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  1. 露天采矿安全基本知识 汪为平 教授 电话:13705554074中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司

  2. 第一章 露天矿山基本知识1.1 露天矿山开采的基本概念1.2 露天采矿场构成要素1.3 露天矿场构成的安全要求第二章 露天开采工艺2.1 露天开采工艺2.2 穿孔作业及安全要求2.3 爆破工作及安全要求2.4 采装作业及安全要求2.5 运输作业及安全要求2.6 采场防排水

  3. 第三章 边坡管理3.1 地质基本概念3.2 边坡破坏的类型3.3 影响边坡稳定的主要因素3.4 边坡事故的预防第四章 排土安全4.1 排土场4.2 排土方法4.3 排土场的安全要求

  4. 第一章 露天矿山基本知识

  5. 1.1 露天矿山开采的基本概念 露天采矿就是从敞露的采矿场采掘有用矿物。 机械开采:开采坚硬矿岩,以深孔爆破,机械采掘为获取矿石的主要手段。 人工开采:安委办【2010】17号文明令禁止。 露天采矿场模拟面貌

  6. 山坡露天矿----地表封闭圈以上; 凹陷露天矿----地表封闭圈以下。 山坡露天矿 地表封闭圈 凹陷露天矿 图2 山坡露天矿和凹陷露天矿示意图 A——山坡露天矿,B——凹陷露天矿,1——地表封闭圈标高

  7. 封闭圈 山 坡 露 天 凹 陷 露 天

  8. 1.2 露天采矿场构成要素 1.2.1 台阶 按一定高度将矿岩划成水平分层,保持一定超前距离,自上而下逐层开采。台阶是露天开采的基本要素,结构要素如图所示。 台阶结构图 1-台阶上部平台; 2-台阶下部平台;3-台阶坡面; 4-台阶坡顶线;5-台阶坡底线;α-台阶坡面角;h-台阶高度。

  9. 一个台阶的上部平台又是其上一台阶的下部平台。台阶以其下部平台标高命名,如图所示。一个台阶的上部平台又是其上一台阶的下部平台。台阶以其下部平台标高命名,如图所示。 台阶命名及开采示意图 露天开采时根据挖掘机的挖掘半径、卸载半径和爆堆宽度,划分条带状采掘带依次开采。如果采掘带很长,按一台挖掘机所需的采掘工作线长度再划为采区独立开采。

  10. 台阶坡面:台阶的临空倾斜面,坡面角的大小关系着采矿作业的安全,视矿岩稳固程度与台阶高度而定,一般为50~75°。台阶坡面:台阶的临空倾斜面,坡面角的大小关系着采矿作业的安全,视矿岩稳固程度与台阶高度而定,一般为50~75°。

  11. 1.2.2 露天采矿场 露天采矿场构成要素如图5。 露天矿坑四周揭露的由台阶组成的表面称露天矿边帮(BC、AF)。 矿体下盘边帮叫底帮,上盘边帮叫顶帮,端部边帮叫端帮。 非工作帮——顶帮、底帮和端帮。 非工作帮平台——安全平台、清扫平台和运输平台。 露天采矿场结构图 1-安全平台;2-清扫平台;3-运输平台;4-工作平台

  12. 安全平台宽度≈台阶高度的1/3,安全规程≥4m。阻挡和容纳边坡上掉落的岩石,调节缓和边坡角,保证边帮稳定和下部各水平作业安全。 清扫平台宽度一般≥6m,便于清理设备作业,每隔3~4个台阶设置一个。 运输平台宽度≡运输线路,与出入沟同设在非工作帮的一侧及端帮上。 工作帮----采矿和剥离台阶组成的边帮。 工作帮坡角----连接工作帮最上台阶和最下台阶坡底线的假想斜面DE与水平面的夹角。一般为8~12°,不超过15~18°,陡帮开采可依设计适当大。

  13. 最终边坡角----过非工作帮最上台阶的坡顶线和最下台阶的坡底线所作的假想斜面A0、BG与水平面的夹角β、γ叫最终边坡角。最终边坡角----过非工作帮最上台阶的坡顶线和最下台阶的坡底线所作的假想斜面A0、BG与水平面的夹角β、γ叫最终边坡角。 上部最终境界线----最终帮坡面与地表相交的闭合曲线。 下部最终境界----最终帮坡面与露天采矿场底平面相交的闭合曲线。 最终开采深度----上部最终境界线水平与下部最终境界线水平之间的垂直距离。 最终境界----由最终边坡,下部最终境界线和最终开采深度所圈定的范围。

