露天矿山生产规模篇1
关键词：露天矿山生产调度系统；多智能体；GaanFiS算法；粒子群优化算法
中图分类号：tp273文献标识码：a
1引言
露天矿山生产调度系统是一个涉及多因素、多层次的、动态变化的柔性系统，具有递阶结构、不确定性、多目标、多约束等特点[1]。这要求露天矿山生产调度系统具有局部自治和分布式决策特性。但目前对矿山生产调度系统的研究大多停留在对各个生产工艺建模优化的研究中[2-4]，不能实现整个调度系统的建模优化。引入了多智能体系统（maS）[5-8]构建露天矿山生产调度系统管理体系结构，建立相应的多智能体系统模型构架，实现矿山生产调度整体的协调优化，这对于实现数字化露天矿山具有一定的影响作用。
2构建基于maS技术的露天矿山生产调
度系统
多智能体系统采用的是分布式结构，是由多个单智能体（agent）组成的。每一个单智能体都具有自治性、社会能力、反应能力以及自发行为等，且各单智能体之间是相互协商合作的，是可以动态调整的。露天矿山开采工艺过程一般为：穿孔、爆破、铲运与破碎，各工序环节相互衔接，相互制约[9]。在基于多智能体技术的露天矿山生产调度系统中将矿山开采系统分为任务agent、生产调度agent、爆破agent、运输agent与破碎agent。
任务agent是整个多智能体系统中的一个重要组成部分，是系统实现人机结合的一个重要组成。其主要作用就是根据市场需求与开采技术等因素，确定矿山的矿石需求量。且根据系统反馈来的信息，确定矿山的开采任务与开采方案。
穿孔爆破是露天开采的重要工序，穿孔爆破的工作质量以及爆破效果的好坏，直接影响后续作业的生产成本。爆破agent的作用首先是对矿山以往的爆破数据进行建模，然后根据任务agent给出的矿石需求量得出每个平台的最优爆破方案。
运输agent的任务是根据爆破agent中每个平台的爆破量，爆破点到破碎点的距离以及矿山的运输能力建模优化，得出调度优化方案。
破碎agent则是根据破碎机的破碎能力对运输agent进行约束。生产调度agent的作用是实现agent与maS之间以及agent与agent之间的通信，使得各agent能够相互协调，相互协作，如图1所示。
3基于maS的露天矿山生产调度系统的
结构设计
在建立的基于多智能体理论的露天矿山生产调度系统基本框架的基础上，设计agent的内部模型[10]。图2是agent的内部通用模型。在基于maS的生产调度系统中利用黑板模式来进行通信。黑板作为一个全局共享的工作区，是对所有的agent开放的，在其中存放着各agent的初始数据、中间结果、最终结果等。各agent在黑板中查找所需要的信息。
maS系统功能的实现还需要各agent之间的协作来完成。本文的协作方式采用Durfee提出的部分全局规划（pGp）。根据部分全局规划理论，首先创建各agent的局部规划，即解决各agent自身确定的任务；第二步是通过黑板进行通信，各agent在黑板中查询并接收自身需求的信息；第三步则是各agent根据接收到的信息以及自身的局部规划，修改自己的规划。即将自身的agent作为pGp的一部分，考虑接收的信息，组成pGp形式的规划。第四步则是修改和优化部分局部规划，并将信息到黑板中，判断是否为最优结果，是则结束运算，否则转向第二步。
4生产调度系统中各agent的建模优化
爆破agent涉及到很多参数，并且属于复杂非线性模糊建模的问题。传统的建模方法并不能有效的建立爆破agent。在文献[2-3]中介绍了自适应神经模糊推理系统（anFiS）具有较强的非线性映射能力，可有效的对爆破参数进行建模，同时遗传算法（Ga）可实现对模型的优化，即利用Ga-anFiS算法对爆破agent进行建模优化。以爆破参数中的超深、孔间距、排间距、大块率以及炸药单耗的历史数据作为输入，以爆破矿石量的历史数据作为输出进行建模。对建立的模型进行优化，以爆破矿石量最大为目标函数，以实际矿山其他参数的规定范围为约束条件，运用GaanFiS算法对各平台的模型进行优化。
5某露天矿山生产调度系统数据收集与
实现
5.1露天矿山生产调度系统的数据收集
5.2露天矿山生产调度系统的实现
运用matLaB软件对露天矿山生产调度系统进行模拟。首先根据公司短期目标确定矿山的月生产矿石量为20万t，其任务agent的运行界面如图3所示：然后进入爆破agent进行爆破优化，得出每个平台每日的炸药单耗，优化后矿山的生产矿量以及其他爆破参数如图4所示，图5是模型输出与实际输出的对比；运输agent根据爆破agent中的优化后的爆破矿石量进行运输优化，得出各平台到各破碎站的运输车次、运输车辆以及破碎量，如图6所示，图7-8所表示的是装载点到破碎站的运输优化；最后将调度方案在任务agent中显示出来，获得各平台每月开采量、炸药消耗、运输车辆安排、优化后总矿石量18.846万t、炸药总消耗32.3t以及总运费1928840元，如图3所示。
6结束语
针对露天矿山实际生产调度系统，建立了一个基于多智能体技术的矿山生产调度系统。并且应用anFiS-Ga算法与改进的粒子群算法（pSo）分别对系统中的爆破agent、运输agent进行建模优化。生产调度agent根据矿山的实际情况对各工艺agent进行约束，在不超出各工艺agent的最大生产能力的前提下完成矿山的生产计划。将模型应用到实际露天矿山中，获得该矿山最优调度方案。该系统的运行结果能够适用该矿山实际生产要求，在满足生产矿石需求的前提下，该模型优化后的炸药消耗、运输费用比实际生产成本要低，对矿山生产调度计划的制定有一定的参考价值。
参考文献
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露天矿山生产规模篇2
【关键词】露天矿；最终开采境界；确定
一、提出问题
露天开采最终境界的确定，是每个露天开采的矿山首先要论证的问题，只有通过细致的计算比较才能确定最终开采境界。平泉矿也是这样。
二、数据论证
最终露天开采境界的确定需要用以下几个方法计算对比：
1．用经济合理剥采比验证。（1）露天开采经济合理剥采比的计算验证。第一，经济合理剥采比的计算。以原矿成本法计算经济合理剥采比nj，nj=■=■=5.4t/t。式中：C为地下开采每吨矿石成本：45元/t，a为露天开采每吨矿石采矿费用：7元/t，b为露天开采每吨废石费用：7元/t。第二，经济合理剥采比的应用。除其计算原则为应用原则外，还有生产期间的生产剥采比不应大于经济合理剥采比，否则就坑内开采。一般规律是境界内平均剥采比的1.2倍，即为正常年份的生产剥采比。据此限定境界内平均剥采比为5.4÷12=4.5t/t。（2）露天采场边坡参数的确定。i号矿带（或称矿化蚀变带）：金矿化主要产于蚀变花岗班岩体中上部，呈浸染状-细脉状分布，矿化带受F0、F2、F4构造破碎控制，矿化带宽度大于50m～300m，长度大于800m～100m，深度大于500m。矿体的上下盘均为花岗班岩。根据矿岩、物理机械性质，水文地质及矿山实例，比照确定以下参数：台阶坡面角70？；台阶高度10m；安全崖道宽3m；清扫平台宽度10m，每三个安全崖道留一个清扫平台；运输道宽度8m；运输道回头曲线半径20m；运输道纵坡10%，每一个台阶留一个长30m坡度为0%的缓坡段。（3）境界圈定。第一，约束条件。除境界内平均剥采比不得大于4.5t/t外，还有沟内公路及沟内水系不能破坏，境界内的矿量应保证十年左右生产期限，基建剥离量尽量减少，露天采矿场底宽不应小于30m。第二，圈定方法。应用平面圈定法。第三，露天采矿场深度（底）的确定。受公路约束及矿石储量，级别及现有工程控制露天底为442m。第四，露天境界内矿岩量。第五，露天采矿场主要参数。封闭圈标高512m；封闭圈以上山坡露天采场高143m；封闭圈以下凹露天采场深70m～90m；露天矿最终境界上部：长555m，宽350m；下部：长330m，宽100m；露天最终境界底标高442m，可延深至422m；442m～422mau品位1.85g/t，含金量1.665t，总计：au平均品位1.18g/t，含金量7.61t。
2．矿山规模验证。（1）按台阶工作线及同时工作的挖掘机台数验证矿山生产能力a1。a1=n1·n1·a=1×2×75=150万t/a，a11=n2×n2×a=3×2×75=450万t/a。式中：a1、a11为采矿能力、剥岩能力（万t/a）；n1、n2为采矿台阶数，剥离台阶数；n1、n2为每个台阶可布挖掘机台数：2；a为挖掘机效率：75万t/a。由计算可知：露天采矿场工作台阶数4个，其中一个台阶采矿、三个台阶剥离，年采剥总量可达600万t，可见满足66万t/a矿石产量要求。（2）按年下降速度验证生产能力a2。每个台阶的开段沟需要时间6个月（开段沟断面：底宽20m，上宽31m；开段沟长350m～450m；电铲效率0.8×75万t/a=60万t/a）半壁路堑需4个月。从532m台阶至442m台阶累计矿量552万t，平均每下降1m采出矿量为6.13万t，年采矿量66万/t，需下降11m/a。使用机械化开采的露天矿，具有长650m，宽100m～350m的一个露天采场，年下降强度11m是可能的。（3）按合理的服务年限验证生产能力a3。a3=■=■=65万t/α，式中：Q为可被露采的工业储量6456530t；K为露采矿石回采率：0.95；p为露采矿石贫化率：0.05；t为服务年限，取10年。综合上述验算矿山的规模：确定矿山规模66万t/a是可行的。矿山服务年限：矿山服务年限t=t1+t2+t3=2+8+1=11年。t1为投产年限：2年，投产时产量：1000t/d；t2为达产年：8年，达产时：2000t/d；t3为减产年：1年，减产年：1700t/d。工作制度：露天矿年工作日数为330天，每天三班，每班八小时，连续工作制。采剥主要设备年工作天数：牙轮钻机（潜孔钻机）年工作310天；挖掘机年工作310天；汽车出车率65%；挖掘机与钻机：一年一大修，大修时间一个月，半年一中修，中修时间10天。开拓运输：矿体有露头，处于山坡。矿体下盘处于上坡低处，上盘处于山坡陡处。矿体侧翼有南梁村居民区，侧翼有原选矿厂及地面工业场区。境界圈定后，封闭圈以上高度143m，以下70m～90m。采矿场走向长330m～555m，宽度100m～350m。采剥总量不大，很适合公路开拓、汽车运输。其优点是公路易布置，工程量少，生产灵活机动能力大，更适应排土场（废石场）多处布置的要求。环保投资估算：本工程环保投资为1340万元，其中：尾矿库及系统设施1200万元，除尘设备费60万元，绿化15万元，覆垦（含废石场）65万元。
露天矿山生产规模篇3
【关键词】小型露天矿山；张里金矿；绿色矿山；地质环境
SmallGreenmininginopen-pitmineRoad
――ZhangliGoldmineasanexample
tianChen-longXUFeng-linLiUKangwanGQi
（CollegeofGeologicalScience&engineering，ShandongUniversityofScienceandtechnology，QingdaoShandong266590，China）
【abstract】thequantitysizeofsmallopen-pitmine，mininglocalitiesfaceiswide，havecausedgreatdamagetotheenvironment，andtheconceptofgreenminingbackslidingtodaychi，comparedwiththelargeminestandardizationmanagement，themanagementofsmallopen-pitmineisrelativelylaggingbehind.inthispaper，Zhangligoldmineasanexample，todevelopasmallopen-airminegeologicalenvironmentprotectionandrecoverymeasures.Fortheimplementationofcontrol，monitoringandprotectionofsmallminegeologicalenvironmentrestorationtoprovidetechnicalbasisandthereferencepath，makesmallopen-pitmininggeologicalenvironmentimpactandtominimizetheextentofdamageandpromotethesustainabledevelopmentofminingeconomy，ontotheroadofgreenmining.
