金属矿采矿学露天开采课件.ppt
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1、采矿学教学课件,金属矿床露天开采,露天开采,绪论 矿床品位与储量计算 岩石的力学性质及分级 最终开采境界的确定 露天开采程序 露天矿生产计划 露天矿床开拓 露天开采的生产工艺 矿山技术经济,第十八章 露天开采工艺,穿孔作业 爆破作业 采装与运输 排岩作业,金属矿床露天开采一般要经过以下四道生产工序:穿孔、爆破、铲装及运输和排岩,以上各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约,共同构成了露天开采的最基本生产周期,本章将介绍以上各生产工序中的主要问题。,1 穿孔作业,概述 穿孔方法与穿孔设备 牙轮钻机,1.1 概述,穿孔作业是矿床露天开采的第一道生产工序,其作业内容是采用某种穿孔设备在计划开采的台阶区
2、域内穿凿炮孔,为其后的爆破工作提供装药空间。 穿孔工作质量的好坏直接影响着爆破工序的生产效率与爆破质量。 在整个露天开采过程中,穿孔作业的成本约占矿石开采总生产成本的1015 。,1.2 穿孔方法与穿孔设备,穿孔方法:热力破碎法与机械破碎法,其相应的穿孔设备有火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻与凿岩台车。 露天矿穿孔设备的选择主要取决于开采矿岩的可凿性、开采规模要求及设计的炮孔直径。 目前露天矿山常用的穿孔设备:大型露天矿多用牙轮钻;中小型露天矿常用潜孔钻。,各类钻机及其相应特性一览表,1.3 牙轮钻机,牙轮钻机的工作原理 牙轮钻机的钻具 牙轮钻机的工作参数 牙轮钻机的生产能力 牙轮钻机设备需
3、求数量的确定 提高牙轮钻机穿孔效率的途径,1.3.1 牙轮钻机的工作原理,主要是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动、同时对钻头施加轴向压力,以回转动压和强大的静压形式使与钻头接触的岩石粉碎破坏,钻进的同时,通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气,利用压缩空气将孔底的粉碎岩渣吹出孔外,从而形成炮孔。 牙轮钻头破碎岩石的机理实际上是冲击、压入和剪切的复合作用。,KY-310型牙轮钻机,1 钻杆; 2 钻杆架; 3 起落立架油缸; 4 机棚; 5 平台; 6 行走机构; 7 钻头; 8 千斤顶; 9 司机室 10 净化除尘装置; 11 回转加压小车; 12 钻架; 13 动力装置,钻机
4、,1.3.2 牙轮钻机的钻具,牙轮钻机的钻具包括钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头四部分。,1 牙轮钻头;2 稳杆器;3 钻杆;4 减震器,三牙轮钻头外形和三牙轮钻头结构,典型的三牙轮钻头外形,三牙轮钻头结构图,1 钻头丝扣; 2 挡渣管; 3 风道; 4 牙爪; 5 牙轮; 6 塞销; 7 填焊; 8 牙爪轴颈; 9 滚柱; 10 牙齿; 11 滚珠; 12 衬套; 13 止推块; 14 喷嘴; 15 爪背合金; 16 轮背合金,牙轮钻头,1.3.3 牙轮钻机的工作参数,钻压的确定 取决于矿岩的物理机械性质(硬度系数)、钻头的承载能力和钻机的技术性能。 钻速与钻具的转速 轴压和岩石硬度不同,钻速
