露天矿山开采工艺与安全技术(第三部分)全解课件

1、露天矿山开采工艺与安全技术东 北 大 学张 绍 志五、公路纵断要素线路纵断面应是一条平滑线，它由水平线、倾斜线、凹凸竖曲线以及不同坡度的连接线等儿部分组成。两相邻不同坡度的直线段相交之点称为换（变）坡点。换坡点的形状可分为凹形的和凸形两种。返回目录线路纵断面应包括如下主要参数：1、最大允许纵坡 道路纵坡过大，自卸汽车上坡时，使用低速挡过久，水箱的水容易沸腾、油管容易”气阻”发生熄火，造成停车等现象。下坡时，重载车辆制动比较困难，制动器温度急剧上升，且刹车次数多，导致轮鼓发热，甚至失效而发生安全事故。如果纵坡过小，就会使线路增长，扩帮量大，基建投资多，影响经济效果。在条件允许时，应尽量采用较缓的

2、坡度。干线长度超过1公里时，其平均坡度一般不宜大于5.5%。 2、坡长限制 为防止汽车在长大坡段上运行时发动机和制动器过热而发生故障，保证行车安全，对坡段长度应有所限制。当纵坡大于5%时，应在下表中所规定的长度处或在换算坡长不超过800米的地方，设置纵坡不大于3%的缓和坡段，其长度一般为4050米。返回目录 3、纵坡折减 当平曲线半径等于或小于50米时，该平曲线的最大纵坡应根据下表的规定予以折减。 4、竖曲线 当自卸汽车经换坡点时，如果没有竖曲线予以缓和，则车辆将受到震动。换坡角越大，行驶速度越高，则震动越加剧烈。此外，凸形换坡角的大小还影响着行车视距。因此，换坡点应设置竖曲线 （图148），

3、保证汽车行驶平稳，并具有足够视距。竖曲线的形式一般采用圆曲线。 返回目录六、露天矿运输工作的安全要求1、汽车运输 （1）驾驶员必须严格执行交通部颁布的交通规则和技术操作规程，严禁无证驾驶。（2）通向装卸地点道路的坡度大于10%时，禁止汽车倒车行驶。（3）卸矿汽车必须在车斗完全放稳后方可行驶。（4）挖掘机装矿 （岩）时，驾驶员身体不得露在驾驶室外。返回目录（5）汽车在采场内的行驶速度不得超过20公里/小时，在运输干线上应不超过中速行驶。 （6）翻斗车车厢内严禁乘人。（7）雨雪天气道路泥泞，路面较滑时，应有防滑措施并减速行驶，前后车距离应大于40米。行驶时禁止急转方向盘、急刹车、超车和拖挂其他车辆

4、。必须拖挂时，应采取有效的安全措施，并有专人指挥。大雾或路面结冰应停止运行。（8）在山坡填方的弯道处、坡度较大的填方地段以及高路堤上，道路外侧应设置护栏、挡车土堆等。（9）卸矿平台要有足够的调车宽度。卸矿点必须有可靠的挡车设施，其高度应不小于轮胎直径的五分之二，挡车设施须经技术检验合格，方准使用。（10）禁止溜车发动车辆，下坡行驶中严禁空挡滑行，在坡道上停车时，要使用停车制动。返回目录 2、人力运输（1）推车人员要随时注视着前方，在单轨道上推车要确认对面没有车辆时，方准向前推车，以免发生拖车事故（2） 一人只准推一辆车，同方向推车时，两车的间距不得小于10米。（3）自溜矿车由推车人随时控制车速

5、，禁止放飞车。自行溜放线路的坡度设计要符合设计规范。（4） 除推矿车的工人外，禁止任何人搭乘矿车，也禁止使用没有刹车装置或刹车装置失灵的矿车。 返回目录露天矿床开拓就是建立地面与露天矿场内各工作水平以及各工作水平之间的矿岩运输通路，及时准备出新水平。露天矿床开拓与运输方式有密切关系。按运输方式，露天矿床开拓方法主要分为： （1）公路运输开拓； （2）铁路运输开拓； （3）胶带运输开拓； （4）乎桐溜井开拓； （5）提升机提升开拓。第六节 露天矿开拓返回目录 (一)回返坑线开拓回返坑线开拓如图149所示，汽车在坑线上运行时，需经过一定曲率半径的回头曲线改变运行方向，才能到达相应的工作水平。1、坑