【Keywords】Smallopen-pitmine；Zhangligoldmine；Greenmine；Geologicalenvironm
0前言
中国矿产资源的一个重要特点，就是大型、特大型矿少，中小型矿山多[1]。随着小型露天矿山开发时间的不断持续，开采范围和开采规模的不断扩大，并且小型露天矿山采矿分布点多面广，开采方式多样，对矿区生态环境、水文环境、地质环境的破坏问题日趋突出，这与可持续发展和绿色矿山的理念是矛盾的。
在基本查明张里矿区地质环境条件，基本查明矿区地质环境问题、地质灾害发育现状及造成的危害，产生地质环境问题的背景，分析研究主要地质环境问题的分布规律、形成机理及影响因素，进而对评估区地质环境影响进行评估。根据矿山地质环境问题类型、分布特征及其危害性，结合矿山地质环境影响评估结果，提出矿山地质环境保护与治理恢复分区和矿山地质环境监测方案。
1小型露天矿区开采对环境影响的分析
矿山的对于环境的影响主要从以下几个方面进行分析。
1.1矿山地质环境影响评估级别的确定
评估级别是依据评估区重要度、矿山生产建设规模和矿山地质环境复杂程度三个因素（表1）来确定的。
表1矿山地质环境影响评估精度分级表
张里金矿评估区重要程度分级为重要区，矿山地质环境条件复杂程度为中等，矿山建设规模为小型，确定本次矿山地质环境影响评估级别为一级。
1.2小型露天矿山的现状评估
1.2.1地质灾害危险性现状评估
张里矿山开采方式为露天开采，矿体倾角较小、埋藏浅，采场范围基岩，无地下采空区和溶洞，不抽取地下水，矿山开采产生的废石按要求堆放在开采区东北[2]。
综上所述，评估区具备发生崩塌的地质环境条件。因此，确定评估区地质灾害类型为崩塌。评估区内目前尚未发生崩塌地质灾害，现状评估崩塌地质灾害危险性为小。
1.2.2对含水层破坏现状评估
（1）矿井生产对地下水水质影响
张里金矿生产过程中矿区内主要固体废物为废石，废石中的有害物溶出量很少，且矿石只做短期堆积，对地下水造成污染很小。
（2）矿坑排水对主要含水层水位影响
由于本矿区主要含水岩组为碳酸盐岩裂隙岩溶水，大气降水是主要补给源，开采标高位于当地最低侵蚀基准面以上，不会对含水层造成直接影响。
（3）对矿区地表水体及生产、生活用水影响
根据现场勘查，矿区出露位置较高，区内无常年地表水系，仅发育季节性冲沟，雨季有暂时性水流，矿业活动直接对地表水体的影响不大。
1.2.3对地形地貌景观现状影响评估
目前，张里金矿矿区无自然保护区、名胜古迹、风景旅游区、生态保护区及重要地质地貌景观和地质遗迹，露天采场开采形成的采空区面积0.0325km2，废石堆放场占压土地面积0.0106km2，矿山道路占压土地面积0.0026km2。
故露天采场、废石堆放场和矿山道路改变了原有的地形地貌，露天采场影响为严重，废石堆放场和矿山道路影响为较严重。
1.2.4对土地资源影响评估
张里金矿对土地资源影响的评估：
（1）目前矿区开采已形成0.0325km2的采空区，破坏土地类型为其他园地，其他草地及采矿用地，面积分别为0.02hm2，0.05hm2和3.18hm2，故对土地资源破坏为较轻。
（2）废石场压占土地面积0.0106hm2。压占土地资源类型为采矿用地。矿山道路压占土地面积0.0026hm2，故对土地资源破坏为较轻。
1.3小型露天矿山的预测评估
张里金矿从矿山建设特点和地质环境条件综合分析，工程建设可能引发的地质灾害为崩塌地质灾害。工程建设引发或加剧崩塌地质灾害危险性为中等，评估区内其它区工程建设引发或加剧崩塌地质灾害危险性为小。预测评估采场区内工程建设可能遭受地质灾害的危险性为中等，评估区内其它区工程建设可能遭受地质灾害的危险性为小。
1.4矿山地质环境影响程度分区
在对地质灾害危险性、地下水含水层破坏、地形地貌景观和土地资源等的影响现状评估和预测评估的基础上，按单元素就高不就低的原则，采用叠加法对矿山地质环境进行影响程度分区。综合考虑危害对象、损失与治理难度，将评估区划分为矿山地质环境影响较严重区和较轻区。
可将张里金矿划分为：
（1）矿山地质环境影响严重区
为矿山开采境界范围，总面积为0.0486km2。矿山开采引发或加剧崩塌地质灾害发生的可能性中等，地质灾害危险性评估为危险性中等；对地下水资源、水环境的影响程度较轻；对区内地形地貌景观的影响严重；影响土地类型为果园、其它园林、其它草地、其它草地和采矿用地，对土地资源的影响程度较轻。
（2）矿山地质环境影响较严重区
主要为废石堆放场和矿区道路，总面积约0.0132km2。矿山开采引发或加剧崩塌地质灾害发生的可能性小，地质灾害危险性评估为危险性小；对地下水资源、水环境的影响程度较轻；对区内地形地貌景观的影响较严重；影响土地类型为其它园林，对土地资源的影响程度较轻。
（3）矿山地质环境影响程度较轻区
评估区内除矿山地质环境影响程度严重区和较严重区以外的区域，总面积约0.1904km2。矿山开采引发或加剧崩塌地质灾害发生的可能性小，危害小，地质灾害危险性评估为较轻；不会引起矿区及周围含水层水位下降和地表水体流失，也不会影响到矿区及周围居民及矿山生产生活供水，对地下水资源、水环境的影响程度较轻；对区内地形地貌景观的影响较轻；对土地资源的影响程度较轻，矿山地质环境问题的防治难度较小。
2小型露天矿山治理恢复分区与地质环境保护
2.1矿山的分区及治理方案
根据“区内相似，区际相异”和“就大不就小”，“整体不分割”的分区原则，结合本矿实际，坚持“以人为本”，在对矿区矿山地质环境影响评估基础上，根据矿区矿山地质环境影响综合评估分区结果，将评估区划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。
将张里金矿可分为：
（1）重点防治区
分布于矿山地质环境影响评估严重区，为矿山开采结束后形成的露天采场，总面积约0.0486km2。防治措施是：因矿产开采后，露天采场平台面积较大；布置截排水沟，边坡复垦的原则应把握以绿化为主。
（2）次重点防治区
为张里金矿废弃物堆放场和矿区道路，面积分别为0.0106km2和0.0026km2，防治措施是矿山闭坑后，对矿区道路进行修复壤，待其稳定后种植林木，恢复土地使用功能。矿山开采所产生的废料废渣，闭坑后应随即进行矿坑回填，开采过程中废石堆放不宜过高，堆积坡度应小于30°，防止堆积体发生崩塌。同时宜沿废石堆坡脚处修筑排水沟，及时疏排降水。
（3）一般防治区
评估区内除重点防治区和次重点防治区以外的其它区域，面积约0.1904km2。无需治理或稍作平整即可正常使用。
2.2矿山地质环境防治工程
根据矿山地质环境保护、治理恢复、监测对象和内容，矿山地质环境防治工程主要包括矿山地质环境保护与治理恢复工程和矿山地质环境监测工程。
2.2.1矿山地质环境保护与治理恢复工程
张里矿区主要包括崩塌、含水层破坏和地形地貌景观破坏等。
（1）崩塌
主要针对矿山开采结束后形成的露天采场。因矿产开采后，露天采场平台面积较大，因此在林地布置时，应充分考虑排水系统，以免形成内涝。台阶覆土后，易产生水土流失，拦土墙修建可采用矿山的废石渣进行砌筑；内侧应布置小型的截排水沟，布置时可在覆土时预留部分空间形成土质截排水沟。边坡复垦的原则应把握以绿化为主。
（2）矿区含水层破坏防治工程
矿区处于丘陵区，地表无河流通过。主要含水层为碳酸盐岩裂隙岩溶水，大气降水是主要补给源，水文地质条件属简单类型矿山。对区内地下水水位、水质影响较轻，故矿山在生产过程中应设专门水文地质人员对其水文地质变化情况进行监控，使矿坑排水达标排放，发现问题及时通报。
（3）地形地貌景观破坏
①废石堆放场治理恢复工程
包括露天采场剥离废石的运输、存储场地的平整和表土回填。
②矿山道路治理恢复工程
治理前先进行场地硬化路面拆除、平整工作，然后进行表土回填。
矿山开采终了后，对废石堆放场和矿山道路进行综合治理，进行植被覆绿。绿化矿山地质环境。
2.2.2矿山地质环境监测工程
矿山地质环境监测主要是针对矿区可能发生的地质灾害、水质污染和进行的监测，包括露天采场围岩位移、塌陷范围、地表位移、废水全分析等内容。
3结论
（1）依据评估区重要程度、矿山生产建设规模和矿山地质环境复杂程度三个因素，确定小型露天矿山地质环境影响评估级别。
（2）在现状评估和预测评估的基础上，综合考虑地质灾害危险性、含水层破坏情况、地形地貌景观影响及土资源破坏程度、危害对象等，将小型露天矿区划分为重点防治区和一般防治区。
（3）本方案的治理范围为采矿区、废石场压占区，针对治理范围内矿山地质环境问题，提出了矿山地质环境的保护方案、治理方案和监测方案。
【参考文献】
露天矿山生产规模篇4
关键词：露天采矿技术采矿设备新工艺新技术发展趋势
中图分类号：tD43文献标识码：a文章编号：
80年代以来,国内外露天矿山的开采规模一在继续增大,年采剥总量在1亿吨左右的特大型露天矿山有明显增加。与此相适应,露天采矿设备的规格也在向大型化发展。但与70年代相比,其发展速度已明显减缓,而各设备制造厂家都十分重视改进和完善机械结构,提高设备的技术水平,提高监测、控制和调度的综合自动化水平。
