河 南 理 工 大 学 《采煤概论》精品课程 第21章 露天开采.

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1 河 南 理 工 大 学 《采煤概论》精品课程 第21章 露天开采

2 本章主要内容 第21章 露天开采 第一节 概述 第二节 露天开采的主要工艺过程 第三节 露天开采程序及开拓运输系统 第四节 露天矿生产能力

3 第一节 概述 一、生产工艺环节 露天开采工艺环节分主要生产环节和辅助生产环节两类。 (一)主要生产环节
第一节 概述 一、生产工艺环节 露天开采工艺环节分主要生产环节和辅助生产环节两类。 (一)主要生产环节 (1)煤岩预先松碎 采掘设备的切割力是有限度的，除软岩可以直接采掘外，对中硬以上的煤岩必须进行预先松碎后方能采掘。 (2)采装 利用采掘设备将工作面煤岩铲挖出来，并装人运输设备(汽车、铁道、车辆、输送机)的过程。 (3)运输 采掘设备将煤岩装入运输设备后，煤被运至卸煤站或选煤厂，土岩运往指定的排土场； (4)排土和卸煤 土岩按一定程序有计划地排弃在规定的排土场内，煤被卸至选煤厂或卸煤站。 (二)辆助环节 辅助环节包括；动力供应；疏干及防排水；设备维修：线路修筑、移设和维修；滑坡清理及防治等。

4 第一节 概述 二、露天开采的采场要素及开采工艺分类 1.台阶 2.露天矿场要素 3.开拓与开采要素
第一节 概述 二、露天开采的采场要素及开采工艺分类 1.台阶 在开采过程中，露天矿往往被划分为若干具有一定高度的水平分层，这种分层被称为“台阶” 。 台阶要素包括：台阶上部水平面，即上盘、下盘；朝向采空区的倾斜面，即坡面和台阶高度h，台阶坡面角α等。 2.露天矿场要素 （1）露天开采境界 （2）边帮 （3）边帮角 3.开拓与开采要素 出入沟：建立采场与地表运输通道的露天沟道。 开段沟：开掘某标高采掘工作面的沟道。 开采程序：采场内土岩的剥离和采煤工程，在空间和时间上合理配合的发展顺序。

5 第一节 概述 图21-2 台阶要素图 图21-1 矿场划分为台阶 1—上盘;2—下盘;3—坡面;4—台阶坡顶线;5—台阶坡底线
第一节 概述 图21-2 台阶要素图 1—上盘;2—下盘;3—坡面;4—台阶坡顶线;5—台阶坡底线 图21-1 矿场划分为台阶 图21-3 露天采场构成要素 非工作帮AG、BF 工作边帮角φ 最终边帮角β、γ

6 第一节 概述 三、露天开采的优缺点 (1)矿山生产规模大 山西平朔安太堡露天矿年产原煤15.00Mt。黑岱沟、霍林河、元宝山和伊敏河露天煤矿计划规模为5.00—12.00Mt/a。国外已有规模达50.00Mt/a的露天煤矿，年剥离量可达1亿到3亿m3。 (2)劳动效率高 1996年霍林河南露天煤矿原煤全员效率达19t/工；平朔安太堡露天煤矿全员效率36.6t/工。 (3)生产成本低 露天开采成本的高低与所选择的工艺、煤岩运距、开采单位煤量所需剥离的土岩数量等有关。但与地采相比是低的。世界露天采煤成本约为地下开采采煤成本的二分之一。 (4)资源采出率高 一般可达90％以上，还可对伴生矿产综合开发。 (5)作业空间不受限制 露天矿由于开采后形成的是敞露空间，可以选用大型或特大型的设备，因而开采强度较大。 (6)木材、电力消耗少。 (7)建设速度快，产量有保证，生产安全，劳动条件较好。 (8)占用土地多，污染环境 露大开采后的复田作业需花费相当数量的时间与资金。 (9)受气候影响大 严寒、风雪、酷暑、暴雨等会影响生产。 (10)对矿床赋存条件要求严格 露天开采范围受到经济条件限制，因此覆盖层太厚或埋藏较深的煤层尚不能用露天开采法。

7 第二节 露天开采的主要工艺过程 露天开采工艺方法，根据采掘、运输、排土三个主要生产环节所采用的开采机械设备的工作特点，可以划分为三种类型：间断式开采工艺、连续式开采工艺、半连续式开采工艺。 下面重点介绍我国露天煤矿采用较多的间断作业工艺方式。

