国内外露天采矿技术发展趋势[1]

国内外露天采矿技术发展趋势 国内外露天矿技术发展总的趋势是开采规模大型化、生产连续化、装备现代化。智能矿山的研究与开发，是露天矿科技进步的发展方向，采矿技术正向液压化、联动化、自动化发展。

1水泥原料矿山开采规模大型化

建设大型矿山，可以采用大型设备，提高劳动生产，降低矿石开采成本。随着预分解窑熟料生产线5000～10000t/d的投产，涌现一批年产100～500万t级矿石的大型矿山，而年产50～100万t矿石已属中型矿山。目前，矿石年产量＞500万t级的超大型矿山已开始显现。

2选用大型、高效、耐用的采矿工艺设备

水泥矿山在矿山设备大型化基础上，向节能型、自动化、标准化方向发展。黑色和有色金属矿山为提高开采强度，提高设备利用效率，一般采用连续工作制。

2.1钻孔设备

水泥矿山应淘汰钻速低、排渣难的低风压潜孔钻机；淘汰送道长、耗能高、效率低的低风压固定式空压机。

中、高风压潜孔钻机和全液压露天钻机将是水泥矿山未来的主力钻机。固定式低风压(0.5～0.7Mpa)空压机正逐步淘汰，仅适应中硬以下岩石穿孔的切削回转钻机和穿凿坚硬、极坚硬的牙轮钻机也将逐步淡化出水泥矿山市场。

2.1.1中、高风压露天潜孔钻机

钻机使用中风压(1.O～1.4MPa)和高风压(1.7-2.4MPa)的压缩空气作动力，由压缩空气直接驱动冲击器和钻头选行钻孔作业，钻具回转采用液压马达，滑架起落应用液压缸支撑。目前国内外一些矿山采用钻机和压缩机分开的分体式配置，但一体化钻机，即钻机、柴油机风冷空压机和柴油机液压泵组三位一体，是钻机配置的发展方向。

2.1.2全液压露天钻机

钻机自动凿岩系统能保持到贯穿孔底的最大凿岩效率，通过自动调节冲击力、推进力、旋转和双重缓冲器装置，不断适应不同岩层和岩性的变化，从而提高凿岩性能，降低能耗并延长钻具使用寿命，凿岩能量得以充分传递，并使钻进中的反射冲击波降低到最小。

全液压露天钻机采用高排量的空气压缩机，增大了排尘风量，尽快地将凿岩的粉尘颗粒分离出来，提高钻孔速度，减少钻头磨损。使用高排量空气压缩机，也加大了钻孔口径。

2.2装载设备

液压挖掘机在水泥矿山进一步得到推广使用，并将在铲装设备中占据主导位置。

与机械挖掘机比较，液压挖掘机自重轻，三维自由度赋于液压挖掘机机动灵活，可在陡坡上挖掘，便于选别开采。

水泥矿山装载设备，宜选用4～8m3液压挖掘机和30～60t设的矿用汽车。

3走矿产资源开发利用和地质生态环境协调发展的绿色矿业道路，建立低生态危害的采矿工艺系统，做到无废少废、零排放

国外一些矿山注重自然景观的保有度，在矿山开采中坚持低能耗、短流程、高效率、无废、少污的原则，保持矿区周围景观的和谐度。

嘉新京阳水泥有限公司石灰石矿山，对开采裸露地带，填覆客土，因地制宜种植原生植物，引进耐干旱、耐贫瘠的白喜草草籽和当地水土保持功效好的野生蚂蚁草，广为播种，草木并举，立体绿化，枝叶繁茂。

4矿山生产不断溶入新科技

优化矿山生产，提高采矿工艺环节中高科技比重。应用自动控制技术、电子信息技术、网络技术，从整体上提高设备技术效能，提高

生产过程中综合自动化水平，提高生产信息化程度，实现控制智能化、连续生产过程自动化、管理信息化和系统化。

智能数字矿山，是信息技术在矿山应用的集中表现。以计算机及其网络为手段，把矿山三维空间和有属性数据实现数字化存储、传输、表达和加工，建立全方位生产管理系统，随着“数字化矿山”发展，矿山开采开始进入智能化控制时代

