1、 露天开采规模与矿石质量露天开采规模与矿石质量 间断生产工艺系统间断生产工艺系统 连续、半连续及倒堆开采工艺系统连续、半连续及倒堆开采工艺系统 露天开采的科学技术发展方向露天开采的科学技术发展方向 露天露天开采程序与开拓运输系统开采程序与开拓运输系统 露天开采设计及经济评价露天开采设计及经济评价 露天开采总论露天开采总论 第一章第一章 露天开采总论露天开采总论 第一节第一节.露天开采的特点及发展露天开采的特点及发展1.露天开采的特点露天开采的特点 露天开采的特点是采掘空间直接敞露于地表，采掘空间直接敞露于地表，为了采出有用矿物，需将矿体上覆的土岩及部分周为了采出有用矿物，需将矿体上覆的土岩及部
2、分周围的岩石剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运围的岩石剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运至地表至地表。围岩围岩围岩围岩矿体矿体采空区采空区优点：优点：（1）生产规模大、效率高；生产规模大、效率高；（2）露天开采成本一般比矿井开采成本低；露天开采成本一般比矿井开采成本低；（3）回收率高，可顺便采出伴生矿物；回收率高，可顺便采出伴生矿物；（4）木材、金属、电力等材料消耗少；木材、金属、电力等材料消耗少；（5）作业安全、劳动条件好，能开采易燃、作业安全、劳动条件好，能开采易燃、多水、高瓦斯矿床多水、高瓦斯矿床；（6）矿山基本建设周期短，投产及达产快。矿山基本建设周期短，投产及达产快。第二讲 露天
3、开采基本知识 一.露天开采的特点及发展2.露天开采的优缺点露天开采的优缺点第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展缺点：缺点：（1）破坏和占用大量的土地和耕地；破坏和占用大量的土地和耕地；（2）需大型设备多，投资较高；需大型设备多，投资较高；（3）气候条件影响较大；气候条件影响较大；（4）要求矿床覆盖层薄和矿层厚，否则基建要求矿床覆盖层薄和矿层厚，否则基建 剥离量过大；剥离量过大；（5）对环境污染较严重。对环境污染较严重。2.露天开采的优缺点露天开采的优缺点第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展3.露天开采的发展露天开采的发展3.1 国内外露天开采的现状及发展趋势国内外露
4、天开采的现状及发展趋势 据统计，全世界固态矿产（包括建筑材料）的年开采总量约为11.61010 t，露天开采量约占80%。据统计世界各类主要矿产中露天开采所占比重分别如下（1985）：磁铁矿磁铁矿 78%78%磷酸盐矿磷酸盐矿 87.5%87.5%褐铁矿褐铁矿 84%84%石棉矿石棉矿 75%75%锰矿锰矿 86%86%褐煤褐煤 84%84%铜矿铜矿 90%90%烟煤烟煤 25%25%铝土矿铝土矿 91%91%建筑材料建筑材料 100%100%镍矿镍矿 45%45%油矿油矿 30%30%我国主要矿床露天开采的比重如下：铁矿石铁矿石 87%87%有色金属矿石有色金属矿石 50%50%煤炭煤炭 5
5、 5 7%7%化工原料化工原料 70.7%70.7%建筑材料建筑材料 100%100%世界各主要露天采煤国家根据煤层赋存条件和技术水平，发展了各具特色的工艺设备和开采方法。美国剥离物拉斗铲倒堆内排土拉斗铲倒堆内排土的开采工艺，采煤用单斗铲或前装机配合汽车运输单斗铲或前装机配合汽车运输。采空区多实行复田作业，重视环境保护。德国轮斗挖掘机胶带输送机排土机组成轮斗挖掘机胶带输送机排土机组成的连续开采工艺系统的连续开采工艺系统。与链斗或轮斗挖掘机相配合的运输排土桥运输排土桥也得到广泛使用。最大的运输排土桥跨度达270m，生产能力达1.2亿m3/a。前苏联多种多样的开采工艺系统：间断、连间断、连续、半连
