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露天矿陡帮开采

2011-12-17 15:38:21 来源:采矿手册 点击数:0次 评论(0)
采用缓帮,即台阶全面开采时,工作帮坡角一般为8~15°;采用陡帮,即台阶轮流开采时,工作帮坡角可达25~35°,有时还更大,接近最终边坡角……
    一、陡帮开采的基本原理

    采用缓帮,即台阶全面开采时,工作帮坡角一般为8~15°;采用陡帮,即台阶轮流开采时,工作帮坡角可达25~35°,有时还更大,接近最终边坡角。

    陡帮开采时,工作帮上不是每个台阶布置挖掘机,即不是每个台阶都处于作业状态,其中一部分台阶是作业台阶,另一部分台阶则是暂不作业台阶。作业台阶和暂不作业台阶轮流开采,如图1所示。
 
图1  台阶轮流开采法

    作业台阶保留最小工作平盘宽度,暂不作业台阶只保留很窄的平台。其值在弓长岭独木采场取15m,浏阳磷矿山田湾采场取10m。还可两个台阶并段。

    为了实施陡帮开采,加陡工作帮坡角,还可以采取其他一些技术措施,例如:

    (一)横向采掘。陡帮开采时实体采掘带宽度即爆破进尺寸比较大,其值从几十米到上百米,大大超过挖掘机一次可能采掘的宽度。为了充分利用采掘后作业空间进行调车和其他作业,挖掘机有时作横向采掘,如图2所示。此时挖掘机的采掘方向与采掘带垂直。
 
图2  挖掘机横向采掘
B-工作平盘宽度;Bs-爆破进尺;b-暂不作业平台宽度;h-台阶高度

    (二)纵向爆破。缓帮开采时,一般实行横向爆破,爆堆在平盘中所占的宽度很大,因而增加了工作平盘宽度。为了减少工作平盘宽度,实行纵向爆破,爆堆亦纵向布置。

    根据弓长岭铁矿独木采场的经验,采用纵向爆破旁冲在10~13m之间,如图3所示。
 
图3  纵向爆破示意图
 
B L—爆堆旁冲宽度,m

    (三)采用深度法设置备采矿量。备采矿量的设置方法可以分为宽度法、长度法和深度法。当采用深度法设置备采矿量时,剥岩帮坡角越陡,备采矿量越大;采矿工作帮坡角越缓,备采矿量越大。这是对陡帮开采极为有利的。

    二、陡工作帮的作业方式

    根据工作帮上台阶的轮流方式,陡帮开采的作业方式可以分为:

    (一) 工作帮台阶依次轮流开采及倾斜分条开采

    这种作业方式如图4所示,其实质是露天矿整个剥岩工作帮由一台或两台挖掘机从上而下依次轮流进行开采,此时剥岩帮上只有一个台阶在作业,其余台阶均处于暂不作业状态。也可在相邻台阶上尾随作业。所留平台宽度较窄,故能最大限度地加陡工作帮坡角,获得较好的经济效益。
图4  工作帮台阶依次轮流开采即倾斜分条开采

    当两台挖掘机进行采掘时,它们在同一个台阶上作业,一前一后,互相间隔一定的距离。美国的平托谷铜矿的作业平盘宽度约120m,最小为91.5m,两台电铲作业,一前一后各占60m,彼此间隔约100m,工作面横向布置,纵向爆破,一次爆破全宽。台阶高度为13.7m,两相邻台阶坡顶线之间的水平距离为15m。
 
    采用此种作业方式时,工作帮坡角可以加陡到25~35°或更大,但必须保持以下条件:

Q≥BsHtL′/T′=BsnhL′/T′      (1)

式中  Q——一台或两台挖掘机的生产能力,m 3/a;
     Bs——剥岩条带宽度(爆破进尺),m;
     L′——露天矿的走向长度或剥岩区长度,m;
     n——剥岩帮上的台阶数目,个;
     h——台阶高度,m;
     H T——剥岩帮高度,m;
     T′——剥岩周期,a。