随着浅部资源的逐渐消耗,矿床开采将向低品位、边界品位、深部发展,安全高效的采矿技术的重要性将日显突出。信息技术的发展将为采矿工艺和技术的发展带来新的突破。数字信息技术在采矿工艺优化、采矿工程设计、生产调度、设备智能化、灾害预报及无人采矿系统等方面的应用将得到长足发展。智能采矿设备将成为21世纪露天矿山提高劳动生产率和竞争能力所追求的目标。
一、露天采矿新技术
从全球矿石生产产量来看，露天采矿是矿山开采最主要的方式，露天与地下矿石产量之比在2000年前后几年基本稳定在6：1，其中84%为露天开采矿石产量，而16%为地下开采矿石产量，预计随着浅部资源可供开发量的减少，深部资源勘探技术发展获得更多深部可开采资源，这一比例将会呈逐渐减小趋势。
当代露天采矿技术发展趋势是开采工艺的综合化，采剥工艺的选择贵在因地制宜。针对不同开采深度、不同地段、不同开采对象的特点，采用不同开采工艺，并组成综合工艺。将机械化、自动化、通信、计算机及优化理论等多学科交叉应用，通过研究、开发、实现露天开采生产的自动调度，生产计划和过程的优化，开拓运输系统和采装系统的优化将是露天开采常用的计划、生产管理手段，在未来几年，数字矿山技术将会得到普及。
1、胶结充填采矿技术
充填采矿工艺,尤其是胶结充填采矿工艺,对于提高矿产资源的回采率和保护地表不受破坏具有十分显著的效果。但如何使充填采矿工艺与矿床开采条件有效匹配,实现高效率、高产能，并且降低采矿成本一直是个难题，随着充填采矿工艺的推广应用，这一难题将逐步予以解决。
（1）盘区高分层充填采矿技术
分层充填采矿工艺应用范围较广,但分层高度一般在2m～3m左右，使得分层采矿法的生产能力和生产效率较低。标准盘区的生产能力达到800t/d以上，采后尾砂充填，实现分层充填采矿法集中强化采矿，显著提高了生产能力和生产效率。
（2）分段充填采矿技术
充填采矿法通常采用分层回采方式,但下向分层法的充填成本高,而上向分层法要求矿体稳固性较好。分段充填法将暴露面积较大的分层采场转变为椭圆状多边形断面结构大幅度缩小了采场暴露面积,因而可以在矿体不太稳固的条件下实行高效率充填采矿。该工艺可以实现无矿柱连续开采,可以在难采矿体条件下实现安全、高效、低耗采矿。
（3）高阶段大直径深孔嗣后充填采矿技术
大直径深孔采矿由高效率的落矿技术与阶段嗣后充填工艺相结合,既发挥了充填采矿法的优点,又能实现高效率、大规模地下采矿。通过铲运机平底出矿,遥控铲运机回收残矿,采空区采用嗣后高浓度尾砂胶结充填等工艺,使采场综合生产能力大大增强。
2、陡帮开采
目前,我国大部分大型露天矿已进入深凹开采,采场作业条件逐年劣化,采运设备陈旧老化,效率降低。因此要想从根本上改变矿山工业面貌,提升整体生产能力,必须依靠科学技术,提高科技贡献率,增强企业活力,以求得发展。陡帮开采技术具有初期剥离量小,基建工程量少,建设周期短和最终边坡暴露时间短等优点。
3、高台阶采矿
随着露天开采设备大型化的发展,国外一些矿山研究并采用高台阶开采工艺。我国对高台阶开采技术的研究起步较晚采用高台阶开采的露天矿不多,台阶高度最大也只有14m～15m。近几年来,我国大型露天铁矿装备水平有了很大提高,采10m3以上的大型挖掘设备逐渐增多,为高台阶开采新工艺的实施提供了有利的技术保证。
4、装备大型化
随着高新技术特别是微电子技术的进一步扩大应用,大功率柴油机和大规格轮胎相继研制成功,为装载设备大型化发展创造了条件。在21世纪必将会有采用先进技术特别是高科技微电子控制系统的、更加灵活可靠的、造价较低的更大型装载设备登上露天开采的舞台。
（1）钻机
国内重点冶金矿山穿孔设备是潜孔钻与牙轮钻共存,牙轮钻比例较高(占88%),钻孔直径以250、310mm为主,中型矿山以潜孔钻为主,钻孔直径以200mm为主;国外普遍采用牙轮钻,直径大多为310mm～380mm,有的达559mm,孔深可达73m。
（2）矿用电铲
国外液压电铲的应用在不断扩大(占26%),电动铲仍占绝对优势(占48%)。斗容以16.8、21、30、38、43m3为主。国内重点露天矿主要以电铲为主,斗容最大为16.8m3。
（3）露天矿用汽车
目前国外大型矿山,无论是液力机械传动的、还是交流驱动的电动轮汽车,其载重量大多为240t、320t、150t。我国大型露天矿山汽车的最大载重量也达到120t、170t。
（4）矿用电机车
目前国外露天采矿场使用电机车运输的国家主要是原独联体的一些国家,这些国家深凹露天矿电机车一般是直流电机或交流电机驱动的联动机组,粘重一般为300t以上,最大粘重为480t。国内电机车一般为直流电机驱动,粘重一般为150t。
（5）大倾角运输机
大倾角运输技术在露天矿山运输中具有明显的优越性。美国、前苏联、瑞典德国、英国等都进行了这方面的研究,如美国大陆公司研制了由2条胶带组成的夹持式大倾角运输机瑞典斯维特拉公司研制了带横隔板的波浪挡边大倾角运输机和由2条胶带牵引的袋式大倾角运输机英国休伍德公司研制了链板与胶带组合的大倾角运输机等。这些运输机都实现了>30°的大倾角连续运输。前南斯拉夫麦依丹佩克铜矿因采用了大陆公司的大倾角运输系统,使采场内的汽车用量减少3倍,运距缩短4km,其中35km是连续陡坡,大幅度降低了运输成本,每年可节省1200万美元。
5、爆破技术
（1）微差爆破
露天矿目前采用塑料导爆管非电起爆系统大区微差爆破技术，大区微差爆破一般一星期只需爆破一次，可满足采矿和剥离的需要，但受作业条件的限制，平时只搞小规模爆破，满足一台电铲2-3天的采剥量即可。
（2）二次爆破
采用Yt-25型和7655型凿岩机打眼，2#岩石炸药爆破，由于该矿大块产出率小，所以一般实行集中二次破碎，8#电雷管瞬发引爆。
（3）预裂爆破
为了减轻爆破震动对边坡的影响，并保证每个台阶坡面平整，临近边坡采用预裂爆破。用现有的牙轮钻机在每个平盘的境界线的坡底打垂直孔孔深为台阶高度，孔距2.5m-3.5m，空气间隔不偶合袋装乳化炸药，导爆索捆扎药卷同段微差导爆管起爆。
6、排土技术
排土技术是露天采矿过程中必不可少的生产工序，它不仅关系生产规模的扩大，而且体现着运输和排土的技术经济效果。排土方式取决于开拓运输方式，而排土场的稳定性及病害治理则是排土场能否长久使用的关键，采用汽车-推土机排土方式具有机动灵活、爬坡能力大等优点，适用于任何地形条件，可堆置山坡形和平原形排土场，且排土线路建设快、投资少、容易维护，其排土工艺与土场技术管理也比较简单。在排土过程中，有单台阶排土，高差达60米以上的，也有多台阶分层排土，每层10m-20m不等，露天矿排土技术与排土场治理一是采用高效率的排土工艺，提高排土强度；二是增加单位面积的排土容量，提高堆置高度，减少排土场占地；三是排土场复垦或剥离与土地复垦一体化作业，目前露天矿的土地复垦工作，主要是对到界的排土场或对其中到界的某一部分进行一般的复垦绿化，剥离与复垦一体化作业是将复垦作业和采剥作业溶为一体，在进行采剥作业的同时，将采场和排土场可用作复垦的表土单独采集和存放，待采场或排土场出现到界区域并可进行复垦时，再将这些表土运运至待复垦点排弃和复垦，这样不仅能取得一定的经济效益，而且还能化解一些工农争地矛盾，减少环境污染。
二、露天采矿设备的发展趋势
我国采矿技术取得了显著成就,但总体水平仍然较低,在以后一定时期内采矿技术的主要发展方向为：
1、设备逐步趋向大型化。为了满足人们对矿产资源的需求和矿业公司的经济利益，人们开始逐渐把目光投向边界品位矿体，扩大工作面尺寸，使用大型设备，加大开采规模。近20年采矿设备大型化的趋势日趋明显，主要表现在一是露天穿孔设备钻孔直径不断增大；二是露天装载设备的斗容量不断增大，电铲一直是大型和特大型露天矿山的主导装载设备，液压挖掘机和轮式装载机具有很多优点，如重量轻、机动灵活、作业率高、投资少、设备更新快、易于实现无级调速和控制等；三是露天运输设备的吨位不断增大，汽车具有爬坡能力大、转弯半径小的优点，汽车运输机动灵活，特别适合需要均衡配矿和多点作业的矿山，成为现代露天矿山的主要运输设备。
2、设备逐步向智能化方向发展。随着微电子技术和卫星无线通讯技术的飞速发展，采矿设备在开发和应用上逐步开始了自动化和智能化的发展进程，并取得了实质的进步，主要表现在一是车载监控系统，主要用于监控设备的完好状态和提供相关的维护信息；二是卡车调度系统，主要应用于露天矿山的优化运输生产中，从最初的应用于运输汽车的调度，发展成为全面提供实时数据和相关生产数据，进行实时设备监控；三是卫星定位系统，利用全球卫星定位系统进行卫星定位，精度可控制在厘米级，在露天矿山的应用领域越来越广。
