露天煤矿开采

第七章露天煤矿开采本章对露天煤矿开采的基本过程作了整体概述，包括露天煤矿开采的基本概念、开采步骤、开拓方式及回采工艺方式。

其中露天煤矿开拓方式及回采工艺为本章的重点内容。

露天煤矿开拓主要研究整个煤层开发的程序，综合解决露天矿场的主要参数、工作线推进方式、矿山工程延深和剥采的合理顺序等，建立合理的煤层开采运输系统。

第一节露天开采概述一、露天煤矿开采概述为开采煤炭资源，从地表建立起来的各种揭露煤层和坑道的矿山工程总体通称为露天煤矿开采。

它是先将覆盖在煤层之上的土壤和岩石全部清除、露出煤层，再进行采掘工作的一种开采方法。

露天开采与地下开采相比具有以下优越性：一是矿山基建时间短，生产规模大，劳动生产率高，开采成本低与基建投资低；二是开采条件好，作业较安全，生产系统可靠。

但是，露天采场和排土场破坏自然景观和植被，排弃物中有害成分流入水系和农田，污染水源和土壤，影响生态平衡和农业生产。

露天开采易受气候条件如严寒、酷暑、冰雪和暴风雨的影响和干扰较大。

综上所述，露天煤矿开采具有技术和经济上的优势，但又面临环保和复垦等方面的问题。

因此，露天煤矿开采应处理好煤炭资源开发与生态环境保护的关系，谋求可持续发展的途径。

二、露天煤矿开采基本概念1、台阶露天煤矿开采时，通常把采场内的煤层划分为若干具有一定高度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系。

开采的分层在空间上呈阶梯状，称为台阶。

台阶构成要素如图7—1所示。

图7—1 台阶构成要素图1—台阶上部平盘；2—台阶下部平盘；3—台阶坡面；4—台阶坡顶线；5—台阶坡底线；α—台阶面角度；h—台阶高度台阶通常划分为具有一定宽度的若干条带，这些条带称为爆破带。

挖掘机一次挖掘的宽度称为采掘带，如图7—2所示。

每个爆破带可作为一个采区，或划分为具有一定长度的若干采区。

已经做好采掘准备工作的采区称为工作线。

12m±0m ⅠⅡⅢ图7—2 采掘带、采区示意图为建立地面与采场之间以及相邻工作水平之间的运输联系而开掘的倾斜沟道称为出入沟。

为开辟新工作水平而掘进的水平沟道称为开段沟。

2、工作帮正在和将要进行开采的台阶所组成的边帮称为工作帮(图7—3中的DF)。

工作帮的位置随开采工作的推进不断移动。

由已结束开采工作的台阶和沟道组成的边帮称为非工作帮或最终边帮(图7—3中的AC和BF)。

通过工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面称为工作帮坡面(图7—3中的DE)。

工作帮坡面与水平面的夹角称为工作帮坡角(图7—3中的 角)。

工作帮上设置采掘设备和设施的平台称为工作平盘(图7—3中的1)。

通过非工作帮最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线所作的假想斜面称为非工作帮坡面或最终帮坡面(图7—3中的AG和BH)。

最终帮坡面与水平面的夹角称为最终帮坡角或最终边坡角(图7—3中的β和γ)。

A32B4FE 1CD GHβγΦ图7—3 台阶构成要素图1—工作平盘；2—安全平台；3—运输平台；4—清扫平台非工作帮上的平台按其用途可分为安全平台、清扫平台和运输平台。

安全平台用来缓冲和阻截边坡上滑落的岩石，以保证下部平盘的工作安全，并具有减缓最终边坡角，维持边坡稳定的作用。

安全平台的宽度一般约为台阶高度的1/3左右。

最终帮坡面与地表相交的闭合曲线称为露天采场的上部境界线(图7—3剖面中的A 和B 点)。

最终帮坡面与开采终了的露天采场底平面的交线称为下部境界线或底部周界(图7—3剖面中的G 和H 点)。

上、下部境界线之间的垂直距离称为露天采场的开采深度。

最终帮坡面与过上部境界线最低点的水平面相交的闭合曲线称为露天采场封闭圈。

露天采场位于封闭圈以上和以下的部分分别称为山坡露天矿和凹陷露天矿。

根据露天采场的端帮矿岩量与总矿岩量的比值，可将露天矿分为长露天矿和短露天矿。

当此比值小于0.15～0.20时为长露天矿，反之为短露天矿。

第二节 露天煤矿开拓露天煤矿开拓就是建立地面到露天采场各工作水平及各工作水平之间的煤岩运输通道，建立采矿场、采矿点、废石场、工业场地之间的运输联系，形成合理的运输系统。

