岩石的压碎作用,因此穿孔速度反而降低。实际生产中,对于软岩常选用70~120r·min-1的转速,而对中硬岩石和硬岩转速分别为60~100r·min-1和40~70r·min-1。
2)潜孔钻机
潜孔钻机也是20世纪50年代兴起的一种新型穿孔设备,在60年代率先取代了笨重的钢绳冲进钻机而居首位。以后,由于牙轮钻机的发展而退居次席。总的来说,潜孔钻机不如牙轮钻机,但前者也有一些独特的优点,如:
(1)孔径小(直径150~200mm),能钻凿斜孔,爆破矿岩块度小,便于采用小型挖掘机采装;
(2)设备简单,易于制造;
(3)设备较稳定,穿孔效率较高,台月进尺约2000m,台年穿爆矿岩量约60~150万t。
上述优点,使潜孔钻机特别适用于中小型露天矿山,在我国应用广泛。 潜孔钻机是一种回转冲击钻机,由钻具组、回转机构、推进提升机构、压风和除尘系统、电器系统、钻架及起落机构、钻具的存放和接卸机构、行走机构、司机室和操作控制系统等部分组成(图12-3)。钻孔时,气动冲击器潜入孔底,破坏孔底岩石,完成钻孔过程。
图12-3 潜孔钻机
2.5.2 爆破工作
爆破是在穿孔工作完成后,往钻孔内装填炸药,借助炸药爆破时产生的能力崩落矿岩的过程。爆破质量的好坏,直接影响着后续采装工作的进行,并间接影响露天矿其它生产环节。因此,对爆破工作提出了多方面的要求,如为保证采掘设备的持续生产,要有足够的爆破储备量;爆破矿岩块度要小、爆堆要集中;没有超爆、欠爆现象,不允许出现根底、岩伞等凹凸不平现象,也要尽可能防止由于爆破反作用而对上部台阶造成的龟裂想象(称为后冲作用),如图12-4所示;对边坡及附近建筑物产生的影响要小等。
2 图12-4 露天矿爆破的弊病
1—岩伞;2—龟裂; 3—根底
1 3 1)爆破参数
为了获得良好的爆破效果,应合理地确定爆破参数,包括孔径、底盘抵抗线、孔距、排距、钻孔超深、填塞长度及单位炸药消耗量等(图12-5)。
h
LT hc d WD 图12-5 钻孔布置及爆破参数
(1)孔径
炮孔的直径d愈大,单位炮孔长度所包含的药量就愈大,钻凿的炮孔数减少。在生产实际中,炮孔的直径主要由凿岩设备而定。采用露天简易潜孔钻凿岩时,孔径90~100mm,潜孔钻孔径150~200mm,牙轮钻多取250~310mm。
(2)底盘抵抗线
底盘抵抗线(WD)是指钻孔中心到台阶坡底线的水平距离。垂直钻孔,底盘抵抗线较大,爆破时底部岩体阻力大,残留根底的可能性较大;倾斜孔则相反。底盘抵抗线可根据单孔装药量按式(5-13计算选取,也可根据安全距离按下式计算:
WD≥hctgα+Β (12-1) 式中:h―台阶高度,m
α―台阶坡面角,一般为60°~75°;
B―从深孔中心到坡顶线的安全距离,B≥2.5m。 (3)孔距和排距
孔距(a)是每排钻孔内相邻两钻孔中心线之间的距离;排距(b)是多排孔爆破时,钻孔排间距离。孔距等于炮孔密集系数m与底盘抵抗线WD的乘积,一般认为炮孔密集系数m应在0.8~1.4之间,近年来的宽孔距爆破试验证明,减小底盘抵抗线和加大孔距(小抵线宽孔距爆破),尽管每炮孔负担面积保持不变,却可显著地改善岩石的爆破质量。排距取值同于底盘抵抗线。
(4)钻孔超深
钻孔超深(hc)是钻孔超出台阶高度的那一段深度。其作用是降低装药中心,克服底盘岩体的阻力,减少根底的产生。超深可根据底盘抵抗线WD来确定:
h=(0.15~0.35)WD (12-2) 当岩石松软、层理发育时取小值,反之取大值。 (5)填塞长度
填塞长度(LT)是钻孔上段填塞物(俗称炮泥)的长度。其作用是为了较充分地利用炸药的爆炸能,使矿岩得到良好的破碎效果。一般取孔径的12~30倍。
