CN102278115A - 一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法 - Google Patents
一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法，该开采方法针对不规则条带状贫薄浅埋矿层，采用沿矿层走向布置采坑，沿走向方向按顺序分区段露天台阶爆破剥离和开采，采用台阶式布置钻爆和运输，钻孔、爆破、运输作业生产效率高、作业过程比其他开采方法更安全，开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区，节约土地资源，保护了自然环境，节省运输费用，降低综合开采成本，降低能耗，减少废石排放。本发明解决了传统露天采矿工程中存在的开采规划落后、生产效率低、生产不安全、排土场占用宝贵土地、排土场污染环境、运输能耗高、开采成本高以及采矿引起的生活环境和生态环境污染等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及矿产开采技术，属于采矿工程技术领域。
技术背景
多数矿产(煤矿、非煤矿)的开采工艺，必须首先剥离矿体上覆的表土与岩石、暴露出矿体、再实施矿石的开采。因而，矿体上覆岩石与表土(在此统称为废石)的剥离与排弃工作是矿床露天开采中必不可少的生产环节。为了保证矿床安全、持续地开采、通常废石的剥离量要比矿石的采掘量大几倍，而剥离下的废石又须运到指定场地(通常称为废石场或排土场)进行堆放。因而，废石的排弃工作量与废石场的占地都是相当大的。据统计，我国金属露天矿山废石场的平均占地面积约为矿山总占地面积的39％-55％，排岩工作人员约占全矿总人数的10％-15％，排岩成本约占剥离单位成本的6％，因此如何提高排岩工作的劳动生产率、科学规划和管理排土场地，不仅关系到矿山的生产能力和经济效益，而且对社会环境和生态平衡也有着十分重要的意义。
目前，露天矿废石排放与废石场治理方面的发展趋势主要表现在三个方面：
(1)采用高效率的废石排放工艺与排放设备，提高生产强度；
(2)提高堆置高度，增加废石场单位面积的排放容量，提高废石场的利用率，减少废石场的占地面积；
(3)适时进行废石场的复垦，减少废石场对生态环境的污染。
基于以上技术背景，开发矿层高效安全环保开采方法，是大势所趋，是采矿工程事业和社会发展的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法，以解决传统露天采矿工程生产中存在的开采规划落后、生产效率低、生产不安全、排土场占用宝贵土地、排土场污染环境、运输能耗高、开采成本高的等技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法，采用露天开采方式，具体步骤如下：
1)、针对不规则条带状贫薄浅埋矿层，采用沿矿层走向布置露天采坑、沿走向方向按顺序分区作业；
2)、采用台阶式布置开采作业平台，布置运输道路、矿区道路及临时排水设施；
3)、采用露天台阶深孔爆破剥离和开采方式，具体采用崩塌爆破方法进行破岩，采用缓冲爆破技术进行边坡开挖，在作业平台用铲装设备进行装车，用自卸车将废石运至排土场，将矿石运出矿场进行处置；开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区。
所述开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区，其实施步骤如下：第一步，将矿场沿走向依次分为n个开采分区；第二步，将第一开采分区进行台阶式剥离和开采，废石运至开采区域外的合适地点进行临时堆放，合格矿石运出矿场进行处置；第三步，将第二开采分区进行台阶式剥离和开采，第一开采分区的采空区作为排土场，合格矿石运出矿场进行处置；依次类推，将所有开采分区的矿产开采干净，运出矿场进行处置，废石依次倒入采空区；在所有矿石开采运输完毕之后，将运至开采区域外堆放的废石回填至采空区，进行碾压夯实处理及复绿工程。
本发明具有如下优点：
(1)采用采坑沿矿层走向布置，沿走向方向按顺序分区段露天剥离和开采，开采次序有条不紊，便于生产调度和管理。
(2)采坑沿矿层走向布置，减少剥离工程量，提高开采经济效益。
(3)采用台阶式布置采坑，保证了施工过程的安全，消除了传统负挖开采中的竖直面深采坑开采的塌方隐患。
(4)采用崩塌爆破方法进行岩石剥离和矿石开采，充分利用炸药能量，降低劳动强度，提高了生产效率。