其主要研究内容是开拓运输方式、开拓坑线的位置及其布置形式。

露天煤矿开拓系统是露天矿开采中极其重要的问题，它不仅影响到最终境界的位置、生产工艺系统的选择、矿山工程发展程序等，还直接关系到基建工程量、基建投资、投产和达产时间、生产能力、生产的可靠性及生产成本等技术经济指标。

按运输方式不同，露天煤矿开拓可以分为：公路运输开拓、铁路运输开拓、平硐溜井开拓、胶带运输开拓、斜坡提升开拓和联合开拓等。

一、公路运输开拓公路运输开拓采用的主要设备是汽车。

其坑线布置形式有直进式、回返式、螺旋式以及多种形式相结合的联合方式。

1、直进式坑线开拓当山坡露天煤矿高差不大、地形较缓、开采水平较少时，可采用直进式坑线开拓，如图7—4所示。

运输干线一般布置在开采境界外山坡的一侧，工作面单侧进车。

当凹陷露天煤矿开采深度较小、采场长度较大时，也可采用直进式坑线开拓。

公路干线一般布置在采场内矿体的上盘或下盘的非工作帮上。

条件允许时，也可在境界外用组合坑线进入各开采水平。

但由于露天矿采场长度有限，往往只能局部采用直进式坑线开拓。

图7—4 山坡露天矿直进式公路开拓系统图2、回返式坑线开拓当露天煤矿开采相对高差较大、地形较陡，采用直进式坑线有困难时，一般采用回返式坑线开拓，或采用直进与回返联合坑线开拓，如图7—5所示。

开拓线路一般沿自然地形在山坡上开掘单壁路堑。

随着开采水平不断延深，上部坑线逐渐废弃或消失。

在单侧山坡地形条件下，坑线应尽量就近布置在采场端帮开采境界以外，以保证干线位置固定且煤岩运输距离较短。

凹陷露天矿的回返坑线一般布置在采场底盘的非工作帮上，可使开拓坑线离矿体较近，基建剥岩量较小。

回返坑线开拓适应性较强，应用较广。

但由于回返坑线的曲线段必须满足汽车运输要求(如线路内侧加宽等)，使最终边帮角变缓，从而使境界的附加剥岩量增加。

因此，应尽可能减少回头曲线数量，并将回头曲线布置在平台较宽或边坡较缓的部位。

12+152+128+140+80+164+116+44+92+56-20+32+68344+8+104+176图7—5 直进—回返联合坑线开拓系统图1—出入沟；2—连接平台；3—露天采矿场上部境界；4—露天采矿场底部境界3、螺旋坑线开拓螺旋坑线开拓一般用于深凹露天矿。

坑线从地表出入沟口开始，沿着采场四周最终边帮以螺旋线向深部延伸。

由于没有回返曲线段，扩帮工程量较小，而且螺旋线的曲率半径大，汽车运行条件好，线路通过能力大。

但回采工作必须采用扇形工作线，其长度和推进方向要经常变化，且各开采水平相互影响，使生产组织工作复杂。

由于露天采场空间一般是变化的，坑线往往不能采用单一的布置形式，而多采用两种或两种以上的布置形式，即联合坑线。

图7—6为上部回返，下部螺旋的回返—螺旋联合坑线开拓方式。

12-40-40-88-28-52-100-72-64- 16-16+15+25-3-5-1+1+ 5+15-64+25+34-88图7—6 回返－螺旋联合坑线开拓系统图1—出入沟；2—连接平台二、铁路运输开拓 1、坑线位置因铁路运输牵引机车爬坡能力小，每个水平的出入沟和折返站所需线路较长，转弯曲线半径很大，故不适用于采场面积小，高差较大的露天煤矿开拓。