3、设备更体现人性化。露天采矿设备在设计中贯彻“以人为本”的原则，充分考虑操作者、设备和环境的协调，采取先进有效的技术措施，增加设备操作的安全性。降低振动与噪声改善作业环境，提高操作者舒适性，主要体现在一是设备的安全性，设备的安全功能和相应安全功能的可靠性，是露天矿山安全生产与工作人员生命安全的保证；二是设备的舒适性，露天采矿设备的生产单位，在设计研发阶段要运用人机工程学设计原理，改善司机的工作环境，注重驾驶员与操作界面的协调，缓解疲劳，提高作业效率；三是设备的外观造型，露天采矿设备的生产单位要注重设备外观美学和机体本身的流线型设计，达到机械与环境的和谐，给人以视觉上的美感，是功能、材料、结构、人机关系以及生产工艺等因素的综合表现；四是设备的环保性，露天采矿设备是污染的源头，为降低能耗、污染，尽量采用低环境负荷材料，采用能再生利用的材料和资源，降低整机的振动与噪声，减轻对周围环境的污染。
科技的不断进步，推动露天采矿技术和设备不断更新进步，提高矿山的生产力，节约投资，降低成本，对我国低品位、边界品位露天矿的开发有了乐观的开发前景。在不远的将来，我们甚至可以通过建立模拟采矿系统进行经济比较，向虚拟采矿方向发展。随着微电子技术和卫星定位系统的扩大应用，为无人驾驶矿用汽车的研发和投产，创造了有利的条件。
参考文献：
[1]薛成浩.加快技术创新保证采矿设备的高效运行[J].梅山科技.2000(03)
[2]屈建清.对露天采矿设备进行状态评价的探讨[J].露天采矿技术.2007(S1)
露天矿山生产规模篇5
【关键词】矿体特征；开采条件；开采方法
1.概述
拉尔玛矿区在地理分区上属秦岭山脉西段，海拔3600―3900米，拉尔玛主峰高4059.4米，山势西低东高，地形坡度大都在20°―30°之间，地形较平缓，切割深度不大，在地貌上属于高山侵蚀地形和剥蚀堆积地形，并形成大小不等的高原沼泽。
矿区位于青藏高原的东北部，属大陆性高寒气候，总的特点是寒冷潮湿，气温变化大，年平均气温-1.1℃，最高气温（7月份）17.4℃，最低（元月份）-17.6℃；9月份开始降雪，10月至次年5月为冰冻期，冻土层厚1.0―3.0米；年平均降水量为810毫米，降水集中在7―8月，一年四季多有西北风，最大风力达8级。
2.矿床地质特征
2.1含矿断层地质特征
矿区位于甘川交界的西缘，碌曲县贡巴的东北侧，东起拉尔玛主峰，西至纳卜加索迪，东西长4.0公里，南北宽1.0公里范围内，矿体严格受断裂构造控制，产出于F1上盘的F7―F8断裂间上震旦统拉尔玛组和下寒武统俄都组黑色含炭碎屑岩系的碎裂岩带和角砾岩带中，矿体展布方向70°―80°，与区域总体构造方向基本一致。
研究区内已发现4条规模较大的含矿断裂带。含矿断裂带长度在400-1500m不等间,宽几米到十几米不等左右,走向北东70～90°,倾向北东,倾角70°～85°。
2.2矿体地质特征
2.2.1矿体分布特征
研究区矿体具如下特点：
a.矿体主要受断裂向西收敛，向东撒开控制，在断裂向西收敛部位，矿体规模大，矿化集中；在断裂向东撒开部位，矿体规模小，且分散。
b.矿体受一组压扭性断裂控制，反映有明显膨大收缩现象，厚度较薄矿体，延伸较大；膨大或厚度大的矿体，延伸不大，可能与断层性质和倾角有关。
c.表内矿体赋存在表外矿体之中，表外矿体赋存在矿化之中，其特点是贫矿包富矿，矿化包贫矿，两者界线不清，是逐渐过渡的；以表内矿体为中心，组成表内矿体（高品位）―表外矿体（低品位）―矿化岩石―围岩过渡矿化序列。
d.金矿化主要在硅岩与含硅质团块条带状粉砂质板岩，粉砂质板岩的岩相过渡带上，是矿化最富集的部位，而出现厚层块状硅质岩的岩石组合时，矿化减弱或消失，硅质岩经构造作用和热液作用，形成较厚的碎斑岩（或角砾岩）和硅化硅质岩，是富矿体主要赋存部位。
e.本矿床最大的特点是矿石品位低，规模大，埋藏浅，绝大部分为表露矿体，开采条件好.
2.2.2矿体形态、规模、产状
本矿床共赋存70个金矿体,主要集中分布在矿区中西部（95―111线），组成一个很大的矿体群，矿体形态很复杂，时有膨大、收缩和分枝，复合、尖灭、再现的特征（图25），出露标高3450―3780米。对其中33个矿体统计，有3个矿体一般长180―466.0米，平均厚度2.01―6.30米，平均品位为3.36―7.90g/t，矿体呈串珠状透镜状、似层状、长条状，矿体在空间分布上彼此平行或大致平行于断层面上，呈斜列式排列，其产状受断裂破碎带控制，矿体展布方向北东东，倾向nw，倾角60°―70°，与断裂破碎带基本一致。其余30个金矿体矿体一般长81.0―220.0米，最长达435.0米，宽1.5―6.0米，最宽达18.0米，品位1.0―1.7g/t，矿体呈长条状，似层状，矿体规模小，且分散。
3.开采条件
3.1工程地质条件
矿区地层出露岩性为灰色千枚状绢云母板岩、绢云母粉砂质板岩、炭质板岩、粉砂质板岩、薄层状钙质粉砂岩、含铁千枚岩、含炭绢云母粉砂质板岩、千枚状绢云母泥质板岩、凝灰质板岩、紫红色含铁板岩及中厚层硅质岩等，岩石节理、裂隙发育，构造挤压强烈，风化带厚度在构造破碎带中可达100米以上，一般达20―30米，矿床的地质构造属于断裂褶皱型。矿床总体构造线方向北东东呈近东西向，褶曲以线型紧密褶曲为主，断裂以走向断裂为多见。该区地层强度不均，工程地质条件较差。
3.2水文地质条件
碌曲县每年7―9月为雨季，最大日降水量为44.9mm，最大蒸发量为9.4mm，区内所见地下水，地表水体不多。
矿床内地表水、地下水主要靠大气降水补给，矿床位于当地侵蚀基准面以上，高出66米之多，储水地层主要为第四系地层，其它地层除构造破碎带微含水外，基本不含水，所以矿床水文地应属简单到中等类型。
4.采矿方法选择
结合矿体赋存特点，从开采技术条件看，拉尔玛金矿首采范围内实施露天开采无论在技术还是在生产管理上均明显优越于地下开采，本次设计确定露天开采为矿山开采方案。深部开采方法将视将根据矿体延伸特征再确定。
4.1露天开采境界的确定
4.1.1境界圈定原则
⑴以境界剥采比小于或等于经济合理剥采比初定露天采场境界。
⑵以平均剥采比小于经济合理剥采比来校核露天采场境界。
⑶在减少剥岩量的前提下，尽可能把顶底盘及两端的矿体圈定在境界内，减少采矿损失率。
4.1.2经济合理剥采比确定
经济合理剥采比是露天开采的重要依据。在计算经济合理剥采比时，采用原矿成本法计算，确定拉尔玛金矿的经济合理剥采比，计算所用参数见下表，利用公式nJH=γ(CD-a)/b计算经济合理剥采比为5.98m3/m3。
经济合理剥采比计算的基础数据
指标名称符号单位露天开采地下开采
露天剥离成本b元/米345―
露天开采成本a元/吨18―
地下开采成本CD元/吨―120
矿石容重γt/m32.642.64
4.1.3露天边坡参数的选取
拉尔玛金矿露天开采的优点是很明显的，最重要的是要减少基建剥岩量，基于安全和效益两个因素，依据资料并类比其他相似矿山资料，确定边坡参数如下：
台阶坡面角：原生矿岩层600，台阶高度10m。
4.1.4露天境界圈定及分层矿岩量计算
选择95～113号勘探线间较厚大部位的矿体圈定露天境界。在保证境界剥采比不大于经济合理剥采比的前提下，合理缩小露天境界以减小剥岩量。通过分层进行境界剥采比计算，其境界剥采比均小于经济合理剥采比。最终确定露天境界：
采场境界尺寸810×282m2（长×宽），露天顶部标高3784m，
露天底部标高3714m，台阶高度10m，最小工作平台宽40m，段沟最小底宽18m，段沟最小顶宽26m，清扫平台宽度7m，安全平台宽度4m台阶坡面角原生矿岩层600，露天最终边坡角44025′34″，境界内矿岩总量832万米3，其中岩石量549万米3，矿石量720万吨，矿山平均剥采比为2.2m3/m3。
4.2开拓运输
开拓运输方案的选择：矿区山势西低东高，地形坡度大都在15°―30°之间，地形较平缓，露天采场距选矿厂0.5km。上述条件决定了该矿山较适宜的开拓运输方案为单一的公路开拓，汽车运输。
该矿为山坡露天矿，矿山剥采比小，运输线路对剥岩工程量和边坡扩帮量影响较小，结合地表运输方向，在露天境界下盘修折返线路，矿石由汽车运至破碎。废石运输从各水平分层直接由汽车运至废石场。
4.3采剥作业
4.3.1.采剥工艺选择
矿区地势东高西低，采用水平分层采矿，每个水平都沿地形由西向东偏南方向开沟，工作线沿东西偏南方向布置，由南向北偏西方向推进。
4.3.2.爆破作业
根据矿岩物理力学性质及确定的采矿规模，矿岩均采用中深孔爆破，采矿台阶高10m，矿石大块产出率8%，并采用二次破碎。矿山中深孔爆破在靠近端帮时，必须减少一次起爆孔数和一次爆破的装药量。在靠近采场边界时，须采用控制爆破。
4.3.3.铲装作业
根据采场条件，采用液压挖掘机铲装，并配前装机辅助装矿。边剥离边采矿，台阶间超前40m以上，以保证一个台阶最小工作平台宽度，这样既可以最大限度地满足矿山二级矿量要求，又能充分发挥设备效率。
4.4露天防排水
地表排水采用自然排水，在露天采场周围约20米处挖沟，在矿体上盘采场边界沿矿体走向掘沟，采场端部边界沿垂直矿体走向掘沟，将雨水引到矿区外。排水沟底宽0.6～1m，上口宽1.0～1.5m。
矿山采用露天开采，矿体赋存在3714m标高以上的山脊上，开采过程中具有很好的自然排水条件。不需要机械排水即可保证生产。
5.开采中主要安全因素