5、都有相应的合理取值范围,如当f1520时,宜采用重型钻机,转速取5080r/min。 排渣风速和风量的确定 根据炮孔直径、钻杆直径和要求的排渣风速,在风量诺模图上查取所需的风量。,1.3.4 牙轮钻机的生产能力,牙轮钻机的台班生产能力 钻机的台年综合效率,1.3.4.1 牙轮钻机的台班生产能力,Vb = 0.6 V Tb 式中: Vb 牙轮钻机台班生产能力,m/台班; V 牙轮钻机机械钻进速度,cm/min; Tb 班工作时间,h; 班工作时间利用系数,一般情况下0.40.5。,式中:P 轴压,N; n 钻具的转速,r/min; D 钻头的直径,cm; f 岩石的坚固性系数;,1.3.4.2
6、钻机的台年综合效率,钻机的台年综合效率是钻机台班工作效率与钻机年工作时间利用率的函数。影响钻机工作时间利用率的主要因素有两方面:一是因组织管理不科学造成的外因停钻时间;另一方面是钻机本身故障所引起的内因停钻时间。,1.3.5 牙轮钻机设备需求数量的确定,式中: N 所需钻机设备的数量,台; Q 矿山设计年采剥总量,吨; L 每台牙轮钻机的年穿孔效率,m/年; q 每米炮孔的爆破量,t/m; e 废孔率,%;,国内部分矿山每米炮孔爆破量实际指标,1.3.6 提高牙轮钻机穿孔效率的途径,一方面应继续改进牙轮钻机本身的技术性能,提高钻头的工作强度与使用寿命; 另一方面,在牙轮钻机穿孔作业时,应当合理
7、配置好各种工作参数,协调好生产中的组织管理,提高钻机的工作时间利用率。,2 爆破作业,概述 基建剥离大爆破 生产台阶正常采掘爆破 靠帮并段台阶的控制爆破,2.1 概述,爆破工作是露天开采中的又一重要工序,通过爆破作业将整体矿岩进行破碎及松动,形成一定形状的爆堆,为后续的采装作业提供工作条件。 爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装作业的生产效率与采装作业成本。 在露天开采的总生产费用中,爆破作业费用大约占15%20%。,露天开采对爆破工作的基本要求,有足够的爆破贮备量,以满足挖掘机连续作业的要求,一般要求每次爆破的矿岩量至少应能满足挖掘机510昼夜的采装需要; 要有合理的矿石块度,以保
8、证整个开采工艺过程中的总费用最低。 具体说来,生产爆破后的矿岩块度应小于挖掘设备铲斗所允许的最大块度和粗碎机入口所允许的最大块度; 爆堆堆积形态好,前冲量小,无上翻,无根底,爆堆集中且有一定的松散度,以利于提高铲装设备的效率。在复杂的矿体中不破坏矿 层层位,以利于选别开采; 无爆破危害,由于爆破所产生的地震、飞石、噪音等危害均应控制在允许的范围内,同时,应尽量控制爆破带来的后冲、后裂和侧裂现象。 爆破设计合理,使整个开采过程中的穿孔、爆破、铲装、破碎等工 序的综合成本最低。,露天开采过程中的爆破作业种类,基建期的剥离大爆破 生产期台阶正常采掘爆破 控制爆破,2.2 基建剥离大爆破,概述 大爆破
9、的设计原则及要求 主要爆破参数,2.2.1 概述,在山坡露天矿的基建期,为了剥离矿体上部(或侧向)较厚的覆盖岩层,平整工业场地、开挖公路或铁路运输通道,通常要进行大爆破。这种大爆破系指利用开凿地下硐室进行集中装药的大型爆破工程,又称为硐室大爆破。 按爆破后岩石的破碎程度和堆积状态,硐室大爆破的方式有以下两种:破碎松动爆破、 抛掷爆破:,2.2.2 大爆破的设计原则及要求,经济合理性原则:在保证良好的爆破效果的前提下,尽可能减少基建投资与爆破工程量,加快基建工程的建设速度、降低爆破成本; 爆破设计要求:根据矿山基建期与生产期的整体要求,结合矿床的地形地质条件,科学合理地确定大爆破的各项参数及爆破
