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1、李建忠太原理工大學礦業(yè)工程學院,露天開采,第三章 露天開采程序,概述 臺階幾何要素 掘溝 臺階的推進方式 采場擴延過程與布線方式 幫坡形式與幫坡角 分期開采,一、概述,開采程序：露天開采范圍內采煤、剝巖的順序。即采剝工程在時間和空間上發(fā)展變化的方式。包括內容：臺階劃分、掘溝、采剝初始位置確定、水平推進、垂直延伸方式、工作幫構成等。,露天采場平面投影與剖面示意圖,-12m,0m,12m,24m,36m,48m,48m,-12m,0m,12m,24m,36m,封閉圈,48m,36m,24m,0m,12m,二、臺階幾何要素,臺階由坡頂面、坡底面和臺階坡面組成。臺階幾何要素：臺階坡面角，是巖體穩(wěn)定性的

2、函數(shù)；臺階高度，受生產規(guī)模、采裝設備、開采的選別性影響；臺階寬度，W= Wc (爆破帶寬度)+Ws(安全平臺寬度) 。,臺階幾何要素,臺階三要素：W臺階寬度H臺階高度臺階坡面角,臺階高度：不小于挖掘機推壓軸高度的2/3（以便滿斗）。臺階高度應小于挖掘機最大挖掘高度（為了挖掘機的安全）。臺階坡面角與礦巖穩(wěn)定性有關。 巖石普氏系數(shù)f 臺階坡面角（度） 8-14 70-75 3-8 60-70 1-3 50-60工作臺階：正在被開采的臺階。爆破帶：工作臺階上正在被爆破、采掘的部分。其寬度為爆破帶寬度（或采區(qū)寬度）。,臺階的采掘方向：挖掘機沿采掘帶前進的方向。臺階的推進方向：臺階向外擴展的方向。安全平

3、臺：在開采過程中，工作平臺不能一直推進到上各臺階的坡底線位置，而是應留下一頂寬度。留下的這部分叫安全平臺。安全平臺寬度一般為2/3-1個臺階高度。最小工作平盤寬度：剛剛滿足采運作業(yè)需要的空間的寬度。安全擋墻：在工作平盤的外沿用碎石堆筑的一道安全擋墻。,臺階立體圖,臺階劃分：水平劃分、傾斜劃分劃分原則：有利于發(fā)揮設備效率，作業(yè)安全和提高煤質。單臺階開采程序:開采傾斜的出入溝、開掘開段溝、進行擴幫。,三、掘溝,掘溝是新臺階開采的開始，一般分為兩階段進行：首先挖掘出入溝，以建立起上下兩個臺階水平的運輸聯(lián)系；然后開掘段溝，為新臺階的開采推進提供初始作業(yè)空間。出入溝參數(shù)：出入溝的坡度，取決于汽車的爬坡能

4、力和運輸安全要求；出入溝的坡度：100t以上的大型汽車的出入溝坡度為8-10% ，臺階高度為12米，坡度為8%時的出入溝坡長為150米左右。,出入溝與段溝示意圖,開段溝初始位置選定：露頭處，可設在頂板或底板。,1 山坡露天礦掘溝,在許多礦山，最終開采境界范圍內的地表是山坡或山包，隨著開采的進行，礦山由上部的山坡露天礦逐步轉為深凹露天礦。采場由山坡轉為深凹的水平成為封閉水平，即在該水平上采場形成封閉圈。 在山坡地帶的開采也是分臺階逐層向下進行的。與深凹露天礦開采不同的是不需要在平地向下掘溝以達到下一水平，只需在山坡適當位置拉開初始工作面就可以進行新的臺階的推進。習慣上將“初始工作面的拉開”也稱之

5、為掘溝。山坡上掘出的“溝”是僅在指向山坡的一面有溝壁的單壁溝。,封閉圈,單壁溝,推土機開掘單壁溝,電鏟開掘單壁溝WD = G + T + eG為電鏟站立水平挖掘半徑；T為電鏟回轉中心到履帶外緣距離；e為電鏟履帶外緣到單壁溝外緣的安全距離。,2 深凹露天礦掘溝,最小溝底寬度WDmin，是滿足采運設備基本作業(yè)空間要求的溝底寬度，其值取決于電鏟的作業(yè)技術規(guī)格、采裝方式與汽車的調車方式。不同的掘溝方式下，所需要的WDmin ：1）溝外調頭中線采裝 ，WDmin2G2）溝外調頭雙側交替采裝 ，WDminGK 3）溝內折返調車 ，WDminRLd/22e 4）溝內環(huán)行調車 ，WDmin2Rd2e,溝外調頭

