基本介紹
- 中文名：露天開採
- 外文名：surface mining
- 別稱：露天採礦
- 優點：資源利用充分、回採率高
- 適於用：大型機械施工
- 特點：建礦快，產量大
- 作業方法：穿孔爆破、采裝、運輸和排土
歷史發展,中國發展,取得成就,方法分類,施工方法,流程,技巧,範圍分布,缺點,技術術語,
歷史發展
中國發展
中國金屬礦開採歷史悠久，3000年前就開始鑿井開採銅礦，2000多年前己有較規範的開採技術。但近代，中國金屬礦開採技術長期處於停滯落後狀態，礦山生產基本是靠手工作業，直到20世紀50年代以後金屬礦採礦技術才得以迅速發展。特別是近幾十年來，中國全面地開展了各種現代化採礦工藝和技術的科技攻關研究，在露天陡幫開採、間斷—連續開採、階段大直徑深孔採礦、分段中深孔採礦、機械化分層採礦、自然崩落採礦、溶浸採礦、高效率礦山充填、岩體支護與加固、礦山防治水、露天成套採礦裝備和井下成套採礦裝備等方面均取得了重大成就因而使我國金屬礦採礦技術水平迅速提高，有力地促進了金屬礦開採工業的發展。
安家嶺露天煤礦開採區景象
安家嶺露天煤礦開採區景象取得成就
露天開採是人類使用礦物最早出現的開採方式，最初是開採礦床的露頭和淺部富礦。19世紀末使用動力挖掘機以來，露天開採技術迅速發展，露天礦的規模越來越大。
露天開採
露天開採近代重大的成就有：
①出現了大型剝離倒堆設備,機械鏟和索斗鏟的最大鏟斗容積(斗容)已分別達到137.5m3和168m3，最大的美國賓厄姆(Bingham)露天銅礦采剝總量曾達494242t/d。
②以輪斗鏟、鏈斗鏟、帶式輸送機、排土橋和懸臂排土機等設備組成的連續開採工藝的套用範圍逐漸擴大，輪斗鏟的理論生產能力高達240000m3/d，排土橋理論運輸能力高達25600m3/h,跨度272.5±13.5m，采高60m。
開採所用的170重型卡車
開採所用的170重型卡車③完善了適應性較強的間斷開採工藝和設備，包括鑽孔直徑達380～444mm的大型高效率牙輪鑽機；可在現場混制廉價炸藥和防水炸藥的裝藥車；大區微差爆破和擠壓爆破技術；機械鏟、液壓鏟和前裝機的斗容分別達22～34m3、22～30m3和23m3;電機車的自重達150t,牽引機組粘重360t,自翻車載重180t，自卸汽車載重 154～318t；以及相應的推土機、移道機、平路機、鏟運機等。
④發展了間斷挖掘設備配以移動式和半移動式破碎機與帶式輸送機構成的硬岩半連續生產工藝。破碎機能力達4000m3/h等。
方法分類
露天開採，是指用一定的開採工藝，按一定的開採順序，剝離岩石、采出礦石的方法。露天開採工藝，按作業的連續性，分間斷式、連續式和半連續式。
露天開採工藝作業方式一覽表
工藝類型 | 工藝設備 | |
採掘 | 運輸 | |
間斷式 | 機械鏟、液壓鏟 | 機車車輛 |
機械鏟、液壓鏟、前裝機 | 汽車、溜井、提升機 | |
倒堆機械鏟、倒堆索斗鏟、鏟運機 | ||
連續式 | 輪斗鏟、鏈斗鏟 | 帶式輸送機、運輸排土橋、懸臂排土機 |
水槍、采砂船 | 管道加壓運輸、自流運輸 | |
半連續式 | 機械鏟、液壓鏟、前裝機、汽車、帶式輸送機 | |
移動式、半固定式、固定式破碎機和篩分機 | ||
輪斗鏟、鏈斗鏟 | 汽車、機車車輛 | |
螺旋採煤機 | 汽車 | |
機械鏟、索斗鏟 | 管道運輸 | |
按礦床分布情況，大體有兩類採礦方法：
平緩礦床的採礦方法