6、线位置 坑线位置受地形条件和工作线推进方向影响很大，并且直接影响着基建剥岩量、基建期限、基建投资、矿石损失贫化、总平面布置的合理性以及坑线在生产期间安全可靠程度。因此，在确定坑线位置时，应综合考虑上述因素。图149 凹陷露天矿回返坑线开拓1出入沟；2露天开采上部境界；3露天底平面；4连接平台一、公路运输开拓返回目录按坑线在开采期间的固定性分为固定坑线开拓和移动坑线开拓。（1）固定坑线开拓深凹露天矿固定坑线的发展程序如图150所示。在露天矿最终边帮按所确定的沟道位置方向和坡度，从上水平向下水平掘进出入沟，自出入沟的末端掘进开段沟，以建立开采台阶的初始工作线。开段沟可以纵向布置 （图150），也可

7、以横向布置（图150），或不设开段沟（图150）。当开段沟纵向布置时，工作线推进方向为垂直走向推进；开段沟横向布置时，工作线沿走向推进。采用横向段沟时，掘沟工程量少，因而可缩短基建时间，减少基建投资，有利于加速新水平的准备。采用横向剥采工作线进行开采，可降低矿石的损失贫化和减少大块、根底。返回目录图150 固定坑线开拓的矿山工程发展程序a开段沟纵向布置时；b开段沟横向布置时；c无开段沟时；1出入沟；2横向工作面返回目录无段沟的剥采工作线是在出入沟端部直接进行扩帮逐步形成的。当扩帮工作线推进到使台阶坡底线距新水平出入沟沟顶边线不小于最小工作平盘宽度时，便开始新水平的掘沟工作和随后的扩帮工作。从而

8、开拓坑线自上而下逐渐形成。（2）移动坑线开拓矿山工程发展程序如图151所示。在靠近矿体与围岩接触带的上盘或下盘先后掘进出入沟和开段沟。开段沟也分为纵向布置和横向布置，或不设开段沟。同样，可使扩帮工作与部分掘沟工作平行作业向两侧推进。移动坑线可以在爆堆上修筑，也可以设在基岩上。前者修筑简单，它是汽车运输移动坑线开拓广泛应用的一种方式；后者将台阶分割成上、下两个三角台阶，其高度是变化的，由零到产个台阶高度，先采掘上三角台阶，后采掘下三角台阶，运输坑线随上、下三角台阶工作线的推进而移动。返回目录图151 移动坑线开拓的矿山工程发展程序返回目录（3）连接平台为避免载重汽车在坡度较大的开拓抗线上长距离上

9、坡或下坡运行，造成发动机和制动装置过热而降低使用寿命和发生事故以及坑线通往相应的工作水平，两连邻台阶的坑线之间设有减缓坡段。该减缓坡段称为连接平台。实践证明，连接平台坡度最好不超过1%。如连接平台为50米，坡度为1%，其连接平台的末端与相连水平高差将差0.5米，连接平台中部亦有0.25的高差，对汽车运行已存在影响，要坡度再大，运输就更加困难。连接平台长度一般为4060米。返回目录（二）螺旋坑线开拓图152 螺旋坑线开拓矿山工程发展程序1出入沟； 2开段沟； 3连接平台返回目录螺旋坑线开拓是将运输沟道沿露天矿场四周边帮盘旋布置，汽车在坑线上直进行驶，不需经常改变运行速度；螺旋坑线的转弯半径较大，