6、续、倒堆、综合生产工艺系统。续、半连续、倒堆、综合生产工艺系统。第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展 3.露天开采的发展3.2 3.2 我国露天煤矿的发展我国露天煤矿的发展我国露天煤矿的发展大体经历了四个阶段四个阶段：（1）19501957年年 新建海洲露天煤矿，改扩建了抚顺、新邱露天煤矿，总体设计能力720720万吨万吨/年年，1956年在抚顺成立了露天开采技术研究所。这个阶段露天产量不断提高，经济效益好。（2）19581980年年 兴建了平庄、义马等8个露天煤矿，总体设计能力为725725万吨万吨/年年。这个阶段“三边”政策、大跃进、文革，剥采失调，长期达不了产。不良影响。第
7、二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展 3.露天开采的发展第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展 3.露天开采的发展（3）1981年年2003年年 新建安太堡、霍林河、伊敏、元宝山、准格尔、安家岭等大型露天煤矿，对抚顺西露天煤矿、小龙潭露天煤矿进行了改造。引进先进技术和设备，国产露天矿设备不断发展，已生产出千万吨千万吨级设备级设备。生产能力和经济效益大大提高，露天采煤事业发展迅速。技术装备水平不断提高。80年代以前绝大部分采用单斗铁道工艺单斗铁道工艺，后来，则多采用单斗单斗汽车汽车、半连续半连续、连续及综合工艺连续及综合工艺，并向这些发展、向综合性发展。目前：2000万吨
8、级；集中化综合化；剥离半连续；拉斗铲倒堆剥离；抛掷爆破技术；端帮采煤。第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展 3.露天开采的发展第二讲 露天开采基本知识 一.露天开采的特点及发展 3.露天开采的发展 3.3 现代露天开采的技术特征现代露天开采的技术特征 （1 1）开采集中化）开采集中化 （2 2）开采工艺多样化）开采工艺多样化 （3 3）规划、设计及生产管理计算机化）规划、设计及生产管理计算机化 （4 4）矿用设备大型化、标准化）矿用设备大型化、标准化 （5 5）安全生产及环境保护规范化）安全生产及环境保护规范化 （6 6）开采条件、地质条件扩大化及恶化）开采条件、地质条件扩大化及
9、恶化 （7 7）重视资源的综合开发利用）重视资源的综合开发利用 （8 8）煤与电的结合、市场化）煤与电的结合、市场化 煤及煤矿床煤及煤矿床 产状与构造产状与构造 地球的内部构造地球的内部构造 地壳的组成地壳的组成 煤的生成煤的生成 围岩围岩-沉积岩沉积岩 岩层的产状岩层的产状 岩层的构造岩层的构造 煤层的赋存状况煤层的赋存状况 地壳的组成地壳的组成第二节第二节 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 一一.地壳的组成地壳的组成 1.地球的内部构造地球的内部构造 地壳地壳地幔地幔 地球由地表至地心大致分为三个圈层：地壳、地壳、地幔、地核地幔、地核。地壳地壳：地球表部的 固体外壳。地幔地幔：位于地壳与地
10、核之间，呈 不连续的高温熔融状及固体状。地核地核：地球的最里层，呈既有固体特性又 有液体特性的特殊状态。地核地核圈层 平均厚度(km)主要物质成分及其状态 密 度(t/m3)温 度()压 力(atm)地壳33上部以硅铝为主，称硅铝硅铝层层。下部以硅镁为主，称硅镁层硅镁层。呈固体状。2.7至2.910009000地幔2865上部以铁镁为主，呈不连续的高温熔融状。下部以铁镍及金属和金属氧化物硫化物为主，呈固体状。3.32至5.662000136800地核3473(半径)为铁镍所组成，呈既有固体特性又有液体特性的特殊状态。9.71至16.0地心大约5000地心大约3600000第一讲第一讲 煤田地质