8 第二节 露天开采的主要工艺过程 一、煤岩预先破碎
露天矿广泛采用的预先松碎方法是穿孔爆破。即选用合适的穿孔设备，按一定规格打出孔眼。再进行装药爆破，爆破后使煤岩松散成一定规格的块度，便于采装。 (一)穿孔 穿孔用穿孔机完成，穿孔机有冲击式和回转式两类 1、钢绳冲击式钻机 2、潜孔钻机 3、牙轮钻机 (二)爆破 爆破工作是将煤岩从整体中分离下来，并按一定块度和工程要求堆积成一定的几何形体。 爆破用炸药主要应用以硝酸铵为主加适量可燃剂组成的干爆炸剂和以硝酸铵水溶液为主加敏化剂等组成的含水炸药。如铵梯炸药、铵油炸药和铵沥蜡炸药。 起爆方法可分为电起爆和非电起爆两类。电起爆有电雷管和起爆器两种，非电起爆有火力起爆和导爆索起爆。

9 冲击式穿孔机工作原理图 1—钻具;2—钢绳;3—天轮;4—压轮;5—后绳轮;6—卷筒;7—主动齿轮;8—冲击轮; 9—连杆;10—桅架

10 KQ-200型潜孔钻机示意图 KY-310型牙轮钻机

11 第二节 露天开采的主要工艺过程 二、采装工作 采装工作就是将软岩或预先松碎了的煤岩，通过机械设备采挖并装入运输设备中，或倒卸在指定地点。
广泛得到应用的间断式采装设备有：单斗挖掘机、前装机和铲运机等几种形式。 (一)单斗挖掘机 单斗挖掘机按其工作装置可分如下几种：正铲、反铲、刨土铲、拉铲和抓斗铲。（如图） 1.正铲 1)正铲的组成 2.液压铲 (二) 前装机 该机将采装、短距离运输、排弃和辅助作业集于一个设备。它灵活机动，运行速度高，爬坡作业性能好，维护费用低。前装机多是轮胎式的，运输距离一般不超过150 m。

12 第二节 露天开采的主要工艺过程 图21-7 各种工作装置的单斗铲挖掘机示意图 a—正铲;b—反铲;c—刨土铲;d—拉铲;e—抓斗铲

13 第二节 露天开采的主要工艺过程 三、运输 1.铁路运输 2.公路运输 3．联合运输 铁路运输适宜长距离、较大运量、采场尺寸也较大的矿山。
公路运输主要设备是自卸汽车，它具有较高的机动灵活性，爬坡能力比铁路列车大，曲线半径小，建设速度快，基建投资低等均是其优点。 3．联合运输 除铁道、汽车运输外，还有箕斗运输、斜坡卷扬串车运输、重力运输（溜井）等。

14 第二节 露天开采的主要工艺过程 四、排土 露天开采为了采煤而必须剥离的土岩，经运输设备运至一定地点排弃，这个排弃的场所称排土场。排土场可选择在开采范围以外称外排土场，也可利用已开采的空间进行排弃，称为内排土场。 (一)排土场位置选择 位置选择首先应考虑近距离排土，少占或不占农田，尽可能减少对环境的污染。为此，在近水平和缓斜煤层条件下，从开采设计上应尽可能采用采场内采空区排土；在倾斜与急斜煤层条件下，可利用分区开采实现内排，或将剥离物排至已采尽的采空区，这些均为内排土。内排时，采掘工作面和排土工作面间应留一定的安全距离。 (二)排土设备及排弃方式 1．铁道运输 2．汽车运输

15 第三节 露天开采程序及开拓运输系统 一、开采程序 （一）采剥工程台阶划分及台阶开采程序
第三节 露天开采程序及开拓运输系统 一、开采程序 （一）采剥工程台阶划分及台阶开采程序 露天矿场开采程序系指在露天开采范围内采煤、剥岩的顺序。 开采程序的选择与煤岩赋存条件、露天矿场的尺寸和几何形状、工艺类型、开拓方式以及煤产量、质量、投产时间、达产时间等有关。 根据煤岩赋存条件和矿场尺寸，可以考虑台阶划分及台阶高度、设备的选型、开拓运输系统及第一个沟位的确定。决定方案时，应拟多个方案从中择优。 （二）工作帮及其推进 1、开段沟初始位置确定 2、工作帮构成 3、工作帮推进