(5)采用台阶式布置采场工作面，合理布置采场运输道路，开采作业、铲装作业、运输作业工序有条不紊，生产有序、高效、安全。由于安全生产，避免了安全事故的发生，其经济效益和社会效益是无法估量的。
(6)采坑采用台阶式布置，便于道路维护、排水排洪。
(7)开采剥离的废石全部回填至先开采区段的采空区，缩短运距，减少废气、废石排放，降低能耗，节省运输费用，降低综合开采成本。综合开采成本降低30％以上。据统计，全国露天矿年产量约8亿m3，年开采成本约300亿元，采用本专利技术，全国露天矿每年节省综合开采成本约90亿元。
(8)开采剥离的废石全部回填至先开采区段的采空区，有效利用采空区作为排放场地，变废为宝，节约土地资源，对国土资源的利用和开发具有重大意义。根据政府规划需要，可以将场地复绿创造绿地，美化环境，发展旅游事业；或进行碾压夯实等措施处理后创造建设用土地。这创造了绿色环保的生活环境，解决了土地资源匮乏的局面。假设我国的露天矿产埋深均从±0至-200m水平，全国露天矿年剥离工程量约8亿m3，每年开采的露天矿山占地面积约400万m2，据不完全统计，露天矿山废石场的平均占地面积约为矿山总占地面积的47％，计算得出：本专利技术的应用推广，每年可为国家节约土地资源约188万m2，按2011年土地成交平均价格约为2178元/m2计，每年节约土地资源价格约为40.95亿元，其经济效益是显著的，所产生的社会效益更是无法估量的。
附图说明
图1-1是本发明所述的矿层分布情况示意图；
图1-2是图1的沿A-A方向的剖面图；
图1-3是图1的沿B-B方向的剖面图；
图2是本发明所述的采场分区示意图；
图3是本发明的施工流程图；
图4是本发明所述的分区开采及排土场布置示意图；
图5-1是本发明爆破开拓工作平台钻孔布置示意图；
图5-2是本发明清除废石形成工作平台示意图；
图5-3是本发明铲装作业示意图；
图5-4是本发明铲装作业平面示意图；
图5-5是本发明的分台阶工作面钻孔、铲装施工示意图。
具体实施方式
本发明采用露天开采方式，具体步骤如下：
1)针对不规则条带状贫薄浅埋矿层，采用沿矿层走向布置露天采坑、沿走向方向按顺序分区作业，参见图1-1、图1-2、图1-3和图2；
2)采用台阶式布置开采作业平台，布置运输道路、矿区道路及临时排水设施；
3)采用露天台阶深孔爆破剥离和开采方式，具体采用崩塌爆破方法进行破岩，采用缓冲爆破技术进行边坡开挖，在作业平台用铲装设备进行装车，用自卸车将废石运至排土场，将矿石运出矿场进行处置；开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区。
所述开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区，其实施步骤如下：第一步，将矿场沿走向依次分为n个开采分区；第二步，将第一开采分区进行台阶式剥离和开采，废石运至开采区域外的合适地点进行临时堆放，合格矿石运出矿场进行处置；第三步，将第二开采分区进行台阶式剥离和开采，第一开采分区的采空区作为排土场，合格矿石运出矿场进行处置；依次类推，将所有开采分区的矿产开采干净，运出矿场进行处置，废石依次倒入采空区；在所有矿石开采运输完毕之后，将运至开采区域外堆放的废石回填至采空区，进行碾压夯实处理及复绿工程。
基于上述开采方式，具体的施工实施步骤详述如下：
1施工道路工程
施工道路是保障施工正常进行的前提，需对施工道路进行总体布置规划。
施工道路分为主干道、临时道路。主干道指选厂、废石场到采区各级平台的施工道路。临时道路指从主干道分支通往矿区各级施工平台的施工道路。
为满足矿岩运输要求，主干道、临时道路均采用双车道，部分分支道路采用单车道，道路路面均采用碎石路面。主干道等级为二级，路旁修筑安全挡墙，两边设路边排水沟。临时道路等级为三级。弯道处设超高加宽段，保证行车安全。开挖区根据现场地形设临时排水沟。
道路施工可投入反铲挖掘机、推土机、装载机、自卸汽车等施工机械分段修筑。
2边坡工程
为了保证采场边坡安全，根据初步设计，结合矿区开采过程中取得的经验，边坡开挖采用缓冲爆破技术以满足边坡稳定要求，节约工程费用。永久道路，应采用预裂爆破施工。
为了保证边坡施工过程中人员和设备安全，需在边坡顶部位置设临时防护栏杆。防护栏杆应由上、下两道横杆及栏杆组成，采用Φ48的钢管或者蓝竹，上杆离地高度为1.0～1.2m，下杆离地高度为0.5～0.6m。栏杆到边坡的距离为2m，竖杆应打入地面0.5～0.7m。栏杆刷20cm长红、白相间警示标志。
