露天礦山開采工藝及安全技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的最小底寬并參照礦體形狀，繪出該水平的底部周界 D（圖 1－15a）； （ 3）在同一分層平面圖上，進一步確定露天礦地表周界 L及邊坡上礦巖接觸線的垂直投影在各橫剖面圖及縱剖面圖上，按選定的邊坡角作邊坡線（圖 1－ 15b），找出每條邊坡線與地形及礦巖接觸線交點，然后投影到分層平面圖上（圖上的 a、 b、c、 f點）。在沒有剖面的地方，則在分層平面圖上，選有代表性的各點作垂直于底部周界的輔助剖面（圖 1－ 15c的 1－ 1‘），然后在輔助剖面圖上繪出邊坡線，找出它與地形線及礦巖接觸線的交點，再投影到分層平面圖上。最后，將上述橫剖面、縱剖面、輔助剖面的投影點連接，即得露天礦地表周界和邊坡面上礦巖接觸線的垂直投影； （ 4）按平面圖法計算各深度方案的境界剝采比 、 、 …… ； （ 5）繪制境界剝采比 nj隨深度 H變化的關系曲線，在曲線上找出境界剝采比 nj等于紹濟合理剝采比 njh的深度。這一深度就是露天礦的合理開采深度。 （四）繪制露天礦底部周界 無論是長露天礦還是短露天礦，調整后的開采深度往往不再是最初方案的深度，需要重新繪制底部周界，如圖 1－ 16所示，其步驟為： 圖 1－ 16 底部周界的確定 Ⅰ ~Ⅸ 剖面線； 理論周界； ———最終設計周界 （ 1）按調整后的露天開采深度，繪制該水平的地質分層平面圖； （ 2）在各橫剖面、縱剖面、輔助剖面圖上，按所確定的露天開采深度繪出境界； （ 3）將各剖面圖上露天礦底部周界投影到分層平面圖上，連接各點，得出理論上的底部周界（圖 1－ 16上的虛線）； （ 4）為了便于采掘運輸，初步得出的理論周界，尚需進一步修整，修整的原則是： ① 底部周界要盡量平直，彎曲部分要滿足運輸設備 對曲率半徑的要求； ② 露天礦底的長度應滿足運輸線路的要求，特別是采 用鐵路運輸的礦山，其長度要保證列車正常出入工作面。 這樣得出的底部周界，就是最終的設計周界，如圖 1－ 16的實線所示。 （五）繪制露天礦開采終了平面 露天礦開采終了平面圖的繪制方法是： （ 1）將上述露天礦底部周界繪在透明紙上。 （ 2）將透明紙覆于地形圖上，然后按邊坡組成要素，從底部周界開始，由里向外依次給出各個臺階的坡底線（ 圖 1－ 17）。很明顯，露天礦深部各臺階的坡底線在平面圖上是閉合的，而處在地表以上的則不能閉合，但要便其末端與相同標高的地形等高線密接。 （ 3）在圖上布置開拓運輸線路。 （ 4）從底部周界開始，由里向外依次繪出各個臺階的坡面和平臺。繪制時，要注意傾斜運輸道和各臺階的連接。在圈定各個水平時，應經常用地質橫、縱剖面圖和分層平面圖校核礦體邊界，以使在圈定的范圍內礦石量多而剝巖量少。此外，各水平的周界還要滿足運輸工作的要求。 當開采方案簡單或設計技術成熟時，上述 4步可以合并，亦即繪出露天礦底部周界后，根據選定的開拓運輸方式及出入溝口位置，自里向外繪出各個臺階的平臺和坡面，一次繪出露天礦開采終了平面圖。 圖 1－ 17 初步圈定的露天礦開采終了平面圖 （ 5）檢查和修改上述露天開采境界。由于在繪圖過程中，原定的露天開采境界常受開拓運輸線路影響而有變動，因而需要重新計算其境界剝采比和平均剝采比，檢查它們是否合理。假如差別太大，就要重新確定境界。此外，上述境界還要根據具體條件進行修改。例如，當境界內有高山峻嶺時，為了大幅度減小剝采比，就需要避開高山部位；又如，當境界外所剩礦量不多，若全都采出所增加的剝采比又不大，則宜擴大境界，全部用露天開采。 六、露天礦開采境界合理確定與安全的關系 由于開采是從上向下逐臺階開采，致使上部臺階先期開采到境界，部分形成固定邊坡，而且要求在較長時間內保持穩定，不發生大量滑坡。從操作上講，最終邊坡角越小越安全。但最終坡面角過小，會在開采過程中增加大量的剝巖量，導致礦山經濟效益惡化。