10、范围,应尽量方便施工,不给后续工程留下隐患; 爆破质量要求:爆堆的形态及分布应符合要求,降低大块率,减少边缘欠挖量,爆破后形成的场地要平整。 爆破安全要求:在工业场地、重要建筑物或重要设施附近进行大爆破时,必须保证周围环境的安全,在采场边帮附近进行大爆破时,必须保证采矿场边帮的稳定;,2.2.3 主要爆破参数,爆破作用指数n 最小抵抗线W 药包的间距 装药量的计算,2.2.3.1 爆破作用指数n,通常以爆破漏斗半径和最小抵抗线的比值来表征爆破作用指数n的大小。 决定着爆破作用的性质、爆破漏斗的尺寸、岩石的破碎程度、抛掷方量的比率以及爆破的技术经济效果。 弱松动爆破,n小于0.75,强松动爆破,
11、n在0.75到1之间。 抛掷爆破,n受地形坡角和预计爆破方量的抛掷率的影响,通常可参考下表中的经验值选取。,2.2.3.2 最小抵抗线W,由各药包中心指向其相邻地表的有向线段的长度即为该药包的最小抵抗线W。 最小抵抗线的大小取决于爆破工程的要求、地形条件和药包的布置方式。,药包的布置形式与抵抗线,硐室爆破药包布置分类表,2.2.3.3 药包的间距,硐室爆破的药包间距通常根据最小抵抗线和爆破作用指数来定。 在其它条件一定时,岩石越软,药包的间距应越大;反之,岩石越硬,药包的间距应越小。 在不同的地形地质条件下,各种硐室爆破的药包间距的取值如下表所示。,药包间距计算经验公式,2.2.3.4 装药量
12、的计算,装药量是标准炸药单耗q与爆破作用指数n和最小抵抗线W的函数, 通常依据以下的经验公式计算: (1) 松动爆破的装药量: 斜坡地形 Q = 0.36 qW 3 平坦地形 Q = 0.44 qW 3 (2) 抛掷爆破和加强松动爆破的装药量: Q = (0.4+0.6n3) qW 3 此计算方法在0.7 n3和W25m的时,计算结果较符合实际。如果 W25m,计算出的药量偏小,应再将计算结果乘以系数k: 从式中可以看出,W值越大,k值就越大,Q值也相应增大。但当W值很大时,则需对药量进行特别校验。,2.3 生产台阶正常采掘爆破,概述 生产台阶正常采掘的爆破方法 台阶正常采掘爆破参数及爆破设计
13、,2.3.1 概述,露天台阶正常采掘爆破是在每一生产台阶分区依次进行的,爆破区域的大小即为一个采掘带。对于每一爆破区域当前序穿孔作业完成炮孔的穿凿工作后,爆破工序即开始运行。 首先,由爆破设计人员依据穿孔工序所生成的实测布孔图进行爆破设计与计算。 设计的内容主要有炸药类型及单耗(或装药密度)的选取,炮孔装药结构设计,每孔装药量与总炸药消耗量计算,起爆网络及起爆方式设计,然后爆破人员依据爆破方案进行炮孔装药及实施爆破。,2.3.2 生产台阶正常采掘的爆破方法,浅孔爆破法:辅助性爆破,修路、大块二次破碎、处理根底、掘出入沟等。 深孔爆破法:台阶正常采掘。 药壶爆破法:用以克服较大的底盘抵抗线。 外
14、敷爆破法:大块二次破碎及处理根底。,2.3.3 台阶正常采掘爆破参数及爆破设计,炮孔布置示意图 炮孔底盘抵抗线 布孔方式与布孔参数 炮孔规格与超深 孔装药量与装药结构 起爆方案与起爆网络,2.3.3.1 炮孔布置示意图,2.3.3.2 炮孔底盘抵抗线,底盘抵抗线即炮孔中心至台阶坡底线的最小距离(上图中的Wp)。 底盘抵抗线设置过小,则造成被爆破的岩体过于粉碎,同时产生的爆堆前冲也很大;设置过大时,爆破后容易形成根底与大块。 底盘抵抗线的经验计算公式为: Wp = (2545)D (m) 式中:D为炮孔的直径,米。 第一排孔的底盘抵抗线取值应满足以下的约束条件: Wp H(ctg - ctg)
