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露天礦山分臺階開采與分層開采技術研究
【摘 要】世界煤炭資源的開采以露天開采方式為主，露天開采分為臺階式開采和分層開采兩種方式，本文詳細討論了兩種方法的相同點和不同點，并分析了每種方法的適用條件。 【關鍵詞】露天礦山；技術研究 世界煤炭生產是以露天開采方式為主的，而我國目前露天煤礦的產量占全國煤炭生產總量的比例僅5%左右[1]。這主要由于煤炭資源賦存的地質條件異常復雜，符合露天開采的煤炭資源數量較少。根據不完全統計，我國適合露天開采的煤炭資源比例約占總資源的7-10%之間，遠低于美國、俄羅斯、澳大利亞、印度60%～75%的水平，而其中70%為褐煤，主要分布在內蒙、新疆和云南。20世紀70年代改革開放以后，5大露天煤礦，即安太堡、黑岱溝、霍林河、伊敏河、元寶山露天礦的建設標志著我國露大煤礦建設進入一個新的階段。進入新世紀后，我國規劃的13座大型煤炭基地中，神東、晉北、蒙東（東北）、云貴、黃隴（華亭）、陜西等基地都將建設大型露天煤礦。其中，僅蒙東要建7個5000萬噸級大型煤炭基地，包括勝利一、二、二號、白音華、伊敏河、寶日希勒一號和二號等。另外還有神府、哈爾鳥素和原有五大露天煤礦的改建及二、三期擴建也在進行中。根據當前發展趨勢的初步預計，我國露天煤礦產量占全國煤炭生產總量的比例將由2000年的4%增加到2010年的10%左右，2020年將達到15%，可以說露天煤礦在我國的發展正處于迅猛增長期和前所未有的發展機遇期，前景可觀。 1.露天礦山分臺階開采技術 露天開采時，通常是把礦巖劃分成一定厚度的水平分層，自上而下逐層開采，并保持一定的超前關系，在開采過程中各工作水平在空間上構成了階梯狀，每個階梯就是一個臺階或稱為階段，這種開采方式叫做臺階式開采。臺階是露天采礦場的基本構成要素之一，是進行獨立剝離和采礦作業的單元體[2-3]。臺階構成要素如圖1所示。 1-臺階上部平盤；2-臺階下部平盤；3-臺階坡面；4-臺階坡頂線；5-臺階坡底線；a—臺階坡面角；h-臺階高度 圖1 臺階構成要素示意圖 臺階朝向采空區一側的傾斜面叫臺階坡面。它與水平面的夾角叫臺階坡面角（見圖1中的3和a）。 臺階上部平臺與坡面的交線叫坡頂線（見圖1中的4）。 臺階下部平臺與坡面的交線叫坡底線（見圖1中的5）。 臺階上部平臺與下部平臺間的垂線高度叫臺階高度（見圖1中的h）。開采時，將工作臺階劃分成若干個條帶逐條順序開采，每一個條帶叫做采掘帶。各臺階上部平盤和下部平盤是相對的，一個臺階的上部平盤同時又是其中一個臺階的下部平盤。臺階的命名，通常是用開采該臺階的下部平盤（即裝運設備站平盤）的標高表示，故常把臺階叫某水平。 特點： （1）自上而下分臺階順序開采，必須有上山公路的修筑，公路要開拓到運輸平臺，采裝設備在運輸臺階上進行鏟裝，適合上規模的露天礦山開采、采掘設備要求比較高，分多個工作面開采時，相互之間必須錯開一定的距離。 （2）實施中深孔爆破時，高度最多不得超過挖掘機舉高的1.5倍（根據巖層硬度系數定）。臺階高度與巖體穩定性和采掘設備能力密切相關。 （3）運輸平臺寬度，根據設備定，終了平臺一般為3m，清掃平臺一般為6m。 2.分層開采技術 分層式礦床開采是指將開采設計的每一個臺階都作為一個獨立分層，每個分層中都包含許多平面尺寸相同但高度可以不同的網塊，不同分層中網塊高度可根據工程、工藝需要變化，但網塊平面尺寸相同[4-5]。 將所有分層按對應的平面坐標系及高程次序順序地迭加在一起 ，就構成了該區域的礦床開采地質模型。