露天煤矿的开采条件

露天煤矿，原理是把煤层上面的围岩剥离开，用卡车运到排土场进行排弃，使煤露出来后，用卡车或者其他运输方式运到储煤场。然后向前推进，要挖很大的坑，使用很大的设备，不像井工矿那样要在井下作业。

露天矿的设计先是要算出经济合理剥采比，剥采比的定义就是在一定时期内挖出的剥离物

（岩石土壤和无用物）和采出煤量的比值。然后用确定的剥采比和算的帮破角和稳定系数去圈定露天矿场境界，分为底部境界和地表境界。然后就是确定生产工艺系统，是用间断生产工艺，连续生产工艺，还是半连续生产工艺？用汽车还是用铁道运输？？然后就是算量，投产年的剥离量和产煤量？第二年？这样就算出第几年能够达产。达产时开采到哪个位置了？要画个达产图。

然后还要算设备量，工期，辅助设备等，排水，供电，机修，等等

露天矿场的开采程序就是先挖出入沟，再挖开段沟，再扩帮，然后再重复这个程序挖掘下一个台阶，依此类推

相比井工矿作业条件好，更安全，露天作业不怕瓦斯，不怕水。使用的剥离运载汽车最大的有载重300吨的，单斗挖掘机最大斗容有55立方的。

说了个大概

1231 露天开采主要特点分析

当矿体埋藏较浅或地表有露头时，采用露天开采最为优越(图1-3)。与地下开采相比，露天开采优点是:资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于用大型机械施工，建矿快，产量大，劳动生产率高，成本低，劳动条件好，生产安全;缺点是:需剥离并排弃大量岩土，尤其较深的露天矿，往往占用较多的农田;设备购置费用较高，初期投资较大;设备效率及劳动生产率受气候影响较大。

图1-3 煤炭露天开采

随着开采技术的发展，适于露天采矿的范围越来越大，包括开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。对平缓矿床(一般矿层倾角小于12°)采用倒堆、横运或纵运采矿法;对于倾斜矿床采用组合台阶、横采掘带或分区分期开采的方法。

纵观世界经济发达国家煤炭工业的发展特点是:依据本国煤田赋存条件，优先发展露天采煤，露天采煤量占总采煤量的比重不断增加。开采条件好的国家露天开采比重均超过50%，其中加拿大880%、德国783%、印度738%、澳大利亚700%、印尼700%、美国615%、俄罗斯561%、南非529%、波兰333%、英国236%、日本116%。各国逐渐形成了各具特点的露天采煤工艺，其中具有代表性的有美国、澳大利亚、俄罗斯及印度。

经过几十年的发展，随着露天开采现代新技术和新工艺的引入，我国在条件适宜地区的露天开采成本大幅度下降，劳动生产率大幅度提高，获得显著经济效益。同时，露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加，由2002年的4%左右提高到目前的10%左右。根据《煤炭工业“十一五”发展规划》，全国将重点建设10个千万t级现代化露天煤矿。在这种大的宏观经济和能源供需背景下，我国煤炭露天开采又进入了新的发展阶段。

1232 露天开采主要作业内容

露天开采作业主要内容包括:穿孔爆破、采装、运输和排土。这四项工作的好坏及它们之间的配合如何，是露天采矿的关键。

(1)穿孔爆破。是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔，以炸药爆破，对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有回转钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等，爆破多用铵油炸药、浆状抗水炸药、乳化炸药及粒状乳化炸药。

(2)采装。是用采矿或机械将矿岩装入运输设备，或直接卸到指定地点的作业。常用的设备有单斗挖掘机轮斗挖掘机、拉斗铲与露天采矿机等，最广泛采用的为单斗挖掘机。

(3)运输。是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点(或选矿厂)和排土场，同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。主要运输方式有铁路、公路、输送机、提升机，还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。选择运输方式必须综合考虑地形、地质、气候条件，露天矿生产能力，开采深度，矿石和围岩的物理力学性质等，经过全面技术经济比较后，确定合理的运输方式。

(4)排土。是指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，运送到专门设置的排土场进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同，分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或拉斗铲排土等。排土场优先选用内部排土方式，外土场应选择在尽量靠近采矿场，少占农田的位置，有条件的应放置在山谷、洼地处，利于环境保护和土地复垦。

1233 露天开采存在的问题剖析

我国露天煤矿开采技术与国外先进水平相比，仍存在着规模小、产业集中度低、经济效益较低，技术工艺与装备水平、设备制造水平相对落后，自动化程度低，大型成套装备国产化程度低、进程较慢等问题。

(1)我国露天开采技术发展缓慢

同国外露天煤矿的发展相比，我国的露天煤矿发展缓慢。主要原因是我国适宜于露天开采的煤炭资源地理位置不佳，离煤炭消费重心较远，综合开发条件较好的很少，大部分煤田埋藏较深，基建工程量大，剥采比大。同时，我国机械制造水平低，过去已有的技术设备无法适应大型露天煤矿的开发。

20世纪80年代，我国煤炭部提出了“优先发展露天开采”的方针，规划建设霍林河、伊敏河、平朔、准格尔、元宝山等5大露天矿，把露天开采作为持续稳定、健康发展煤炭工业的一项重要战略方针[4]。可是，由于我国煤炭工业建设长期以井工开采为主，露天开采在煤炭工业中没有放在应有的重要地位，而且在我国可以划归的露天开采储量中，煤化程度普遍较低，最高为气煤，最多是褐煤。

我国露天采煤发展缓慢还有一个原因是露天煤矿分布具有明显的区域性，多集中在中西部地区，以山西、内蒙古、陕西、新疆等地为主。这些地区多属于煤炭输出区，自身对煤炭的消费量不大，加上向外运输条件较差，使得大规模露天开采受到制约。这些地区生态系统比较脆弱，考虑到大规模露天开采对环境的破坏，一是恢复起来比较难，二是植被破坏后造成沙尘增加，直接影响到我国的中部和东部地区。另外，这些地区经济欠发达，而大规模露天采煤前期投入较高，地方无力承担，这也是煤炭露天开采比重一直较低的一个原因。

(2)露天煤炭开采新技术研发投入不足

一方面，我国露天矿具有各不相同的内、外部复杂条件，其各项重大技术决策具有举足轻重的作用，正确的设计决策能为露天矿带来上千万元甚至以亿元计的经济效益，而错误的决策会造成惊人的损失。长期以来，露天煤炭开采设计缺乏创新，一些煤炭开采技术问题始终难以解决。如:绝大多数露天煤矿为近水平煤层埋藏、分区开采、汽车端帮环线开拓运输系统压帮内排、端帮边坡设计采用静态分析，造成端帮边坡角偏小、端帮压煤、运输成本高等问题。

另一方面，除了传统的技术开发研究，未来的露天煤炭开采技术——数字化技术、自动化技术、无人化技术研究投入不够。矿业界迄今尚未能达到实现开采系统完全自动化、无人化操作的目标。如获成功，这将可大大提高生产效率，大大降低生产成本，大大提高作业安全水平。我国尚没有对煤炭开采作业的自动化和机器人化的深入研究。

(3)露天煤炭开采造成的环境问题

世界各采煤国家都将优先发展露天采煤作为增加煤产量的主要途径，尽量实现集中开采，以提高劳动生产率，降低成本。但是露天采煤业迅猛发展的同时，也带来了一系列的矿山环境问题和生态破坏，严重影响地区的生态环境质量和经济持续发展。以往传统的地质、采矿及管理学科没有或很少将矿山环境勘查、评价、预测、管理、立法、执法与露天煤矿勘查、露天煤矿建设、设计、生产、闭坑有机地结合起来。如露天采矿学就追求剥离最少，采煤最多，只要不滑坡，边坡越陡越好，很少考虑地面变形或闭坑后灾害，很少以综合的、长远的经济效益、社会效益和环境效益作为研究追求的出发点。露天采煤形成的凹坑，由于地质构造、边坡岩体、地表水地下水作用等原因，诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地质灾害，又引起地面变形而危及周边地区的工业企业和居民建筑的安全，既造成巨大的经济损失又破坏了原来的生态地质环境。

我国露天煤矿开采环境问题复杂、多样、特殊、敏感，由于特定历史因素影响，对矿业城市地质环境和生态环境的影响和破坏巨大。露天煤矿开采环境问题根本上说是人类采矿工程活动使环境发生变化或恶化。这就需要决策者、管理者、生产者有可持续发展的眼光，开发科学、先进、环保的煤炭开采技术，从事露天煤矿开采，主动地、积极地利用开采工程改善、美化周边环境，变有害为无害，变不利为有利，实现资源开发和环境保护的协调发展。发展露天煤炭开采技术解决环境问题是非常必要的。

在露天开采总成本中，爆破工程的成本在金属矿占%15-%20,煤矿占%10左右。如上所述，爆破工程不仅在总成本中占有重要位置，而且还将直接或间接的影响采矿生产各个工艺环节;爆破工作的好坏，在很大程度上决定着露天矿的生产、安全和工作质量。 露天开采对爆破工程的要求： (一)要有足够的爆破贮备量 在露天开采中，一般是以采装工作为中心组织生产的。为了保证挖掘机连续作业，要求工作面每次爆破的矿岩量至少能满足挖掘机5～10d的采装要求。近年来，随着大型设备和多排微差爆破的应用，贮备量已超过该数字。 (二)要有严格的矿岩块度 露天爆破后的矿岩块度，既要小于挖掘机铲斗允许的块度，又要小于破碎机入口允许的块度，即： 1)按挖掘机要求 a≤08 2)按破碎机要求 a≤08b 式中a——铲斗允许的矿岩最大块度，m; V一一挖掘机勺斗容积，m3; b——破碎机入口最小宽度，m。 (三)有规整的爆堆和台阶 爆破后形成的松散矿岩堆称为爆堆。爆堆的尺寸对采装、运输工作都有很大影响。爆堆过高，会影响挖掘机安全作业;爆堆过低，挖掘机不易装满勺斗;若摄堆前冲过大，不仅增加挖掘机事先清理的工作量，而且运输线路也受到影响;前冲过小，说明矿岩破碎程度不好，不利于挖掘机采装。因此要求爆堆的高度和宽度都要适宜。 爆破后的台阶也要规整，不允许出现根底、伞相等凸凹不平现象。 此外，在新形成的台阶上部，往往由于爆破的反作用而出现龟裂(称作后冲作用)，它对下一循环的穿孔爆破工作影响极大也应尽可能避免。 (四)安全 爆破是一种瞬间发生的巨大能量释放现象，安全工作很重要。在开采过程中，除了要注意爆破技术操作的安全外，还要尽可能的减轻爆破震动、空气冲击波及个别飞石对周围的危害 (五)经济 爆破工作的经济合理性如上面所述，除了从爆破本身衡量外(如延米爆破量、单位矿岩爆破成本等)，还应从采装、穿孔、运输、破碎矿石等总的经济效益和社会效益去衡量。为了满足上述要求，国内外露天开采的爆破工作明显地向着两个方向发展：一是不断扩大爆破规模及改善爆破质量，以适应露天矿产量增长的需要;二是控制爆破的破坏作用，以解决开采深度增加后的边坡稳定问题。 中深孔爆中深孔爆破是指炮孔直径大于50mm，炮孔深度超过5m的炮孔爆破。它的应用建立在露天采石、采矿必须遵循自上而下的开采顺序，凿岩爆破和铲装运输必须分台阶组织生产。自上而下的开采顺序从根本上杜绝了从底部开采的“挖墙脚”造成的松石悬顶和边坡过于高陡，分台阶组织生产使凿岩爆破和铲装运输分别在不同的台阶作业，从源头上避免了“一面墙”式的开采方式，边坡坡面可以控制，滑坡、边坡、滚石等事故可以消除。 破效果的好坏与爆破参数(包括工作面规格)、布孔形式、起爆方法、装药方式及地质条件和岩性有关，所以如何根据地质、岩性条件去选择合适的爆破参数、布孔形式、起爆方法和装药方式就成为提高爆破效果的关键。

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