露天礦生產工藝

 露天礦生產工藝

在金屬露天礦生產過程中，礦山生產工藝由穿孔爆破、采裝、運輸和排土工作組成。

(1) 穿孔工作：金屬礦山的礦石和巖石一般比較堅硬，必須在礦石、巖石上進行穿孔，以便用炸藥進行爆破，達到疏松和破碎巖石的目的，為采裝、運輸工作創造良好條件。

以前國內礦山主要使用沖擊式穿孔機(俗稱磕頭鉆)進行穿孔。由于設備落后，穿孔效率不高，使穿孔工作成為露天開采過程中的薄弱壞節，從而嚴重的影響其他生產工作的進行。近年來，各礦山采用了牙輪鉆、潛孔鉆等先進的穿孔機械設備，使礦山的穿孔工作改變了被動局面。國外大、中型金屬礦山多用牙輪鉆，穿孔效率最高。中、小型礦山多用潛孔鉆。火鉆適用于極堅硬巖石，但穿孔成本很高。

（2）爆破工作：露天礦爆破工作的好壞，對采裝工作影響很大，要求爆破后的爆堆集中，爆破的礦巖塊度應滿足采裝設備的要求，盡量減少根底和大塊保證工作平盤平整，還必須努力降低爆破材料消耗和穿爆費用。

露天礦使用的爆破方法有深孔爆破和硐室爆破，硐室爆破只在基建或特殊需要時使用。而深孔爆破是大、中型露天礦主要爆破方法。深孔爆破鉆孔布置有垂直孔和傾斜孔兩種，如圖5-8-9，根據需要還可采用單排或多排孔爆破方法。為了獲得較好的爆破效果，應合理地確定爆破參數，采用多排孔微差爆破。

1)露天礦的穿爆參數包括：孔徑（d）、底盤抵抗線（W_底）、孔距（a）、排距（b）、超鉆深度（h_超）、填塞長度（L_填）以及單位炸藥消耗量（q）。

孔徑（d）是根據礦巖性質，礦山生產能力所選用的穿孔設備而確定的。

底盤抵抗線（W_底）是由鉆孔中心線到臺階坡底線的水平距離。根據實際經驗，底盤抵抗線可按下式選擇：

W_底=(0.6—0.9)h

式中：h—臺階高度(m)。一般為10～12m。

采用垂直孔時，底盤抵抗線大，爆破時底部巖體阻力較大，往往平盤上殘留根底較多。并且后沖力加大，增加臺階的龜裂程度，影響采裝和穿孔工作。圖5-8-10為爆破后殘留的根底。

采用傾斜孔爆破時，因鉆孔的傾斜方向與臺階坡面一致，所以底盤抵抗線小并且均勻，故可節省炸藥，爆破后巖石塊度均勻，殘留根底少，后沖力小，可減少臺階的龜裂程度。但目前只有用孔徑較小的潛孔鉆機穿孔時，才能打傾斜鉆孔。

近些年來，由于大孔徑鉆機和高威力炸藥的使用，使垂直深孔的爆破質量進一步提高。

孔距（a）排內鉆孔中心線之間的距離。一般可用下式計算：

    a=m.W_底（m）                                （8-1)

式中： m—鉆孔密集系數，一般為0 .7—1.3。

排距（b）是多排孔爆破時鉆孔排間距離。其值為：

    b=a．sin 60°（m）                              (8-2)

超鉆深度（h_超）是鉆孔超出臺階底部的深度。作用是降低裝藥中心，克服底盤巖石的阻力，以減少根底。一般，

  h_超=(0.15—0.35)·W_底（m ）                        (8-3)

單位炸藥消耗量（q）即爆破每米³或噸礦(巖)所消耗的炸藥量。該值一般按照和本礦巖石性質類似礦山選取，并結合本礦的礦巖性質加以調整。每個鉆孔的裝藥量（Q）可用下式計算：

    Q =q h a W_底（Kg）                              (8-4)

式中：  q—單位炸藥消耗量，Kg／m³。

2) 爆破方法：近年來，露天礦使用的爆破方法，由單排孔向多排孔微差爆破發展，并在金屬露天礦得到普遍應用。微差爆破是將炮孔分組起爆，各組之間間隔延遲若干亳秒(千分之—秒)，先爆部分為后爆部分巖石創造自由面，而且，先爆部分對后爆部分產生擠壓作用。因此，多排孔微差爆破增加了每次爆破的礦巖量，爆破時，在相鄰鉆孔的爆破波相互擠壓下，使巖石破碎均勻，產生的根底和大塊少，地震作用減少，爆堆比較集中，從而有利于提高采裝效率、減少爆破次數，并提高了挖掘機純工作時間及效率。金屬露天礦—般同時爆破4～6排．有時多達8—10排，一次爆破約為30-40萬噸礦、巖，國外有的高達100～200萬噸。由于采用多排孔大區微差爆破和高威力炸藥，使爆破效果大大提高，大塊產出率大大降低，為采裝工作創造了有利的工作條件。