6、中線采裝,WDmin2G,溝外調頭中線采裝平面圖,WDmin =2GG電鏟站立水平挖掘半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。,溝外調頭雙側交替采裝,WDminGK,溝外調頭雙側交替采裝平面圖,WDmin =G+KG電鏟站立水平挖掘半徑；K電鏟尾部回轉半徑；B電鏟最大卸載高度處的卸載半徑。,溝內折返調車,WDminRLd/22e,溝內折返調車平面圖,WDmin = RLd/22e R汽車最小轉彎半徑；L汽車車身長度；d汽車車身寬度；e汽車距溝壁的安全距離。,溝內環(huán)形調車,WDmin2Rd2e,溝內環(huán)形調車平面圖,WDmin = 2Rd2e R汽車最小轉彎半徑；d汽車車身寬度；e汽車距溝壁的安全距

7、離。,不同掘溝方式的WDmin比較,采用Weboo-120c(109t)汽車，R=12.4m，L=11.73m，d=6.179m，e=1.5m；6.88m3電鏟，站立水平最大挖掘半徑G=10.75m，尾部回轉半徑K=6.02m，最大卸載高度處的卸載半徑B=13.87m。計算得： 溝外調頭中線采裝：WDmin2G=21.5m； 溝外調頭雙側交替采裝: WDminGK=16.77m； 溝內折返調車: WDminRLd/22e=30m； 溝內環(huán)行調車:WDmin2Rd2e=34m（最大）,四、臺階推進方式,一）采掘方式及工作平盤參數(shù) 1） 垂直采掘 2） 平行采掘 3） 采區(qū)寬度與采掘帶寬度 4）

8、最小工作平盤寬度二）工作線布置方式 1） 縱向布置 2） 橫向布置 3） 扇形布置,1 采掘方式垂直采掘,垂直采掘時電鏟的采掘方向垂直于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相平行。垂直采掘時，若采用雙點裝車，電鏟的裝載回轉角度小(10-110之間，平均為60左右)，裝載效率高；缺點是汽車在電鏟周圍調車對位需要較大的空間，要求較寬的工作平盤。當采掘到電鏟回轉中心位于采掘前的臺階坡底線時，電鏟沿工作線移動到下一個位置，開始下一輪采掘。,一）采掘方式及工作平盤參數(shù),垂直采掘平面圖,一次采掘深度（即采掘帶寬度A）為電鏟站立水平挖掘半徑（G），沿工作線一次采掘長度為2G。,2 采掘方式平行采掘,

9、平行采掘時電鏟的采掘方向平行于臺階工作線走向(即采區(qū)走向)、與臺階推進方向相垂直。根據汽車的調頭與行駛方式（統(tǒng)稱為供車方式），平行采掘可進一步細分為許多不同的類型。單向行車不調頭和雙向行車折返調車是兩種有代表性的供車方式。,a 單向行車不調頭,a 單向行車不調頭,優(yōu)點：調車簡單，工作平盤只需設單車道。缺點：電鏟回轉角度大，需雙出入溝，增加了掘溝工作量。,b 雙向行車折返調車（單點裝車）,優(yōu)點：需要一個出入溝。缺點：需要雙車道；汽車調車時，電鏟等待；電鏟裝車時，下一輛車處于等待狀態(tài)。,c 雙向行車折返調車（雙點裝車）,優(yōu)點：減少了等等時間，車和鏟的作業(yè)率得到提高。缺點：工作平盤寬度增加。,d 單

10、向行車折返調車(雙點裝車),優(yōu)點：工作平盤只需設單車道。缺點：需雙出入溝，增加了掘溝工作量。,e 雙向行車迂回調車(單點裝車),優(yōu)點：單出入溝。缺點：電鏟回轉角度大，等待時間長，需要雙車道。,3 采區(qū)寬度與采掘帶寬度,采區(qū)寬度是爆破帶的實體寬度，采掘帶寬度是挖掘機一次采掘的寬度。 當?shù)V巖松軟無需爆破時，采區(qū)寬度等于采掘帶寬度。絕大多數(shù)礦山都需要爆破，故采掘帶寬度一般指一次采掘的爆堆寬度。二者關系見上圖 。 圖中，(a)為一次穿爆兩次采掘，(b)為一次穿爆一次采掘?？捎肁c=1.5G取值，國內礦山一般為11.5G，國外礦山可達1.8G。,采區(qū)寬度與爆堆寬度的關系,b=2ksWcH/Hb-Wc式中

