棒磨山铁矿-露天矿开采工艺

岩石容重（t/m3） 排渣风速（m/s） < 3.2 25~30 >3.2 40~45 有裂隙的岩石 50
（四）牙轮钻机的生产能力 即台班生产能力和台年综合生产能力 1、牙轮钻机的台班生产能力 即每台牙轮钻机每一班工时内钻进的米数。 Vb = 0.6 v Tbη Vb — 牙轮钻机台班生产能力，米/台班 v — 牙轮钻机的钻进速度， cm/min, Tb — 班工作时间，h, η — 班工作时间利用系数，0.4~0.5 经验公式， v=3.75Pn/(9800Df)=3.75×400000×150/(9.8×1000×25×12) = 76cm/min=0.76m/min=45.6m/hr P——轴压，N, n——钻速，m/min, D——直径，cm； f——普氏系数
（一）爆破作用指数n 爆破作用指数n 是工程爆破中经常应用 的一个重要 参数， 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。
R N=R/W W
对弱松动爆破，爆破作用指数n小于0.75。 对强松动 爆破，爆破作用指数n为0.75~1之间。
对于抛掷爆破，爆破作用指数参考表18-7中的 经验值。
4、装药量与装药结构 台阶爆破时，每一炮孔的装药量大小与岩石的坚固性、 岩体中节理及裂隙的发育状态、爆破条件、自由面状 态、爆破作用指数、炮孔所负担崩落的矿岩量有关。 （1）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。 炸药单耗低，爆破成本，但大块率增加，使后续作业 成本增加。 （2）装药量Q。 Q= q ×WP × a × H
8~14 12~15 12~18
35877 26057 30738
31705 27172 24012
35220 29352 23160
（五）牙轮钻机的需求数量 钻机数量取决于矿山的设计年采剥总量、钻机的设计 年综合生产能力与每米炮孔的爆破量。 Q N L q (1 e) N —— 所需要的钻机数量，台， Q —— 矿山设计年采剥总量，t/a, L —— 每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a, q —— 每米炮孔的爆破量，t/m, （D=250mm,q=90~130t/m) e —— 废孔率，% 。
三、潜孔钻机 潜孔钻机适用于中小型矿山。该种型号的钻机的工作 原理是冲击回转式风动凿岩。
第二节 爆破作业blasting
爆破是露天矿开采的第二个工艺环节，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 后续采装作业提供工作条件。 爆破成本约占15~20%， 对爆破工作的要求：requirements for the blasting （1）适当的爆破储备量，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应能满足挖掘机5~10昼夜的 采装量。 （2）有合理的矿岩块度，以提高后续工序的作业效率， 是开采总成本最低。
露天矿开采工艺
露天开采四个工艺
穿孔
爆破
铲装与运输
排岩
第一节 穿孔作业 一、穿孔方法与穿孔设备 穿孔方法：热力破碎穿孔和机械破碎穿孔两种方法。 穿孔设备：火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻、 凿岩台车。 目前主要应用设备：牙轮钻、潜孔钻、凿岩台车。
二、牙轮钻机 目前，80%的露天金属矿山使用牙轮 钻机穿孔。 牙轮钻机的优点：穿孔作业效率高、 作业成本低、机械化程度高、适用于 各种硬度的矿岩中穿孔。 （一）牙轮钻机的工作原理 牙轮钻机如图18-1所示，它是通过钻 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使与钻头接 触的岩石粉碎破坏。同时通过钻杆与 钻头中的风孔向孔底注入压缩空气， 利用压缩空气将空地岩粉吹出孔外， 从而形成炮孔。
19.9 23.8 27.8 31.8 35.7 39.7
钻压超过岩石的抗压强度，岩石被 压碎，此时，钻孔速度快，钻头寿 命长。