(6)单位炸药消耗量
单位炸药消耗量q是每破碎单位矿岩所需要的炸药量,单位kg·t-1或kg·m-3。单位炸药消耗量是重要的技术经济指标,它不仅反映爆破参数选择的优劣,而且直接影响爆破成本。
(7)单孔装药量
单孔装药量Q可按下式计算:
Q=q·a·h·WD (12-3)
当台阶坡面角小于55°时,可将上式的底盘抵抗线换成最小抵抗线。在多排爆破时,后排孔的单孔药量取为第一排孔的1.1~1.3倍,微差爆破取小值,齐发爆破取大值。
2)爆破技术
露天爆破可采用齐发爆破,也可采用微差爆破、挤压爆破、光面爆破和预裂爆破等控制爆破技术。
3)布孔及起爆形式
布孔可分为垂直深孔和倾斜深孔两种,从台阶爆破效果和作业安全来看,倾斜孔优于垂直孔。炮孔排列形式有三角形、正方形和矩形三种形式。按不同起爆顺序及爆破效果和环境限制等,炮孔的起爆形式可有多种(图12-6)。最简单的起爆形式是逐排起爆,其特点是要求雷管段数少,但每排同段药量过大,容易造成爆破地震灾害;斜线起爆方式向自由面抛掷作用较小,有利于横向挤压,在雷管段数允许或非电起爆无级延时的条件下,有利于实现大孔距小抵抗线爆破;V型起爆、梯形起爆以及波浪形起爆,是综合斜线起爆和逐排起爆的特点,取长补短的结果。
图12-6 台阶爆破的起爆方式
2.5.3 采装
现代化露天矿山的采装工作,是指用采掘设备将矿岩从整体母岩或松散爆堆中采集出来,并装入运输容器或直接卸到一定地点的工作。采装工作是露天矿开采全部生产过程的中心环节。采装工艺及其生产能力在很大程度上决定着露天矿开采方式、技术面貌、矿床的开采强度和最终的经济效果。
采装工作的主要设备是各种挖掘机和土方工程机械。挖掘机分单斗和多斗两大类,目前国内外的金属露天矿最广泛应用的是单斗挖掘机,并以电铲为主。
ⅥⅦ2.5.3.1 单斗挖掘机采装
单斗挖掘机使用一个铲斗进行周期性作业的挖掘机械。铲斗以挖掘、回转、卸料、返回为一个周期循环挖掘物料。单斗挖掘机主要用于挖掘基坑、疏浚河道、剥离表土和采掘矿石等作业。工作时机器不走动,机器在停机处将所能挖到的物料挖完后移动一段距离,在新的位置重新挖掘(图12-7)。
图12-7 电铲在向汽车装载
单斗挖掘机是露天矿山最主要的挖掘机械,类型很多。根据其工作装置的联结方式不同,分为正铲、反铲、刨铲、拉铲和抓铲5种;按行走方式分为履带式和轮胎式两类;按传动方式有机械传动(机械铲)和液压传动(液压铲)两种;按动力装置分为电动机驱动(电铲)、柴油机驱动(柴油铲)和蒸汽机驱动(蒸汽铲)3类。目前露天矿山大多采用电动机驱动、机械传动的正向铲,简称电铲。
1)电铲工作原理
电铲主要组成部分包括工作装置、回转装置、行走装置、动力设备及机房等。其中工作装置包括铲斗、斗柄、开斗底装置、悬臂、悬挂悬臂的钢丝绳、双脚架及提升钢丝绳等。铲斗和斗柄刚性联结,当斗柄由推压机构的作用把铲斗伸出的同时,提升钢丝绳在提升机构作用下把铲斗提起,通过伸出铲斗和提升铲斗的密切配合,即可把矿岩装入铲斗内。
由于悬臂是固定在挖掘机回转平台上的,而回转平台又是活套在挖掘机底座的中心轴上。在回转装置作用下,悬臂、斗柄和铲斗随着回转平台旋转到任何一个需要卸载的方位,使铲斗对准运输容器或卸载点,启动开斗底装置将斗门打开进行卸载。
电铲一般用履带行走。 2)电铲主要工作参数
电铲主要工作参数包括挖掘半径、挖掘高度、卸载半径、卸载高度和下挖深度(图12-8)。
采矿基础知识
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