整理露天矿土石方剥离施工方案.docx
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整理露天矿土石方剥离施工方案
露天煤矿土石方剥离施工工法
1前言
1.1工艺工法概况
为了满足我国国民经济迅速发展的需要,当矿床赋存条件对开采方式不限制时,应首先采用露天开采。
露天开采比地下开采更易于应用大型生产设备,从而扩大企业的生产能力,提高劳动生产率,缩短基建时间,降低开采成本,提高经济效益。
随着生产设备不断改进,露天矿土石方剥离技术不断成熟,其施工机械化程度和生产效率也得到显著提高。
中铁一局四公司在北联电铧尖矿建工程项目中参与施工,快速、高效、高质量的完成任务,取得较好的经济效益和社会效益。
在施工中不断总结、提高,形成本工法。
1.2工艺原理
露天煤矿土石方剥离原理是把煤层上面的岩土与煤层剥离开,将岩土用卡车运到排土场进行排弃,使煤层外露后进行开采,并依次向前推进。
2工艺工法特点
2.1施工设备配套简单,工艺易操作,易推广,集中强化开采,速度快。
2.2工艺流程清晰,容易操作和掌握,质量容易控制,在施工机具充足的条件下可分段施工,不受场地限制,能够加快施工速度。
2.3施工空间大,可以引入大型施工机械多作业面平行施工,工效高。
2.4在地质结构复杂多变的露天矿土石方剥离过程中,便于及时的调整施工方法,进度稳定,工期保障性强。
3适用范围
本工法适用于任意地形条件的露天矿,并且采用自卸汽车运输,运距不超过3公里,修建铁路不经济,要求分采、分运的露天矿。
4主要引用标准
露天煤矿土石方剥离施工主要遵循引用的规范如下:
《露天煤矿工程设计规范》(GB50197-94);
《露天煤矿工程施工及验收规范》(GB50175-93);
设计图纸、合同文件的相关要求。
5施工方法
露天煤矿土石方剥离是按照设计要求采用大型设备挖掘、爆破等手段把覆盖在煤层上面的土层、岩石等覆盖层根据不同厚度分层与煤层剥离开,将土层、岩石等剥离物用大型装载运输设备运到排土场进行排弃(称之为外排),使煤层外露后进行开采,并依次向前推进。
对于大型露天煤矿分期施工的,前期剥离完成的露天煤矿后面紧跟进行煤矿开采,将后期开发煤层的剥离物排弃至开采完的煤坑内(称之为内排)。
6工艺流程及操作要点
6.1工艺流程
露天煤矿土石方剥离被剥离物若为土层,施工流程较为简单,即主要挖掘采装、运输排土;若被剥离物为岩石,则其主要施工工艺过程增加了爆破作业,包括穿孔、爆破、采装、运输排土等工序。
防排水等辅助工序也是在各个主要生产工艺中需要考虑的问题。
由于公路无轨运输是露天矿剥离工程最常见的开拓方式,所以一般采用单斗挖掘机配合汽车运输工艺进行土石方剥离。
图6.1露天矿土石剥离施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1剥离施工准备
露天煤矿土石方剥离施工可分为采剥、运输、排土、后勤保障与辅助施工四大系统,四大系统相辅相成,相互依存,缺一不可。
各系统施工要点概括为:
采剥系统:
帮齐底平,减少干扰;
运输系统:
安全有效,运输顺畅;
排土系统:
排土有序,现场受控;
后勤保障和辅助系统:
保障有力,服务到位。
图6.2露天矿土石剥离施工系统关系图
同时,露天煤矿土石方剥离的施工组织要点总结如下:
1施工应遵循先易后难的顺序,突出初期效益,首先施工综合运距小,生产机具布置容易的地段。
2尽可能利用现场实际条件,合理进行施工组织设计,以便于采区衔接,有利于后续工程的施工。
6.2.2四大施工系统主要准备内容
1采剥系统工作内容:
掘沟位置选择,机械型号数量,平盘划分,台阶宽度、高度确定,边坡管理,工程数量控制等(土石方数量界定)。
石方爆破:
穿孔、炸药运输、炸药现场临时保管、装药、起爆、炸药退库等。
2运输系统工作内容:
主干道位置选择,采区道路选择,排土场道路,道路标准(宽度、坡度),道路标识、标志(分夜间和白天),运输设备选择等等
