露天开拓运输方式
露天开拓运输方式
露天矿床开拓是建立地面与露天矿场内各工作水平之间的矿岩运输通路（即出入沟或井巷）、以保证露天矿场正常的运输联系、及时准备出新的作业水平。
露天矿床开拓所涉及的对象是运输设备与运输通道，研究的内容是针对所选定的运输设备及运输形式，确定整个矿床开采过程中运输坑线的布置形式（即坑线的形式、位置和数量，平面形式及其固定性等特征），以建立起开发矿床所必需的运输线路。
露天矿床开拓与运输方式和矿山工程的发展有着密切联系，而运输方式又与矿床地质地形条件、开采境界、生产规模、受矿点和废石场位置等因素有关。所以，露天矿床开拓问题的研究，实质上就是研究整个矿床开发的程序，综合解决露天矿场的主要参数、工作线推进方式、矿山工程延深方向、剥采的合理顺序和新水平准备，以建立合理的矿床开发运输系统。
选择开拓系统的主要原则如下。
①确保矿山生产的可靠性和合理性。
②减少基建工程量和投资，施工方便，做到早投产和早达产。
③矿石损失、贫化小。
④少占土地，充分利用地下矿产资源。
⑤生产工艺简单可靠，设备选择因地制宜。
⑥生产成本低。
此外，还要执行我国矿山建设的有关政策和相关行业法现，结合我国国情，因地制宜。
影响开拓方案设计的主要因素如下。
①矿区自然条件。包括地形、气候、矿床埋藏条件（矿床埋藏深度、倾角、厚度、走向长度、矿床形态、地质构造、覆盖层厚度、矿岩稳固性等）、水文及工程地质条件、矿石价值、矿床勘探程度及储量发展远景等。若矿区是山坡地形，比高较大，矿床赋存于地表水平以上，矿岩较稳固，应优先考虑采用平硐溜井开拓若地形比高较小、坡度较缓、矿床平面尺寸较大、废石场较远，应采用以铁路为主的开拓系统。
②开采技术条件。包括矿山规模、矿区开采程序、露天采场尺寸、高差、生产工艺流程、选用设备类型及技术装备、矿区总平面布置等。
③经济因素。包括国家有关技术经济政策、矿山建设投资、矿石生产成本、劳动生产率、矿山服务年限等。
按运输方式不同，露天矿开拓可以分为公路运输开拓、铁路运输开拓、平硐溜井开拓、胶带运输开拓、斜坡提升开拓、联合开拓。
本书着重介绍目前常用的公路运输开拓、胶带运输开拓以及联合开拓几种开拓方式。
一、公路运输开拓
公路运输开拓方法中最常用的运输设备是自卸汽车，又称汽车开拓，它是现代露天矿广为应用的一种开拓方式。该开拓方式除汽车运输本身的特点外，可设多出入口进行分散运输和分散排土，便于采用移动坑线开拓，有利于强化开采，提高露天矿生产能力。因此，该方式对开采地形复杂的露天矿适应性强。
公路运输开拓采用的主要设备是汽车。其坑线布置形式有∶直进式、回返式、螺旋式以及多种形式相结合的联合方式。
（一）直进式坑线开拓
当山坡露天矿高差不大、地形较缓、开采水平较少时，可采用直进式坑线开拓，如图2-9所示。运输干线一般布置在开采境界外山坡的一侧，工作面单侧进车。
当凹陷露天矿开采深度较小、采场长度较大时，也可采用直进式坑线开拓。公路干线一般布置在采场内矿体的上盘或下盘的非工作帮上。条件允许时，也可在境界外用组合坑线进入各开采水平。但由于露天矿采场长度有限，往往只能局部采用直进式坑线开拓。
（二）回返式坑线开拓
当露天矿开采相对高差较大、地形较陡、采用直进式坑线有困难时，常采用回返式坑线开拓，或采用直进一回返联合坑线开拓，如图2-10所示。