如果加大最終邊坡角，超出了安全穩定的角度，會造成邊坡滑坡，危及采場作業人員的安全。在國內某大型露天礦山曾發生幾十萬 m3的滑坡事故，給礦山造成很大的經濟損失，因此不能盲目加大最終邊坡角，以防事故發生。國內一些礦山的最終邊坡角變化在 35176。 ~65176。 左右。 第三節 穿孔爆破 一、穿孔工作 （一）鑿巖機 鑿巖機主要是應用在堅硬的巖石中鉆鑿炮孔。它的鉆孔作用為沖擊轉動式的。按照動力劃分，又有風動、電動、內燃和液壓等類型鑿巖機。露天礦山主要用風動鑿巖機，其類型一般分以下幾種： 手持式鑿巖機：其重量較輕，通常小于 20千克，功率較小，如 Y－ 3。這種鑿巖機適用于鉆鑿淺炮孔。操作時，勞動強度大，在礦山中已很少使用。 （二）鑿巖臺車 鑿巖臺車是隨著采礦工業的發展而出現的一種新型鑿巖作業設備。它是將一臺或幾臺鑿巖機連同自動推進器一起安裝在特制的鉆臂或臺架上，并且有行走機構，使鑿巖機作業實現機械化。 按照鑿巖臺車的用途可分為平巷掘進臺車，采礦臺車，露天開采臺車；按照臺車行走機構可分為軌輪，輪胎和履帶式；按照其架設鑿巖機臺數可分為單機，雙機和多機臺車等。 （三）鋼繩沖擊鉆機 目前，由于生產能力較低，所以我國鋼繩沖擊鉆機用量較少。這種鉆機幾乎不再生產，現有的鉆機用在不同性質和不同堅固性的巖石中和在局部勘探中使用，穿孔直徑150~350毫米，孔深 50米左右。 （四）潛孔鉆機 潛孔鉆機同鋼繩沖擊鉆機相比，鉆孔產率高，機械化程度高，減少了輔助作業時間，提高了鉆機的作業率，減輕了工人的體力勞動，工作安全可靠，由于潛孔鉆機機動靈活，設備重量輕，投資費用低，特別是可以通過鉆鑿各種斜孔來控制礦石品位，能消除根底、減少大塊，提高爆破質量。因此，潛孔鉆機目前在國內外中小型礦山廣泛使用。 潛孔鉆機可在中硬或中硬以上 （ f≥8）的礦巖中鉆鑿炮孔。露天潛孔鉆機都有獨立的行走機構，按其鉆孔直徑和重量，分為輕型，中型和重型三種。 （五）牙輪鉆機 牙輪鉆機是在旋轉鉆機的基礎上發展起來的一種近代新型鉆孔設備。 1907年美國石油工業部門開始使用牙輪鉆機鉆鑿油井和天然氣井。 1939年，開始試用于露天礦。 1946年，試制成功了液壓傳動產生軸壓的牙輪鉆機。 1949年，美國采用壓縮空氣排渣，提高了鉆孔效率并延長了鉆頭的壽命。從而推動了牙輪鉆孔技術的發展，使之在露天礦得到實際的應用。 1965年，出現了鋃嵌硬質合金柱齒的牙輪鉆頭之后，鉆頭壽命顯著提高，并能在花崗巖，鐵燧巖，磁鐵石英巖等堅硬的礦巖中鉆孔，其技術經濟指標優于潛孔鉆機，因而使牙輪鉆機在露天礦中獲得了廣泛的應用。美國生產牙輪鉆機主要的機型為 45－ R、 60－ R等鉆機。蘇聯生產十余種，列為國家標準有四種，效果較好的有 CBLLI－ 250mH。美國 45－ R鉆機在鐵礦穿孔，臺年穿爆量可達 400~500萬噸； 60－R鉆機臺年穿爆量可達 800~1000萬噸，一般為 500~600萬噸。 爆破工作的目的是破碎堅硬的實體礦巖，為采裝工作提供塊度適宜的挖掘物。在露天開采的總費用中，爆破費約占 15%~20%。此外，爆破質量的好壞，對采裝、運輸、粗碎等工序也有較大影響。 露天礦山爆破的爆破形式有淺孔爆破、深孔爆破、硐室爆破、藥壺爆破及藥包外覆爆破（多用于礦巖的大塊二次破碎）。 （一）淺孔爆破 淺孔爆破采用的炮孔直徑較小，一般為 30~75毫米左右，炮孔深度一般在 5米以下，有時可達 8米左右，如用鑿巖臺車鉆孔，孔深還可增加。 淺孔爆破主要用于生產規模不大的露天礦或采石場、硐石、隧道掘鑿、二次爆碎、新建露天礦山包處理、山坡露天單壁溝運輸通路的形成及其它一些特殊爆破。 二、爆破工作 在正常的小臺階開采中，通常采用垂直鉆孔，有的采礦場也采用水平鉆孔，以利于孔底爆破擴孔時巖渣的排除，并增大裝藥量，達到增大爆破礦巖量的效果。 孔參數： （ 1）底盤抵抗線 W 圖 1－ 22 水平鉆孔 圖 1－ 23 垂直鉆孔 小臺階垂直鉆孔的底盤抵抗線的概念為：炮孔中心線至坡底線的最短距離。