⑴作业现场产生的粉尘、有害尾气对环境有一定的影响。
⑵产生设备产生的噪音对操作人员健康有一定影响。
露天矿山生产规模篇6
【关键词】露天采矿;开采工艺;采剥设备;环境保护
0.引言
云南思茅山水铜业有限公司是由玉溪矿业有限公司、（香港）励晶金属有限公司、云南鼎泰投资有限公司和云南易门经一工贸有限责任公司共同投资重组的一家中外合资公司，目前拥有大平掌铜矿采矿权和大平掌铜多金属普查、大凹子铜多金属普查、景谷中合铜多金属普查三个探矿权，是集探、采、选为一体，以铜、锌为主的矿产资源开发企业。
1.大平掌铜矿地质概况
大平掌铜矿是一座以铜为主，并伴生锌、金、银，铁等多种金属元素的中大型露采矿山。采区出露地层主要为上泥盆统－下石炭统大凹子组（DCd）的第一段（DCd1）顶部和第二段（DCd2）。大凹子组第一段顶部为块状硫化物及放射虫硅质岩、硅质凝灰岩，是矿区v1矿体的产出层位，其下部被次火山岩流纹斑岩侵入，矿区v2矿体即产于流纹斑岩。大凹子组第二段出露于矿区中部，岩性为灰绿色英安岩。矿区总体为一北西走向的背斜构造，由于受断裂、斜长花岗斑岩及流纹斑岩侵入破坏，背斜形态不完整。采区出露断层较多，但多为小断层，对矿体影响不大。只有2-12线之间发育较好的纵段断层和4-6线处发育横断层对v1矿体有一定影响，但错距都不大只有20米。大平掌铜多金属矿产于大凹子组凝灰岩和流纹岩中，矿区圈出两个矿体，两者的地质特征有明显差异。V1矿体由块状硫化物矿石组成，呈不规则的透镜状或构造块体，分布在V2矿体及流纹岩之上，与下伏V2矿体不完全重叠，与顶板英安岩之间常见凝灰岩，接触面呈波状。V2矿体由细脉状和浸染状矿石组成，产于流纹斑岩顶部流纹岩中，连续分布，中部厚边部薄，饼状透镜状。两个矿体分布于19至20勘探线间，走向北西，向北东波状缓倾斜，倾角10°－25°，局部大于35°。矿体总体长2000米，宽100－670米，埋深从地表到280米标高，矿体厚度2－50米。V1矿体主要由7个矿体构成，V2矿体主要由4个矿体构成。
2.矿产资源
根据玉溪矿业矿山研究院提交《大平掌铜多金属矿床三维可视化模型创建及资源储量评价报告》结果：核实累计查明工业加低品位111b+122b+331+332+333类矿石量3646万t，铜金属量300149t、铜品位0.81%，锌金属量182092t、锌品位0.5%，金金属量7757kg、金品位0.21g/t，银金属量307406kg、银品位8.36g/t。
截止2010年底，累计开采消耗铜矿石量450万吨，铜金属量40649t平均品位0.90%；保有111b+122b+331+332+333类铜矿石量3196万吨，金属量259500t，平均品位0.81%。
3．采矿
3.1开采现状
大平掌矿区开采范围为大凹子矿段的13～21号勘探线和大平掌矿段的1～20号勘探线。大凹子矿段共开采消耗铜矿石量约87.98万t,铜金属量3017t,大凹子矿段的矿体大部分已开采，只有少量的残留矿体，待后期条件成熟时开采，目前矿山对大凹子矿段的采空区已进行回填；大平掌矿段为今后开采的主要区域。目前矿山的实际采矿能力为6000t/d、实际选矿能力为4000t/d。矿山采用露天开采方式开采，由于前期缺乏系统的规划，采剥严重失调，导致矿山生产能力与选厂处理规模不匹配；2006年3月云南思茅山水铜业有限公司成立后，公司不断加大矿山剥离，解决历年“剥离欠帐”问题。2007年全年剥离土石方工程量：1100万m3，供矿50万t，尚有20万t存矿；2008年剥离土石方工程量：1100万m3，供矿54万t，铜品位为：1.5%，锌的原矿品位：2.5%，采矿标高降至1240m，存矿50万t。2009年全年剥离土石方工程量：1000万m3，采矿最低标高1140m，供矿82万t，尚有120万t存矿。2010年全年剥离土石方工程量：1100万m3，采矿最低标高1110m，供矿110万t，尚有220万t存矿（处理量与采矿量不一致）。
3.2大平掌矿露天边坡地质条件
大平掌矿露天采场边坡主要分布情况：西南帮和东北帮主要出露在流纹斑岩中；西北帮和东南帮以1100m标高为界，上部为英安岩，下部为流纹斑岩；东南帮1260-1300出露部分第四系残坡积物；最终边坡地层出露情况见图1、图2。
露天采场最终边坡出露的岩石主要英安斑岩和流纹岩。流纹岩被硅质胶结，硅化强，岩石坚硬，抗剪抗压强度高；英安岩致密坚硬、节理欠发育，具有较好的抗压强度。因此，从总体上来看，露天采场最终边坡通过的地层岩石坚硬，稳固性好。地层的产状和露天边坡的关系为：东北方向边坡与岩层产状逆向,西北和东南方向边坡地层近水平斜截边坡，西南方向边坡整体为流纹岩。从地层的产状和露天边坡的关系来看，不会在地层分界部位形成滑移面。地表有部分第四系残坡积物出露高度不大，对边坡稳定性影响不大。
图1大平掌矿露天采场东西向边坡主要出露岩层图
图2大平掌矿露天采场南北向边坡主要出露岩层图
3.3露天境界
大平掌铜矿露天开采境界为南20勘探线至北3勘探线之间，开采标高为900-1340m，主要开采对象为V1、V2矿体。
大平掌露天矿各参数值：
①工作平台台阶高度10m，终了时合并台阶高度20m。
②安全清扫平台宽度12.5m。
③运输平台宽度15m。
④运输线路坡度10%。
⑤运输线路最小转弯半径15m。
⑥台阶坡面角：最终台阶坡面角为65°，工作台阶坡面角为75°。
3.4露天采剥工艺
根据大平掌矿露天开采最终境界，在1140台阶以上，矿体下盘紧临最终境界西南面，其上盘剥离量较大，故露天开采沿矿岩分界线上盘进沟，将露天坑分为上盘剥离帮及下盘采矿帮。采矿帮采取缓帮工艺，剥离帮采取组合台阶陡帮工艺。1140台阶以下各台阶矿体与夹石交互产出，不能明确划分采矿帮和剥离帮，因此，只能沿矿体下盘和端部布置折返道路向下开拓，布置2-3个工作台阶以缓帮工艺进行采矿和剔夹工作。
3.5矿床开拓及运输系统
3.5.1矿床开拓
大平掌矿露天采场以1060m标高为界，以上为山坡露天，以下为凹陷露天，山坡露天从1060m-1240m共18个台阶,凹陷露天从900m-1060m共17个台阶。矿床开拓中，上部山坡露天采用直进式公路开拓。由于东北帮地势高，且与排土场之间的联系被深沟切断，因此，不能从矿体上盘剥离量大的东北帮进线，只能从西南帮进线，每一组合台阶接两条外部线路，台阶之间由内部设临时线接向上（或向下）接通上下台阶。凹陷露天开拓采用下盘和端部折返公路开拓，露天矿的总出入沟布置在1160m标高南部。
3.5.2矿岩运输系统
①山坡部分开拓线路布置：山坡露天的矿岩主要经过平台运输至直进公路，通过外部公路将矿岩分别运输至距采场1.32km左右西北方向的选矿厂和采场西南方向的排土场。
②凹陷露天矿岩通过下盘和端部折返公路运送至1160m总出入沟，再经外部公路将矿岩分别运送至选厂和排土场。
4.防排水
由于大平掌铜矿矿床开采采用露天公路开拓方式。开采过程露天坑有裂隙渗透水及大气降水，随季节不同水量有变化，雨季水量大。露天防排水工作主要有露天场外排水、山坡露天采场排水和凹陷露天排水。
5.露天开采中环境保护
5.1环境污染源及处理措施
5.1.1废气
露天采场凿岩、穿孔、爆破、铲装、运输工序是主要粉尘污染源。由于其排放的无组织性，难以准确计量，据国外及其它类似矿山实测资料类比，其生产设备的产尘强度大致如下：
自卸汽车：4－15g/s，挖掘机：2g/s，潜孔钻机：4.8g/s，破碎机：1.5g/s。上述作业粉尘被气流带走，形成局部含尘空气，随气流的迁移、扩散，将污染作业场所及附近环境。控制措施如下：
凿岩、穿孔采用阿特拉斯吸尘式钻机或采用湿式作业；配备洒水车对采、剥工作面、矿、岩石运输道路、废石场进行喷雾、洒水降尘、抑尘；产尘点操作工均配带防尘口罩，防止粉尘吸入人呼吸道。
5.1.2固体废弃物
露天采场固体废物主要是剥离废石。露天采场基建工程量：782.30万m3，其中矿石276.61万t，剥离废石689.48万m3；全期剥离废石6403.81万m3，目前暂时选有采场西侧1020－1264废石场、容量为119.85万m3；采场西南1144m以下沟谷内，容量为9575.80万m3，合计9695.65万m3，可满足露天开采全期排废需求。废石场周围修建截洪沟，下方修建拦渣坝，底部修建沟底排水涵洞（管），以防止废石排入河道。
废石场采取经常喷雾、洒水等措施，有效地减少扬尘对周围环境的影响。大平掌矿山对部分废石进行综合利用研究，如用于筑路，加工成建筑砂石加以利用等，有效地减少地面废石堆放量，减少对周围环境的污染影响。
5.1.3噪声
采矿场地面主要噪声源自浅孔凿岩机、矿石装载机等设备，噪声级为85-105dB（a）。作业过程中作业人员佩戴耳塞和开采设计中采用措施降低噪声水平。
5.2景观破坏和复土植被
大规模露天采矿及废石的堆存，不可避免地会造成建设地区土地及植被的破坏，影响这些地区的自然景观及生态环境。因此，待露采坑、废石场服务期满后，对其进行复土，植树种草恢复生态。
【参考文献】
［1］采矿手册．北京：冶金工业出版社，2010.