適用於傾角一般小於12°的平緩礦床。
間斷式開採工藝適用於各種地質礦岩條件；連續式工藝勞動效率高，易實現生產過程自動化，但只能用於鬆軟礦岩；半連續式工藝兼有以上兩者的特點，但在硬岩中，需增加機械破碎岩石的環節。開採順序是採礦和剝離在時間和空間上的相互配合。
乾式充填採礦法典型方案
乾式充填採礦法典型方案倒堆採礦法
剝離物用機械鏟或索斗鏟直接向前一採掘帶採空區倒堆，採礦工作面緊隨剝離工作面推進。在相同情況下，機械鏟的重量約為索斗鏟的1.8倍,因此剝離高台階時，多用索斗鏟。剝離更高的台階可採用二次或多次倒堆。方案有一台機械鏟配合一台索斗鏟、二台索斗鏟互相配合或僅用一台索斗鏟兼作二次倒堆等。
橫運採礦法
剝離物用排土橋、懸臂排土機循垂直於工作線方向運往採空區，剝離台階與採礦台階推進的空間關係也受運輸設備規格的限制，但不如倒堆採礦法那樣嚴格。本法可適應更大的剝離厚度,民主德國的AFB－60型排土橋的可剝離厚度為60m。
縱運採礦法
剝離物沿工作線,繞過端幫,縱向運往採空區。本法不受采、運設備規格和剝離岩石厚度的限制,有較大靈活性。適用於單斗-機車車輛、單斗－(破碎機)帶式輸送機、單斗-汽車、輪斗-機車車輛-帶式輸送機等多種工藝。
傾斜礦床的採礦方法
基本上把剝離物運往外排土場，僅當採掘工作達到終了深度後，才能利用採空區內排。工作線的布置方式，基本有沿礦體走向布置和垂直礦體走向布置。
初始位置和推進方向的選擇，應綜合考慮礦床的地形地質條件、生產能力、運輸方式、基建剝離量和生產剝采比的均衡等因素。傾斜礦床的生產剝采比在開採中是變化的。為了減少基建剝離量和推遲剝離高峰，平衡生產剝采比，改善經濟效果，可以採取以下措施加陡工作幫坡角。
組合台階
用一台設備順序採掘一組相鄰的台階，僅在採掘台階上設工作平台（圖1[ 組合台階加陡工作幫]），也可有其他方式。
橫採掘帶
汽車運輸的橫向採掘帶，相鄰台階尾隨採掘，工作線橫向布置,縱向推進（圖2[橫採掘帶加陡工作幫]）。任一橫斷面上只有一個工作平台，每一台階可設1～2台採掘設備。與組合台階相比，本法可布置較多的採掘設備。
分區分期開採
走向較長或面積較大的礦床，實行分區分期開採，優先開採礦體厚、品位高、覆蓋薄和剝采比小的區域。
施工方法
流程
露天開採作業主要包括穿孔爆破、采裝、運輸和排土。露天開採的順序是採礦和剝離在時間和空間上的相互配合，這四項工作的好壞及它們之間的配合如何，是露天採礦的關鍵。
露天開採
露天開採1、穿孔爆破是在露天采場礦岩內鑽鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破，對礦岩進行破碎和鬆動。穿孔設備主要有衝擊式鑽機、潛孔鑽機和牙輪鑽機等，多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥和乳化炸藥及粒狀乳化炸藥。
2、采裝工作是用人工或機械將礦岩裝入運輸設備，或直接卸到指定地點的作業。常用的設備是挖掘機（有多斗和單斗兩類）、輪斗鏟和前端式裝載機，廣泛採用的為單斗挖掘機。
3、運輸工作是將露天采場的礦、岩分別運送到卸載點（或選礦廠）和排土場，同時把生產人員、設備和材料運送到採礦場。主要運輸方式有鐵路、公路、輸送機、提升機，還有水力運輸和用於崎嶇山區的索道運輸。選擇運輸方式必須綜合考慮地形、地質、氣候條件，露天礦生產能力，開採深度，礦石和圍岩的物理力學性質等，經過全面技術經濟比較後，確定合理的運輸方式。
