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第三十三章开采程序及开拓运输系统
第一节开采程序
露天矿开采程序系指完成露天矿采场内岩石剥离和矿石采出的程序,或称剥采程序,即采剥工程在时间和空间上发展变化方式及其相互关系。诸如采剥工程台阶划分,采剥工程初始位置确定,采剥工程水平推进、垂直延深方式,工作帮构成等。
一、采剥工程台阶划分及台阶开采程序
在露天开采过程中,为了适应工艺设备的作业要求,提高开采强度,将开采境界内的矿石、土岩划分成具有一定高度的台阶进行开采,各台阶的矿山工程包括掘沟、扩邦工程,通过台阶的掘沟实现矿山工程的延深,并建立运输联系和形成台阶工作线,然后以一定的采宽进行扩邦推进,完成台阶的全部矿山工程。掘沟和扩邦是露天矿山工程发展的主要方式。
台阶式开采是露天开采的主要特征,台阶的划分应利于发挥设备效率,提高矿石质量和保证作业安全。对勺斗斗容3~4m3的单斗挖掘机,台阶高度一般为10~15m;大规格的挖掘机,台阶高度可达20~25m;大型倒堆挖掘机,台阶高度可在30m以上;轮斗挖掘机,组合台阶高度可达40~50m。
台阶可按水平面和倾斜面划分,分别称水平分层和倾斜分层。水平分层有利于采掘、运输设备作业,多采用此方式;在某些缓倾斜层状矿床条件下,为了便于选采,减少顶底板岩石的混入和矿石损失,提高矿石质量,可采用倾斜分层开采(图33-1)。
图33-1
图33-1
为了发挥设备效率,划归同一台阶的矿岩应力求一致。例如,不应把表土、不需爆破的软岩与需要爆破的硬岩划归同一台阶,同时尽量使矿岩分家,便于选采。
台阶的开采程序一般为:开掘倾斜的出入沟,开掘开段沟,进行扩帮,如图33-2。
首先开掘自地表±0标高到第一台阶下部平盘的出入沟AB(图33-2a);
沿台阶全长开掘开段沟BC(图33-2b);
在开段沟旁建立采掘工作面,在工作面推进过程中,逐条开采采掘带,每采一个采掘带,使工作线推出一个采宽。在上部台阶工作线推出一定宽度后,下部台阶才能开掘出入沟和开端沟(图33-2c、d),然后下台阶工作线则相应地继续推进。
出入沟—开段沟—扩帮,这是露天矿剥采工程发展的一般程序,亦是台阶的一般开采程序。相邻台阶的工作线发展在空间上则存在一定的制约关系。
图33-2
二、工作帮及其推进
(一)开段沟初始位置确定
第一个台阶的开段沟位置为初始拉沟位置,一般选在覆盖物薄、矿体厚度大、工程地质水文地质条件简单的矿体露头处,可设在矿体底板,也可设在矿体顶板。沟道可以平行矿体走向,也可以平行矿体倾向,如图33-3中的(a)和(b)。沟道亦可呈圈形布置,如图33-3中的(c)和(d)。
图33-3
(二)工作帮构成
露天矿通常以多个剥离台阶和采矿台阶进行开采,工作帮由一些开采台阶的坡面和平盘构成。工作帮形态决定于组成工作帮的各台阶之间的相互位置,亦即决定于台阶高度、平盘宽度等开采参数,通常可用工作帮坡角的大小来表示。工作帮坡角为通过工作帮最上和最下一个台阶坡底线的平面与水平面的夹角,如图(图33-4),工作帮坡角可计算如下:

式中—工作帮坡角,(°);
,,,——各台阶高度,m;
,,,——各台阶工作平盘宽度,m;
,,,——各台阶坡面角,(°) 。
图33-4
(三)工作帮推进
工作帮为工作台阶的总体,其推进与台阶开采程序密切相关。工作帮的推进方式,体现了各工作台阶的推进和台阶之间相互配合相互制约的关系。
1、工作帮推进的动态变化和约束条件
工作帮正常推进时工作平盘宽度B不得小于最小工作平盘宽度Bmin,工作帮坡角ф不得大于最大工作帮坡角фmax。因此,工作帮正常推进的必要条件为:
B≥Bmin 或ф≤фmax
工作帮可以平行推进或扇形推进,工作帮平行推进时,通常各台阶的工作线接近于平行,推进方向亦接近一致,使得工作帮上各台阶相互协调推进。
工作帮扇形推进时,各台阶工作线通常围绕一个回转中枢旋转,工作线呈放射状(图33-5),工作平盘宽度由小到大不等。但是最窄处仍不小于最小工作平盘宽度。
图33-5
2、工作帮推进方向
工作帮的推进方向与矿山工程的起始位置有关,亦即与各台阶的开段沟位置有关。
工作帮扇形推进时,推进方向是变化的。通常回绕某一回转中枢旋转,逆时针或顺时针推进,如图33-5。
工作帮平行推进时,则有一定的推进方向,可能的推进方向如下:
⑴工作线沿走向布置,工作帮向一侧推进
①工作帮向顶帮推进。图33-6表示在底帮拉沟,向顶帮推进的情况。
图33-6
②工作帮向底帮推进。图33-6-(d)为顶帮拉沟,工作帮有顶帮向底帮推进的情况。
⑵工作线沿走向布置,在露天矿中间拉沟向两侧推进
①沿矿体顶板拉沟,向两侧推进,如图33-7。
如图33-7
②急倾斜矿体,沿底板拉沟,工作帮往两