  14. 1.3 露天矿场构成的安全要求 台阶高度的确定 台阶高度对露天开采作业安全意义重大。 ①矿岩的岩性和埋藏条件 稳固矿岩,台阶高度可以大一些;节理裂隙较发育、不稳固矿岩,台阶高度应低一些。 ②穿孔爆破工作的要求 保证生产人员和设备的安全。

  15. 露天矿场台阶的安全高度 ③采掘工作的要求:安全规程规定如下表。 挖掘机或前装机铲装时,爆堆高度应不大于机械最大挖掘高度的1.5倍。

  16. 第二章 露天开采工艺

  17. 2.1 露天开采过程与技术指标 矿山生命周期:地面准备,矿床疏干和防排水,矿山基建,剥离和采矿,地表恢复与利用。 地面准备----排除开采范围内妨碍生产的各种障碍物,如砍除树木,湖泊排干,迁移建筑物,道路和河流改道等。 矿床疏干和防排水----有地下水的矿床应预先排水疏干,防止地表水流入采矿场应修筑挡水坝、截水沟。 矿山基建----露天矿投产前相应的基建工程,如矿床开拓、表土剥离、排土场、运输道路等。

  18. 矿床开拓----掘出入沟建立地面与开采水平之间或各开采水平之间的运输联系倾斜沟道;开段沟为开辟剥离、采矿工作台阶而掘进的水平沟道,是各水平的初始开采工作线。矿床开拓----掘出入沟建立地面与开采水平之间或各开采水平之间的运输联系倾斜沟道;开段沟为开辟剥离、采矿工作台阶而掘进的水平沟道,是各水平的初始开采工作线。 剥离----揭露矿体,挖掉覆盖在矿体上面的表土及矿体上、下盘部分围岩。 地表恢复与利用----露天矿区占用大量农田和土地,开采期间或开采结束应有计划有步骤地复土回田。

  19. 2.1.1露天境界及剥采比 随着矿石的不断采出,要不断地剥离大量废石,如图所示,当开采境界由abcd扩展到a’b’c’d’,采矿量从A1增加到A1十A2,剥离岩石量也从V1增加到V1十V2。 剥采比----岩石剥离量比采矿量,即采出单位矿石需要剥离的岩石量。 单位:m3/m3、m3/t或t/t。 露天境界影响剥离量和采矿量示意图

  20. 剥采比是反映露天采矿的重要经济指标。

  21. 1、平均剥采比nρ为露天开采境界内岩石剥离总量与可采矿石总量之比,即:1、平均剥采比nρ为露天开采境界内岩石剥离总量与可采矿石总量之比,即: 式中:nρ——平均剥采比,m3/m3,m3/t或t/t; Vρ——露天开采境界内岩石剥离总量,m3或t; Aρ——露天开采境界内可采矿石总量,m3或t。

  22. 2、生产剥采比ns为一定生产时期内例如一年内,露天开采境界内岩石剥离量与可采矿石量之比,即:2、生产剥采比ns为一定生产时期内例如一年内,露天开采境界内岩石剥离量与可采矿石量之比,即: 式中:ns——生产剥采比,m3/m3,m3/t或t/t; Vs——某生产时期内岩石剥离量,m3或t; As——某生产时期内可采矿石量,m3或t。

  23. 3、境界剥采比nJ为露天矿不改变最终边坡角条件下,延深△H深度(一般为一个台阶高度)后增加的岩石剥离量和可采矿石量之比,叫深度H的境界剥采比,即:3、境界剥采比nJ为露天矿不改变最终边坡角条件下,延深△H深度(一般为一个台阶高度)后增加的岩石剥离量和可采矿石量之比,叫深度H的境界剥采比,即: 式中:nJ——境界剥采比,m3/m3,m3/t或t/t; △V——露天开采境界延深后增加的岩石剥离量,m3或t; △A——露天开采境界延深后增加的可采矿石量,m3或t 。

  24. 确定露天境界原则:境界剥采比不超过经济合理剥采比。确定露天境界原则:境界剥采比不超过经济合理剥采比。 对于某些覆盖层很厚或不连续的矿体,用平均剥采比≤经济合理剥采比的原则去校核。 经济合理剥采比:是指经济上允许的最大剥岩量与可采矿量之比。

  25. 2.1.2经济合理剥采比 (1)成本比较法:当矿床划分为露天开采和地下开采时,经济合理剥采比根据露天采矿成本不超过地下采矿成本确定,即: 式中:ne——经济合理剥采比,m3/m3; c——地下采矿成本,元/ m3; a——露天开采纯采矿成本,元/m3; b——露天采矿剥离成本,元/m3。

  26. (2)价格法:当矿床只用露天开采时,则以露天开采产品成本不超过矿石价格,以保证矿山不亏损为原则确定,即:(2)价格法:当矿床只用露天开采时,则以露天开采产品成本不超过矿石价格,以保证矿山不亏损为原则确定,即: 式中:c1——矿石价格,元/m3; 其他符号同前。