4、排土工作系指從露天采場將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的大量表土和岩石，運送到專門設定的場地（如排土場或廢石場）進行排棄的作業。排土方法依其排土設備的不同，分為推土犁推土、推土機排土、前裝機排土和拖拉鏟運機或索斗鏟排土等。推土場應選擇在儘量靠近採礦場，少占農田的位置，有條件的應放置在山谷、窪地處，注意環境保護和造田、還田。
技巧
露天開採當礦體埋藏較淺或地表有露頭時，套用露天開採最為優越。隨著開採技術的發展，適於露天採礦的範圍越來越大，可用於開採低品位礦床和某些地下開採過的殘礦。
露天開採
露天開採露天采場內的礦岩通常劃分為一定高度的分層，每個分層構成一個台階，以進行剝離和採礦。生產過程由礦岩松碎、采裝、運輸和卸載（卸礦和排土）組成。較鬆散的礦岩可用不經破碎，直接用采裝設備挖掘。
對平緩礦床（一般礦層傾角小於12°）採用倒堆、橫運或縱運採礦法。對於傾斜礦床採用組合台階、橫採掘帶或分區分期開採的方法。
通常以倒堆法最優，橫運法次之，縱運法最差。但適用的剝離厚度則相反。當剝離厚度大時，可在下部台階用倒堆法或橫運法，上部用縱運法。為縮短運距，可將礦田劃分為若干採區，按一定順序開採，把剝離物排往本採區或前一採區的採空區。
範圍分布
世界固體礦產總量中,約有2/3用露天開採。中國可供露天開採的礦產資源豐富。平朔、霍林河、伊敏河、準格爾、元寶山、昭通等地的煤田，鞍山、本溪、冀東、攀西等地區的鐵礦,德興、永平的銅礦,以及其他化工、建築材料等,均有數以億噸計的儲量可供露天開採。
缺點
露天開採，指的是從敞露地表的採礦場采出有用礦物的過程。
露天開採
露天開採露天與地下開採相比，優點是資源利用充分、回採率高、貧化率低，適於用大型機械施工，建礦快，產量大，勞動生產率高，成本低，勞動條件好，生產安全。
但需要剝離岩土，排棄大量的岩石，尤其較深的露天礦，往往占用較多的農田，設備購置費用較高，故初期投資較大。此外，露天開採，受氣候影響較大，對設備效率及勞動生產率都有一定影響。
技術術語
露天開採的各生產環節相互聯繫，構成多環節的動態系統。為使系統整體最最佳化，套用電子計算機、運籌學和系統工程等，來研究上述技術和管理問題。
剝采比：剝離量與採礦量的比值。露剝采比是衡量露天開採經濟效果的重要指標 (單位是m3/m3、m3/t)。天開採需剝離大量土岩，以揭露礦體。
露天開採
露天開採山坡露天礦：根據地形，采場在上部境界封閉圈以上的部分稱，最深的露天礦采深已達800m。
凹陷露天礦：根據地形，封閉圈以下的部分稱凹陷露天礦。
採掘帶：台階開採時劃分為一定寬度的條帶。
採掘工作面：在採掘帶中，進行採掘作業的部分
採掘工作線：具備採運條件的採掘帶。
工作檯階：具有正常採掘條件的台階。
工作幫：由若干工作檯階組成的露天礦邊幫。
工作平盤：為進行正常生產，工作檯階需有足夠的寬度，以布置穿孔、爆破、採礦、運輸設備，構成的工作平台。
工作幫坡角：假想平面和水平面的夾角稱工作幫坡角。
非工作幫：指的是不進行礦山作業的露天礦邊幫。非工作幫上常設定供運輸用的運輸平台、截攔塊石滾落的安全平台和清掃滾落塊石的清掃平台。非工作幫常是露天采場開採結束時的最終邊坡或最終邊幫。
上部境界線：非工作幫與地表的交線。
下部境界線：非工作幫與露天礦底面的交線。
最終邊坡角：通過上部境界線和下部境界線的假想斜面和水平面的交角。