露天矿山生产规模篇7
关键词：mapGiS；地理信息系统；矿山
中图分类号：tp29文献标识码：a文章编号：1672-3198（2008）04-0263-01
1mapGiS地理信息系统
mapGiS是具有自主版权的集数字制图、数据库管理及空间分析为一体的大型基础地理信息系统软件。它的主要功能包括数据采集与编辑、空间数据管理、空间分析、数据输出等，借助这些功能可以从原始数据中图示检索或条件检索出某些实体数据，还可以进行空间叠加分析，以及对各类实体的属性数据进行统计。mapGiS广泛应用于地质、矿产、城市规划、测绘、土地管理等领域，并成为专业技术人员进行各自研究的重要工具。
2地理信息系统在矿山中的应用
mapGiS地理信息系统在矿山中的应用大致分为两类：一类是以多源信息的集成管理为主；另一类以多源信息的分析为主，即在前者的基础上结合一些应用模型进行分析。可以对矿山资源与环境信息进行采集、存储、处理，建立矿区数据库及软件系统，实现对信息的查询检索、综合分析、动态预测和评价、信息输出等功能，从而为矿区环境工程和矿产资源开发管理进行规划、判断和决策提供科学依据。
2.1mapGiS在资源管理中的应用
在矿山建设和生产过程中，涉及到多种资源的管理，如矿山开采的主要资源（矿山资源）、伴生矿物、水资源等。基于mapGiS的资源管理，建立矿产资源空间数据库，实现图形及其相关属性数据的统一集成管理。
（1）矿山资源管理。矿山资源储量和品位管理是矿山资源管理的基础，利用GiS技术进行矿山资源管理，实现矿山资源储量和上覆岩土剥离量的自动快速计算、动态管理及分析、表达，反映矿山资源的数量和分布情况，最终保证资源的合理开采和充分利用。
（2）其它资源管理。对于矿山的伴生矿物，建立基于mapGiS的数据库，有利于伴生矿物的综合开发利用。水资源管理也是矿山面临的重要问题，由于矿山的生产活动，破坏了其周围的水资源，mapGiS技术可以用于水资源清查，反映水资源的分布情况，为合理的利用和保护水资源提供依据。
2.2mapGiS在工程地质中的应用
矿山工程地质的原始勘探数据可以基于mapGiS的空间数据库高效地存储管理。mapGiS可以有效的管理矿山工程地质图，并实现图形及其属性关联，其关键问题在于图形表达编辑能力要强。mapGiS可以像CaD一样来绘制矿山资源开发所需要的柱状图；还可利用钻孔数据和柱状图，或者基于空间数据库，mapGiS可以自动绘制剖面图和等值线图。在矿山的边坡控制和疏干排水中，mapGiS地理信息系统技术可以帮助矿山工作者解决矿山疏干排水、采场边坡设计与稳定性分析等工程问题。
2.3mapGiS在矿山规划与设计中的应用
在国外，许多矿山已经应用GiS来解决矿山工程问题。例如，德国的露天煤矿使用GiS设计工作面的作业计划、矿岩运输线路及排土场的位置等。而我国GiS在矿山的应用大多集中于底层的矿图管理，在GiS中建立分析模型对矿山进行优化分析的应用研究还很少。
（1）矿山的境界、生产能力、服务年限、开采工艺等都是其重要的决策问题，用mapGiS技术建立境界的可视化模型是非常有效的，在传统的G软件中建立地质统计学模型可以较好的模拟开采境界和品位优化，并且实现境界的动态圈定。
（2）利用mapGiS技术可以对矿山的采场进行交互式的可视化设计。通过在GiS软件中建立专业的分析模型，对采场的设计效果进行分析，改进设计效果。矿山设计者可以用在GiS中建立的专业模型（如网络模型、动态规划模型等）优化露天矿生产系统，如用GiS的最佳路径分析功能来优化露天运输线路的位置和布局，缩短矿岩运距，从而降低运输成本。采用mapGiS进行露天矿的设计和规划，不仅可以交互式绘制各种所需图件，而且可以建立图形元素与其属性数据的联接，这是手工图或CaD图所没有的功能。
2.4mapGiS在矿山管理中的应用
（1）生产计划和调度。在制定矿山生产计划和调度方案方面，可以利用mapGiS技术建立块状矿床模型，通过计算机可视化显示矿山的矿岩分布和当前开采状态，建立开采优化模型确定哪些块段在哪个计划期开采，则得到一个优化的开采方案。目前，国内大部分矿山采用电铲―卡车间断工艺系统，采运成本占露天矿总成本的60%以上。因此，基于mapGiS的矿山生产调度监控系统，实现对电铲、卡车等设备的实时优化调度，使运输系统高效运行，从而提高矿山的经济效益。
（2）矿图管理。二维矿图管理是目前GiS技术非常成熟的应用，也是GiS技术比较基础的应用。mapGiS的最终输出产品是电子矿图，mapGiS用于矿山的矿图管理，其实质是建立空间数据库，实现对矿图及其元素属性的存储、编辑、查询和输出，为其他高层次的应用建立基础。
（3）人力资源管理、安全管理与决策支持系统等。根据矿山的组织结构，建立基于mapGiS的人力资源数据库，与人员考勤系统连接，从而可视化的确定和显示在什么时间、什么地点有哪些人在作业，为管理者提供实时的采场人员分布情况，为决策提供依据；利用mapGiS对安全设施的布局进行合理科学的规划，在满足矿山安全生产的条件下尽量节约安全经费，降低生产成本,对于已经发生的事故和灾害，进行基于mapGiS的影响评价和分析事故原因，可预防同类事故的再次出现；建立基于mapGiS的决策支持系统，就是在空间数据库的基础上，建立专家知识库和专业模型，为矿山决策提供解决方案，并充分发挥Gi的空间分析能力，以可视化的直观的方式为决策提供依据。
2.5mapGiS在矿山环境保护与生态恢复中的应用
开发矿山矿产资源，通常对环境的破坏很大。人类赖以生存的自然环境，在某种意义上比矿产资源更重要。基于mapGiS的地理信息系统可以很好地统筹解决环境问题。
（1）矿山环境影响评价。矿山资源开发过程中容易引起一系列环境问题，一般可以分为四类：土地破坏、水体污染、大气污染和噪声污染等。mapGiS技术在环境影响评价中的应用已比较成熟，有助于解决露天矿环境问题。例如通过建立eGiS（专家地理信息系统）可以准确的评价露天矿生产活动对周围环境的影响；通过建立mapGiS的缓冲区分析可以评价爆破产生的环境污染（飞出的岩石、噪音和烟尘）范围。
（2）环境规划和土地复垦规划。在矿山环境影响评价的基础上，mapGiS可以用于制定科学的环境规划，确定环境治理措施的合理布局。矿山对到达边界的排土场或废弃的采场进行土地复垦,建立基于mapGiS的土地复垦信息系统，在计算机屏幕上动态显示现在与未来矿区土地覆盖变化，对未来土地复垦后的景观进行预测模拟，从而有效的指导和评价土地复垦作业。
3结论
mapGiS在矿山中的应用，主要包括资源管理、辅助勘探、工程地质、矿山规划设计、实时开采模拟、作业安排与监测、地质统计、环境保护和生态修复等。其中，建立基于mapGiS的矿产资源数据库是实现mapGiS在露天矿应用的基础。mapGiS在矿山成功应用的标志,是实现基于mapGiS的交互式三维可视化矿山开采设计。实现矿山企业的集约型发展，需要充分利用空间信息资源,在mapGiS技术支持下的数字矿山建设，是矿山企业走向可持续发展的必经之路。
参考文献
［1］鲍光淑，刘斌．基于空间分析的矿产资源评价方法［J］.中南工业大学学报,2001，32(1)：1-3.