11、，b爆堆寬度；ks為礦巖爆破后的松散系數(shù)； Wc為采區(qū)寬度；H為臺階高度； Hb為爆堆高度； 為爆堆形態(tài)系數(shù)。堅硬巖石爆堆橫斷面近似三角形，0；不堅硬巖石爆堆橫斷面近似梯形，1；中等堅硬巖石，01。采用一爆一采時，爆堆寬度即為采掘帶寬度（即bAc ），可根據上式反算出采區(qū)寬度。,4 最小工作平盤寬度,最小工作平盤寬度（Wmin）是剛好滿足采運設備正常作業(yè)要求的工作平盤寬度， 其取值需依據采運設備的作業(yè)技術規(guī)格、采掘方式和供車方式確定。采用單向行車、不調頭供車的平行采掘方式時，最小工作平盤寬度可根據裝車條件計算。,單向行車不調頭平行采掘,Wmin = G + B + d/2 + e + s 33

12、mG為挖掘機站立水平挖掘半徑10.75m；B為最大卸載高度時的卸載半徑13.87m ；采用Webco-120c汽車，d為汽車車體寬度6.2m；e為汽車到安全擋墻距離,取1.5m；s為安全擋墻寬度3.5m。,折返調車單點裝車Wmin,Wmin = R + d/2 + L+ 2e + s=33.4m Webco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, L=11.38m, 設e=1.5m, s=3.5m,折返調車雙點裝車Wmin,Wmin = 2R + d + 2e + s=37.5mWebco-120c汽車, R=12.4m, d=6.2m, 設e=1.5m, s=3.5m,小結,實際上

13、，由于汽車的靈活性，即使最小工作平盤寬度比用公式計算結果小一些，也可實現(xiàn)調車。但調車的時間會增長，影響作業(yè)效率。 其它供車方式下的最小工作平盤寬度可以仿照上述做法，通過簡單的幾何分析計算求得。實際生產中的工作平盤寬度一般應大于理論計算值。當采用一次穿爆兩次采掘（或如圖所示的橫向采掘）時，由于采區(qū)寬度 (Wc) 大大增加，工作平盤寬度也將大大增加。,二） 工作線布置,依據工作線的方向與礦體走向的關系，工作線的布置方式可分為： 縱向 橫向 扇形,1 工作線布置橫向,橫向布置時工作線與礦體走向垂直。這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝，垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面，或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴

14、展，逐步擴成垂直礦體的工作面，沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時，爆破方向與礦體的走向平行，故對于順礦層節(jié)理和層理較發(fā)育的巖體，會顯著降低大塊與根底，提高爆破質量。由于汽車運輸?shù)撵`活性，工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。,1 工作線布置橫向,2 工作線布置縱向,2 工作線布置縱向,縱向布置時，工作線的方向與礦體走向平行。 這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作面，之后依據溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝），自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。,3 工作線布置扇形,3 工作線布置扇形,扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關系，

15、而是呈扇形向四周推進。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸?shù)撵`活性，可使開采工作面盡快到達礦體。,一個臺階的水平推進，使其所在水平的采場不斷擴大，并為其下一個臺階的開采創(chuàng)造條件，新臺階工作面的拉開，使采場得以延深。臺階的水平推進和新水平的拉開，構成了露天采場的擴展與延深。,五、采場擴延過程與布線方式,1 采場擴延示意圖,假設一露天礦最終境界內的地表地形較為平坦，地表標高為200m ，臺階高度為12m。首選在地表境界線的一端沿礦體走向掘溝到188m水平（圖a）。出入溝掘完后在溝底以扇形工作面推進（圖b）。,當188m水平被揭露出足夠面積時，向176m水平掘溝，掘溝位置仍在左側最終邊幫(圖c)

16、。之后，形成了188-200米臺階和176-188米臺階同時推進的局面（圖d）。,隨著開采的進行，新的工作臺階不斷投入生產，上部一些臺階推進到最終邊幫（即已靠幫）。若干年后，采場現(xiàn)狀變?yōu)槿鐖De所示。 當整個礦山開采完畢時便形成了如圖f所示的最終境界。,2 布線方式,1） 螺旋布線2） 迂回布線3） 固定式布線4） 移動式布線,1） 螺旋布線,臺階的出入溝沿最終邊幫成螺旋狀布置，故稱為螺旋布線。,螺旋布線的特點,螺旋線彎道半徑大，線路通視條件好,汽車直進行駛，不需經常改變運行速度，道路通過能力強； 工作線的長度和推進方向會因采場條件的變化而發(fā)生變化，生產組織較為復雜； 各開采水平之間有一定的影響，新水平準備和采剝作業(yè)程序較為復雜； 要求采場四周邊幫的巖體均較為穩(wěn)固。,出入溝以迂回形式布置在采場一側的非工作幫上，稱為迂回布線（回返布線）。,2） 迂回布線,迂回布線的特點,迂回布線要求布線邊幫的巖石較為穩(wěn)固，地質條件允許時，一般將迂回線路布置在礦體下盤的非工作幫上，這樣可以使工作線較快接近礦體，減少初期剝巖量?？赏瑫r布置兩套或更多迂回線路，增加出入溝數(shù)目。開采工作線長度和方向較為固定，各開采