（3）采裝工作：采裝工作就是用裝載機械將礦巖裝入運輸容器或由挖掘機直接卸至一定地點的工作。國內露天礦主要的采裝設備為電動的單斗挖掘機。國外在剝離軟巖和表土時，有用多斗或輪式挖掘機的。近些年來，前端式裝載機已廣泛應用于露天礦。

露天礦生產過程中，為了保證挖掘機的工作安全和提高采掘效率，必須合理確定采掘工作面參數。工作面參數包括工作面高度、采掘帶寬度和采區長度。

1) 露天礦工作面高度：在不需爆破的軟巖中即是臺階高度，需要爆破的巖石中是指爆堆高度。工作面高度受礦巖性質及埋藏條件、穿爆方法、挖掘機規格等限制，但主要決定于挖掘機規格，要求既能保證挖掘機的工作安全，又能提高其工作效率。

按挖掘機工作安全要求的工作面高度，在挖掘不需要爆破的松軟巖石時，一般不應大于挖掘機的最大挖掘高度H_挖大。若挖掘爆破后塊度不大的礦巖時，爆堆高度應不超過最大挖掘高度的1.2～1.3倍。按照滿斗要求的工作面高度，一般不應低于挖掘機推壓軸高度的2／3。

2) 采掘帶寬度：是把臺階或爆堆劃分為若干個具有一定寬度的條帶以便進行采掘，為了提高挖掘機效率，挖掘機向里側挖掘時回轉角度不得大于90°，向外側應不得大于30°，否則不易滿斗。因此采掘帶寬度：

   A=(1.0—1.5)R_站（m）                              (8—5)

式中：R_站是挖掘機站立水平的挖掘半徑（m）。

當采掘爆堆時，根據一次爆破量多少和采掘帶寬度可分為“一爆一采”、“—爆兩采”和“一爆多采”(多排孔微差爆破)。 “一爆一采”即爆破后挖掘機一次采完爆堆全寬，此種方式每次爆破量少，致使爆破次數增加，挖掘機避炮和移道時間增多，純工作時間減少。“—爆兩采”是在爆堆全寬上分兩次采掘，如圖8—18b。

第—次采掘帶寬度A₁是：

  A₁=f(R_站十R_卸大)一C—O.5b（m）                       (8-6)

式中：f—挖掘機工作規格利用系數，一般f≤0.9；

C—爆堆坡底線至運輸設備邊緣距離，一般C=l—1.5m；

b—運輸設備寬度（m）。

第二次采掘帶寬度A₂是：

A₂=B-A₁(m)                                         (8-7)

采掘帶寬度不應大于挖掘機工作規格可能的采掘寬度。所以，應合理地確定爆破參數，控制爆堆寬度，使之有利于提高挖掘機效率。

3) 采掘長度：指挖掘機工作線長度，它是沿工作臺階劃歸一臺挖掘機采掘的那部分長度。當工作臺階較長時可分為幾個采區同時工作。

（4）運輸工作：露天礦運輸是把露天采礦場的礦石和巖石分別運至選礦廠和排土場；并將炸藥和有關設備材料遠至采礦場。目前，我國金屬露天礦常用運輸方式主要有：公路運輸、鐵路運輸、帶式輸送機、平峒溜井和斜坡卷揚等。

1）公路運輸：由于公路運輸與鐵路運輸相比具有很大的優越性，所以在現代露天礦中發展很快，國外巳成為主要運輸方式，如美國除個別幾個礦山外，大部分礦山都用汽車運輸。在公路運輸中廣泛采用礦用自卸汽車。近年來，為了降低成本，提高勞動生產率，公路運輸正在迅速向大噸位電動輪汽車發展。露天礦使用公路運輸具有很多優點：

①汽車運輸可以與挖掘機有效的配合，靈活性大，使采裝設備效率提高，若用斗容4m³挖掘機與適當載重量礦用自卸汽車配合時，完成的年產量可比鐵路運輸提高20—40%。可使臺階上同時工作的挖掘機數增加，因此，提高了礦山的采礦能力。