露天矿山生产规模篇8
关键词：司家营；露天采场；炮孔取样
1司家营概况
司家营铁矿位于河北省唐山市滦县城南10公里，是冀东矿脉的一部分，矿区铁矿石产于前震旦系变粒岩中，属鞍山式沉积变质铁矿床。该矿设计规模为年采选矿石700万吨，生产铁精粉254万吨，以n4勘探线为界分为南北两部分，北部为露天开采，南部为井下开采。
2矿区地质介绍
司家营铁矿区内地层以前震旦系、震旦系和第四系为主。由第四系地层大面积覆盖，基岩露头除在矿区东部和尚山-铁石山一带有较连续的分布外，其它均为零星分布。区内前震旦系地层主要由一套变质程度较浅，粒度较细，岩性比较简单的变粒岩类、片岩类和石英岩类组成。区内断裂构造较发育，主要有北北东及北北西向和近东西向三组。北北东向和北北西向多为压扭性逆断层；而近东西向的多为张扭性横断层。该矿区赋存矿体有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个矿体。
Ⅰ号矿于矿区东侧，纵贯北、中、南三区，为全区规模最大、形态和产状变化比较稳定的一个矿体；Ⅱ号矿于矿区南端，仅局部在地段见有零星露头；Ⅲ号矿于矿区中部及北部，大部分伏于第四系和震旦系地层之下；Ⅳ号矿体分布于矿区中部，矿体全部被第四系和震旦系地层覆盖；这四个矿体围岩主要为黑云变粒岩，矿体沿走向具有明显的膨缩和分枝复合现象。
3矿区以往勘探情况
1978年河北省地质局第十五地质队提供的北区勘探报告，确定本矿床勘探网度为：B级：200*100米；C1级：200*200米；C2级：400*400米。勘探线的布置基本垂直于主矿层的走向，各勘探线之间相互平行。勘探线间距以200米为主，在局部地段加密到100米。在n18至n6线范围内：缺失S5、n3、n5、n11、n13、n17勘探线，由于这些勘探工程的缺失，加之矿体分支复合、膨胀收缩现象较多，导致矿体控制不太准确。
4矿区采用的其它生产勘探手段介绍
生产探矿是矿山生产过程中所进行的探矿工作，其目的是使矿山保有规定的三级矿量，准确控制矿体边界及厚度的变化，进一步查明矿石质量的空间分布特征及其变化规律，查清主矿体上、下盘及边部的小型矿体，查明对矿体有破坏作用的断裂及岩脉及近期开采地段水文地质条件、工程地质条件和开采技术条件，为保证矿山正常持续生产和指导生产采准与回采切割工程的设计、施工而提供可靠的地质资料。
司家营铁矿露天采场主要采用：探槽、爆破孔素描方式进行探矿，掌子面素描为辅；在某些不具备上述探矿条件的地段布置生产探矿钻孔，随着回采工作的进行，在预留工作平台区域之外及时跟进槽探工作，探槽平行于原勘探线走向布置，各探槽间距25m，矿体变化简单的部位可适当可放宽至50米间距，设计探槽长度应超出矿体界限2至3米，采用拣块法沿探槽中心线进行取样，取样间距2m。槽探工程具有预先探矿的意义，能够准确的确定矿岩界限，在矿体分支较为复杂的区域应该采取槽探工程，但是由于槽探工程需要充足的区域，在不影响采矿生产的情况下才能采用，针对这种情况，一般只能采取掌子面素面和爆孔取样的探矿手段来探明矿岩界限。
掌子面素描探矿是自由节约的一种探矿方式，需随着回采进度及时进行，对于露天采场掌子面上有矿体分布的情况，需布置取样，对于产状较陡的矿体，取样布置方向应垂直矿体倾向方向，在掌子面底部布置取样；对于产状较缓的矿体，沿倾向方向在掌子面底部布置取样点。
5矿区爆破孔取样方法研究
由于采矿人员在穿孔作业过程中受作业场地的限制，往往采用压渣爆破的方式准备备采矿量，而掌子面素描取样需要在清渣的情况下进行，探槽取样往往会影响采矿的正常生产，因此，针对司家营铁矿的实际情况，炮孔取样作为日常的取样方式更能符合矿山生产的需要。
5.1炮孔取样位置的确定
司家营铁矿矿体倾向西，走向近南北，为了保证取样位置具有代表性，一般垂直矿体走向布置取样排数即东西向布置取样位置，另外，由于炮孔布置孔网参数为7m×8m，因此隔一排布置取样排数即可满足勘探精度的需求。根据露天采场取样位置不同，露天采场南部和北部的炮孔区，每隔一排对东西向的炮孔整排进行取样，如图1所示。针对露天采场东帮和西帮的炮孔区，同样每隔一东西向的小排炮孔进行取样，如图1示。
图1炮孔布置图
5.2炮孔取样方法
司家营铁矿采用KY-310型牙轮钻机进行穿孔爆破，全为垂直孔，开孔直径310mm，孔深15米左右，钻机在凿岩过程中，形成的岩粉借助高压风的压力堆积在孔口周围，形成以钻孔为圆心，中高边缘低的岩粉堆，一般情况下，炮孔上部的岩粉堆积在岩粉堆的下部，炮孔下部的岩粉堆积在岩粉堆的上部。炮孔取样一般在穿孔作业完成后立即进行，取样采用渣堆断面法，平行矿体走向布置开挖断面，沿矿体走向隔排取样，垂直开挖岩粉堆断面，每个含矿炮孔渣堆均需进行素描，渣堆断面完整，能反映整个炮孔自上而下的矿岩比例情况，按15等分进行矿岩界限素描，分为上矿下岩，下矿上岩，中间矿上下岩，上下矿中间岩，全矿孔，全岩孔等六种情况，原则上只取矿样不取岩样。按顺序一个炮孔一个样品进行编号，并及时送往化验室进行化验。
6取样结果的应用
6.1爆区品位的确定
根据炮孔素描及化验结果，利用矿山三维软件，将炮孔的开孔坐标位置、品位信息及矿岩在炮孔的空间位置分布数据化，建立岩粉数据库，这样，爆区的品位情况就可实时掌握了。
6.2采场其它块段品位的预测
利用建立的岩粉数据库并结合矿体实体模型，采用距离冥次反比法就可以建成矿区块体模型。利用查询块信息功能，这样矿区其它块段任意一点的品位信息就可以估算出来。
6.3品位预测准确性对比分析
为了进一步验证品位预测的准确性，利用三维软件块体功能中的提取Dtm表面块功能，将预测块段部位的品位打印在地表面上，通过近年来的实际取样对比，发现预测品位与实际取样品位之间的误差控制在4%以内，可以满足采矿设计和生产的要求。
7结束语
炮孔取样做为一种实效性、操作性较强的取样方式，经过摸索和经验总结，目前已在司家营矿区其它露天矿山进行推广普及，且取样结果受到采矿相关人员的认为，但是炮孔取样对专业技术人员的距离目测能力和矿岩粉化后的颗粒的辨别能力提出了更高的要求。因此，为了增加炮孔取样对矿岩位置确定的准确程度，加大这方面的专业培训显得更加重要。
参考文献
露天矿山生产规模篇9
【关键词】岩石力学；采矿工程；应用
1.简述采矿工程中岩体力学的特点
①采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；②对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；③矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
2.岩石力学在采矿工程中的应用
岩石力学理论服务于采矿活动，其目的有四个方面。
（1）充分利用地壳内部各种应力来进行落矿、运矿以减少崩矿费用。
（2）尽可能地减少工程量，降低采矿成本。
（3）控制崩落矿石块度，减少二次破碎
（4）最大限度地提高生产规模，创造矿山经济效益。
2.1矿山地应力场测量
地应力是存在于底层中的天然应力，它是引起采矿水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天沿途开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土开挖设计和决策科学化的必要前提。对于矿山设计来讲，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山的总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、直呼形式、支护结构参数、直呼时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。
目前普遍采用的地应力测量方法有应力解除法和水压致裂法两大类。其中，套孔应力解除法是发展时间最长，技术比较成熟的映众地应力测量方法。在测定原始应力的适用性和可靠性方面，目前还没有那种方法可以与之相比。据统计，在全世界已经获得的地应力测量资料中，有80%是有应力解除法测得的。对于矿山来讲，采用应力接触法更有得天独厚的条件。因为矿山有系列的航道、硐室可接近地下测点，而不需要向水压致裂法那样必须打专门的钻孔才能到达测点。因而对矿山地应力测量而言，采用应力解除法是最经济和可靠的。
2.2地下矿山采矿设计优化
矿床的形成过程、赋存状态和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应力为切入点进行采矿设计优化。即：根据实测地应力和扎实的工程地质、水文地质及矿岩物理力学性质等基础资料，以及实际的矿体赋存和开采条件，通过定量计算和分析，选择合理的采矿方法，确定最佳的开采总体布置、采场结构管参数、开采顺序、直呼加固和地压控制措施，实现安全高效的开采目标。
2.3大型深凹露天矿边坡设计优化
我国一大批大中型露天矿山已经或即将由山坡露天开采转为深凹开采。随着边坡的价高架豆，边坡稳定性维护的难度越来越大，边坡滑移和倾倒破坏事故的发生日益频繁，严重威胁矿山的安全生产，制约矿山生产能力的提高。但是另一方面，对于大型露天矿山，提高边坡角有事减少剥离和生产成本的重要手段。
国内外边坡稳定性分析和设计的传统方法是极限平衡法，这是一种静态的确定性分析方法，而实际的边坡状况是岁开采过程不断变化的，是动态的不确定性的；该方法是基于土力学理论提出来的，不能考虑实际的岩体条件，如断层、节理的存在，同时也不考虑地应力。而实际上这些对边坡的稳定性和破坏起控制作用。因而该方法度山坡露天矿设计可能是适用的，但对深凹露天矿设计并不适用。
为了克服传统的极限平衡分析方法的不足，必须采用现代的科学技术，充分考虑地应力的作用和实际的工程岩体条件，通过定量的计算分析，实现边坡设计的优化。具体的试试路线为：采用数值模拟和极限平衡分析相结合的方法，对不同边坡角和边坡设计方案进行定量的计算和分析，在保证安全的前提下，尽可能低提高边坡角，减少剥离量，尽可能地减少生产成本，增加矿石产量和矿山效益。
2.4深部开采动力灾害预测与防治
深部开采动力灾害，包括岩爆、矿震、冲击地压，是深部开采中可能遇到的突出问题。
目前的研究技术路线为：从扎实的现场地应力测量、工程地质调查、岩石力学实验和现场检测资料的采集入手，以能量聚集和演化为主线，揭示岩爆发生的机理及其与采矿过程、地质构造和岩体特性的关系，对岩爆发生的时间、空间和强度进行定量的预测；将预测和防治、地下河地面、生产安全和环境安全融为一体进行评价和研究。
3.岩石力学在采矿工程中的发展趋势
岩石力学已经广泛应用到了采矿工程中的各个领域，而且其研究理论正在不断创新，研究手段也日新月异。随着我国矿产资源的续开发，在采矿工程终将会遇到条件更复杂、拿督更大的岩石力学问题，因此，岩石力学与工程学科的理论水平和工程能力都有待进一步提高。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。由于岩体中具有天然应力、地下水等，并发育有各种结构面，所以它不仅具有弹性、脆性、塑性和流变性，而且还具有非线弹性、非连续性，以及非均质和各向异性等特征。对于这样一种复杂的介质，不仅研究内容非常复杂，而且其研究方法和手段也应与连续介质力学有所不同。
今天，由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要，工程规模越来越大，所涉及的岩体力学问题也越来越复杂。这对岩体力学提出了更高的要求。[科]
【参考文献】
[1]李佃平，郭晓强，窦林名，韩荣军，刘衍高，刘辉.防冲煤柱合理宽度的确定方法研究及应用[J].金属矿山，2011（08）.
[2]刘金龙，陈陆望，王吉利.考虑温度应力影响的立井井壁强度设计方法[J].岩石力学与工程学报，2011（08）.