10、故线路通过能力大。螺旋坑线开拓的工作线用扇形方式推进，是为及时进行新水平的掘沟工作创造条件。工作线推进速度在其全长上是不等的，工作线长度和推进方向也经常改变，从而使露天矿的生产组织管理工作复杂化。螺旋坑线开拓时，各开采水平之间相互影响较大，新水平准备时间较长，根据工程发展的特点同时开采的台阶数少，致使形成的露天矿生产能力较低。（三）汽车运输开采合理深度返回目录（一）掘沟 在露天开采中，为使采矿场保持正常持续生产，需及时准备出新的工作水平，新水平的准备工作包括掘进出入沟、开段沟和为掘沟而在上水平所进行的扩帮工作。（二）采掘方式 1、垂直采掘 2、平行采掘二、掘沟及工作线布置方式返回目录三、并段在

11、设计过程中，为尽量减少境界内剥岩量，在最终边坡角满足安全的条件下，为增加最终边坡角，往往采取并段的措施。即在适当的台阶推进到境界位置后，不留安全平台，将相邻两台阶最终边坡合为一个，并为一个由二个台阶段高组成“高台阶”，称为并段。并段后留有的安全平台可适当加宽，以便有效阻截上部滚落的岩石。返回目录矿山露天开采的一个重要特点就是要剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设的场地排弃。这种接受排弃岩土的场地称作排土场 （或废石场）。在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业称为排土工作。第七节 排土工作返回目录一、 汽车运输推土机排土1、推上机排土作业 采用汽车运输的露天矿大多数采用推土机排土

12、。推土机排土作业包括：汽车翻卸岩土；推土机推土；平整场地和整修排土场公路。 图158 汽车运输推土机排土场 图 159 汽车在排土场卸载 返回目录（一）复土造田排土场复土造田应在设计中进行规划，在排土结束后要按计划进行。主要是排土场的平整，上部表土的覆盖、植被、裁树及耕田等。（二）排土场的病害防治排土场的病害主要指的是排土场的滑坡、泥石流、沉陷、坡面散落及对周围环境的影响。（三）对排土工作的安全要求 1、排土场应设在矿床开采境界之外，不应影响露天开采的正常进行。 2、排土场下部应设警戒牌，严禁人员行走或停留。废石滚落范围内不得修建道路和建筑物。 二、 排土场复土造田及病害防治返回目录 3、在地

13、下采空陷落区域内布置排土场时，只有在地表陷落稳定并经详细检查后，方可堆放废石。 4、排土场卸载平盘应保持2%反向坡度。场地必须保持平整，不得有积水。5、采用汽车运输的排土场，应符合以下规定：（1）汽车进出道路应留有宽度1米以上的人行道； （2）卸载地点应设不低于0.8米的车档，并应有专人指挥；6、排土场的综合治理工作，应该做到：（1）在泥土山坡处，有计划地植树、固皮和保护。（2）排土场周围修筑栏洪导水或截水排水设施，不允许外部涌水进入排土场。（3）排土场内禁止泥土集中排放，影响排土场的稳定。返回目录（一）露天矿排水系统 露天矿排水主要指排除进入凹陷露天矿采场的地下水和大气降水，它分为露天排水（

14、明排）和地下排水 （暗排）两大类。（二）露天矿排水方案选择原则（1）有条件的露天矿都应当尽量采用自流排水方案，必要时可以专门开凿部分疏干平峒以形成自流排水系统。（2）露天和井下排水方式的确定。对水文地质条件复杂和水量大的露天矿，首要问题是确定用露天排水方式（明排），还是井巷排水方式。当不采用矿床预先疏干措施时，应考虑井下排水方式为宜。（3）露天采矿场是采用坑底集中排水还是分段截流永久泵站方式，应经综合的技术经济比较后确定。 （三）露天采场允许淹没程度的确定 （四）露天采场正常排水量计算第八节 露天矿排水和防毒一、排水工作返回目录露天开采一些对人体有害的矿石时，如硫化矿石、铅类矿石等，可产生毒性