2、钻速与钻具的转速： 如图18-5。在不同的轴压下钻 头钻进速度V与钻具转速n的关系。 由图可见，转速达到一定值后，钻进速度不增反而减小。 原因：转速快，齿轮与孔底岩石的作用时间短（小于0.03 秒）未能充分发挥齿对岩石的破坏作用，且加速了钻杆的 震动和钻头磨损。 根据经验，得出表18-3的最佳转速。
浅孔爆破：在小型矿山的台阶爆破和大型矿山的辅助 性爆破，如开出入沟、修路、处理根底及不合格大块 等，其直径在50mm左右。 药壶爆破：可以克服较大的底盘抵抗线，减少钻孔工 作量，通常在工作困难的条件下使用
外敷爆破：不钻孔进行的大块二次爆破或根底处理。 深孔爆破：露天矿台阶正常采掘爆破常用的方法。 该方法分为 (1)齐发爆破、 (2)毫秒迟发爆破， (3)微差爆破。 根据台阶前是否有渣堆，台阶采掘爆破又可以分为 (1)清渣爆破 (2)压渣爆破。
单侧双排作用药包
双层单排作用药包
W
单层单排双 侧作用药包
单层多排双 侧作用药包
单层双排双 侧作用药包
单层单排双侧不 单层双排双侧作 对称作用药包 用不等量药包
多重作用的 复合药包
（三）药包的间距 spacing 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，在其他条件一定时，岩石越软，药包之间 的距离应越大，反之，岩石越硬，药包之间的距离应 越小。 松动爆破： 抛掷爆破： S = (0.8~1.2)×W S = 0.5(1+n)×W~n×W
钻机类型 轻型钻机 岩石硬度系数 F<8 80~120 转速 r/min 中型钻机 F=10~14 60~100 重型钻机 F=15~20 50~80
3、排渣风速与风量： 经验表明：排渣风量不足时，岩 渣在孔底被反复破碎，将显著地降低钻进速度和钻头寿 命； 另一方面，排渣风量过大，从孔底吹出的岩渣对钻 头和钻杆的磨损作用也将显著增大。drilling视频
（二）台阶正常采掘爆破参数及爆破设计 露天台阶爆破通常采用多排孔齐发爆破或多排孔间隔 起爆方式。具体设计参数： 1、炮孔底盘抵抗线
a c D
b
L1 H
α
WP a —— 孔距 b —— 排距
LB h
炮孔底盘抵抗线：炮孔中心至台阶坡底线的最小距离 （WP)。根据经验有： WP = (25~45) D D ——炮孔直径； 边沿距：第一排炮孔的孔位距台阶边沿之间的距离C， 因此，底盘抵抗线Wp应满足约束条件： WP ≥ H(ctg α – ctg β )+C D c C —— 边沿距； H —— 台阶高度； α —— 台阶坡面角； β ——炮孔倾角； L1 压碴爆破时, 适当减小底盘抵抗线。 减小值 Wn = 0.4 d/k LB d——压渣厚度，m; α k——松散系数(1.3~1.5） WP
1、钻压：根据实践经验总结出不同矿岩硬度系数选取不 同的钻压，如表18-2。(10~40t)
f
8
直径 190mm 直径 250mm 直径310mm
10 12.3 15.9
10 12 14 16 18 20
12.2 14.6 17.6 19.5 22 24.3
tooth
15.5 19.0 21.6 24.9 28.0 31.2
排渣风量Q:
Q
(D2 d 2 )
4
VH
D —钻孔直径；m d —钻杆直径；m VH — 回风速度； m/min Q—排渣风量，m3/min。 为了便于排渣，(D-d) 应大于20mm。 目前，国内外度趋向于加大排渣风量，借以提高钻头 的使用寿命和钻孔速度。 当炮孔直径为310mm时 ，钻杆直径为270mm,要求的排 渣风速为20m/s，排渣风量为4m3/s。
（二）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。如图18-2 钻杆长度一般为9.2 或9.9m。 稳杆器可减小钻杆摆动，防止钻孔偏斜。 钻头是直接破碎岩石的工作部件。如图18-3和18-4所 示。 （三）牙轮钻机的工作参数 牙轮钻机的主要工作参数：钻压、钻具转速、排渣风 量与风压 。合理使用这些参数可以提高凿岩效率延长 钻头寿命。
加强松动爆破：S = (1~1.34) ×n×W
（四）装药量计算 calculation of charging 装药量计算根据标准炸药单耗、爆破作用指数和最小 抵抗线进行计算。 二、生产台阶正常爆破 production blasting 生产台阶正常采掘爆破是在每一个生产台阶分区依次 进行的爆破。 （一）生产台阶正常采掘爆破方法 方法： (1)浅孔爆破、 (2)深孔爆破、 (3)药壶爆破 (2)外敷爆破。