5开拓方式、采矿工艺多样化

开采顺序由单一的纵向布置向横向布置方式发展，施行强化开采，提高工作线推进速度，为矿石均化搭配创造条件。采用组合台阶、分期开采、陡帮开采，以便均衡生产剥采比。

6运用汽车一带式半连续运输系统，是近年来发展的高效运输技术 该系统充分发挥汽车运输适应性强、机动灵活、短途运输经济的优势，有利于强化开采，同时又显现带式运输机运力大、爬坡能力强、运营成本低的长处，汽车、胶带两种运输优势互补。首钢水厂铁矿，1998～2003年，汽车一带式运输成本为0.65元/t•Km，仅为单一汽车运输成本1.35元/t•Km的48%，15年内将创收经济效益16亿元。 部份水泥矿山正在或行将进入露天凹陷开采，采用半移动式破碎机的汽车一半移动破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺是一种行之有效采矿工艺系统。

7矿山辅助作机械机化

目前，矿山辅助作业不配套、机械化程度低，是矿山生产的薄弱环节。随着开采规模的扩大，为保证主机正常作业，提高设备效率，必须提高矿山辅助作业水平。在清理工作平台、矿体内夹石分采分运、铲装工作面的准备、运输道路的维护、边坡整理，大块的二次破碎、炮孔装药和炮孔填塞工作中，配备必要的前端式装载机、推土机、平道机、压路机、洒水车、装载车，炮孔填塞机等辅助矿山机械，从整体上提高矿山装备效能。

8铣刨机采矿是一种有发展前途的采矿方法

应用铣刨机(又称机械犁)采矿，代替传统穿孔爆破采矿方法，有以下优点：

(1)无爆破地震、空气冲击波、飞石等危害；

(2)扩大开采境界，不受爆破安全境界的限制；

(3)连续作业，不受爆破干扰；

(4)要求作业场地相对小；

(5)可根据矿层和矿石不同品级，分采分运，可有效剔除有害夹层，可选别回采；

(6)采矿成本可降低20～50%；

(7)不需粗碎，可调整开采粒度，有利于带式输送机长距离运输。 铣刨机采矿，集采、装、碎为一体，有效简化生产流程，作业工作平台、釆场道路平整，减少轮胎消耗，刨铣矿石粒径可控在30～80mm，可根据需要，生产＜30mm的粒径的矿石，为振动放矿，竖井溜矿石，缓冲矿仓磨损创造条件。

铣刨采矿法，从根本上保证矿山边坡的安全，从而增大边坡安全角度，增加可采矿量，减少边坡工程量和维护量。

德国维特根Wirtgen表采机，在南斯拉夫Serbia石灰石矿，应用SM-2600，切削(铣刨)、破碎装料一次完成，矿石平均单轴抗压强度为25MPa，产量在600t/h，约90%粒径＜16mm，最大粒径为150mm。 法国纽来宁根石灰石矿，美国、印度、巴西、墨西哥应用表采机开采石灰石取得一定效果。

维特根表采机在切削矿石中同时将矿石破碎。可据粒径要

求，选用不同切削刀具及切削转子，清洁、平整稳定作业表面，给装载机平稳行驶创最佳条件。

露天采矿方法-正文

从敞露地表的采矿场采出有用矿物（见彩图）。与地下开采比，其优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于使用大型机械，劳动生产率高，成本低,建矿快，产量大，劳动条件好,生产安全。随

着露天开采技术的发展,适于露天开采的范围越来越扩大,可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。目前世界固体矿产总量中,约有2/3用露天开采。中国可供露天开采的矿产资源丰富。平朔、霍林河、伊敏河、准格尔、元宝山、昭通等地的煤田，鞍山、本溪、冀东、攀西等地区的铁矿,德兴、永平的铜矿,以及其他化工、建筑材料等,均有数以亿吨计的储量可供露天开采。

露天开采

露天开采

露天开采是人类使用矿物最早出现的开采方式，最初是开采矿床的露头和浅部富矿，19世纪末使用动力挖掘机以来,露天开采技术迅速发展,露天矿的规模越来越大。近代重大的成就有:①出现了大型剥离倒堆设备,机械铲和索斗铲的最大铲斗容积(斗容)已分别达到