铁路运输开拓采用较多的坑线形式为直进式、折返式和直进—折返式三种类型。

山坡露天煤矿的坑线位置主要取决于地形条件和工作线的推进方向。

当地形为孤立山峰时，通常将坑线布设在工作帮的背面山坡上；当地形为延展式山坡时，通常将坑线布设在采场的—侧或两侧。

图7—7为露天矿上部开拓系统示意图。

往排场图7—7 露天矿上部折返铁路开拓系统图凹陷露天煤矿的坑线布置形式主要取决于采场的大小与形状、工作线的推进方向和生产规模。

一般将坑线布置在底帮或顶帮上，但有时为了减少折返次数，也可将上部折返坑线改造成螺旋坑线。

图7—8为凹陷露天矿顶帮固定直进—折返坑线开拓系统。

图7—8 凹陷露天矿顶部帮固定直进—折返坑线开拓系统图2、线路数目及折返站根据露天矿的年运输量开拓沟道可设计单线或双线。

露天煤矿年运输量700万t 以上时，多采用双干线开拓。

其中一条为重车线，另一条为空车线。

年运量小于上述值时，则一般采用单干线开拓。

折返站设在出入沟与开采水平的连接处，供列车换向和会车之用。

图7—9为单干线开拓，工作水平为尽头式运输和环行运输的折返站。

环形运输折返站的附加剥岩量较大，但当台阶上有两台或两台以上挖掘机同时作业时，相互干扰较小。

采用双干线开拓时，折返站的布置形式分为燕尾式和套袖式，如图7—10所示。

干线面线面线图7—9 双干线开拓的折返站图 （a ）燕尾式；（b ）套袖式通工作通工作面线图7—10 双干线开拓的折返站图（a）燕尾式；（b）套袖式三、其它开拓1、平硐溜井开拓平硐溜井开拓是借助于开凿的平硐和溜井(溜槽)，建立露天煤矿工作台阶与地表的运输联系。

确定溜井位置时，应使溜井与采掘工作面间的平均运输距离短，溜井和平硐的掘进工程量小。

2、胶带运输开拓露天煤矿采用胶带运输机开拓具有生产能力大、升坡能力强、运输距离短、运输成本低等优点。

按露天煤矿各生产工艺环节是否连续，胶带运输机开拓分为连续开采工艺开拓和半连续开采工艺开拓。

连续开采工艺主要采用轮斗(链斗)挖掘机挖掘松散煤体，并将煤岩转载到胶带运输机上运出，其中煤炭直接运至煤仓，矸石运至废石场后经排土机排土。

半连续开采工艺又称间断—连续工艺，它指生产工艺环节中，一部分为连续工艺，另一部分为间断工艺。

3、斜坡提升开拓斜坡提升开拓是通过斜坡提升机道建立工作面与地面卸煤点和矸石场的运输联系。

但斜坡提升机不能直接到达工作面，需与汽车或铁路等配合使用才能构成完整的开拓运输系统。

常用的斜坡提升开拓方法有斜坡箕斗开拓和斜坡矿车开拓。

斜坡箕斗开拓是以箕斗为主体的开拓运输系统。

在采场内用汽车或其他运输设备将矿岩运至转载站装入箕斗，提升至地面煤仓卸载，再装入地面运输设备。

图7—11为抚顺西露天煤矿斜坡箕斗开拓示意图。

图7—11抚顺西露天矿箕斗及铁路干线布置图在凹陷露天矿中，箕斗道设在最终边帮上。

山坡露天矿的箕斗道设在采场境界外的端部。

斜坡矿车开拓用小于4m3的窄轨矿车运输，矿车在工作面装载后，由机车牵引至斜坡道的车场，矿车被单个或成串挂至提升机钢丝绳上，最后用提升机提升或下放至地面站。

第三节露天矿回采工艺一、露天开采境界及采剥比1、露天开采境界露天开采境界主要包括底部宽度、最终边坡和开采深度。

露天开采境界的大小决定了露天矿的可采储量和剥离岩量。

开采境界的位置和演化过程与露天矿开拓、采剥程序、生产能力以及基建工程量密切相关，并直接影响煤层开采的总体经济效果。

影响露天煤矿开采境界的因素很多，主要包括开采条件、经济效果和技术组织因素等。