這是一種一維可變、兩維固定的塊段礦床模型。分層式礦床開采地質模型建立的過程是：根據開采程序制定的臺階劃分原則形成各臺階的初始臺階界面；按選采和工藝要求調整臺階界面；根據各地質界面與各臺階上、下盤界面的空間位置關系確定各臺階、各網塊中分類礦巖含量；將各臺階模型按空間次序組合成礦床開采地質模型。 2.1臺階界面確定 臺階劃分主要取決于開采工藝、設備規格及礦床賦存條件。臺階的劃分應有利于發揮設備效率、提高礦石質量（滿足選采要求）及保證作業安全。一般地，露天開采的臺階有三種劃分方式：按水平分層劃分臺階；按傾斜分層劃分臺階；按混合分層劃分臺階（部分傾斜分層，部分水平分層）。 因每個臺階界面均由其下盤界面及上一臺階的下盤面（ 或地表面） 圍成，故確定臺階界面的關鍵是確定臺階下盤界面。 最后確定臺階下盤界面；按選采及工藝要求對初定的臺階界面進行調整。 2.2臺階中分類礦巖量的確定 根據各地質層面與各臺階界面的空間位置關系確定各臺階各網塊的分類礦巖含量。臺階界面與地質分層面有如下六種基本關系：臺階位于地質分層中；地質分層位于臺階中；臺階夾地質分層頂板；臺階夾地質分層底板；臺階在地質分層之下；臺階在地質分層之上。在該臺階范圍內逐網塊進行計算。對于每一地質分層，均考察其與本臺階界面的位置關系，若地質分層與本臺階有相交或包含（被包含）關 系，則進一步確定相交或包含高度。 據此確定出本臺階各網塊內的分類礦巖厚度、量。若獨立可采礦層頂、底板位于臺階中，還需扣除采掘貧化損失厚度。臺階中的每一網塊，都記錄其分類礦巖量。 特點： （1）自上而下分層順序開采，是在不分臺階開采的情況下，目前能夠保證開采安全的唯一可行的開采方式。由于該開采方式不分臺階，可以省去上山公路的修筑，節省大量的投資，適合小型露天采石場規模小、采掘設備簡單、贏利能力弱的特點。同時由于該開采方式設有分層鑿巖平臺，與在坡面上鑿巖相比，可保證鑿巖作業安全。 （2）實施中深孔爆破時，分層高度不得超過20米。分層高度與巖體穩定性和采掘設備能力密切相關，限制分層高度是基于開采安全和效率兩方面考慮。 （3）分層鑿巖平臺寬度不得小于4米。分層平臺寬度過窄，鑿巖作業場地面積不足，作業過程中易發生墜落事故。當然，分層平臺也不宜過寬，否則爆碴不能全部直接拋擲到裝巖平臺，需要在分層平臺轉運，這樣會增加生產成本，降低作業效率，也就失去了分層開采的意義。 3.結語 （1）露天礦臺階式開采自上而下分臺階順序進行，必須有上山公路的修筑，公路要開拓到運輸平臺，采裝設備在運輸臺階上進行鏟裝，適合規模比較大的露天礦山開采、采掘設備要求比較高，分多個工作面開采時，相互之間必須錯開一定的距離。 （2）露天礦分層開采自上而下分層順序開采，是在不分臺階開采的情況下，目前能夠保證開采安全的唯一可行的開采方式。由于該開采方式不分臺階，可以省去上山公路的修筑，節省大量的投資，適合小型露天采石場規模小、采掘設備簡單、贏利能力弱的特點。同時由于該開采方式設有分層鑿巖平臺，與在坡面上鑿巖相比，可保證鑿巖作業安全。 【參考文獻】 [1]國家能源局發展規劃司.科學發展的2030年國家能源戰略研究報告（征求意見稿）[M].2009. [2]才慶祥，洪宇.露天煤礦高效開采新技術[M].中國礦業大學出版社，2008. [3]駱中洲.露天采礦學（上冊）[M].中國礦業學院出版社，1986. [4]牛成俊.現代露天開采理論與實踐[M].北京：科學出版社，1990. [5]楊榮新.露天采礦學（下冊）[M].北京：煤炭工業出版社，1986.
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