11、基本知识煤田地质基本知识 一一.地壳的组成地壳的组成 1.地球的内部构造地球的内部构造 地球内部各圈层主要特征表地球内部各圈层主要特征表 注：Atm:气压。1atm=101kpa第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 一一.地壳的组成地壳的组成2.地壳的组成地壳的组成 地壳地壳 是由各种岩石岩石组成的，岩石又是由各种矿物矿物的颗粒或晶体组成，而各种元素元素又构成不同的矿物。元素元素 地壳中含有90多种元素，其中主要有氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、氢(H)等，而以氧和硅为最多。矿物矿物 自然界中由一种或几种元素化合在一起，具有
12、一定的化学自然界中由一种或几种元素化合在一起，具有一定的化学成分和物理性质的，叫做矿物成分和物理性质的，叫做矿物。如金(Au)、银(Ag)、石墨(C)、石英(SiO2)、长石(K、Al、Si、O等元素）。目前，在地壳中已发现30003000多种矿物，而组成地壳岩石的主要矿物总共不过3030多种（如：石英、正长石、斜长石、云母、角闪石、辉石、黄铁矿、磁铁矿、方解石、褐铁矿、菱铁矿、铝土矿等）。矿物分散存在组成各种岩石，当某一种或几种有用矿物大量富集，就形成具有工业开采价值的矿床矿床。岩石岩石 岩石是矿物的集合体，从生成原因可将其分成三大类：岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和变质岩变质岩。（1）岩浆岩岩
13、浆岩 岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石成为岩岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石成为岩浆岩（又称火成岩）浆岩（又称火成岩）。侵入岩、喷出岩、深成岩、浅成岩。（2）沉积岩沉积岩 由地质作用形成的岩石碎屑（泥、砂、砾石）、由地质作用形成的岩石碎屑（泥、砂、砾石）、各种有机物以及溶解在水中的物质，在低洼的海洋、湖泊、沼各种有机物以及溶解在水中的物质，在低洼的海洋、湖泊、沼泽等富水盆地中沉淀下来，逐层堆积，经过压实、脱水、胶结泽等富水盆地中沉淀下来，逐层堆积，经过压实、脱水、胶结而形成的坚硬岩石，称为沉积岩而形成的坚硬岩石，称为沉积岩。由于先后沉积下来的物质在成分、性质、粒度、颜色、形状等方面不同
14、，形成了分层的特征。上下两层之间的界面称为层面层面。具有层理层理、化石化石特征。（3）变质岩变质岩 原生岩石（原来以形成的岩浆岩、沉积岩、变原生岩石（原来以形成的岩浆岩、沉积岩、变质岩），在地壳运动中受到高温、高压和外来物质的参与下，质岩），在地壳运动中受到高温、高压和外来物质的参与下，在结构、构造或某些化学成分和矿物成分发生了变化，而形成在结构、构造或某些化学成分和矿物成分发生了变化，而形成的一种新岩石，称为变质岩的一种新岩石，称为变质岩。第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 一一.地壳的组成地壳的组成 2.地壳的组成地壳的组成 第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识二二.