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露天矿山生产规模篇10
关键词:地下采空区露天开采工程地质条件防治技术对策
引言
华宇菱镁矿于1958年初由鞍钢大石桥镁矿开始小规模开采,鞍山冶金地质勘探公司四六队和水文地质队对该区进行了多期勘探。2000年前,该矿由多家民营矿山无序开采,其坑道及采空区几乎遍布全区,东起Ⅻ线西止ⅩⅤ线均有地下采空区。目前已测到的坑口就有17处,其中镁矿坑口10个,滑石矿坑口7个。各坑口的底板标高由121.2～192.1m不等,采空区的顶底板高差为3～20m,平均为12m左右。这些采空区不但导致矿石储量大量消失,而且严重影响了矿山的安全生产,并造成矿石回采率下降。
1.矿山概况
华宇菱镁矿位于营口宽甸古隆起之营口断块。矿区属大青山～大葳子山～山角山山脉的一部分,为剥蚀丘陵地貌,山势起伏不平,地形切割中等,沟谷纵横分布,山脊走向大致ne,倾角15～25°。
矿区位于北东向复背斜构造的南翼,变质岩层呈单斜构造形态,走向60～70°,倾向南东,倾角自东向西逐渐变缓。断裂构造比较发育,主要有纵断层和横断层两组。菱镁矿赋存于前震旦纪辽河群大石桥组下部白云岩～菱镁矿段。矿体围岩上盘为白云大理岩夹千枚岩,下盘为黑云母片岩。夹石有滑石片岩、绢云母片岩、千枚岩、透闪白云岩及菱镁大理岩等。工程地质岩组特征表明,矿坑的赋矿围岩主要为大理岩和少量煌斑岩,岩性致密坚硬,稳定性一般较好,在构造发育部位,稳固性相对较差。
矿山目前主要有三个露天采场进行了开采,即华峪采场、范峪采场、青山寺采场。
2.地下采空区现状及稳定性分析
2.1原地下采空区现状基本特征
1.采空区体积不清。现有采空区及之前老硐之间的空间组合、分布情况和对应关系都不清楚。目前尚能查清的仅有明空区,主要分布在工程地质条件较好的地区。另有暗空区尚未查清,主要分布在工程地质条件差的地区。矿区暗空场主要有两种类型,一是岩移塌陷区内的暗空区,一是古采老酮。目前据2006年底的不完全统计,地下采空区体积约为60万m3。
2.采空区边界不清。在开采初期出现采富弃贫、丢采的现象,加上塌落原因,许多空区轮廓不清。该矿在整合前,由于民采矿点进行无序开采,在矿区内120m水平以上遗留大量坑道及采空区,而在开采过程中又陆续发现新的采空区。
3.原地下采空区在剖而上有重叠现象,在平面上具交叉特征。多中段采空区投影在平面上形态千疮百孔,呈现重叠的蜂窝状。许多空场中坍塌受堵,上部及内部深处仍为未充填空场,增加了采空区的隐蔽性。
4.采空区顶板高度及形态控制程度不够。许多空场都是在中段闭坑后才进行调查,已无法深入到采场顶部,又因测量手段的限制,某些采空区顶板及边界不能控制。
5.地下开采方法不正规,矿柱留设无技术标准。原地下开采时主要用非正规房柱采矿法和全面采矿法,形成了状态各异的空区。采空区顶板的支承矿柱没有严格按岩性和受力情况进行设计、选择形状和确定技术参数,空区矿柱大小无统一规格。
2.2采空区稳定性分析
华宇菱镁矿采空区的稳定性主要受到围岩特性及支承矿柱的尺寸强度和空区规模等因素制约。坑内的调查所见无岩体爆裂声响和矿柱微裂张开、剥皮等情况,多数空区顶板较完整。
研究认为,华宇菱镁矿采空区的稳定性受自重应力场控制。空区中承压矿柱出现拉伸、剪切破坏的情况极为有限,多数矿柱稳定性较好,对空区顶板起到了良好的支撑作用。仅在工程地质条件差的地区的暗空区有破坏现象。由此可见,华宇菱镁矿出现空区大面积连锁性破坏的岩移灾害条件不具备。但事实表明,采空区的存在对露采生产作业却造成了直接性影响和危害。
3.露天开采中的地下采空区危害
3.1采空区现状灾害
1滑塌地质灾害。现场调查,在已有露天采场见有3处滑塌点,崩落物为陡坡处白云岩、大理岩块石、碎石、砂土混杂堆积,规模在5～20m3,规模小,形成原因主要为采坡高陡,高度多大于15m,坡度大于70°,有的近直立形成陡崖,崩滑落物为坡顶残坡积碎石、砂土,坡面松散岩块、碎石。
2井巷坍塌地质灾害。通过现场调查、访问,已有菱镁矿、滑石矿采空巷道停采后出现井巷坍塌,巷道井口坍塌人员已无法进入。经调查、访问核实,现已发现矿区内有四处坍塌。①ⅩⅣ线CK53孔南东40m巷道见坍塌,巷道顶板标高160.3m,采厚10m;②ⅩⅣ线CK54孔,东南约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高170.1m,采厚约10m;③在ⅩⅢ线西约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高153m,采厚约5m;④在ⅩⅢ线东约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高139m,采厚约4m。其中①、③、④巷道坍塌顶板围岩为菱镁矿及菱镁大理岩,在岩石节理裂隙发育部位产生巷道坍塌冒落;②为巷道坍塌,巷道围岩为滑石片岩,由于岩体质软,凌空后在地压重力作用下顶板失稳产生坍塌。
3.2采空区将导致的危害
华宇菱镁矿露天开采中,其下部空区存在的危害多表现为露大作业台阶的失稳破坏,其破坏类型不仅仅位于空区顶板之上,且与多种工程地质因素密切相关,构成了空区危害的多样性与复杂性。
1露采工作台阶失稳危害。台阶失稳不仅波及范围大,且还可以诱发各种崩塌性灾害。实际观测发现,台阶体的沉陷、倾斜、拉伸性破坏性失稳,会引起台阶体外侧开裂,或产生崩塌性滚石,或片帮性松脱岩块,给生产人员和作业设备带来严重安全威胁。
2露天工作台阶局部性塌陷危害。由采空区引发的露天工作台阶失稳,甚至塌陷、崩塌、滑塌。在露采场南部在节理裂隙发育带,中部F1断裂破碎带附近,西部F7断裂破碎带附近,北部岩矿体顺向坡段外,有可能引发崩(滑)塌地质灾害。
①预见性塌陷。这是一种依据调查资料预先确定的具体部位,通过生产性爆破或技术性处理揭穿空区顶板而引起的塌陷。在菱镁矿露天采场中部地段,分布大面积不同标高的采空区,矿山露天不同标高阶段开采,由开采爆破及运输机械震动,加之露天采开采空区顶板较薄时,在岩矿体完整性差、节理裂隙地段,F1断裂破碎带处则可能引发采空区塌(沉)陷,其规模可能不同,但塌陷可直接威胁危害作业人员及机械设备的安全。
②非预测性塌陷。这种塌陷危害性很大,多数情况是由于采空区资料不全,或空区复杂,探测手段难于控制,或其它(如工程衔接不合理)原因所致的暗空区造成的。矿区留下较多的规模不等的古采空硐,与采空区并存,影响作业平台的稳定性。
4.地下采空区危害的防治措施与技术对策
采空区的存在是导致台阶失稳破坏的最重要原因,但在受到工程地质条件差、开采工艺不合理、管理不到位及长期的爆破震动等因素影响时,会加速台阶体性态改变或失稳成灾。
4.1采用有效技术查定地下采空区
1.实地调查。以人员可以进入明空场开展调查为特征,调查空场精度。在实践中以测量导入的井巷导线点为控制点进行编录的。用标准皮尺丈量长度,顶板高度配以激光测距仪确定。编录人员尽量至空场尽头,可以提高空场编录的精度。生产中可以用穿孔钻机实施机械探测,把握顶板厚度和空场分布轮廓。
2.机械探测法。根据矿区内采空区分布的基木状况,研究矿体形态与富集规律,分析围岩蚀变特征,结合现场形迹勘察认识,采用剔除圈定法,把暗空区的位置最大限度地框在一定范围内。然后,选用150型穿孔机或阿特拉斯等重、轻型钻机,实施现场探测,也可以结合生产作业进行。探测中要坚持从稳定一侧渐进的原则,确保安全并起到对暗空区的探明作用。
3.物理探测技术。矿区以赋存明空区及暗空区且散岩相互存在、广泛分布为特征,目前主要以探查暗空区为主,潜孔钻机成孔难度大,用机械探测方法难以在该区对暗空场实施探测。运用物理探测技术可以实现对暗空场探测,主要方法有:雷达波法微重力法、高密度视电阻率法和浅层地震法等。雷达波法和电阻率法在国内外已经得到采用,其准确率可达90%以上。高密度视电阻率法利用人工电场发生畸变的基本原理,对不同电阻率的岩石、矿石或空区探测时电场变化特点,获得不同介质的电阻率变化规律,达到对空区探测的目的。
4.2确定地下采空区轮廓
建立采空区原始资料图形库。根据原始资料和图纸,进行地下开采空区的性态及其稳定性分析,按照不同的特点和状况好坏划类,为生产决策提供依据。通过资料图形库的建立,实现计算机管理,有利于对采空区资料的查找、分析,从而提高其利用率,为开采决策和技术研究提供准确快捷的信息。
4.3防治措施与技术对策
为减轻和避免地质灾害对矿山建设造成危害,在矿山建设中应采取科学合理的防治措施。同时要加强对施工人员进行地质灾害教育,提高防灾意识和能力,制定发生突发性灾害的应急措施,避免不应有的损失。按照引发、加剧、遭受地质灾害类型结合治理工程规范和地质灾害防治经验提出灾害治理防治措施建议:
1.确定边坡的稳定性。由采空区引发的边坡稳定性失稳会造成边坡产生滑塌,边坡的稳定性计算方法可采用极限平衡法、应力应变法、(有限元法及边界元法)以及可靠性分析法(概率分析法)。[1]
2.防治措施。①崩塌、滑塌灾害防治措施。针对岩体的性质及边坡处形态,采用稳定的坡角,及时处理危岩或削坡,避免在坡上加荷载,对破碎处必要时进行喷锚。②井巷坍塌灾害防治措施。为防止井巷坍塌、片帮、冒落,对不稳定围岩、破碎带应支护、衬砌加固喷锚,要经常敲帮问顶,及时清理危岩体。③地面塌陷灾害防治措施。对露天采区中部采空区应进一步勘查,在不同开采阶段下部有采空区时,应采取提前崩落、采取落顶措施。④在地面岩移范围内可能产生塌陷区,要建立定期监测点进行巡视,地面建立警示牌和围栏网。已出现塌陷坑应利用渣石土回填。
3.遵守露天开采的规律。开采工作而不断在空间移动,台阶工作线不断扩展推进,采场不断延伸和扩大。因此,露天台阶体的稳定控制和平台的建设等都应与采空区的高度合理衔接,利于对采空区的生产探测和穿爆处理。露采中尤其要保持采矿和剥离工作的协调发展,遵循矿山工程的延深速度与工作台阶推进速度成比例发展的规律。严格规范台阶结构。根据工程地质条件,采矿工艺和设备作用等要求,合理确定台阶结构尺寸至关重要,要严格防止高台阶的危害。
4.维护地下采空区围岩的稳定性。对地表所有塌陷坑以及废弃旧巷,实行回填平坑处理,减少围岩应力集中积累的破坏现象。
5.控制爆破震动影响。尽量控制露天生产台阶的吨级爆破药量,严格查禁地下盗采矿柱的行为。
6.结合露采穿爆进行空区处理。根据地采空区规模大小及其状态、岩性条件、顶板高度等具体情况,可选用生产穿爆崩落空区顶板,或侧向水平(倾斜)钻孔爆破或VCR法拉槽等方法处理空区,可达到消除危害的目的。
5.结论
华宇菱镁矿采取以人为本,预防为主,预防与治理相结合的原则,在矿山建设中严格执行设计方案、规章制度和责任制,预防于细微之中。高度重视地下采空区对生产的影响,通过采用采空区围岩工程地质分区危害控制技术,对已查明的采空区采用深孔爆破法崩落大量矿石充填采空区,保证安全生产取得了显著的效果。
参考文献: