露天開采歷史發(fā)展

露天開采中國發(fā)展

中國金屬礦開采歷史悠久，3000年前就開始鑿井開采銅礦，2000多年前己有較規(guī)范的開采技術(shù)。但近代，中國金屬礦開采技術(shù)長期處于停滯落后狀態(tài)，礦山生產(chǎn)基本是靠手工作業(yè)，直到20世紀(jì)50年代以后金屬礦采礦技術(shù)才得以迅速發(fā)展。特別是近幾十年來，中國全面地開展了各種現(xiàn)代化采礦工藝和技術(shù)的科技攻關(guān)研究，在露天陡幫開采、間斷—連續(xù)開采、階段大直徑深孔采礦、分段中深孔采礦、機(jī)械化分層采礦、自然崩落采礦、溶浸采礦、高效率礦山充填、巖體支護(hù)與加固、礦山防治水、露天成套采礦裝備和井下成套采礦裝備等方面均取得了重大成就因而使我國金屬礦采礦技術(shù)水平迅速提高，有力地促進(jìn)了金屬礦開采工業(yè)的發(fā)展。

露天開采取得成就

露天開采是人類使用礦物最早出現(xiàn)的開采方式，最初是開采礦床的露頭和淺部富礦。19世紀(jì)末使用動力挖掘機(jī)以來，露天開采技術(shù)迅速發(fā)展，露天礦的規(guī)模越來越大。

近代重大的成就有：

①出現(xiàn)了大型剝離倒堆設(shè)備,機(jī)械鏟和索斗鏟的最大鏟斗容積(斗容)已分別達(dá)到137.5m³和168m³，最大的美國賓厄姆(Bingham)露天銅礦采剝總量曾達(dá)494242t/d。

②以輪斗鏟、鏈斗鏟、帶式輸送機(jī)、排土橋和懸臂排土機(jī)等設(shè)備組成的連續(xù)開采工藝的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，輪斗鏟的理論生產(chǎn)能力高達(dá)240000m³/d，排土橋理論運(yùn)輸能力高達(dá)25600m³/h,跨度272.5±13.5m，采高60m。

③完善了適應(yīng)性較強(qiáng)的間斷開采工藝和設(shè)備，包括鉆孔直徑達(dá)380～444mm的大型高效率牙輪鉆機(jī)；可在現(xiàn)場混制廉價炸藥和防水炸藥的裝藥車；大區(qū)微差爆破和擠壓爆破技術(shù)；機(jī)械鏟、液壓鏟和前裝機(jī)的斗容分別達(dá)22～34m³、22～30m³和23m³;電機(jī)車的自重達(dá)150t,牽引機(jī)組粘重360t,自翻車載重180t，自卸汽車載重 154～318t；以及相應(yīng)的推土機(jī)、移道機(jī)、平路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等。

④發(fā)展了間斷挖掘設(shè)備配以移動式和半移動式破碎機(jī)與帶式輸送機(jī)構(gòu)成的硬巖半連續(xù)生產(chǎn)工藝。破碎機(jī)能力達(dá)4000m³/h等。

露天開采，是指用一定的開采工藝，按一定的開采順序，剝離巖石、采出礦石的方法。露天開采工藝，按作業(yè)的連續(xù)性，分間斷式、連續(xù)式和半連續(xù)式。

露天開采工藝作業(yè)方式一覽表

按礦床分布情況，大體有兩類采礦方法：

平緩礦床的采礦方法

適用于傾角一般小于12°的平緩礦床。

間斷式開采工藝適用于各種地質(zhì)礦巖條件；連續(xù)式工藝勞動效率高，易實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，但只能用于松軟礦巖；半連續(xù)式工藝兼有以上兩者的特點，但在硬巖中，需增加機(jī)械破碎巖石的環(huán)節(jié)。開采順序是采礦和剝離在時間和空間上的相互配合。

倒堆采礦法

剝離物用機(jī)械鏟或索斗鏟直接向前一采掘帶采空區(qū)倒堆，采礦工作面緊隨剝離工作面推進(jìn)。在相同情況下，機(jī)械鏟的重量約為索斗鏟的1.8倍,因此剝離高臺階時，多用索斗鏟。剝離更高的臺階可采用二次或多次倒堆。方案有一臺機(jī)械鏟配合一臺索斗鏟、二臺索斗鏟互相配合或僅用一臺索斗鏟兼作二次倒堆等。

橫運(yùn)采礦法

剝離物用排土橋、懸臂排土機(jī)循垂直于工作線方向運(yùn)往采空區(qū)，剝離臺階與采礦臺階推進(jìn)的空間關(guān)系也受運(yùn)輸設(shè)備規(guī)格的限制，但不如倒堆采礦法那樣嚴(yán)格。本法可適應(yīng)更大的剝離厚度,民主德國的AFB－60型排土橋的可剝離厚度為60m。

縱運(yùn)采礦法

剝離物沿工作線,繞過端幫,縱向運(yùn)往采空區(qū)。本法不受采、運(yùn)設(shè)備規(guī)格和剝離巖石厚度的限制,有較大靈活性。適用于單斗-機(jī)車車輛、單斗－(破碎機(jī))帶式輸送機(jī)、單斗-汽車、輪斗-機(jī)車車輛-帶式輸送機(jī)等多種工藝。

傾斜礦床的采礦方法

基本上把剝離物運(yùn)往外排土場，僅當(dāng)采掘工作達(dá)到終了深度后，才能利用采空區(qū)內(nèi)排。工作線的布置方式，基本有沿礦體走向布置和垂直礦體走向布置。

初始位置和推進(jìn)方向的選擇，應(yīng)綜合考慮礦床的地形地質(zhì)條件、生產(chǎn)能力、運(yùn)輸方式、基建剝離量和生產(chǎn)剝采比的均衡等因素。傾斜礦床的生產(chǎn)剝采比在開采中是變化的。為了減少基建剝離量和推遲剝離高峰，平衡生產(chǎn)剝采比，改善經(jīng)濟(jì)效果，可以采取以下措施加陡工作幫坡角。

組合臺階

用一臺設(shè)備順序采掘一組相鄰的臺階，僅在采掘臺階上設(shè)工作平臺（圖1[ 組合臺階加陡工作幫]），也可有其他方式。

橫采掘帶

汽車運(yùn)輸?shù)臋M向采掘帶，相鄰臺階尾隨采掘，工作線橫向布置,縱向推進(jìn)（圖2[橫采掘帶加陡工作幫]）。任一橫斷面上只有一個工作平臺，每一臺階可設(shè)1～2臺采掘設(shè)備。與組合臺階相比，本法可布置較多的采掘設(shè)備。

分區(qū)分期開采

走向較長或面積較大的礦床，實行分區(qū)分期開采，優(yōu)先開采礦體厚、品位高、覆蓋薄和剝采比小的區(qū)域。

露天開采流程

露天開采作業(yè)主要包括穿孔爆破、采裝、運(yùn)輸和排土。露天開采的順序是采礦和剝離在時間和空間上的相互配合，這四項工作的好壞及它們之間的配合如何，是露天采礦的關(guān)鍵。

1、穿孔爆破是在露天采場礦巖內(nèi)鉆鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破，對礦巖進(jìn)行破碎和松動。穿孔設(shè)備主要有沖擊式鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)等，多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥和乳化炸藥及粒狀乳化炸藥。

2、采裝工作是用人工或機(jī)械將礦巖裝入運(yùn)輸設(shè)備，或直接卸到指定地點的作業(yè)。常用的設(shè)備是挖掘機(jī)（有多斗和單斗兩類）、輪斗鏟和前端式裝載機(jī)，廣泛采用的為單斗挖掘機(jī)。

3、運(yùn)輸工作是將露天采場的礦、巖分別運(yùn)送到卸載點（或選礦廠）和排土場，同時把生產(chǎn)人員、設(shè)備和材料運(yùn)送到采礦場。主要運(yùn)輸方式有鐵路、公路、輸送機(jī)、提升機(jī)，還有水力運(yùn)輸和用于崎嶇山區(qū)的索道運(yùn)輸。選擇運(yùn)輸方式必須綜合考慮地形、地質(zhì)、氣候條件，露天礦生產(chǎn)能力，開采深度，礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)等，經(jīng)過全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定合理的運(yùn)輸方式。

4、排土工作系指從露天采場將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的大量表土和巖石，運(yùn)送到專門設(shè)置的場地（如排土場或廢石場）進(jìn)行排棄的作業(yè)。排土方法依其排土設(shè)備的不同，分為推土犁推土、推土機(jī)排土、前裝機(jī)排土和拖拉鏟運(yùn)機(jī)或索斗鏟排土等。推土場應(yīng)選擇在盡量靠近采礦場，少占農(nóng)田的位置，有條件的應(yīng)放置在山谷、洼地處，注意環(huán)境保護(hù)和造田、還田。

露天開采技巧

露天開采當(dāng)?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時，應(yīng)用露天開采最為優(yōu)越。隨著開采技術(shù)的發(fā)展，適于露天采礦的范圍越來越大，可用于開采低品位礦床和某些地下開采過的殘礦。

露天采場內(nèi)的礦巖通常劃分為一定高度的分層，每個分層構(gòu)成一個臺階，以進(jìn)行剝離和采礦。生產(chǎn)過程由礦巖松碎、采裝、運(yùn)輸和卸載（卸礦和排土）組成。較松散的礦巖可用不經(jīng)破碎，直接用采裝設(shè)備挖掘。

對平緩礦床（一般礦層傾角小于12°）采用倒堆、橫運(yùn)或縱運(yùn)采礦法。對于傾斜礦床采用組合臺階、橫采掘帶或分區(qū)分期開采的方法。

通常以倒堆法最優(yōu)，橫運(yùn)法次之，縱運(yùn)法最差。但適用的剝離厚度則相反。當(dāng)剝離厚度大時，可在下部臺階用倒堆法或橫運(yùn)法，上部用縱運(yùn)法。為縮短運(yùn)距，可將礦田劃分為若干采區(qū)，按一定順序開采，把剝離物排往本采區(qū)或前一采區(qū)的采空區(qū)。

世界固體礦產(chǎn)總量中,約有2/3用露天開采。中國可供露天開采的礦產(chǎn)資源豐富。平朔、霍林河、伊敏河、準(zhǔn)格爾、元寶山、昭通等地的煤田，鞍山、本溪、冀東、攀西等地區(qū)的鐵礦,德興、永平的銅礦,以及其他化工、建筑材料等,均有數(shù)以億噸計的儲量可供露天開采。

露天開采，指的是從敞露地表的采礦場采出有用礦物的過程。

露天與地下開采相比，優(yōu)點是資源利用充分、貧化率低，適于用大型機(jī)械施工，建礦快，產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)率高，成本低，勞動條件好，生產(chǎn)安全。

但需要剝離巖土，排棄大量的巖石，尤其較深的露天礦，往往占用較多的農(nóng)田，設(shè)備購置費用較高，故初期投資較大。此外，露天開采，受氣候影響較大，對設(shè)備效率及勞動生產(chǎn)率都有一定影響。

露天開采的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互聯(lián)系，構(gòu)成多環(huán)節(jié)的動態(tài)系統(tǒng)。為使系統(tǒng)整體最優(yōu)化，應(yīng)用電子計算機(jī)、運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程等，來研究上述技術(shù)和管理問題。

露天開采的主要技術(shù)有：①見露天開采境界；②露天礦邊坡穩(wěn)定；③開采工藝；④開采程序（見露天采礦方法）；⑤露天礦開拓(見礦床露天開拓)；⑥疏干排水（見礦山排水，礦床疏干）；⑦礦山環(huán)境保護(hù)，礦山土地復(fù)用；⑧露天開采生產(chǎn)調(diào)度。

剝采比：剝離量與采礦量的比值。露剝采比是衡量露天開采經(jīng)濟(jì)效果的重要指標(biāo) (單位是m³/m³、m³/t)。天開采需剝離大量土巖，以揭露礦體。

山坡露天礦：根據(jù)地形，采場在上部境界封閉圈以上的部分稱，最深的露天礦采深已達(dá)800m。

凹陷露天礦：根據(jù)地形，封閉圈以下的部分稱凹陷露天礦。

采掘帶：臺階開采時劃分為一定寬度的條帶。

采掘工作面：在采掘帶中，進(jìn)行采掘作業(yè)的部分

采掘工作線：具備采運(yùn)條件的采掘帶。

工作臺階：具有正常采掘條件的臺階。

工作幫：由若干工作臺階組成的露天礦邊幫。

工作平盤：為進(jìn)行正常生產(chǎn)，工作臺階需有足夠的寬度，以布置穿孔、爆破、采礦、運(yùn)輸設(shè)備，構(gòu)成的工作平臺。

工作幫坡角：假想平面和水平面的夾角稱工作幫坡角。

非工作幫：指的是不進(jìn)行礦山作業(yè)的露天礦邊幫。非工作幫上常設(shè)置供運(yùn)輸用的運(yùn)輸平臺、截攔塊石滾落的安全平臺和清掃滾落塊石的清掃平臺。非工作幫常是露天采場開采結(jié)束時的最終邊坡或最終邊幫。