15、煤及煤矿床煤及煤矿床 1.1.煤的生成煤的生成煤煤是埋藏在地下的一种可燃矿物，它是由古代的植物变成的，属于沉积岩。煤的生成条件煤的生成条件主要是：繁茂的植物，温暖的气候，延缓的地形繁茂的植物，温暖的气候，延缓的地形加河流或湖泊的搬运，以及各种形式的地壳运动加河流或湖泊的搬运，以及各种形式的地壳运动。（1 1）植物变成煤的两个阶段植物变成煤的两个阶段：第一阶段为泥炭化阶段泥炭化阶段。植物枯死被水掩盖水解与生化作用失去结构褐黑色物质（泥炭）第二阶段为煤化阶段煤化阶段。地壳不断下降覆盖层逐渐加厚压力与温度影响逐渐失去水分含炭量逐渐增加（碳化）。碳化作用愈高，煤的水分和挥发份愈少，相对碳的含量愈多，煤
16、的质量就愈好。第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 二二.煤及煤矿床煤及煤矿床 1.煤的生成煤的生成（2 2）煤层及成煤时期煤层及成煤时期：煤层煤层 泥炭和砂上石是交替沉积的，经过长期的变化泥炭形成了煤层煤层，砂石组成了岩层岩层。煤田煤田 大面积含煤地带大面积含煤地带。煤田的形成需要经过相当长的时间，为了便于说明煤田的生成时间，常用地质的历史年代地质的历史年代来表示。时代世 纪生物演化特征距今年(Ma)新生代第三纪,第四纪哺乳动物,出现人类60中生代三叠纪,侏罗纪,白垩纪鸟类和自行动物极盛18560古生代寒武纪,奥陶纪,志留纪,泥盆纪,石炭纪,二叠纪由三叶虫发展到自行动物520185
17、元古代震旦纪出现低级动物如藻类520以上太古代五台纪无生物1000以上地地 质质 年年 代代 表表我国主要成煤时期为石炭纪石炭纪、二叠纪二叠纪、侏罗纪侏罗纪、第三纪第三纪第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 二二.煤及煤矿床煤及煤矿床 2.围岩围岩沉积岩沉积岩 在我国露天煤中遇到的岩石绝大部分为沉积岩，常见的有石石灰岩灰岩、泥炭泥炭、页岩页岩、砾岩砾岩、砂岩砂岩等，其主要特征为：石灰岩石灰岩 主要由碳酸钙组成。由均质石灰岩组成的露天矿边坡，一般较为稳固。但裂隙发育的石灰岩则易跨落，当地表水或地下水不断渗入，溶蚀后易形成溶洞溶洞，引起塌陷。页页 岩岩 是具有象书页一样薄层理的泥质岩，沿
18、层理易裂开。煤系中页岩，往往含碳较多，形成黑色的碳质页岩碳质页岩。页岩的硬度低，极易破碎，穿孔、爆破都较容易。砂砂 岩岩 主要成分为石英及长石类矿物碎屑。砂岩按其颗粒大小分粗、中、细砂岩。因胶结物胶结物的成分不同（铁质、硅质、钙质、和粘土质），各种砂岩的硬度差别很大。粘土岩粘土岩 常见于煤层底板，是一种硬度小的软岩石，具有吸水性，受水后可塑。这种岩石对露天采场边坡稳定性影响很大。第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识三三.产状与构造产状与构造 1.岩层的产状岩层的产状岩层的产状一般用走向走向、倾向倾向、倾角倾角（岩层产状三要素）来表示。走向倾向走向走向 岩层的层面与水平面 的交线方向。
19、倾向倾向 岩层面上垂直走向的 倾斜线，在水平面上 投影的方向。倾角倾角 岩层面与水平面之间 的夹角，其大小反映 岩层的倾斜程度第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 三三.产状与构造产状与构造 2.岩层的构造岩层的构造 岩层的原始产状发生改变，原始形状受到破坏，统称为地地质构造变动质构造变动。受构造变动后的岩层形态，称为地质构造地质构造。地质构造有三种基本类型：褶曲褶曲、节理节理、断层断层。（1）褶曲褶曲 沉积岩层在构造力作用下，产生塑性变形，出现一系列波状弯曲褶皱构造褶皱构造。褶皱中的一个弯曲叫褶曲褶曲，它的中心部分岩层称为核核，核的两侧岩层称为翼翼。（侵蚀侵蚀）。褶曲两翼地层倾向相