    工作帮台阶依次轮流开采方式得到了广泛应用。我国浏阳磷矿山田湾采场采用这种作业方式,并取得了较好的技术经济指标。

    (二)工作帮台阶分级轮流开采即组合台阶开采

    台阶分组轮流开采如图5所示。其实质是将工作帮上的台阶划分为2~3组,每组2~5个台阶,每组台阶由一台挖掘机开采,挖掘机在组内从上而下逐个台阶进行开采,当挖掘机采完组内最后一个台阶后就返回第一个台阶作业,剥离下一个岩石条带。此时,组内除正在作业的台阶,其余台阶均处于暂不作业状态,工作帮坡角比台阶依次轮流开采方式小。
图5  台阶分组轮流开采即组合台阶开采

    台阶分组轮流开采时,只要相邻组的挖掘机之间保持一定的水平距离,就可以避免安全事故。非相邻组之间的挖掘机由一个或多个30~50m或更宽的作业平台隔开,挖掘机即使在同一条垂线上作业,也可以保证安全生产。
我国弓岭铁矿独木采场采用这种作业方式,取得了很好的经济效益。

    (三)并段爆破,分段采装作业

    此法的实质是工作台阶并段进行穿孔爆破,然后在爆堆上分段进行采装,它是靠增大高度和减少爆堆占用的宽度来加陡工作帮坡角的作业方式,如图6所示。此法在钻机的穿孔深度得到保证才能使用。
 
图6  并段穿爆,分段采装的作业

   (四)台阶尾随开采

    台阶尾随开采就是一台挖掘机尾随另一台挖掘机向前推进,如图7所示,组内有若干台挖掘机同时作业。
 
 
图7  台阶(挖掘机)尾随开采

    从图7可以看出,当采用台阶尾随开采方式时,在工作帮任何一个垂直剖面上,组内只有一个台阶在作业,它保留工作平盘宽度,而其他台阶只留运输平台,故可以加陡工作帮坡角,实现陡帮开采。高村铁矿和厂坝铅锌矿的设计均采用这种作业方式。

    尾随挖掘机之间的间距与运输道路的布置、调车方式、爆堆宽度、一次爆破矿量及岩量的长度、道路的移设周期、挖掘机之间作业不平衡及安全技术条件等因素有关,可按以下两种情况确定。

    1、当台阶与台阶之间不设运输连接平台(图8a)时,尾随挖掘机之间的间距L为:
 

L=

tQ

K+

100h

+R

(2)

12T′Bsh

i


式中  t——一次爆破量能满足挖掘机装载作业的时间,月,一般取t=0.5个月;
     Q——挖掘机的生产能力,m 3/a;
     Bs——剥岩带的平均宽度,m;
     T′——剥岩周期,a;
     K——尾随挖掘机之间的工作面推进和道路移设不均衡的影响系数,K=1.5~2.0;
     i——运输道路坡度;
     R——汽车运输的转弯半径,m;
     L——尾随挖掘机之间的距离,m。

    2、当台阶与台阶之间设置运输连接平台(图8c)或设临时岩柱状回转平台(图8b),作业不设出入沟时,L(m)值为:
 

L=

tQ

K+2R+1.5h

(3)

12 T′Bsh


    式中的符号与(2)式相同。

    组内可以布置的挖掘机数目n为:
 

n=

L′

(4)

L


式中  L′——露天矿的走向长度,m;
     L——尾随挖掘机之间的间距,m,其值不应小于100m;
     n——挖掘机数目,台。
 
图8  挖掘机作业区布置图

    台阶尾随开采方式利用规格小的采运设备也能加陡工作帮坡角,有一定的经济效益,这是它的主要优点。其主要缺点是每个台阶要求布置一台挖掘机,并且上下台阶互相尾随,它们之间容易互相干扰,降低挖掘机的生产能力,因而对提高陡帮开采的经济效益不利。

    三、采剥工作线的布置形式

    露天矿工作线的布置方式与所采用的采剥方法有关,与前相同,主要分为纵向布置、横向布置、扇形布置和环形布置。

    陡帮开采时,露天矿分剥岩帮与采矿帮,它们相互独立、互不干扰,因而可以有自己独立的工作线布置形式。例如剥岩帮的工作线可以纵向布置,而采矿帮的工作线可以横向布置,因而整个露天矿的工作线既有纵向布置,又有横向布置,属纵横向布置。因此,陡帮开采时根据剥岩帮和采矿帮相互的匹配关系,露天矿可能的工作线布置形式很多,表1列举了几种主要的工作线布置形式。