上部境界線：非工作幫與地表的交線。

下部境界線：非工作幫與露天礦底面的交線。

最終邊坡角：通過上部境界線和下部境界線的假想斜面和水平面的交角。 2100433B

露天開采設(shè)備，為露天礦開采而專門設(shè)計制造的設(shè)備。

露天開采主要有連續(xù)開采、間歇–連續(xù)開采和間歇開采三種工藝方式，其選擇取決于礦藏地質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。連續(xù)開采工藝使用的設(shè)備為輪斗式挖掘機(jī)或連續(xù)采礦機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、排土機(jī)等；間歇–連續(xù)開采工藝使用的是單斗挖掘機(jī)（或礦用輪式裝載機(jī)）、礦用自卸汽車、破碎機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)；間歇開采工藝使用的設(shè)備為單斗挖掘機(jī)、鐵路運(yùn)輸（或汽車運(yùn)輸）。連續(xù)開采工藝效率最高。20世紀(jì)80年代開始，中國在適合采用輪斗式挖掘機(jī)的露天礦推廣連續(xù)開采工藝。從世界范圍看，在中硬以下地質(zhì)條件下，已廣泛使用輪斗式挖掘機(jī)或連續(xù)采礦機(jī)采礦，無須放炮，直接用這兩種設(shè)備鏟取或切割。這種不放炮而直接開采的方法不僅節(jié)省了穿孔和爆破費用，而且礦藏浪費少，所采礦物夾雜少。帶有螺旋切割滾筒的連續(xù)采礦機(jī)切割力較強(qiáng)，機(jī)動靈活而且可進(jìn)行有選擇的采礦，即使厚度僅為25毫米的極薄礦層也可經(jīng)濟(jì)地采出。因技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制，中國絕大部分露天礦采用間歇開采方式。間歇開采首先要剝離覆蓋在礦體上的巖石或表土。到達(dá)礦體后以臺階方式開采礦石（回采）。無論是剝離還是回采，一般都需要經(jīng)過穿孔、爆破、裝載和運(yùn)輸幾道工序。中國大型露天礦穿孔作業(yè)主要使用牙輪鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)；在小型露天礦主要使用潛孔鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)（煤礦）或鑿巖機(jī)。爆破作業(yè)用人工或裝藥車裝藥。采掘面裝載作業(yè)主要使用挖掘機(jī)、裝載機(jī)。運(yùn)輸作業(yè)主要使用工礦電機(jī)車、大型自卸車或大型長距離膠帶運(yùn)輸機(jī)。在露天開采中，為了創(chuàng)造必要的工作條件和提高上述主要設(shè)備的效率，還需要一些輔助設(shè)備，如推土機(jī)、鋪路機(jī)、平地機(jī)、壓路機(jī)、灑水車、移道機(jī)、排土犁、固定或可移動的破碎站等。露天礦主要設(shè)備如鉆機(jī)（見圖）、輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸車和膠帶運(yùn)輸機(jī)等，無論是外形尺寸還是作業(yè)能力，一般都比用在其他場所的同名設(shè)備要大得多，結(jié)構(gòu)往往也有很大差別，而且一直在向大型化方向發(fā)展，并不斷引入新的液壓、控制和故障自診斷技術(shù)。 2100433B

露天開采就是移走煤層上覆的巖石及覆蓋物，使煤敞露地表而進(jìn)行開采，其中移去土巖的過程稱為剝離，采出煤炭的過程稱為采煤。露天采煤通常將井田劃分為若干水平分層，自上而下逐層開采，在空間上形成階梯狀。這種方法的勞動條件好，安全性也較高，是我國著重在發(fā)展的煤炭開采方法。

中文名稱

煤炭露天開采

英文名稱

open mining of coal

定　　義

剝離礦體覆蓋物直接揭露出礦體及采出煤炭的工作。

應(yīng)用學(xué)科

資源科技（一級學(xué)科），能源資源學(xué)（二級學(xué)科）

緒論

模塊1露天開采認(rèn)知及露天開采境界圈定

模塊2露天礦采剝程序與礦床開拓

模塊3露天開采作業(yè)程序

模塊4露天礦生產(chǎn)剝采比均衡與采掘進(jìn)度計劃

模塊5露天礦安全工作

參考文獻(xiàn) 2100433B