山坡露天矿开拓干线在基建时期应修筑到最上一个开采水平。开拓线路一般沿自然地形在山坡上开掘单壁路堑，随着开采水平不断下降，上部坑线逐渐废弃或消失。在单侧山坡地形条件下，坑线应尽量就近布置在采场端帮开采境界以外，以保证干线位置固定且矿岩运输距离较短。在采场位于孤立山峰的条件下，则应将坑线布置在开采工作面推进方向的对侧山坡即非工作山坡一侧。这样，多水平同时推进时，可以保证下部工作面推进不会切断上部开采台阶的运输通道。
凹陷露天矿的回返坑线一般布置在采场底盘的非工作帮，可使开拓坑线离矿体较近，基建剥岩量较小，可缩短基建时间，节约投资。若坑线布置在采场顶盘的非工作帮上时，则与上述相反。只有当底帮岩石不稳固，或地形不允许，或为了减少矿岩接触带的矿石损失贫化时，才将坑线布置在采场的顶帮。
回返坑线开拓适应性较强，应用较广。但由于回返坑线的曲线段必须满足汽车运输要求（如线路内侧加宽等），使最终边帮角变缓，从而使境界的附加剥岩量增加。因此，应尽可能减少回头曲线数量，并将回头曲线布置在平台较宽或边坡较缓的部位。
（三）螺旋坑线开拓
螺旋坑线开拓一般用于深凹露天矿。坑线从地表出入沟口开始，沿着采场四周最终边帮以螺旋线向深部延伸。由于没有回返曲线段，扩帮工程量较小，而且螺旋线的曲率半径大，汽车运行条件好，不必因经常改变运行方向而不断变换运行速度，因而线路通过能力大。但回采工作必须采用扇形工作线，其长度和推进方向要经常变化，各开采水平相互影响，使生产组织工作复杂。
当采场面积较小，且长、宽尺寸相差不大，同时开采的水平数较少以及采场四周岩石比较稳固时，可采用螺旋坑线开拓。
由于露天采场空间一般是变化的，坑线往往不能采用单一的布置形式，而多采用两种或两种以上的布置形式，即联合坑线，如图2-11中上部回返、下部螺旋的回返一螺旋联合坑线开拓方式。
（四）公路运输开拓的出入沟口与连接平台
1.出入沟口
公路开拓的坑线出入沟口应尽量设置在工程地质条件较好、地形标高较低和距工业场地及矿、岩接受点较近的地方应避免和减少重载汽车在采场内作反向运行及无谓增加上坡距离，尽可能使矿石及岩石的综合运输功小，所需运输设备数量少。当废石场的位置分散和为了保证露天矿的生产能力以及为使空、重车顺向运输时，在服务年限较长的露天矿可采用多出入沟口。多出入沟口使坑线增多，附加剥岩量加大，掘沟工程量及费用也增多。因此，出入沟口的数目应根据矿山规模、矿山总平面布置及生产需要综合进行技术经济分析后确定，一般数目不宜过多。
2.连接平台
开拓坑线一般采用较大的坡度以缩短运距，但重载汽车长距离上坡或下坡运行时，容易使发动机和制动装置过热而引起机械损坏，发生事故。为了保证行车安全，延长汽车使用寿命，满足坑线坡长限制的要求以及便于从坑线向各采剥台阶引入运输线路，应在开拓坑线与各台阶交汇处设置长度为40~60m、坡度不超过3%的平坡或缓坡段，即连接平台。
二、胶带运输开拓
胶带运输开拓是一种连续运输方式，是实现露天矿生产连续化的重要环节。胶带运输开拓是利用胶带运输系统建立矿岩运输通道的开拓方法。国外煤炭、冶金、建材露天矿广泛应用胶带运输开拓，我国近几年也开始应用这一方法。运输量较大、运距较长、垂深较深和服务年限较长的大型或特大型露天矿床，一般当矿石量超过10Mt/a时，此方式较适合一般不适于开采深度小于100m的露天矿床。
胶带运输开拓具有生产能力大、升坡能力强、运输距离短、运输成本低等优点，但也有基建投资大、胶带寿命短、生产系统受气候条件影响大、系统自适应调节能力差等缺点。
国内外多年的研究与实践表明，矿山开采深度不超过150m时，单一汽车运输与汽车一胶带运输机联合运输的运费大致相等。当开采深度超过150m时，单一汽车运输的费用急剧上升，每延深100m，费用就要增加50%，而汽车一胶带运输机联合运输费用增加不多，每延深100m只增加5%~6%。目前，我国大型深凹露天矿山的生产总成本中，运输一项占到40%~60%。转入深凹露天开采后，随着运距加长，运输效率降低，导致矿岩运输成本不断升高，矿山企业经济效益逐年下降。
按露天矿各生产工艺环节是否连续，胶带运输开拓分为连续开采工艺开拓和半连续开采工艺开拓。
（1）连续开采工艺主要采用轮斗（链斗）挖掘机挖掘松散矿岩，并将矿岩转载到胶带运输机上运出。其中矿石直接运至矿仓，废石运至废石场后经排土机排土。
（2）半连续开采工艺又称间断一连续工艺，是指生产工艺环节中，一部分为连续工艺，另一部分为间断工艺。
（3）与半连续开采工艺紧密相连的开拓方案主要有∶
①公路（铁路）一固定破碎一胶带运输开拓。矿岩一般用单斗挖掘机装入汽车（机车），运至固定破碎站，破碎后经胶带运输机运出。
②公路（铁路）—半固定破碎—胶带运输开拓。该方案是几个开采台阶共用一个破碎站，随采场的下降，破碎站逐渐向下移设。图2-12为某铁矿设计的深部铁路——半固定破碎一斜井胶带运输开拓示意图。
③移动式破碎机—胶带运输开拓。其特点是移动式碎破机组安放在采矿、剥离工作水平上，随工作面的推进和下降，破碎机组随之自行移动，矿岩通过挖掘机直接卸入破碎机或装入汽车，运至破碎站。
三、联合开拓
（一）汽车一破碎机——胶带运输机联合开拓
采用汽车——破碎机——胶带运输机联合运输方式，既能够充分发挥汽车运输机动灵活、适应性强、短途运输经济、有利于强化开采的长处，又可发挥胶带运输机运输能力大、爬坡能力强、爬坡能力可达16°~18°、能够实现连续或半连续作业、自动化水平高、易于控制、能耗低、运营费低的优势。同时配合以连续作业的高效率排土机，用地少，排土效率高，这种运输方式组合能够达到最佳的经济效益，在国内外深露天矿的应用日愈广泛。
（二）公路——平硐溜井开拓
平硐溜井开拓是借助于开凿的平硐和溜井（溜槽），建立露天矿工作台阶与地表的运输联系。合理地确定溜井位置和结构要素是其关键。适用于地形复杂、矿床高差大的山坡露天矿。
确定溜井位置时，应使溜井与采掘工作面间的平均运距短，溜井和平硐的掘进工程量小，一般应保证溜井穿过的岩层稳固，避开含水层和含泥多的岩层。平硐的位置与溜井位置关系密切，平硐应尽可能短，不受爆破作业的影响，平硐口应设在最高洪水位之上。图2-13为平硐溜井开拓典型示意图。
当溜井布置在采场内时，随着开采水平的下降，溜井口也要降低到相应水平，即溜井降段。一般每次降低一个台阶高度。降段时，溜井周围的矿石可用浅孔爆破，以免产生大块落入溜井引起堵塞。
溜井的堵塞、跑矿以及磨损是平硐溜井开拓的三大灾害。矿石粉矿多或含泥多时，在相应水分条件下易产生堵塞，处理堵塞时又易发生跑矿。磨损是溜井在矿石冲击作用下井壁形态发生改变的破坏。