②汽車運輸曲率半徑小，最小曲率半徑可達9～10m，是標準軌鐵路運輸的1／8—1／10。爬坡能力大，重載上坡的坡度達10-15%，可加大開采深度，如美國碧瑪銅礦、加拿大羅伯特鐵礦等，應用汽車開拓的開采深度均達200m以上。

③適于開采地形復雜，礦體走向長度短，分散和多品種礦體。

④基建時期短，又因公路坡度大，修建公路比鐵路的線路長度可以短30-50%。建—座年產300萬噸以上露天礦的基建時間比用鐵路運輸可以縮短1～2年。

⑤基建投資較少，不僅需要修建的公路短，投資少，而且每公里修建費為修鐵路的1／4，所以修建公路的總投資少。

露天礦使用汽車運輸也存在一些缺點：

①汽車運輸噸公里運輸費較高，由于汽車運輸費用高，所以，目前合理運距在3公里以內。但隨自卸汽車噸位加大，運輸費相應減少，合理運距不斷擴大，國外有的露天礦的合理運距巳達8公里左右。

②對公路質量要求較高，若線路質量不能保證，必使輪胎磨損嚴重，汽車壽命降低。

不同載重量的汽車應與相應斗容的挖掘機相配合，否則將影響挖掘機效率。根據礦山使用經驗，為了提高挖掘機效率、減少行車密度，每車裝3—5斗比較合適。因此，汽車與挖掘機合理的配合關系可參考表5-8-4。

表5-8-4  汽車與挖掘機合理數據表

2）鐵路運輸：鐵路運輸是我國露天礦所占比例較大的—種運輸方式。它又分為標準軌和窄軌鐵路運輸兩種。前者軌距為1435mm，用于大、中型露天礦，后者適于小型露天礦，窄軌常用軌距有762、750、610和600mm。

寬軌鐵路運輸的優點是：運輸能力大，可以和國有鐵路直接辦理行車業務，簡化路、礦裝卸工作；運輸設備和線路結構堅固，便于維修，運輸費用隨運距增加而降低。缺點是：因對線路坡度、曲率半徑要求較嚴，采礦場和排土場內線路鋪設和移動困難，運輸組織復雜，影響挖掘機效率；基建投資大，基建時間長，因此寬軌鐵路適用于產量大，露天礦境界內范圍廣闊，運距長的露天礦。大型露天礦寬軌運輸主要使用電機車。中、小型露天礦所用牽引機車為內燃機車、蒸汽機車、電機車三種。由于電機車的粘著重量大，牽引力也大，在同樣功率條件下，具有運輸能力較高，爬坡能力大(可達40%)等優點。與其他機車比較，可通過較小的曲率半徑，運輸費用低，制動性能和勞動條件好。因此露天礦廣泛采用粘著重量為80、100，150噸的直流電機車。

標準軌運輸的車輛載重量為60和100噸的自卸翻斗車。窄軌運輸的礦車容積—般在4m³以下，最大可達10m³。

3）帶式輸送機道運輸：主要有單一帶式輸送機道，汽車-半固定破碎機-帶式輸送機道，汽車-固定破碎機-帶式輸送機道，移動式破碎機-帶式輸送機道開拓4種類型。

帶式輸送機道運輸是國外露天礦已廣泛采用的開拓方法，與公路、鐵路相比，其運輸能力較大。如美國西雅里塔桐鉬礦的一條貸款1840mm，長2.4Km，傾角13°的帶式輸送機，其運輸能力達8000t/h；升坡能力可達16°-18°，當采用特殊構造的“夾持式”大陡角帶式輸送機時，其升坡能力可達45°，大大降低了運輸成本，提高了礦山生產能力。因此特別適合于開采深度大、運距長的露天礦山。在帶式輸送機的設備和安裝費用中，機頭和機尾所占比重很大，因而當露天開采深度不大或運距不長時，這種開拓方法的經濟效益差，甚至是不經濟的。

4）平硐溜井：是利用地下井巷作為開拓坑道，以建立山坡露天礦與地面間的運輸聯系，它是高山型礦床的一種經濟的有效的開拓方法。山坡露天礦采剝的礦巖，用汽車、前端裝載機或鐵路列車運至溜井上口翻斜入井，礦巖靠自重向下溜放，經井下部放礦閘門或板式給料機轉載于放礦平硐內的運輸設備中，再通過平硐運至選礦廠或廢石場。

（5）排土工作：露天采礦往往需要剝離大量巖石，并運往排土場進行堆置。當采用不同運輸方式所用排土機械也不同，鐵路運輸常用推土犁排土法，挖掘機排土法。汽車運輸時主要用推土機排土法。小型露天礦可用小型機械和人工排土。