  27. 2.1.3 露天采掘顺序 为确保露天采场生产安全、持续、稳定,掘沟、剥离和采矿在时间上和空间上都必须保持适当的超前关系, 必须遵循“采剥并举,剥离先行”的原则。 自上而下进行掘沟、剥离和采矿工作,上部水平顺次采到最终境界,下部水平顺次开拓、采准出来;旧的工作水平不断结束,新的水平不断投产。 掘沟、剥离和采矿工作都由穿孔、爆破、采装、运输等工艺来实现。

  28. 2.1.4 露天矿床开拓 露天矿床开拓就是建立地面工业广场、受矿点、排土场与采矿场之间以及各工作台阶之间的运输通路,并借助这些通路准备新的开采台阶的工程总称。 露天矿床开拓方法主要分为:公路运输开拓法,铁路运输开拓法,胶带运输开拓法,斜坡卷扬开拓法,平峒溜井开拓法和联合开拓法等。

  29. 开掘缓倾斜露天坡道(即出入沟),汽车运输坡度8~10%,连续坡道长度小于300m,缓坡段长度40~60m。开掘缓倾斜露天坡道(即出入沟),汽车运输坡度8~10%,连续坡道长度小于300m,缓坡段长度40~60m。 直进式:坑线设置在采矿场的一帮,设在非工作帮上的坑线,称为固定坑线,设在工作帮上的坑线,称为移动坑线,汽车在坑线上行驶时,不改变运行方向。 直进式

  30. 回返(折返)式:坑线也是设在采矿场的一帮,但汽车在坑线上行驶时,其运行方向有规律的改变,上、下水平回返一次呈“之”字形。回返(折返)式:坑线也是设在采矿场的一帮,但汽车在坑线上行驶时,其运行方向有规律的改变,上、下水平回返一次呈“之”字形。 折返式

  31. 螺旋式:坑线布置在露天矿场四周的边帮上,汽车由一个水平向下一个水平运行时,运行方向不变,呈空间螺旋状。螺旋式:坑线布置在露天矿场四周的边帮上,汽车由一个水平向下一个水平运行时,运行方向不变,呈空间螺旋状。 螺旋式

  32. 公路运输开拓评价: 机动灵活,调运方便,爬坡能力大,对线路的技术条件要求低;运距短,车辆周转快,利于提高掘沟速度;开拓坑线较短,可减少开拓工程量和基建投资,缩短基建时间;利于加快新水平的准备等。 汽车运输受气候影响大,轮胎磨损大,维修费用高,燃料消耗量大,吨公里运费高。 适用于地形复杂,矿床赋存形状不规则或采矿场平面尺寸较小而开采深度较大的露天矿。

  33. 汽车掘沟工程 平装车全段高掘沟:在全段高上一次穿孔爆破,爆下的岩石由挖掘机装入位于同一沟底的汽车内。调车方式:回返式,单折返线和双折返线。 汽车在沟内的调车方式 a-回返式调车; b-单折返线调车; c-双折返线调车

  34. 2.2 穿孔作业及安全要求 露天矿穿孔设备: (1)浅孔凿岩设备:凿岩机、凿岩台车。 (2)深孔凿岩设备:潜孔钻机(KQ-150,KQ-200,KQ-250)、牙轮钻机(KY-150,KY-200,KY-250,KY-310;YZ-35,YZ-55)。 潜孔钻机:回转—冲击式穿孔设备,由冲击器、回转推进机构、提升机构、钻架、除尘装置等组成,用于中硬和坚硬矿岩中穿孔,钻凿直径80~25Omm、垂直和倾斜深孔。

  35. 凿岩台车 小型风动凿岩机

  36. 三牙轮钻头 牙轮钻机 潜孔钻机 37

  37. 牙轮钻机:一种以三牙轮钻头破岩穿孔、压气排碴的回转式大型穿孔设备,用于坚硬矿岩中穿孔,钻凿孔径170~380mm深孔。穿孔时机架顶部的回转、加压机构产生的回转运动和轴向压力,通过钻杆传给钻头,当钻头回转并带动钻头上的硬质合金柱滚动过程中,以压碎、冲击、剪切和括削等不同作用方式吃入孔底岩石将其破碎,随着压气不断将岩屑排出,钻头不断凿入岩石,深孔逐渐形成。牙轮钻机:一种以三牙轮钻头破岩穿孔、压气排碴的回转式大型穿孔设备,用于坚硬矿岩中穿孔,钻凿孔径170~380mm深孔。穿孔时机架顶部的回转、加压机构产生的回转运动和轴向压力,通过钻杆传给钻头,当钻头回转并带动钻头上的硬质合金柱滚动过程中,以压碎、冲击、剪切和括削等不同作用方式吃入孔底岩石将其破碎,随着压气不断将岩屑排出,钻头不断凿入岩石,深孔逐渐形成。