3排土系统工作内容:
推土设备选择,排土台阶高度确定,排土场台阶数量确定,倒车指挥人员数量等
4后勤保障和辅助系统工作内容:
驻地建设,油料供应,设备修理,便道维护,人员生活供给,车辆救援,人员疾病工伤救援等。
6.2.3采掘
采掘采用挖掘机按照自上而下的顺序分台阶进行。
由于挖掘机配合汽车运输工艺具有高度机动性,能充分发挥挖掘机的效率,同时挖掘机在工作面的自由度较大,有利于回采和分运,能适用于各种开采程序的要求,属于间断作业的开采工艺,整个工艺系统效率的发挥,受各生产环节的制约。
故在施工过程中应注意挖掘机配合汽车运输工艺的工作面参数:
1台阶高度(h)
台阶高度主要决定于挖掘机工作参数、矿岩性质、运输条件等。
挖掘机配合汽车运输工艺的采装方式一般均为平装车。
对于不需要爆破直接挖掘的软岩工作面为了保证斗满,台阶高度不应小于挖掘机推压轴高度的2/3;为了保证安全,台阶高度不应大于挖掘机最大挖掘高度,即:
H≥2/3Hth≤H.max
式中:
h——台阶高度,m;
Ht——挖掘机推压轴高度,m;
H.max——挖掘机最大挖掘高度,m。
在采掘坚硬矿岩的爆堆时,爆堆的高度一般不应大于挖掘机最大挖掘高度。
但当爆破后的矿岩破碎比较均匀、无黏结性时,爆堆高度可以是挖掘机最大挖掘高度的1.2~1.3倍。
台阶高度与爆堆高度之间的关系,与被爆破矿岩的性质和爆破方法有关,通常采用经验公式:
h=KBh'≤KBH.max
式中:
h'—爆堆高度,m
KB—与矿岩性质和爆堆性质有关的系数。
h—台阶高度,m;
北联电铧尖矿建项石方采用松动爆破,松动爆破的爆堆,(这句话是不是没表达完)KB=1.1~1.5。
2采掘带宽度(A)
1)松软矿岩采掘带宽度
在采掘松软矿岩时,不需要进行爆破,采掘带宽度可按下式确定:
A=(1.0~1.7)Rwz
式中Rwz——挖掘机站立水平挖掘半径,m;
A——采掘带宽度,m。
2)坚硬矿岩采掘带宽度
在采掘经爆破的矿岩时,若采掘带过小,会使挖掘机移动频繁,作业时间减少,从而使挖掘机生产效率降低;若采掘带过宽,挖掘机不做横向移动时会使采掘带边缘满斗程度降低,残留物增多。
由于挖掘机和汽车的相对位置比较灵活,故采掘带宽度可根据实际情况适当变化。
例如北联电矿建工程施工采用斗容为1.8~4m3的挖掘机时,挖掘机采掘带宽度最小可取5~9m,一般为12m左右。
为了加大采掘带宽度,挖掘机可作“之”字形移动。
当增大矿岩爆破量,使挖掘带宽度达40~60m或更大时,挖掘机可横向采掘。
3最小工作平盘宽度(Bmin)
台阶工作平盘是进行采装运输作业的场地。
保持必要的工作平盘宽度,是保证上下台阶之间正常进行开采工作的必要条件。
工作平盘宽度取决于爆堆宽度、运输设备规格和调车方式以及动力管线的配置方式等。
最小工作平盘宽度,是指布置采掘运输设备和正常作业的最小宽度。
铧尖露天煤矿根据现场实际情况主要采用直进运输方式,保证了工作效率,同时采场布局整齐,保证了文明施工。
汽车运输时最小工作平盘宽度(Bmin)按下式计算:
Bmin=b+c+d+e+f+g
式中:
b——爆堆宽度;
c——爆堆坡底线至汽车边缘的距离;
d——车辆运行宽度(与调车方式有关);
e——线路外侧至动力电杆的距离;
f——动力电杆至台阶稳定边界线的距离,一般3~4m;
g——安全宽度。
图6.2.3汽车运输最小工作平盘宽度
4采区长度(L)
采取长度就是将工作台阶划归一台挖掘机作业的那部分工作线长度。
采取长度的确定,需要考虑的因素有挖掘机的生产能力,爆破和采装的配合,各台阶水平工作线长度,台阶的计划开采强度以及运输方式等。
其最小长度应满足挖掘机的正常作业,并且使爆破区段的一次爆破量保证挖掘机有5~10昼夜的装载量,并且满足运输调车的要求。
由于汽车运输时各生产工艺环节之间配合灵活,采区长度可以缩短,每个工作台阶挖掘机工作台数可达2~3台。
但是在实践中,除了加强某一水平的开采强度而多设置挖掘机外,一般在一个台阶上只配置1~2台挖掘机作业。