137.5m3和168m3，最大的美国宾厄姆(Bingham)露天铜矿采剥总量曾达494242t／d。②以轮斗铲、链斗铲、带式输送机、排土桥和悬臂排

土机等设备组成的连续开采工艺的应用范围逐渐扩大，轮斗铲的理论生产能力高达240000m3/d，排土桥理论运输能力高达25600m3/h,跨度272.5±13.5m，采高60m。（见彩图）③完善了适应性较强的间断开采工艺和设备，包括钻孔直径达380～444mm的大型高效率牙轮钻机；可在现场混制廉价炸药和防水炸药的装药车；大区微差爆破和挤压爆破技术；机械铲、液压铲和前装机的斗容分别达22～34m3、22～30m3和23m3;电机车的自重达150t,牵引机组粘重360t,自翻车载重180t，自卸汽车载重 154～318t；以及相应的推土机、移道机、平路机、铲运机等。④发展了间断挖掘设备配以移动式和半移动式破碎机与带式输送机构成的硬岩半连续生产工艺。破碎机能力达4000m3/h等。

露天开采

露天开采

露天开采

露天开采

露天开采需剥离大量土岩，以揭露矿体。剥离量与采矿量的比值称剥采比，是衡量露天开采经济效果的重要指标 (单位是m3/m3、m3/t)。最深的露天矿采深已达800m。根据地形，采场在上部境界封闭圈以上的部分称山坡露天矿，封闭圈以下的部分称凹陷露天矿。

露天采场内的矿岩通常划分为一定高度的分层，每个分层构成一个台阶，以进行剥离和采矿。生产过程由矿岩松碎、采装、运输和卸载（卸矿和排土）组成。较松散的矿岩可用不经破碎，直接用采装设备挖掘。台阶开采时划分为一定宽度的条带，称采掘带。在采掘带中，进行采掘作业的部分称采掘工作面，具备采运条件的采掘带称工作线。具有正常采掘条件的台阶称工作台阶。由若干工作台阶组成的露天矿边帮称工作帮。为进行正常生产，工作台阶需有足够的宽度，以布置穿孔、爆破、采矿、运输设备，构成工作平台或工作平盘。工作帮假想平面和水平面的夹角称工作帮坡角。不进行矿山作业的露天矿边帮称非工作帮。非工作帮上常设置供运输用的运输平台、截拦块石滚落的安全平台和清扫滚落块石的清扫平台。非工作帮常是露天采场开采结束时的最终边坡或最终边帮。后者与地表的交线称上部境界线。与露天矿底面的交线称下部境界线。通过上部境界线和下部境界线的假想斜面和水平面的交角称最终边坡角。

露天开采中的主要技术和管理问题有：①见露天开采境界；②露天矿边坡稳定；③开采工艺；④开采程序（见露天采矿方法）；⑤露天矿开拓(见矿床露天开拓)；⑥疏干排水（见矿山排水，矿床疏干）；⑦矿山环境保护，矿山土地复用；⑧露天开采生产调度。

露天开采的各生产环节相互联系，构成多环节的动态系统。为使系统整体最优化，目前的方向是应用电子计算机、运筹学和系统工程等，来研究上述技术和管理问题。

用一定的开采工艺，按一定的，剥离岩石、采出的方法。露天开采工艺，按作业的连续性，分间断式、连续式和半连续式，见附表。间断式开采工艺适用于各种地质矿岩条件；连续式工艺劳动效率高，易实现生产过程自动化，但只能用于松软矿岩；半连续式工艺兼有以上两者的特点，但在硬岩中，需增加机械破碎岩石的环节。开采顺序是采矿和剥离在时间和空间上的相互配合。按矿床分布情况，大体有两类采矿方法：

平缓矿床的采矿方法 适用于倾角一般小于12°的平缓矿床。 倒堆采矿法 剥离物用机械铲或索斗铲直接向前一采掘带采空区倒堆，采矿工作面紧随剥离工作面推进。在相同情况下，机械铲的重量约为索斗铲的1.8倍,因此剥离高台阶时，多用索斗铲。剥离更高的台阶可采用二次或多次倒堆。方案有一台机械铲配合一台索斗铲、二台索斗铲互相配合或仅用一台索斗铲兼作二次倒堆等。

露天采矿方法

横运采矿法 剥离物用排土桥、悬臂排土机循垂直于工作线方向运往采空区，剥离台阶与采矿台阶推进的空间关系也受运输设备规格

的限制，但不如倒堆采矿法那样严格。本法可适应更大的剥离厚度,民主德国的AFB-60型排土桥的可剥离厚度为60m。

纵运采矿法 剥离物沿工作线,绕过端帮,纵向运往采空区。本法不受采、运设备规格和剥离岩石厚度的限制,有较大灵活性。适用于单斗-机车车辆、单斗-(破碎机)带式输送机、单斗-汽车、轮斗-机车车辆-带式输送机等多种工艺。

