易金矿业网

您的当前位置:主页 > 地勘设备 >

露天矿生产工艺
发布时间:22-05-11 来源:东北矿业网

在金属露天矿生产过程中,矿山生产工艺由穿孔爆破、采装、运输和排土工作组成。

(一)穿孔工作

金属矿山的矿石和岩石一般比较坚硬,必须在矿石、岩石上进行穿孔,以便用炸药进行爆破,达到疏松和破碎岩石的目的,为采装、运输工作创造良好条件。

以前国内矿山主要使用冲击式穿孔机(俗称磕头钻)进行穿孔。由于设备落后,穿孔效率不高,使穿孔工作成为露天开采过程中的薄弱环节,从而严重地影响其他生产工作的进行。近年来,各矿山采用了牙轮钻、潜孔钻等先进的穿孔机械设备,使矿山的穿孔工作改变了被动局面。国外大、中型金属矿山多用牙轮钻,穿孔效率最高。中、小型矿山多用潜孔钻。火钻适用于极坚硬的岩石,但穿孔成本很高。

(二)爆破工作

露天矿爆破工作的好坏对采装工作影响很大,要求爆破后的爆堆集中,爆破的矿岩块度应满足采装设备的要求,尽量减少根底和大块,保证工作平盘平整,还必须努力降低爆破材料消耗和穿爆费用。

图5-8-9 露天矿爆破钻孔布置及爆破参

露天矿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时使用。而深孔爆破是大、中型露天矿主要爆破方法。深孔爆破钻孔布置有垂直孔和倾斜孔两种,如图5-8-9所示,根据需要还可采用单排或多排孔爆破方法。为了获得较好的爆破效果,应合理地确定爆破参数,采用多排孔微差爆破。

1.露天矿的穿爆参数

包括孔径(d)、底盘抵抗线(W底)、孔距(a)、排距(b)、超钻深度(h超)、填塞长度(L填)以及单位炸药消耗量(q)。

孔径(d)是根据矿岩性质,矿山生产能力所选用的穿孔设备而确定的。

底盘抵抗线(W底)是由钻孔中心线到台阶坡底线的水平距离。根据实际经验,底盘抵抗线可按下式选择:

固体矿产探采选概论

式中 h――台阶高度(m),一般为10~12m。

采用垂直孔时,底盘抵抗线大,爆破时底部岩体阻力较大,往往平盘上残留根底较多。并且后冲力加大,增加台阶的龟裂程度,影响采装和穿孔工作。图5-8-10为爆破后残留的根底。

图5-8-10 爆破后台阶上的残留根底示意图

采用倾斜孔爆破时,因钻孔的倾斜方向与台阶坡面一致,所以底盘抵抗线小并且均匀,故可节省炸药,爆破后岩石块度均匀,残留根底少,后冲力小,可减少台阶的龟裂程度。但目前只有用孔径较小的潜孔钻机穿孔时,才能打倾斜钻孔。

近些年来,由于大孔径钻机和高威力炸药的使用,使垂直深孔的爆破质量进一步提高。

孔距(a)排内钻孔中心线之间的距离。一般可用下式计算:

固体矿产探采选概论

式中 m――钻孔密集系数,一般为0.7~1.3。

排距(b)是多排孔爆破时钻孔排间距离。其值为:

固体矿产探采选概论

超钻深度(h超)是钻孔超出台阶底部的深度。作用是降低装药中心,克服底盘岩石的阻力,以减少根底。一般为,

固体矿产探采选概论

单位炸药消耗量(q)即爆破每立方米或吨矿(岩)所消耗的炸药量。该值一般按照和本矿岩石性质类似矿山选取,并结合本矿的矿岩性质加以调整。每个钻孔的装药量(Q)可用下式计算:

固体矿产探采选概论

式中 q――单位炸药消耗量,kg/m3。

2.爆破方法

近年来,露天矿使用的爆破方法,由单排孔向多排孔微差爆破发展,并在金属露天矿得到普遍应用。微差爆破是将炮孔分组起爆,各组之间间隔延迟若干亳秒(千分之一秒),先爆部分为后爆部分岩石创造自由面,而且,先爆部分对后爆部分产生挤压作用。因此,多排孔微差爆破增加了每次爆破的矿岩量,爆破时,在相邻钻孔的爆破波相互挤压下,使岩石破碎均匀,产生的根底和大块少,地震作用减少,爆堆比较集中,从而有利于提高采装效率、减少爆破次数,并提高了挖掘机纯工作时间及效率。金属露天矿一般同时爆破4~6排,有时多达8~10排,一次爆破约为30~40万吨矿、岩,国外有的高达100~200万吨。由于采用多排孔大区微差爆破和高威力炸药,使爆破效果大大提高,大块产出率大大降低,为采装工作创造了有利的工作条件。

(三)采装工作

采装工作就是用装载机械将矿岩装入运输容器或由挖掘机直接卸至一定地点的工作。国内露天矿主要的采装设备为电动的单斗挖掘机。国外在剥离软岩和表土时,有用多斗或轮式挖掘机的。近些年来,前端式装载机已广泛应用于露天矿。

露天矿生产过程中,为了保证挖掘机的工作安全和提高采掘效率,必须合理确定采掘工作面参数。工作面参数包括工作面高度、采掘带宽度和采区长度。

1.露天矿工作面高度

在不需爆破的软岩中即是台阶高度,需要爆破的岩石中是指爆堆高度。工作面高度受矿岩性质及埋藏条件、穿爆方法、挖掘机规格等限制,但主要决定于挖掘机规格,要求既能保证挖掘机的工作安全,又能提高其工作效率。

按挖掘机工作安全要求的工作面高度,在挖掘不需要爆破的松软岩石时,一般不应大于挖掘机的最大挖掘高度H挖大。若挖掘爆破后块度不大的矿岩时,爆堆高度应不超过最大挖掘高度的1.2~1.3倍。按照满斗要求的工作面高度,一般不应低于挖掘机推压轴高度的2/3。

2.采掘带宽度

是把台阶或爆堆划分为若干个具有一定宽度的条带以便进行采掘,为了提高挖掘机效率,挖掘机向内侧挖掘时回转角度不得大于90°,向外侧应不得大于30°,否则不易满斗。因此采掘带宽度为:

固体矿产探采选概论

式中 R站是挖掘机站立水平的挖掘半径,m。

当采掘爆堆时,根据一次爆破量多少和采掘带宽度可分为“一爆一采”、“一爆两采”和“一爆多采”(多排孔微差爆破)。“一爆一采”即爆破后挖掘机一次采完爆堆全宽,此种方式每次爆破量少,致使爆破次数增加,挖掘机避炮和移道时间增多,纯工作时间减少。“一爆两采”是在爆堆全宽上分两次采掘,如图8-18b所示。

第一次采掘带宽度A1是:

固体矿产探采选概论

式中 f――挖掘机工作规格利用系数,一般f≤0.9;

C――爆堆坡底线至运输设备边缘距离,一般C=1~1.5m;

b――运输设备宽度(m)。

第二次采掘带宽度A2是:

固体矿产探采选概论

采掘带宽度不应大于挖掘机工作规格可能的采掘宽度。所以,应合理地确定爆破参数,控制爆堆宽度,使之有利于提高挖掘机效率。

3.采掘长度

指挖掘机工作线长度,它是沿工作台阶划归一台挖掘机采掘的那部分长度。当工作台阶较长时可分为几个采区同时工作(图5-8-11)。

图5-8-11 几个采区同时工作示意图

(四)运输工作

露天矿运输是把露天采矿场的矿石和岩石分别运至选矿厂和排土场,并将炸药和有关设备材料运至采矿场。目前,我国金属露天矿常用运输方式主要有:公路运输、铁路运输、带式输送机、平峒溜井和斜坡卷扬等。

1.公路运输

由于公路运输与铁路运输相比具有很大的优越性,所以在现代露天矿中发展很快,国外已成为主要的运输方式,如美国除个别几个矿山外,大部分矿山都用汽车运输。在公路运输中广泛采用矿用自卸汽车。近年来,为了降低成本,提高劳动生产率,公路运输正在迅速向大吨位电动轮汽车发展。露天矿使用公路运输具有很多优点:

(1)汽车运输可以与挖掘机有效地配合,灵活性大,使采装设备效率提高,若用斗容4m3挖掘机与适当载重量矿用自卸汽车配合时,完成的年产量可比铁路运输提高20%~40%。可使台阶上同时工作的挖掘机数增加,因此,提高了矿山的采矿能力。

(2)汽车运输曲率半径小,最小曲率半径可达9~10m,是标准轨铁路运输的1/8~1/10。爬坡能力大,重载上坡的坡度达10%~15%,可加大开采深度,如美国碧玛铜矿、加拿大罗伯特铁矿等,应用汽车开拓的开采深度均达200m以上。

(3)适于开采地形复杂,矿体走向长度短,分散和多品种矿体。

(4)基建时期短,又因公路坡度大,修建公路比铁路的线路长度可以短30%~50%。建一座年产300万吨以上露天矿的基建时间比用铁路运输可以缩短1~2年。

(5)基建投资较少,不仅需要修建的公路短,投资少,而且每千米修建费为修铁路的1/4,所以修建公路的总投资少。

露天矿使用汽车运输也存在一些缺点:

① 汽车运输吨公里运输费较高。由于汽车运输费用高,所以目前合理运距在3km以内。但随自卸汽车吨位加大,运输费相应减少,合理运距不断扩大,国外有的露天矿的合理运距已达8km左右。

② 对公路质量要求较高。若线路质量不能保证,必使轮胎磨损严重,汽车寿命降低。

不同载重量的汽车应与相应斗容的挖掘机相配合,否则将影响挖掘机效率。根据矿山使用经验,为了提高挖掘机效率、减少行车密度,每车装3~5斗比较合适。因此,汽车与挖掘机合理的配合关系可参考表5-8-4。

表5-8-4 汽车与挖掘机合理数据表

2.铁路运输

铁路运输是我国露天矿所占比例较大的―种运输方式。它又分为标准轨和窄轨铁路运输两种。前者轨距为1 435mm,用于大、中型露天矿;后者适于小型露天矿,窄轨常用轨距有762、750、610和600mm。

宽轨铁路运输的优点是运输能力大,可以和国有铁路直接办理行车业务,简化路、矿装卸工作;运输设备和线路结构坚固,便于维修,运输费用随运距增加而降低。缺点是:因对线路坡度、曲率半径要求较严,采矿场和排土场内线路铺设和移动困难,运输组织复杂,影响挖掘机效率;基建投资大,基建时间长,因此宽轨铁路适用于产量大,露天矿境界内范围广阔,运距长的露天矿。大型露天矿宽轨运输主要使用电机车。中、小型露天矿所用牵引机车为内燃机车、蒸汽机车、电机车3种。由于电机车的粘着重量大,牵引力也大,在同样功率条件下,具有运输能力较高,爬坡能力大(可达40%)等优点。与其他机车比较,可通过较小的曲率半径,运输费用低,制动性能和劳动条件好。因此,露天矿广泛采用粘着重量为80t、100t、150t的直流电机车。

标准轨运输的车辆载重量为60t和100t的自卸翻斗车。窄轨运输的矿车容积一般在4m3以下,最大可达10m3。

3.带式输送机道运输

主要有单一带式输送机道,汽车―半固定破碎机―带式输送机道,汽车―固定破碎机―带式输送机道,移动式破碎机―带式输送机道开拓4种类型。

带式输送机道运输是国外露天矿已广泛采用的开拓方法,与公路、铁路相比,其运输能力较大。如美国西雅里塔桐钼矿的一条带宽1 840mm,长2.4km,倾角13°的带式输送机,其运输能力达8 000t/h;升坡能力可达16°~18°,当采用特殊构造的“夹持式”大陡角带式输送机时,其升坡能力可达45°,大大降低了运输成本,提高了矿山生产能力。因此特别适合于开采深度大、运距长的露天矿山。在带式输送机的设备和安装费用中,机头和机尾所占比重很大,因而当露天开采深度不大或运距不长时,这种开拓方法的经济效益差,甚至是不经济的。

4.平硐溜井

是利用地下井巷作为开拓坑道,以建立山坡露天矿与地面间的运输联系,它是高山型矿床的一种经济有效的开拓方法。山坡露天矿采剥的矿岩,用汽车、前端装载机或铁路列车运至溜井上口翻斜入井,矿岩靠自重向下溜放,经井下部放矿闸门或板式给料机转载于放矿平硐内的运输设备中,再通过平硐运至选矿厂或废石场。

(五)排土工作

露天采矿往往需要剥离大量岩石,并运往排土场进行堆置。采用不同运输方式,所用排土机械也不同:铁路运输时,常用推土犁排土法、挖掘机排土法;汽车运输时,主要用推土机排土法。小型露天矿可用小型机械和人工排土。