15、+ C 式中:H 台阶高度,m; 台阶坡面角,度; 炮孔的倾角,度;垂直孔时=90。 C 前排孔中心至台阶坡顶线的安全距离,一般为23米。,2.3.3.3 布孔方式与布孔参数,2.3.3.3 布孔方式与布孔参数,孔间距 排间距 炮孔邻近系数m ,前排:m=a/Wp 后排:m=a/b 式中:Q 炮孔装药量,kg; W 炮孔底盘抵抗线,(m),前排孔即为炮孔底盘抵抗线, 后排孔按排间距计算; q 炸药单耗,即爆破每立方米矿(岩)的炸药消耗量,kg/m3;,2.3.3.4 炮孔规格与超深,目前国内露天矿采用的深孔爆破孔径有80、100、150、170、200、250、310mm等 炮孔超深(又称超钻
16、)是指炮孔超过台阶底盘的垂直深度 超深设置过小,容易产生“根底” 若超深过大,降低了延米爆破量指标,增加了爆破震动强度,严重地破坏爆后台阶底盘的平整。 计算:h = (0.150.35)Wp 或h = (812)D,2.3.3.5 孔装药量与装药结构,炸药单耗q :爆破每一立方米或一吨矿(岩)平均所用的炸药量。 孔装药量 : 式中:Q 炮孔装药量,kg; q 设计选用的炸药单耗,kg/m3; Wp 炮孔底盘抵抗线,m; a 孔间距, m; H 台阶高度,m。,2.3.3.5 孔装药量与装药结构,装药长度(LB),填塞长度(Lt),2.3.3.5 孔装药量与装药结构,分段装药结构一般运用于下列情
17、况: 当设计计算出的炮孔装药量较小,远小于炮孔最大可能的装药量时,为了使炸药在孔内较均匀分布,通常采用分段炸药结构,以取得较好的爆破效果。 当采用大孔径深孔爆破时,计算出的填塞长度超过6m,通常采用分段装药结构。 当生产台阶推进到最终开采境界,需进行靠帮并段时,也多采用分段装药结构。,2.3.3.6 起爆方案与起爆网络,排间微差起爆 斜线起爆 直线掏槽起爆 间隔孔起爆,2.3.3.6 起爆方案与起爆网络,排间微差起爆:其特点将平行于台阶坡顶线布置的炮孔按行顺序起爆。优缺点: 爆破时前推力大,能克服较大的底盘抵抗线,爆破崩落线明显 后冲及爆破地震效应较大,爆破过程中岩块碰撞挤压较少;爆堆平坦。
18、为了避免地震效应过大,可将同排起爆炮孔再分成数段起爆。 为了避免后冲过大,可将前一排的两侧边孔与后一排的炮孔同段起爆。,2.3.3.6 起爆方案与起爆网络,斜线起爆:每一分段起爆炮孔中心的连线与台阶坡顶线斜交的爆破方式统称斜线起爆。优缺点: 采用方形布孔,便于钻孔、装药与填塞机械的作业,同时,斜线起爆又提高了炮孔的邻近系数,有利用于改善爆破质量; 由于起爆的分段多,每分段的装药量小而分散,因而爆破的地震效应也大大降低。 降低了爆破的后冲与侧冲,且爆堆集中,提高了铲装作业的效率。 后排孔爆破时的夹制性较大,崩落线常不明显;分段施工操作与检查较为繁杂,且由于爆破段数多,爆破材料消耗量大。,2.3.
19、3.6 起爆方案与起爆网络,直线掏槽起爆:该方案是利用沿一直线布置的密集炮孔首先起爆,为后续孔爆破开创新的自由面。其基本布置形式如下图所示。 直线掏槽爆破一般在掘沟中使用,该方案的爆破效果一般具有如下特点:破碎块度适当、均匀。爆堆沿堑沟的轴线集中,无碎石后翻现象。其缺点:穿孔工作量大,延米爆破量低,爆破后沟两边的侧冲大,地震效应较强。,直线掏槽起爆,a 一般起爆形式;b 分区多段起爆形式;15 为起爆顺序,2.3.3.6 起爆方案与起爆网络,间隔孔起爆:该起爆方案按同排炮孔按齐偶数分组顺序起爆,其基本形式下图所示。 波浪起爆与排间顺序起爆相比,因前段爆破为后排炮孔创造了较大的自由面,因而改善了
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