上述各法的经济效果，通常以倒堆法最优，横运法次之，纵运法最差。但适用的剥离厚度则相反。当剥离厚度大时，可在下部台阶用倒堆法或横运法，上部用纵运法。为缩短运距，可将矿田划分为若干采区，按一定顺序开采，把剥离物排往本采区或前一采区的采空区。 倾斜矿床的采矿方法 基本上把剥离物运往外排土场，仅当采掘工作达到终了深度后，才能利用采空区内排。工作线的布置方式，基本有沿矿体走向布置和垂直矿体走向布置。

初始位置和推进方向的选择，应综合考虑矿床的地形地质条件、生产能力、运输方式、基建剥离量和生产剥采比的均衡等因素。倾斜矿床的生产剥采比在开采中是变化的。为了减少基建剥离量和推迟剥离高峰，平衡生产剥采比，改善经济效果，可以采取以下措施加陡工作帮坡角。

组合台阶 用一台设备顺序采掘一组相邻的台阶，仅在采掘台阶上设工作平台（图1），也可有其他方式。

横采掘带 汽车运输的横向采掘带，相邻台阶尾随采掘，工作线横向布置,纵向推进（图2）。任一横断面上只有一个工作平台，每一

台阶可设1～2台采掘设备。与组合台阶相比，本法可布置较多的采掘设备。

露天采矿方法

露天采矿方法

分区分期开采 走向较长或面积较大的矿床，实行分区分期开采，优先开采矿体厚、品位高、覆盖薄和剥采比小的区域。

由露天采场的底面和坡面限定的可采空间的边界。它直接影响矿山生产能力、服务年限、开拓运输方式和企业的经济效益。1913年前德国对开采水平煤层和铁矿层提出了计算覆盖岩层最大允许厚度的方法；1927年苏联斯捷申科 (Α.И.Стешенκо)提出境界剥采比和平均剥采比都不大于经济合理剥采比来确定急倾斜矿床露天开采深度的理论。经发展、完善，为世界各国广泛采用。

剥采比 包括：①平均剥采比，露天开采境界内的岩石总量Vp与矿石总量Ap之比（图a）；②分层剥采比，露天开采境界内某一水平分层的岩石量VF与矿石量AF之比(图b)；③生产剥采比,露天矿某一生产时期的剥离量VS与所采矿量AS之比(图c)；④境界剥采比，露

天开采境界稍有增大时,岩石增量△V与矿石增量△A之比（图d）；⑤经济合理剥采比，经济上允许的最大剥采比。

露天开采境界

经济合理剥采比ne的计算方法：有比较法与价格法。前者分原矿成本比较法、金属成本比较法和储量盈利比较法。原矿成本比较法计算简单，公式是：

ne＝(c-a)/b 米3／米3（吨／吨）式中c

是地下开采的采矿成本或允许成本，元/米3(元/吨)；a是露天开采的纯采矿成本(不包括剥离)，元/米3(元/吨)；b是露天开采的剥离成本，元/米3(元/吨)。

当露天开采与地下开采的贫化率相差较大时，可以精矿或冶炼产品的金属量为基础，用金属成本比较法计算经济合理剥采比。价格昂贵或资源稀缺的金属矿床，可用储量盈利比较法，它以矿石工业储量所获得的盈利相等，全面地反映了露天开采和地下开采两者在损失和贫化上的差异。价格法的计算公式与原矿成本比较法相同。但式中c

代表矿石的售价,用于只宜露天开采的矿床，如石灰石、白云石、砂矿和含硫高、易自燃的矿床等。

根据不同资源条件，上述各种方法在中国矿山设计中均有应用。常用的经济合理剥采比，取成本法和价格法计算结果的低值。 露天开采境界的确定 确定露天开采境界的方法大致有三种：①境界剥采比不大于经济合理剥采比。如兼用地下开采，就要寻找露天开采与地下开采的合理分界，使全矿床露天开采与地下开采的总经济效果最佳。这是目前最常用的一种设计原则。②生产剥采比不大于经济合理剥采比。当用容许成本控制露天矿开采，则露天矿开采的经济效果，在任何时候都不应劣于容许程度。③平均剥采比不大于经济合理剥采比。此原则适用于矿床和地表平行或近于平行的条件。

