露天煤矿开采基础知识(讲稿)-本科论文.doc

露天煤矿开采基础知识

煤炭行业安全生产专业术语讲解

2009年9月1日

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第一部分 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 露天采煤的主要工艺过程 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 露天矿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

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 概述
一、露天开采 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。
三、采场要素
主要包括：开采境界、采场边帮、边坡角、台阶等。
（一） 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

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）

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）

（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 露天采煤的主要工艺过程
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
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
（一） 爆破参数 见图（4）

附图（4）

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。

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
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、运输工作
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
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。
第三部分 露天矿开拓开采及开采境界
一、露天矿开拓
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、公路运输开拓
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、露天矿开采境界
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。
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；
（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、间断开采工艺
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、汽车运输
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。
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、边坡稳定工程
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，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、采掘场防水和排水
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
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、工业场地总平面布置
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。
十三、安全生产专业术语解释
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、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新；二是安全生产监管体制和机制的创新；三是安全生产监管手段的创新；四是安全科技创新；五是安全文化的创新。
六个支撑体系：安全生产法律法规体系、安全信息工程体系、安全技术保障体系、宣传教育体系、安全培训体系、矿山应急救援体系。
五个转变：一要推进安全生产工作从人治向法治转变，依法规范，依法监管，建立和完善安全生产法制秩序；二要推进安全生产工作从被动防范向源头管理转变，建立安全生产行政许可制度，严格市场准入，管住源头，防止不具备安全生产条件的单位进入生产领域；三要推进安全生产工作从集中开展安全生产专项整治向规范化、经常化、制度化管理转变，建立安全生产长效管理机制；四要推进安全生产工作从事后查处向强化基础转变，在各类企业普遍开展安全质量标准化活动，夯实安全生产工作基础；五要推进安全生产工作从以控制伤亡事故为主向全面做好职业安全健康工作转变，把职工安全健康放在第一位。
三个结合：一是把专项整治与落实安全生产保障制度结合起来,督促企业建立预防为主、持续改进的安全生产自我约束机制；二是把专项整治与日常监督管理结合起来，不断完善安全生产监管机制；三是把专项整治与全面做好安全生产工作结合起来，致力于建立安全生产的长效机制。
五证一照：采矿许可证、安全生产许可证、煤炭生产许可证、矿长资格证、矿长安全资格证，工商营业执照。

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