施工过程中定期对采场边坡和安全台阶上的浮石进行清理，要加强边坡巡查监测，发现隐患及时采取措施进行处理。
3矿山防排水
假定矿区地表基本平坦，雨季可能汇水进入矿坑，需要挖截洪沟或修防护堤防止场外水流入矿坑。截洪沟深度、宽度均不小于1m，防护堤的高度不低于1m、堤底宽度不小于1.5m。
为减少排水费用，需在各开采水平设集水坑，汇流本水平涌水。采用露天坑底泵和移动排水泵站相结合的排水方案，采用接力排水方式将下部水及各开采水平集水坑的水排至采场外。在接近采坑底板水平设永久集水坑，并设置固定排水泵站。排水管线尽量布置在不影响施工的位置。
4矿山剥离和开采施工
4.1施工工艺
施工工艺流程参见图3。
4.2施工方法
(1)施工测量放线
在矿区总体施工测量方案的指导下，根据现场总体控制网分平台测量放线，确定边坡位置，做好控制边线及控制桩。在施工过程中，随时检查边坡的坡度和标高，及时为施工提供准确的参数。
(2)清除地表植被及杂物
按照测量确定边线位置和范围，根据现场实际情况，可采用人工清除地表植被及杂物，将其运出工作面，在指定位置堆放处理。
(3)表土开挖
根据每个区域的实际地形，结合采场总体布置，确定临时施工道路，使其能够发挥作用，而且不影响整体开采运输工作。
采用反铲挖掘机和推土机修筑临时施工道路，满足运输车辆通行。反铲挖掘机将山体表土直接开挖、装车，由自卸汽车运至废石场堆弃。对于个别地形复杂的区域车辆行驶困难，为确保安全，施工时可采用反铲挖掘机、推土机配合施工。首先使用反铲挖掘机将剥离的土石方堆弃，再由推土机推送至可装运的作业面，最后用自卸汽车运至排土场。
(4)钻孔爆破
表土清除后，暴露岩层不能直接开挖时，采用崩塌爆破方法进行剥离。
(5)装运
装运施工应配合爆破施工，及时将工作面清理干净，确保剥离施工一次完成。装运作业机组根据作业安全范围的要求，在保证作业机组安全施工距离的前提下，合理安排装运作业机组。
4.3爆破作业及矿石、废石的挖运
4.3.1矿岩穿爆
露天矿爆破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。为满足强化开采要求，可选用大功率潜孔钻机，钻头直径Φ100-140mm。
边坡开挖采用缓冲爆破技术以满足边坡稳定要求，永久道路开挖采用预裂爆破施工。
剥离及开采作业采用崩塌爆破技术，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。参见图5.1。
4.3.2矿石、废石挖运
根据工作平台面积大小，宜采用1.6m3挖掘机配备25吨自卸汽车，配置合理的装运作业机组，负责矿石的装运以及废石的排弃。每个工作平台安排多个装运作业机组同时施工。参见图5-2、图5-3、图5-4和图5-5。
(1)每个工作面爆破后，反铲挖掘机在操作平台上作业，自卸汽车在其后或侧面装车。
(2)矿石或废石装载完成，自卸汽车在得到准确信号后，方可起动，驶离作业区，，沿指定运输线路运至选矿厂或排土场。
4.3.3矿石挑选
矿石及废石粒径的控制首先应从爆破技术解决根本问题，然后用机械选矿的办法剔除混在矿石中的废石。块度超标的矿石，宜使用解炮和液压破碎机进行大块矿石二次破碎，保证矿石质量符合要求。
(1)作业面爆破后，首先采用推土机或装载机清理工作面，将散布的爆破碎石收集成堆，满足施工机械作业进出的需要。
(2)作业面爆破后，根据爆堆的范围，在满足安全作业距离的条件下，确定每一个工作面的挖装作业机组数量，合理组织生产施工。两台斗容1.6m3挖掘机组一般作业宽度不应小于30m。
(3)使用推土机或反铲挖掘机利用爆碴修筑操作平台，其高度为1.0～1.5m，平台应保证施工机械作业平稳，不发生倾斜或倾倒。反铲挖掘机站立在该平台上作业，它先将爆堆中的超大块石清理出来以备二次破碎，然后直接进行废石和矿石分别装运，分别运至排土场排放和选矿厂处置。
(4)采用解炮处理超大块岩石和块度较大的矿石，块度较小的矿石采用液压破碎机破碎至选矿要求的最大粒径以下，然后装车运至废石场和选矿厂堆放。液压破碎机和挖机保持安全距离。
4.4难采矿体的开采
对于矿体规模小、数量多、厚度薄、产状复杂，大部分矿体倾角小于30°，厚度小于台阶高度10m的，属于难采矿体，因此，为了降低矿石的损失、贫化率，提高矿石回收率，开采过程中须根据矿体厚度和产状，采取有效措施进行控制，严格实行分采、分装、分运，最大限度地剔除夹层，回收矿石，使损失、贫化率达到设计指标。
5排土场规划及废石排放
5.1排土场的环保规划
按照矿山初步设计规划和现场实际情况，矿山所剥离的岩石、表土按节约土地、保护环境的原则进行排土场规划和排放，参见图4：
(1)将矿场沿走向依次分为n个开采分区，分别为A1、A2……、An-1、An分区，n≥2；
(2)将开采分区A1进行台阶式剥离和开采，废石运至开采区域外的合适地点进行临时堆放，合格矿石运出矿场进行处置，直至开采分区A1的矿石开采完毕；
(3)将第二开采分区A2进行台阶式剥离和开采，第一开采分区的采空区作为排土场，合格矿石运出矿场进行处置，直至开采分区A2的矿石开采完毕；
(4)依次类推，将A3、……An-1、An所有开采分区的矿石开采干净，运出矿场进行处置，废石依次倒入A1、A2、……An-1采空区；
(5)整个矿区的矿石开采运输完毕之后，将开采分区A1开采过程运至开采区域外堆放的废石回填至采空区，进行场平处理。
5.2废石排放
采场废石沿场内道路运出之后沿采场运至排土场的永久路运至排土场，排土场内修筑临时道路。
排土场宜采用推土机配合25t自卸车完成排土作业，自卸汽车将废石倒在台阶边缘，再由推土机将废石推下台阶。
排土场采用分台阶，分区域间歇排放，台阶高度5～12m；为保证排土场安全，排土场台阶应呈反坡面，反坡角为3～5％，在台阶边缘留安全挡墙，挡墙高度为3/5轮胎高，横断面底边长1.3倍轮胎直径，顶边长2/5轮胎直径。
为满足排土场安全，同时考虑将来露天采场复垦，土方宜集中单独堆放，可将表土集中堆放在排土场顶部以及排土场各台阶。表土堆放时必须压实，台阶高度5～10m，各台阶设排水沟，防止雨水渗入，造成滑坡塌方等。
6工艺设备选型
(1)穿爆设备
穿爆设备可采用露天潜孔钻或液压钻、手持风动凿岩机、3～6m3空压机、炸药混装车。
(2)挖运设备选型
根据具体工程特点及结合工程实践经验，运输汽车可选用15～25吨自卸汽车，配备1.2～1.6m3挖掘机较为合理。这样不仅现场调动灵活方便，而且又能适应不同施工区的挖运作业，可以满足施工强度的要求。
(3)挖运设备的合理匹配
合理的机械设备匹配，能够充分发挥机械设备工作效率。1.6m3挖掘机配25吨自卸汽车。
(4)挖运及辅助设备的用途及数量的确定
①挖掘机
综合考虑施工现场条件、表土、风化层剥离和废石铲装、矿石挑选和铲装等工作内容以及机械设备的完好率和备用因素，确定采用反铲挖掘机的台数。
②运输汽车
综合考虑施工现场条件以及机械设备的完好和备用因素，确定采用15～25吨自卸车的台数。
③辅助设备
辅助设备有推土机、装载机、压路机、洒水车、液压破碎机、油罐车。
根据矿山开采计划及具体条件、产能匹配的原则，对以上各种生产设备及辅助设备，进行规格及数量的选择。
Claims (2)
1.一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法，采用露天开采方式，具体步骤如下：
1)、针对不规则条带状贫薄浅埋矿层，采用沿矿层走向布置露天采坑、沿走向方向按顺序分区作业；
2)、采用台阶式布置开采作业平台，布置运输道路、矿区道路及临时排水设施；
3)、采用露天台阶深孔爆破剥离和开采方式，具体采用崩塌爆破方法进行破岩，采用缓冲爆破技术进行边坡开挖，在作业平台用铲装设备进行装车，用自卸车将废石运至排土场，将矿石运出矿场进行处置；开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区。
2.权利要求书1所述的一种不规则条带状分布贫薄浅埋矿层的高效安全环保开采方法，开采剥离的废石回填至先开采区段的采空区，具体实施步骤如下：第一步，将矿场沿走向依次分为n个开采分区；第二步，将第一开采分区进行台阶式剥离和开采，废石运至开采区域外的合适地点进行临时堆放，合格矿石运出矿场进行处置；第三步，将第二开采分区进行台阶式剥离和开采，第一开采分区的采空区作为排土场，合格矿石运出矿场进行处置；依次类推，将所有开采分区的矿产开采干净，运出矿场进行处置，废石依次倒入采空区；在所有矿石开采运输完毕之后，将运至开采区域外堆放的废石回填至采空区，进行碾压夯实处理及复绿工程。
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| 程春花: "金属露天矿山安全标准化文件共享系统的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑 》 * |
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