16 第三节 露天开采程序及开拓运输系统 二、矿床开拓
第三节 露天开采程序及开拓运输系统 二、矿床开拓 矿床开拓指开掘矿山坑道(或修筑通路)以开辟从地表至矿床或自矿床的某一开采部分至另一部分的运输通路，并为开掘开段沟和开掘矿山坑道(沟道或井巷)的工作创造条件。 矿床开拓包括确定矿体开采顺序、开拓方法、台阶高度及坑线布置等项内容。 露天矿按有无坑道把开拓方法分为有沟、无沟、地下井巷和混合开拓四类； 按运输方式分为铁路运输、公路运输、斜坡卷扬和平硐溜井开拓四类。

17 第三节 露天开采程序及开拓运输系统 上部水平改为螺旋坑线示意图

18 第三节 露天开采程序及开拓运输系统 移动坑线示意图

19 第四节 露天矿生产能力 一、露天开采境界 露天开采境界系指露天矿场开采终了时形成的空间轮廓。它由矿场的地表境界、底部境界和四周帮坡组成。
1、影响露天开采境界的因素 (1)自然因素 包括煤层埋藏条件，如：赋存状态、厚度、倾角、煤质、围岩岩性、地形地貌、工程和水文地质条件等。 (2)技术组织因素 包括开采技术水平、装备水平、地面主要建筑物、城市、厂房等。 (3)经济因素 包括基建投资、基建期和达产时间、煤炭的开采成本及销售价格中煤炭的贫化损失、设备供应情况及国民经济发展水平等。 2、合理开采深度的确定原则 当一个煤田或煤田的—部分被确定用露天法开采时，首先必须确定以什么原则圈定其合理的开采范围。

20 第四节 露天矿生产能力 二、剥采比 所谓剥采比即是开采单位煤量所须剥离的岩石量。 1、平均剥采比np 2、境界剥采比nk 3、生产剥采比ns
露天开采境界内，全部岩石量与采出煤量之比。 2、境界剥采比nk 当露天开采境界做少量变化（扩大或减少∆h）所引起的岩土量与煤量变化之比值。 3、生产剥采比ns 露天矿某一生产时期剥离的岩土量与采出煤量之比。 4、经济合理剥采比nj 指分摊到单位煤量上的最大允许的剥离量，该值为一系列经济因素所决定。主要的计算方法有： （1）露天、地下开采单位煤量成本相等； （2）露天开采法采出煤的成本与其售价相等 ；

21 第四节 露天矿生产能力 三、露天矿生产能力 露天矿生产总能力应为年采煤和剥离两个量之和，亦即年采剥总量为 A=Ap+Av
=Ap+nsAp=Ap（1+ns） （21-12） 式中 Ap——年采煤量，t（m3）/a； Av——年剥岩量，m3（t）／s； ns——生产剥采比，m3（t）/ m3（t）。 从上式可以看出露天矿的煤岩生产能力A，除受到煤层的生产能力影响外，还受到生产剥采比ns的影响。它还决定着煤炭开采成本、工效、设备数量、人员、投资的多少等。

22 第四节 露天矿生产能力 1.按技术条件确定生产能力 2.按经济条件确定生产能力 3.按需求量确定生产能力
技术条件主要是可能布置的挖掘机工作面数目，矿山工程延深速度，运输线路的通过能力等。 2.按经济条件确定生产能力 按经济条件确定煤炭生产能力包括：合适的矿山服务年限．可能的投资额和经济效果最优来确定。 3.按需求量确定生产能力 按需求煤量确定生产能力时，必须对市场的需求量进行预测。首先要对国内外历年煤炭供求情况做一统计分析，其次对今后若干时间的需煤前景做一估计，在此基础上预测未来的供求关系及风险，从而确定生产能力。

23 思 考 题 1．露天开采的特点？ 2．露天开采的采场构成要素有哪些，其含义是什么？ 3．简述几种主要穿孔设备，穿孔原理及其特征？
4．单斗挖掘机按其工作装置可分为哪几种？正铲的工作规格、工作面及其参数、生产能力如何确定？ 5．露天开采排土场的位置如何确定，常用的排土设备和排土方式有哪些。 6．何谓露天矿开采程序？影响开采程序的因素有哪些？ 7．开段沟初始位置是按什么原则确定的？工作帮推进方式有哪几种？ 8．铁路运输开拓运输系统坑线布置形式，坑线固定性与否的依据是什么？ 9．何谓露天开采境界，影响开采境界的因素有哪些？ 10．露天矿合理开采深度确定的原则是什么？ 11．何谓平均剥采比、境界剥采比、生产剥采比、经济合理剥采比？ 12．露天矿生产能力如何计算？