15、矿尘或与空气、水的作用产生有害物质。放射性类矿石如长时间接触或放射量达到一定程度均可对人体造成伤害。为防止毒性矿尘引起的中毒、放射性矿尘引起的放射性病变，必须严格按照安全操作规程进行生产。并采取完善的防尘措施，将尘降至安全标准以下，在作业中一定要按规定佩带个体防护器具。二、防毒返回目录露天开采由于采出了有用矿物和剥离围岩而形成了露天采场。从经济观点出发应把剥离量的围岩压缩到最小，使形成的最终边坡角最陡。从安全观点出发要求露天采矿场最终边坡角尽可能的放缓以保持边坡岩体稳定。但放缓边坡角就意味着必增大剥岩量提高采矿成本。所以确定最佳边坡角，是露天设计中的主要组成部分。第九节 露天矿边坡稳定返回目录

16、（1）圆弧形破坏。圆弧形破坏是发生在土体边坡和具有散体结构、碎裂结构岩体边坡中，边坡失稳时滑动体是沿着向上凹的弧形破裂而滑动。如图163所示。圆弧形破坏是一种常见的破坏形式。 图 162 坡面岩体塌落示意图 图 163 岩体圆弧型滑动示意图一、边坡失稳破坏类型返回目录（2）平面破坏。平面滑坡是一种发生最多的破坏类型。在结构上受结构面，如断层、节理、层理面和层状沉积层间抗剪强度变化的控制，或受坚硬岩层和层间充填物接触的控制。尤其结构面与边坡相倾向相近，结构面的倾角小于边坡角而大于岩体内摩擦角时，易发生平面破坏。如图 164所示。 图 164平面型滑动示意图 图 165 楔型滑动示意图返回目录（3

17、）楔体破坏。楔体破坏多发生在边坡中具有两组结构面斜交且在边坡上出露相交成楔形体。当两组结构面的组合交线的倾向与边坡倾向相近，倾角小于坡面角且大于其摩擦角时，容易发生沿着组合交线方向滑动的这种破坏，如图 165所示。楔形破坏一般只涉及台阶。（4）倾倒破坏。倾倒破坏多发生在层状结构边坡中，岩层成一组平行的结构面，它们的倾向与边坡相反且倾角较陡，岩柱或岩块绕某一固定基面转动而发生的破坏。如图 166所示。图 166 倾倒破坏示意图返回目录影响边坡稳定因素较多而且是复杂的。在诸多因素中，组成边坡的岩石性质、岩体结构和地下水是最主要的因素。（1）岩石性质的影响（2）岩体结构面的影响（3）地下水的影响（4

18、）爆炸对边坡稳定的影响二、影响边坡稳定性的主要因素返回目录三、岩体监测与岩体加固（一）岩体变形监测1、裂隙人工监测2、专用设备及测量仪器监测（二）边坡加固措施返回目录图167 锚杆加固边坡示意图1锚头；2张拉段；3锚固段；4滑动面；5墩台 1、应用锚杆（索）加固边坡返回目录图 168 抗滑桩布置示意图1钻孔桩；2滑动面 2、抗滑桩加固边坡返回目录2、抗滑桩加固边坡3、挡墙加固边坡（1）护坡墙。（2）普通挡墙。图 169 普通挡土墙型式(a) 重力式有趾仰斜墙；(b)重力式有趾直背墙； (c)重力式有趾俯斜墙；(d)重力式无趾仰斜墙；(e)重力垂直形墙；(f)俯斜式钢筋混凝土墙；(g)分次浇筑俯

19、斜式混凝土墙；(h)悬斜式钢筋混凝土墙；(i)扶壁式钢筋混凝土墙返回目录（3）抗滑挡墙。 图 170 常用的抗滑挡墙型式1滑动面；2下滑力方向；3被动土压力返回目录第二章 矿山爆破安全技术第一节 炸药爆炸基础一、炸药的爆炸 1、爆炸现象 爆炸是人们日常生活中不难见到的现象。例如车胎放炮、锅炉胀裂、燃放鞭炮等都是爆炸。可以认为，物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随声、光、热效应的现象，称为爆炸。按照爆炸发生的原因，自然界各种爆炸现象可归纳为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三大类。 返回目录2、炸药爆炸 炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条