采区最小长度为100~150m~150~250m之间。
在北联电铧尖露天煤矿土石方剥离工程中,实际工作线长度为100~150m,一个台阶上配备2台360型挖掘机。
6.2.4运输
根据露天开采的地形条件、采掘场平面尺寸和开采深度,公路运输开采坑线的布置形式有3种,根据现场实际情况在相应标高处设有出入口通往各开采水平平盘,按照采矿工艺要求及地形状况,单独使用,或联合使用。
因为不同运输条件下,随着露天矿开采深度的增加,运距加长,汽车运输综合效率降低,经济合理的开采深度,普通自卸汽车不大于120m。
铧尖露天煤矿采掘最大深度为70m,综合采用了以下3种运输方法,实践证明,此开采方式技术可行、经济合理。
1回返坑线开采
回返式坑线开采如(图6.2.4-1)所示,汽车在坑线上运行时,需要经过一定曲率半径的回头曲线改变运行方向,才能到达相应的工作水平。
图6.2.4-1回返坑线开采示意图
2螺旋坑线开采
螺旋坑线开采是将运输沟道沿露天矿场四周边帮盘旋布置(图6.2.4-2)。
汽车在坑线上直进行驶,不需经常改变运行速度。
螺旋坑线的转弯半径大,司机的视野好,线路通过能力大。
图6.2.4-2螺旋坑线开采示意图
3联合坑线开采
采场上部用回返坑线开采,随着开采深度的下降采场平面尺寸减小,当汽车不能回返运行时,改用螺旋坑线开采(图6.2.4-3)。
图6.2.4-3回返坑线与螺旋坑线联合布置开采示意图
4地面运输道路
采场至外排土场道路采用三级路标准修建往复式四车道干道,出入口宽30m,路面宽20m,路面向两侧排水呈2%的横坡,纵坡0.5%,便道填土路堤边坡坡度为1:
1.5,每层填高虚铺不超过50cm,层层经压实,填筑材料为采场中剥离的土、石方,土和石分层、分段填筑,路面下0.8m填筑采场中剥离碎石形成。
施工期间,经常对施工道路进行维修,同时现场准备足量的碎石,以备雨天时修筑道路,确保晴雨畅通。
6.2.5排土
合理选择排土场位置、改进排土工艺和提高排土工作效率,关系着运输和排土的技术经济效果。
1覆盖式多台阶排土场
北联电矿建工程排土场属于多台阶覆盖式排土(如图6.2.5-1),由下而上水平分层覆盖,采用边缘式倾倒法,汽车直接向排土场边缘卸载,或距边沿3-5m卸载,由装载机排弃和平场。
多台阶覆盖式排土场的特点是按一定台阶高度的水平分层由下而上,逐层堆置,也可几个台阶同时进行覆盖式排土,而保持下一台阶超前一段安全距离。
图6.2.5-1多台阶覆盖式排土场
但是这种集中型多台阶排土场的缺点是:
随着采场剥离台阶的下降,排土场的堆置标高逐渐上升,采场上部台阶的岩土运距较远,是重车下坡运输,而深部水平的岩土运出采场后往往是重车上坡运输到排土场,使得排土成本较高。
为此我们根据地形条件采用适当分散的办法,选择上、中、下若干分散的排土场,在总体上达到上土上排和下土下排的目的,但仍按自下而上多台阶排土顺序。
2装载机配合汽车排土工艺
装载机配合汽车排土工艺适合任何地形条件,可堆置山坡型和平原型排土场。
装载机配合汽车排土时,装载机用于推排岩土、平整场地、堆置安全车挡,其工作效率主要决定于平台上的岩土残留量。
当汽车直接向边坡翻卸时,80%以上的岩土借助自重滑移到坡下,由装载机平场地并将部分残留矿岩堆成安全车挡。
当排弃的是松软岩土,台阶高度大,或因雨水影响排土场变形严重,汽车直接向边坡翻卸不安全时,可以在距坡顶线5~7m处卸载,全部岩土由装载机排至坡下,这样就大大增加了装载机的工作量,增加了排土费用。
3排土场最小工作平盘宽度
排土场最小工作平盘宽度,应以安全生产为前提,在保证上下台阶互不影响工作及有效利用空间的原则下加以确定。
汽车运输,装载机排土最小工作平盘宽度按下式计算,见图6.2.5-2:
B=L1+L2+L3+L4+L5+e
式中L1——台阶边缘安全宽度,一般
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