*f)(P-轴压力,t；n-转速,转/分；D-钻头直径,cm;f-岩石坚固性系数,普氏系数),二、露天开采工艺与设备,露天开采中常用的爆破方法（1）浅眼爆破法；（2）深孔爆破法；（3）峒室爆破法；（4）药壶爆破法；（5）外复爆破法露天矿临近边坡时的爆破方法（1）采用微差爆破减小震动；（2）采用预裂爆破隔离边坡（3）采用光面爆破保护边坡露天开采凿爆参数设计孔径、孔间距、排间距、最小抵抗线、炸药单耗等。露天矿常用炸药铵油炸药、铵松腊炸药、乳化油炸药等。,二、露天开采工艺与设备,采/铲装设备：支撑结构分机械铲(挖掘机)、索斗铲。使用动力分电铲、油铲行走机构分履带式、迈步式、轮胎式挖掘机：常用设备，分正铲、反铲、刨铲。用于采矿、剥离、排土、掘沟、倒装等。国外最大斗容30m3，国产电铲斗容15m3。索斗铲：安置在开采台阶上部平盘，挖掘站立水平以下矿岩。国外最大斗容80m3。液压铲：结构简单、重量轻，回转及行走速度快、灵活性大。轮胎式前装机：自行设备、灵活；行走速度快、机动；爬坡能力大，可在20左右行走和铲装。,二、露天开采工艺与设备,露天矿运输是露天开采主要生产工序之一。矿山运输基建投资约占总基建投资60%；运输成本和劳动量占生产总成本和总劳动量的50%以上。运输方式：公路自卸汽车运输；铁路机车运输；传送带胶带运输机运输；箕斗斜坡箕斗提升；联合运输汽车机车、汽车胶带、汽/机车箕斗,二、露天开采工艺与设备,汽车运输：公路性质和位置：运输干线、支线、辅助线。服务年限：固定公路、半固定公路、临时公路。自卸汽车的经济合理运距一般为3km左右。国外凹陷露天矿汽车运输坡度8-10%，最大12%电动轮汽车：75t、85t、100t、120(短)t、150t、170t、200t、230t、250t、300t、350t。各等级公路最大允许纵坡：I-6%，II-8%，III-10%铁路运输：运输能力大、运输成本低；基建投资大、爬坡能力小、深度增加能力下降。矿用窄规铁路轨距600mm、762mm、900mm,二、露天开采工艺与设备,排土工作：在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业。包括：排土场位置与排土方法选择；排土线形成与发展；排土场覆土造田、复垦与环保(大气、水土重金属)。排土工艺：汽车运输推土机排土；铁路运输挖掘机/前装机/排土犁排土；胶带排土机排土。排土场病害：主要是变形滑动/坡、沉陷、泥石流、塑性变形、坡面散落。变形原因与防治措施：台阶太高、含水过多、基底不牢、级配不匀、疏/排水太差。,三、露天开采境界,开采境界：露天开采需要合理地确定最终界限，即露天开采境界。包括底部周界、最终边坡(角)、开采深度等三个要素。开采境界对生产的重大影响：可采矿量、剥离岩量、生产能力、开采年限；矿床开拓、总图运输；整个矿床开采的经济效果。影响开采境界的因素：自然因素矿体埋藏条件、矿岩性质、地形及工程水文地质。经济因素建设投资、矿石成本、损失贫化、价格、基建/达产期；组织因素附近河流、铁路、建(构)筑物对境界的限制等。,剥采比：平均剥采比、分层剥采比、生产剥采比、境界剥采比、经济合理剥采比。平均剥采比(np)：np=Vp/ApVp开采境界内总岩石量，t、m3Ap开采境界内总矿石量，t、m3,三、露天开采境界,分层剥采比(nF)：nF=VF/AFVF水平分层的岩石量，t、m3AF水平分层的矿石量，t、m3生产剥采比(nS)：nS=VS/ASVS某一生产时期内剥离的岩石量，t、m3AS某一生产时期内采出的矿石量，t、m3,三、露天开采境界,境界剥采比(nJ)：nJ=V/AV境界延伸后增加的岩石量，t、m3A境界延伸后增加的矿石量，t、m3经济合理剥采比(nJH)：经济上允许的最大剥岩量与可采量之比。此外，还有储量剥采比、原矿剥采比等。,三、露天开采境界,经济合理剥采比确定方法：比较法露、地开采经济效果比较，用于确定露、地开采界线。包括原矿成本、金属成本、储量盈利等三种比较法。价格法露采成本与矿石价格比较，用于仅宜露采场合。原矿成本比较法：以原矿为计算基础，露采成本=地采成本露采成本=采矿成本+剥离成本，即CL=*a+n*b*CDnJH=(CD-a)/b，m3/m3。未考虑露、地开采的贫、损区别。CL露采原矿成本，元/m3；CD地采原矿成本，元/t；a露采纯采矿成本，元/t；b露采剥离成本，元/m3；矿石容重，t/m3；n剥采比，m3/m3。,三、露天开采境界,金属成本比较法：以选/冶后产品的金属量为计算基础，使露采矿选/冶后金属产品成本=地采矿选/冶后金属产品成本。nJH=(KL*DD/KD-DL)/b，m3/m3。DL、DD露采、地采每吨原矿分摊的采/选/冶成本，元/t；KL、KD露采、地采每吨原矿的金属产出率，t/t；b、n、含义同前。金属成本比较法分为只计算到精矿或冶炼后金属成本比较。考虑了露、地开采在贫化率上的差别，体现露采优越性；未考虑露、地开采的回收率影响，即二者回收矿石量的差别。,三、露天开采境界,储量盈利比较法：以矿石工业储量为计算基础，使露采盈利=地采盈利。nJH=(UL-UD)/b，m3/m3UL、CD露、地开采每吨工业储量矿石分摊的采/选/冶成本，元/t；b、n、含义同前。全面考虑了露、地开采在矿石损失、贫化的差异，即既考虑原矿质量，又考虑原矿数量，理论上是一种最合理的计算法。（1）要求数据多、计算较繁琐；（2）受产品价格影响，尤其价格与价值背离时影响大；（3）当露、地损失/贫化相差较大时，计算的剥采比偏大。,三、露天开采境界,三、露天开采境界,经济合理剥采比三种计算方法比较,价格法确定经济合理剥采比当矿床只能用露天开采时，采用价格法确定经济合理剥采比。*a+n*b=*P0nJH=(P0-a)/b，m3/m3P0原矿价格，元/t；b、n、含义同前。价格法类似于原矿成本比较法，将地采成本CD换为原矿价格P0即可。同理，可得出金属成本法和储量盈利法计算式(少用)。多金属矿经济合理剥采比计算按一种金属