20、件的化学反应才是爆炸。(1) 放热反应(2) 生成大量气体气体具有良好的压缩性，瞬间生成大量的气体容纳在原有体积内，必然产生很高的压力，高温高压气体为做功提供了必要条件，气体膨胀就是做功。产生气体多少和释放热量多少决定了炸药爆炸做功多少。(3) 高速度反应返回目录1、热分解2、燃烧3、爆炸二、炸药的反应形式返回目录1、雷汞2、氮化铅3、二硝基重氮酚第二节 常用炸药一、起爆药返回目录二、单质猛炸药1、梯恩梯简称TNT，三硝基甲苯C6H2(NO2)3CH32、黑索金环三次甲基三硝铵，C3H6N3(NO2)3和泰安季戊四醇四硝酸脂，C(CH2ONO2)43、硝化甘油丙三醇三硝酸脂，C3H5(ONO2

21、)34、特屈儿三硝基苯甲硝胺，C6H2(NO2)4NCH3返回目录炸药的性能对爆破效果和安全均有很大影响，所以工业炸药要符合下列要求：（1） 爆炸性能良好，具有足够的威力和必要的敏感度；（2） 制造、运输、贮存和使用安全可靠，爆炸后生成的有毒气体少；（3） 理化性能稳定，在规定的贮存期内不变质失效；（4） 原料来源广，加工容易，成本低。1、铵梯类炸药（1）铵梯炸药的组成和作用 铵梯炸药的主要成分是硝酸铵 (80%以上)和TNT(10%左右)，还有少量的木粉、石腊、沥青等成分。(2) 铵梯炸药的性能和应用 三、混合猛炸药返回目录2、铵油炸药 (1) 铵油炸药的组成和作用 (2) 铵油炸药的性能

22、3、铵松腊炸药 (1) 铵松腊炸药的组成和作用 (2) 铵松腊炸药的性能 4、浆状炸药 (1) 浆状炸药的组成 (2) 浆状炸药的性能5、水胶炸药 (1) 水胶炸药的组成 (2) 水胶炸药的性能6、乳化炸药 (1) 乳化炸药组成 (2) 乳化炸药的性能7、硝化甘油炸药返回目录1、炸药的猛度2、爆力测定四、炸药威力的衡量返回目录五、炸药的氧平衡设计1、氧平衡的基本概念从元素组成来说，炸药通常是由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)四种元素组成的。其中碳、氢是可燃元素，氧是助燃元素，炸药是一种载氧体。炸药的爆炸过程实质上是可燃元素与助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化还原反应的过程。反应结果是氧和碳

23、化合生成二氧化碳(CO2)或一氧化碳(CO)，氢和氧化合生成水(H2O)，这两种反应都放出了大量的热。每种炸药里都含有一定数量的碳、氢原子，也含有一定数量的氧原子，发生反应时就会出现碳、氢、氧的数量不完全匹配的情况。氧平衡就是衡量炸药中所含的氧与将可燃元素完全氧化所需要氧两者是否平衡的问题。 返回目录所谓完全氧化，即碳原子完全氧化生成二氧化碳，氢原子完全氧化生成水。根据所含氧的多少，可以将炸药的氧平衡分为下列三种不同的情况：（1）零氧平衡：系指炸药中所含的氧刚够将可燃元素完全氧化；（2）正氧平衡：系指炸药中所含的氧将可燃元素完全氧化后还有剩余；（3）负氧平衡：系指炸药中所含的氧不足以将可燃元素完全氧化；2、爆炸生成物中的有毒气体返回目录爆炸是炸药在特定条件下的化学反应过程，促使炸药进行爆炸反应的条件称为起爆条件。当炸药内部处于相对稳定状态时，必须获得必要的外能才会破坏这种稳定状态，使炸药的各元素重新组合，发生爆炸反应。引起炸药爆炸的外能称为起爆能，起爆能可以归纳为三类： 热能：加热升温可以使炸药分子运动速度加快，加速炸药的化学分解和化合，达到一定的温度后，便可以由爆燃转化为爆炸。如用导火索喷出的火花起爆雷管