作為水平鉆孔的概念則是：炮孔中心線至上部平盤的最小距離。 底盤抵抗線的選取，與礦巖的機械物理性質有關，礦巖較硬，則底盤抵抗線取小值，反之取大值。 按經驗法，底盤抵抗線與臺階高度 H的關系為： W＝（ ~ ） H （米） （ 1－ 20） 必要時可參照下面的經驗公式計算： 式中 ——炮孔直徑，分米； ——裝藥密度，克／厘米 3； ——裝藥系數， ~； ——炮孔臨近系數，一般為 ~； ——單位炸藥單耗，千克／米 3。 qmdW ????= ?d??m （ 2）孔距 a 孔距是指同列炮孔相臨炮孔間的距離。有時按鉆孔直徑的 15~30倍根據不同礦巖的機械物理性質不同的起爆方法來確定。一般情況下按底盤抵抗線與鄰近系數的關系來計算。 a ＝ mw （ 1－ 21） 式中 a——孔距，米； m——鄰近系數，一般取 ～ 2； w——底盤抵抗線，米。 臨近系數 m值的大小是根據礦巖性質、起爆方法、對爆破塊度的要求等來確定。礦巖較堅硬難爆，應取小值，反之取大值。 在不影響爆破質量和其它要求的條件下，應在許可范圍內盡量增大 a值。在大區微差爆破時，在炮孔負擔爆破面積不變的情況下，適當增大炮孔鄰近系數，一般會改善爆破效果，降低大塊率。但 a過大可能出現根底、隔墻。 （ 3）排距 b 采用兩排以上的多排孔爆破時，兩排孔之間的距離稱為排距。 b ＝ （ ~ ） a （ 1－ 22） 當采用兩排孔爆破，一般排距與第一排孔的底盤抵抗線相等。當多排齊發爆破時，排間距也可按（ ~） w選取。因其后排孔爆破時，受爆堆的夾制作用，適當減小抵抗線或增加裝藥量，以保證爆破質量。 （ 4）超深 為使爆破保證質量，不致在爆破處底盤坡底線處殘留根底，根據礦巖機械物理性質、抵抗線的大小等因素，鉆孔深度要比臺階高度適當加大，這一加大深度為超深。礦巖機械物理性質決定超深值的大小。一般為臺階高度的 5%~20%左右，如礦巖可碎性好，亦可進行無超深爆破。 裝藥量計算 淺孔爆破的單位炸藥消耗量可按礦巖硬固性、可爆性程度不同而選取。一般變化于 ~／米 3左右。此數據是在一些礦山實際資料中大致選取。在生產實踐中，要根據實際情況適當加以調整。 （ 1）單排孔爆破時裝藥量的計算 Q ＝ qaHW （ 1－ 23） 式中 Q ——炮孔裝藥量，千克； q ——單位炸藥消耗量，千克／米 3； a ——孔距，米； H ——臺階高度，米； W ——底盤抵抗線，米。 （ 2）多排孔爆破時裝藥量計算 多排孔爆破時，第一排孔裝藥量按式 1－ 23計算，從第二排起，因受前排礦巖夾制作用，裝藥量要適當增加，要可用下式計算： Q ＝ KqabH （ 1－ 24） 式中 b ——炮孔排距，米； K ——礦巖阻力夾制系數，采用齊發爆破時，取 K＝ ~ ，采用微差爆破時，取 K＝ ~ ，第二排孔取下限，以后各排根據實際情況適當增加。但不能因藥量增加過大，影響足夠的填塞長度，以防止上穿飛炮。 填塞 炮孔充填長度通常不應小于藥包中心至自由面的最小距離。充填長度與所要求的爆破效果、炮孔直徑、底盤抵抗線、裝藥高度、爆破礦巖性質等有關。 填塞長度 Lt可按下式計算： Lt ＝ （ 8~20 ） d （ 1－ 25） 式中 d ——炮孔直徑，米。 一般情況下，當孔深在 ，填塞長度不應小于孔深的一半，如孔深大于 ，孔深長度不能小于 米。 （二）深孔爆破 深孔爆破就是用鉆孔設備鉆鑿較深的鉆孔，作為礦用炸藥的裝藥空間的爆破方法。露天礦的深孔爆破主要以臺階的生產爆破為主。 深孔爆破的鉆孔設備主要應用潛孔鉆和牙輪鉆。其鉆孔可鉆垂直深孔，也可鉆傾斜炮孔。傾斜炮孔的裝藥較均勻，礦巖的爆破質量較好，為采裝工作創造好的條件。 為減少地震效應和提高爆破質量，在一定條件下可采取大區微差爆破，炮孔中間隔裝藥或底部空氣間隔裝藥等措施，以便降低爆破成本，取得較好的經濟效益。 深孔爆破主要參數