（六）提高牙轮钻机的穿孔效率 一方面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，在牙轮钻机作业过程中，合理配置好各种 参数，协调生产组织管理，提高钻机的工作时间利用 系数。 目前，两种工作制度： （1）高轴压（30~60t），低转速(150r/min) （2）低轴压（10~20t），高转速(300r/min) 应该从中寻找到合理的轴压和转速。 根据经验, HY-250c 型和KY-310型钻机的轴压分别 为32t 和45t ,转速分别为100r/min 以内比较合适。
2、钻机的台年综合生产能力（23000~33000m/a） 由于管理和钻机本身故障引起的停机原因， 牙轮钻机的年综合生产能力，如表18-4。
矿岩穿孔单台平均综合效率（m/年） 矿山 矿岩硬度系 1994年 数f 8~18 31780 1995年 28688 1996年 34320
南芬露天矿
水厂铁矿 歪头山铁矿 齐大山铁矿
47.5 50 55 60 64 68 72 76 抛掷率% 爆破作用指数n 0.75 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
（二）最小抵抗线W (burden) 如图18-7所示。 由药包中心指向其相邻地表的有向最 短的线段的长度即为该药包的最小抵抗线。 硐室爆破药包布置图
W
W
单侧单排作用药包
Q —— 炮孔装药量，公斤， q—— 单位炸药消耗量，公斤/立方米(0.45~1) WP —— 台阶底盘抵抗线，米 a —— 孔间距，米， H——台阶高度， 米。 采用多排孔爆破时，后排孔应加大炮孔装药量。 前排孔： Q= q ×WP × a × H 后排孔： Q= q ×b × a × H ×t 其中： b—— 炮孔排距， t—— 后排孔的装药增加系数， 设计后，应用单孔最大装药量验算。 G=g ×(L – L1 ) G—— 每孔最大装药量kg,
（2）抛掷爆破。 特点：岩体经爆破破碎后发生较大的位移。并且在装药 硐室处形成爆破漏斗。 根据抛掷程度有：抛扬爆破、抛塌爆破； 根据抛掷方向有：定向爆破。 大爆破设计原则及要求： （1）经济合理性原则。 （2）爆破设计要求。尽量为后续工作创造良好条件 （3）爆破质量要求。爆堆形态及分布符合要求，大块率低。 （4）爆破安全要求。
H
h
2、布孔方式与布孔参数 两种布孔方式： （1）排间之列布孔（也叫方形布孔）： 如图18-9a。 （2）排间错列布孔（三角形布孔）： 18-9b。 布孔参数：排间距、孔间距、炮孔邻近系数m. （1）孔间距。简称孔距。同排两相邻炮孔中心的距离。
Q a HWP q
Q —— 炮孔装药量kg； WP —— 炮孔底盘抵抗线m， (前排孔底盘抵抗线,后排孔为排距) q——炸药单耗，kg/m3。 （2）排间距 简称排距。平行于台阶坡顶线方向上两排炮孔之间的 距离。 b = (0.8~0.9) WP (3) 炮孔邻近系数 m 也叫炮孔密集Hale Waihona Puke Baidu数，即孔间距与排距之间的比值。 前排孔： m a 1 WP
a 后排孔： m2 b
每一个炮孔负担面积为a * b 目前，矿山广泛在用大孔距，小抵抗线的布孔方式。以 改善爆破质量。m= 3~8。 3、炮孔规格与超深。subdrill 目前，炮孔直径有：80，100，150，170，200，250， 310 mm等。现代采矿广泛采用大孔径爆破，大型装载设 备与破碎设备，节省成本。 炮孔超深h：炮孔超过台阶底盘的垂直深度， 作用是降 低装药中心的高度，克服台阶底盘的阻力。以避免出现 根底。 h= (0.15~0.35)WP
（3）爆堆堆积形态好，前冲量小；无上翻，无根底； （4）无爆破危害。 在矿山生产期间，爆破作业主要有三种：
一、基建剥离爆破infrastructure striping blasting 露天矿基建期，为了剥离矿体上覆岩石，平整作业场地、 开挖公路或铁路通常进行的大爆破，既基建剥离爆破。 基建剥离爆破方式： (1)破碎松动爆破 特点：爆破后岩体大部分破碎在原地形成爆堆，少部 分岩体产生位移。