表1  陡帮开采时的工作线布置形式
剥岩帮
纵向
纵向
横向
横向
横向
扇形
纵横向
纵横向
采矿帮
纵向
横向
纵向
横向
横向
扇形
纵向
横向
露天矿
纵向
纵横向
纵横向
横向
横向
扇形
纵横纵向
纵横纵向

    根据国内外的使用情况,主要介绍以下几种采剥工作线布置形式。

    (一)工作线纵横向布置形式

    这是陡帮开采中使用最广泛的一种工作线布置形式,其实质是剥岩帮的工作线沿矿体走向布置,横交体走向推进,而采矿帮的工作线却横交矿体走向布置,沿矿体走向推进。

    图9浏阳磷矿山田湾采场剥岩帮工作线布置图,图10是采矿工作线布置图。
 
图9  剥岩帮工作线布置图
图10  采矿工作线布置图

    这种工作线布置形式的主要优点是:

    1、剥岩帮工作线纵向布置,可以将矿体沿走向长度一次拉开,并揭露出来,使揭露的矿石面积最大,因而有利于增加露天矿的备采矿量。

    2、采矿工作线横向布置有利于配矿和质量中和。因为露天矿的走向长度一般都比较大,当采矿工作线横向布置并且工作帮坡角相同时,可布置更多的采矿台阶,揭露出更多品级的矿石,因而有利于矿石配矿和质量中和。

    3、剥岩帮与采矿帮互不干扰。当采用这种工作线布置时,只要保持一定的坑底宽度,而剥岩又能周期性的进行,这时坑底就能保持有足够的备采矿量。

    4、剥岩工作线纵向布置,有利于实现分区作业,可以选择矿体厚度大、剥采比小、矿石质量好、开采技术条件优的地方实现优先开采。有利于提高陡帮开采的经济效益。

    这种工作线布置形式主要适用于走向长度比较大的倾斜及急倾斜层状和似层状矿体。

    (二)工作线纵向布置形式

    露天矿采用这种工作线布置形式时,剥岩帮与采矿的工作线均纵向布置,横向推进,参见图11所示。
 
 
图11  南芬铁矿陡帮开采1997年末示意图

    剥岩工作线纵向布置,可以实现分区分条带剥岩,实行优化开采;可以揭露较大的矿体面积,增加备采矿量等。
此时采矿工作线亦纵向布置,横向爆破,所占的平盘宽度大,工作帮坡角缓,可能布置的采矿台阶少,备采矿量少,
不利于进行配矿、矿石的质量中和以及缓帮采矿。

    由于以上原因,所以这种工作线布置形式只有在特殊条件下采用。例如南芬露天铁矿深部陡帮开采设计的矿体厚,半连续工艺的破碎站布置在露天矿的两个端部,所以采矿工作线采用纵向布置形式,参见图12所示。
 
 
图12  南芬铁矿分期开采示意图

    (三)工作线横向布置形式

    露天矿的剥岩和采矿工作线都交横交矿体走向布置,沿矿体走向推进(见图13)。此时工作帮坡角可达25~35°或更大。
 
 
图13  横向采剥法
 
1—露天开采境界;2—矿体

    这种工作线布置形式有如下特点:

     1、剥岩工作和采矿工作都在同一个工作帮上作业,不可能分成剥岩区和采矿区。

    2、如果采剥工作线都是横向布置,并且帮坡角陡,则露天矿就没有备采矿量,或备采矿量很少,更难形成按深度法设置的备采矿量。

    3、如果将两个工作帮的距离拉开,从而在采场底部形成所需要的备采矿量区,这时会出现顶、底帮,因而形成四个工作帮。

    工作线向四周发展,这是名符其实的环形工作线布置形式,或者端帮是横向、顶帮和底帮是纵向的工作线混合布置形式。

    (四)工作线环形布置形式

    露天矿的剥岩帮和采矿帮的工作线都是环形布置,工作线由里向外发展,如图14a所示。这时露天矿仍可分为剥岩区与采矿区,剥岩区的工作帮坡角陡,采矿区的工作帮坡角缓,剥岩和采矿帮都向同一个方向发展,即向露天矿四周发展。
 
 
图14a  环形采剥方法

    采用这种工作线布置形式用得比较多。我国弓长岭铁矿的独木采场就采用这种布置形式,如图15所示。国外很多斑岩铜矿如宾汉铜矿、双峰铜矿、平托谷铜矿、碧玛铜矿等,都采用这种布置形式。
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