  38. 凿岩安全技术: (1)凿岩机作业安全问题 ①凿岩工要经过培训,熟悉凿岩机的性能和操作方法; ②开孔时要扶稳钻机,以防钻头伤脚或凿岩机倾倒伤人。严禁打干眼和残眼; ③在坡度超过30°的台阶坡面上凿岩时,凿岩工要使用安全绳,凿岩时要站稳。

  39. (2)钻机作业安全问题 ①钻机司机要经过专门培训,了解钻机的性能,熟练掌握操作程序和操作技术; ②钻机移动时,应有人指挥和监护,行走时,司机应先鸣笛,履带前后不得站人,不准转急弯; ③钻机靠近台阶坡顶线行走时,应先检查行走路线是否稳固安全,凿岩台车外侧凸出部分至台阶坡顶线的最小距离为2m,牙轮钻和潜孔钻为3m;

  40. ④钻机不宜在坡度15°的坡面上行走,如果坡度超过15°,必须放下钻架,并采取防倾覆措施。不准长时间停留在斜坡道上。④钻机不宜在坡度15°的坡面上行走,如果坡度超过15°,必须放下钻架,并采取防倾覆措施。不准长时间停留在斜坡道上。 ⑤钻机稳车千斤顶至台阶坡顶线安全距离:凿岩台车1m,牙轮钻和潜孔钻2.5m,千斤顶下禁止垫石块; ⑥穿凿第一排炮孔时,钻机的中轴线与台阶坡顶线的夹角不得小于45°; ⑦挖掘每个水平的最后一个采掘带时,上阶段正对挖掘机作业范围内的第一排孔位地带,不得有钻机作业。

  41. 穿孔作业

  42. 2.3 爆破工作及安全要求 2.3.1爆破漏斗 炸药在岩石中爆炸后形成一个爆坑。 自由面—与空气接触的岩石表面; 爆破漏斗半径—爆破漏斗底圆半径; 爆破作用半径—药包中心到爆破漏斗底圆任一点的距离; 最小抵抗线—自药包中心到自由面的最短距离。 图17 爆破漏斗图

  43. 2.3.2爆破作用指数(n) 爆破漏斗半径r与最小抵抗线w的比值。 ①标准爆破,n=1; ②抛掷爆破,1<n<3; ③松动爆破, n < 1。 金属非金属矿山多采用松动爆破。

  44. 2.3.3露天爆破基本要求: (1)矿岩大小适度,便于采装,满足用户要求; (2)台阶规整不留根底,爆堆集中高度符合采掘要求; (3)不产生后冲破坏作用,利于进行后续穿爆作业; (4)有足够的爆破贮备量,满足连续采掘的需要。

  45. 2.3.4爆破方法: (1)浅眼爆破法:孔深6m以下,孔径75mm以下; (2)深孔爆破法:孔深10m以上,孔径75mm至380mm; (3)控制爆破破坏作用:光面爆破法、预裂爆破法、缓冲爆破法; (4)改善爆破破碎效果:挤压爆破法。 禁止的爆破方法:药壶爆破法,裸露爆破法。 少用的爆破方法:硐室爆破法,浅眼爆破破碎大块。

  46. 深 孔 爆 破 硐 室 爆 破

  47. 2.3.5炸药的基本特性 (1)炸药的感度:外能作用下起爆的难易程度。外能越小感度越高。包括:热感度、撞击感度、摩擦感度、爆轰感度。 (2)爆炸的反应形式:热分解、燃烧、爆炸。 (3)炸药的起爆和传爆:在一定外能作用下发生爆炸的过程称为起爆,起爆后其能量以冲击波的形式在炸药内部传递称为炸药传爆。 (4)炸药的爆炸性能: ①爆力:炸药在介质内爆炸做功的总能力,即炸药具有的总能量。 ②猛度:炸药爆炸的猛烈程度,炸药对直接接触的局部介质破坏能力。 ③爆速:炸药爆炸时爆轰波沿炸药的传播速度。 ④殉爆:炸药爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药爆炸的现象。

  48. 2.3.6矿用炸药 (1)铵油炸药:硝酸铵,配适量的柴油及木粉。成本低、安全性好、感度低,易吸湿结块、抗水性差。 (2)乳化炸药:抗水炸药,矿山使用最广的品种。抗水性强、爆炸性能好、可用8号雷管起爆、成本低、爆破效率高,安全性好。 其它炸药有:铵梯炸药、黑火药、浆状炸药等。