露天开采境界

露天开采境界

确定露天开采境界的传统方法是：①按采装、运输设备的规格和操作要求确定露天矿底部宽度。②确定露天矿的最终边坡角，其大小必须满足边坡稳定和运输要求，通常根据类似矿山的实测资料或通过

边坡稳定性计算求得。③根据上述某一原则确定露天开采境界，做出露天开采终了平面图。

目前已应用电子计算机来确定最优境界。较成熟的有移动圆锥法，其次是动态规划法、图论法和投影法。移动圆锥法比较实用，应用较广泛。其原理是用有限个相互交错重叠的倒圆锥体来模拟露天坑，以圆锥的斜面倾角等于最终边坡角。做法是：根据钻孔资料及地形测量资料用电子计算机进行数据处理，建立矿化数字模型，根据矿化数字模型，采矿的损失率（见回采率）、贫化率、选矿和冶炼的实收率与损耗以及产品价格等，计算各块段的净值，得出矿床经济模型。以露天坑底的某一净值为正（即收入高于成本）的块段为中心，作出第一个倒圆锥，求出此圆锥内积累总净值，总净值为正时为可采圆锥，否则为不可采；然后依次向邻近为正值的块段移动圆锥中心，每移动一次所计算出的净值增量称为移动增量。当所有移动增量累计的净值为最大时，所确定的露天开采境界即为最优

09年巴西矿山机械及工程机械展，三年一届

09年巴西第七届国际建筑设备混凝土工程机械博览会暨巴西第五届矿业博览会 三年一届南美行业盛会

展会时间：2009年6月2-6日

展会地点：圣保罗移民展览中心（Imigrantes Exhibition Center） 组 委 会：Sobrat ORG

展会周期：三年一届

组展单位：北京联华商汇国际商务咨询有限公司

展会简介：M&T是南美最大的专业矿业及建设工程行业的展览会，展会三年一届，举办地点在圣保罗IMIGRANTES展览中心。经统计，作为南美大陆最大、最为专业的矿业工程展览会，上届展览会上，成交额超过700.000.000雷亚尔。09年展出面积将超过150000平米。注册采购参观将超过5万人。该展是你开拓南美最大市场的首选。 市场背景：建筑设备混凝土及工程机械在巴西每年将增加7.5 ％，预计到2012年，巴西需求将达到278.4亿美金。这使得巴西成为工程机械、混凝土建材设备尽相争夺的新兴市场之一。同时，丰富的矿产资源使得巴西市场的重型建筑和采矿设备增长强劲，估计在未来五年内。该行业在巴西将有一个历史性46 ％的增长率，据发表的一份研究报告由sobratema -巴西协会技术在设备和维修-增长13 ％，08年销售60981单位的设备。这种情况下，到2009年M&T博览会-第7届国际建筑设备混凝土工程贸易博览会和第5届国际矿业博览会，为巴西乃至拉丁美洲的建筑工程市场和采矿设备提供了最好的贸易平台。

展品范围：1.建筑混凝土及工程机械：设备安装工作，土方设备，混凝土浇筑装备，铺路设备，凿岩设备，混凝土切割机和演练。岩石破碎设备，压实设备，压缩的空气设备，混凝土配料，搅拌和运输设备，起重机和相似设备，卡车和实施，形式，支撑，升降机和棚架 ，高空作业平台，框架，金属和模块化建设，锤式破碎机和，探头，混凝土泵，测量和地形文书，轧制材料和机械配件，舱室，轮胎，电机，

刷子和保护，传输和液压系统，测试仪器，燃料和润滑油系统，安全和通信系统。重型建筑公司筑机械及配件，叉车，工程机械及配件。及所有相关行业。2，矿业及矿山机械：地质勘探，测量和地形设备，地球与岩石处理和运输设备，地球与岩石处理和运输设备，地下和露天采矿和采石场，环境保护和治理，矿业公司，爆破、安防设施及其他，建筑与采矿，采煤机及配件，支架及配件，刮板输送机及配件，泵站，炼炉设备，井下运输设备，运输设备备件，辅助运输，物料存储，无线通讯，通风设备，排水设备，设备修造，液压机具，钢丝绳及检测，矿业设计及科研，计算机在采矿中的应用，金融咨询及贸易，矿山救援，矿井降温，防爆设备，变压器及变电站，离合器，开关，电动机，轴承，电子秤 给料仪，矿用安全材料，矿用管材及链条 矿用电缆。工程矿业安全防护、矿井照明设备等。