20、背（凸形）的情况称为背斜构造背斜构造，其褶曲顶部称为背斜背斜轴轴；褶曲两翼地层倾向相向（凹形）的情况称为向斜构造向斜构造，其褶曲底部称为向斜轴向斜轴。向斜轴向斜轴背斜轴背斜轴第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 三三.产状与构造产状与构造 2.岩层的构造岩层的构造（2）节理（裂隙）节理（裂隙）岩层受力后 将产生变形，如果外力超过岩层所能承受的弹性变形时，它的连续性和完整性均遭破坏，出现裂纹（断裂）裂纹（断裂），有的大小不一、纵横交错，有的沿断裂面两侧岩层发生相对位移，这些构造统称为断裂构造断裂构造。岩层没有发生明显相对位移的纵横交错的裂纹，称为节理节理或裂隙裂隙。节理对露天开采作业有
21、一定影响。节理发育时，爆破能往往沿裂隙方向传布，产生大块。露天边帮的岩石中发育的节理，是影响边坡稳定的重要因素。节理也是地下水赋存的有利条件。第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 三三.产状与构造产状与构造 2.岩层的构造岩层的构造（3）断层断层 断层也是地壳运动的产物。断裂后的岩层出现裂纹或破坏带，其两侧岩层发生相对位移，称为断层断层。根据岩块相对位移的情形，断层可分为正断层正断层、逆断层逆断层、平移（平推）断层平移（平推）断层。正断层正断层 上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层逆断层 上盘相对上升，下盘相当下降。平移断层平移断层 上下两盘水平方向移动，没有垂直方向的移动。上盘下盘上
22、盘下盘上盘下盘正断层正断层逆断层逆断层平移（平推）断层平移（平推）断层第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 三三.产状与构造产状与构造3.3.煤层的赋存状况煤层的赋存状况 煤层赋存状况是指煤层数目、煤层间距、煤层厚度和倾角、煤层数目、煤层间距、煤层厚度和倾角、埋藏深度、煤层结构、稳定性、煤质、地质条件埋藏深度、煤层结构、稳定性、煤质、地质条件等。对露天开采影响比较大的是煤层厚度煤层厚度和倾角倾角。煤层厚度煤层厚度 从煤层的顶板到底版的垂直距离。总厚度总厚度 煤层群顶底版间的垂直距离。包括 其间所有煤分层和夹石层的厚度。可采厚度可采厚度 可以开采煤分层的总厚度。最低可采厚度最低可采厚度
23、 在现有条件下技术上可行和 经济上有利的煤层厚度。第一讲第一讲 煤田地质基本知识煤田地质基本知识 三三.产状与构造产状与构造 3.煤层的赋存状况煤层的赋存状况通常可把煤层按厚度分为：薄薄 煤煤 层层 1 3.5 m 中厚煤层中厚煤层 3.5 8 m 厚厚 煤煤 层层 8 m 以上通常可把煤层按倾角倾角分为：急倾斜煤层急倾斜煤层 倾角 45o 倾倾 斜斜 煤层煤层 倾角 10o 45o 缓倾斜煤层缓倾斜煤层 倾角 5o 10o 近水平煤层近水平煤层 倾角 5o第二讲 露天开采基本知识第三节第三节 露天开采的步骤露天开采的步骤 在赋存有地下资源的地区，经过普查普查、详查详查、精精查查等不同的地质勘
24、探阶段地质勘探阶段，探明了矿床的产状产状、构造构造、储量储量等情况。经过矿区开发可行性研究可行性研究、矿区总体设矿区总体设计计、初步设计初步设计、技术设计技术设计和施工图施工图等设计阶段设计阶段，寻求技术上可行、经济上合理的露天矿开发方案。设计被批准后，即可进行露天矿区的建设矿区的建设。一个露天矿区的建设要涉及许多部门，如铁道铁道、电力电力、机械制造机械制造、民政民政等。露天矿从建设到生产需经过下述主要步骤步骤：（1）地面准备地面准备 （2）矿体疏干矿体疏干、隔水和排水隔水和排水 （3）基本建设工作基本建设工作 （4）日常生产工作日常生产工作第四节 露天开采生产工艺系统 露天矿生产工艺各环节所
25、使用的设备是有联系的。我们用“工艺系统工艺系统”一词来反映采、运、排各环节所用设备的特征设备的特征。随着科学技术的发展，露天矿采剥工作中各环节所采用的设备和组成的工艺系统绚丽多姿。虽则如此，绝大多数矿山所采用的工艺设备类型有一定的规律性，初步可归结为如下的露天矿生产工艺系统分类：第二讲 露天开采基本知识 四.露天开采生产工艺系统 6.工艺系统主要工艺系统分类主要工艺系统分类序号工艺系统名称各环节的主要设备采掘、装载运 输排土1间断工艺系统单斗机械铲吊斗铲前装机推土机铲运机铁道运输(准轨及窄轨)汽车运输箕斗，矿车提升(下放)运输溜井(溜槽)运输铲运机单斗铲推土犁推土机前装机铲运机2连续工艺系统轮
26、斗铲链斗铲胶带运输机运输排土桥胶带排土机3半连续工艺系统轮斗铲铁道推土犁单斗铲移动破碎机胶带排土机单斗铲汽车半固定、固定破碎机胶带排土机4倒堆工艺系统剥离：剥离挖掘机直接倒堆剥离挖掘机和倒堆挖掘机配合作业采矿：单斗、轮斗铲相应运输设备5水采工艺系统水枪采砂船泥泵管道水力排土第二讲 露天开采基本知识 四.露天开采生产工艺系统 6.工艺系统第二讲 露天开采基本知识 四.露天开采生产工艺系统 6.工艺系统第二讲 露天开采基本知识 四.露天开采生产工艺系统 6.工艺系统 半连续工艺系统半连续工艺系统1露天采场；2工作面胶带输送机；3钻机；4移动式破碎机；5机械铲；6大块；7破碎大块重锤；8干线胶带输送
27、机；9排土场；10排土胶带输送机；11卸料车；12悬臂排土机 第二讲 露天开采基本知识 四.露天开采生产工艺系统 6.工艺系统间断工艺系统间断工艺系统 其主要优点是：适应性强，可适 用于各种矿床赋存条件。世界上多数国家广泛使用，在我国及苏联采用较多。连续工艺系统连续工艺系统 是采掘工艺的发展方向，具有一系列优点。但其对矿岩性质有严格要求，目前多用于无需爆破即可挖掘的松软岩石。倒堆工艺系统倒堆工艺系统 因取消运输环节因而具有许多优点。但仅适于矿层成水平和缓倾斜埋藏、覆盖层不厚的条件下，故应用范围很有限。第二讲 露天开采基本知识第五节第五节 名词术语名词术语-12 水平0 水平+12 水平AhA1
28、24531.台阶及命名台阶及命名 阶梯、下盘标高阶梯、下盘标高2.台阶要素台阶要素（1）台阶上部平盘（上盘）台阶上部平盘（上盘）（2）台阶坡顶线台阶坡顶线（3）台阶坡面台阶坡面（4）台阶坡底线台阶坡底线（5）台阶下部平盘台阶下部平盘(下盘）下盘）（6）台阶坡面角台阶坡面角（7）台阶高度台阶高度 h（8）采掘带宽度采掘带宽度 A第二讲 露天开采基本知识 二.名词术语ABDCEF露天矿场构成要素露天矿场构成要素3.露天矿场要素露天矿场要素（1）露天矿场边帮露天矿场边帮 （5）平台平台（2）工作帮工作帮（DF)（6）露天矿边帮（废止）角露天矿边帮（废止）角（、)（3）非工作帮非工作帮（AC，BF）（7）工作帮坡角工作帮坡角（）（4）工作平盘工作平盘 （8）露天矿场最终境界露天矿场最终境界人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
