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一种露天矿排土方法

阅读:587发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种露天矿排土方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 露天矿 排土方法,涉及露天采矿技术领域。其对外排土场压占范围内的表土进行预挖,避免表土资源的浪费,解决了露天矿覆土资源紧缺、表土远距离运输成本高、覆土滞后等难题;通过合理确定预挖深度、预挖施工进度和表土堆存高度,缩短了预挖表土的堆存时间,改善了表土中有机质及养分的保持程度,提高排土场复垦时的植被恢复效果;通过合理确定预挖表土的堆存 位置 和合理堆存高度,可将表土预挖的成本降至最低;通过预挖一定深度的表土降低了排土场基底标高,降低值等于预挖深度值,降低了矿山的购地 费用 ,经济和环境效益均十分显著。,下面是一种露天矿排土方法专利的具体信息内容。

1.一种露天矿排土方法,其特征在于,根据排土工程位置的发展,按时空顺序对排土场境界内基底的表土进行预挖,暂存至排土境界内尚未剥离区域,预剥离形成了新的排土场基底,当预挖形成的空区具备排土作业条件时即开始实施排土工程,当排土台阶具备覆土作业条件时,及时将预剥离的表土覆于排土台阶之上,完成排土场覆土;包括如下步骤:
步骤1:采用液压反铲进行预挖作业,自排土起始位置向排土工作线推进方向进行表土预挖:预挖深度根据表土厚度和覆土需求量综合确定,预挖的施工计划根据排土工程计划综合确定,原则上二者应保持同步;若预挖施工的工程位置尚未到达排土场最终境界时预挖表土堆存量就已满足覆土需求量,则可提前停止预挖施工;在未进行预挖地段进行排土时,在原始地表排弃最下第1个排土台阶即可;
步骤2:采用自卸卡车运输表土至预定地点卸载,将预剥离表土堆存至排土境界内尚未剥离区域暂存,确定自卸卡车运输距离,预挖表土暂存位置不影响预挖工程施工;利用推土机进行整堆,堆高根据表土预挖高度和覆土施工速度综合确定;
步骤3:当预挖形成的空区满足排土作业要求时,即可开始在预挖空区实施露天矿排土,底部第1个台阶起始位置须采用自卸卡车-推土机排土方式,卡车自预挖台阶顶部向预挖空区卸载物料,推土机辅助作业,逐步形成标准高度和坡面的排土台阶,排土台阶顶部边缘应设置安全挡墙,保障排土卡车的作业安全;自底部第2个台阶开始即可以采用自卸卡车-推土机排土方式或排土机排土方式,具体排土方式可根据剥离工艺进行确定;
步骤4:当排土台阶具备覆土作业条件时,可对最上部台阶和到界边坡坡面进行覆土,覆土所需表土可取自预挖工作面表土或堆存表土;采用前装机或液压反铲将堆存的表土装载至自卸卡车,卡车经排土台阶运输通路运至覆土作业区进行卸载,采用推土机辅助推平,完成覆土作业,覆土参数以植被恢复对覆土厚度的需求为准。
2.如权利要求1所述的露天矿排土方法,其特征在于,步骤1所述的采用液压反铲进行预挖作业的过程为:
采用平装后退式作业方式,即反铲与卡车处于同一平台标高,反铲挖掘平台标高以下表土,上提铲斗平装卡车,反铲后退式作业;预挖深度应按以下公式计算后确定:
d≥min(t,q·ks/s)
式中,d为表土预挖深度,m;t为原始表土层厚度,m;q为排土场覆土需求总量,m3;ks为表土富裕系数,取1.05;s为排土场压占土地总面积,m2;
表土预挖台阶的坡底线位置与最下部排土台阶的坡底线位置应在工作线推进方向上始终保持超前距离3m以上。
3.如权利要求1所述的露天矿排土方法,其特征在于,步骤2中所述的自卸卡车运输距离应按以下公式计算后确定:
D≥v0·t0+b+dS
式中,D为预挖表土的自卸卡车运输距离,m;v0为排土工作线推进速度,m/d;t0为自预挖起至开始覆土的时间,月;b为预挖条带宽度,m;ds为表土预挖台阶的坡顶线与表土堆存最下部台阶的坡底线间安全距离,m,一般取5m。
4.如权利要求1所述的露天矿排土方法,其特征在于,步骤3中所述预挖空区实施露天矿排土,底部第1个台阶排土时,排土台阶顶部平盘宽度必须满足卡车调车所需最小平台宽度,且排土台阶坡底线与预挖台阶坡底线的最小距离应保持3m以上;开始实施第2个及以上台阶的排土时,应保证其下部台阶的平盘宽度满足露天矿排土场最小工作平盘宽度要求,且各排土台阶顶部边缘均应设置安全挡墙,挡墙高度不小于卡车轮胎直径的2/5。
5.如权利要求1所述的露天矿排土方法,其特征在于,步骤4中所述排土台阶具备覆土作业条件,是指在部分排土区域最上部可以开展覆土作业,应同时满足以下条件:(1)排土场顶标高等于设计最终排弃标高;(2)最上部排土台阶平盘宽度大于或等于覆土作业所需最小工作平盘宽度;(3)排土场台阶坡面角和最终帮坡角等于设计角度;前装机或液压反铲向自卸卡车装载堆存的表土时,采用平装前推式作业方式,即前装机或液压反铲与自卸卡车处于同一平台标高,前装机或反铲挖掘平台标高以上堆存的表土,上举铲斗平装卡车,前装机或液压反铲前推式作业。

说明书全文

一种露天矿排土方法

技术领域

[0001] 本发明涉及露天采矿技术领域,特别涉及一种露天矿排土方法。

背景技术

[0002] 排土工程是露天开采的重要组成部分,受层赋存条件和剥-采-排时空关系的约束,开采初期均有剥离物排弃至采场外部,这就要求在露天矿采掘场地表境界之外的适当地段设置排土场以容纳外排剥离物。最终会在地表形成一定高度和形态的外排土场,当外排土场服务期满后必须对其进行覆土和植被恢复。根据外排土场形成的过程,露天矿采场深部开挖的岩石等剥离物往往排弃至排土场的最上部。因这些岩石剥离物中的有机质等成分十分匮乏,不具备植物及各类生物生长的条件,因此,复垦的第一步便是完成排土场的覆土,即在排弃台阶的最上部覆盖一定厚度的腐植土,为植物和各类微生物的生长创造基质条件。
[0003] 覆土的关键是解决表土的来源问题。对于表土资源充足的露天矿,覆土的来源往往是剥离初期单独堆放的表土或者自采掘工作面远距离运输的表土。单独堆放的表土因开挖扰动和长期堆存化等影响,有机质及养分大量流失,土壤已严重贫瘠化,必须进行长时间的改良和熟化方可满足后续复垦的需要。自采掘场工作面远距离运输的表土因运距较远,导致覆土费用十分高昂,大大增加了矿山复垦的经济负担,一些企业甚至因无法承担高昂的复垦费用而降低了复垦的标准甚至不进行排土场复垦,引发严重的生态环境破坏问
题。对于表土资源匮乏的露天矿,覆土的来源更加有限,成本也相当之高,企业甚至不得不投入大量的资金和时间,研发表土替代材料,以期解决“无土可覆”的难题。
[0004] 无论表土资源充足与否,目前露天矿排土都面临外排土场覆土成本高、周期长、及时性差等问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种露天矿排土方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是:一种露天矿排土方法,其技术要点是,根据排土工程位置的发展,按时空顺序对排土场境界内基底的表土进行预挖,暂存至排土境界内尚未剥离区域,预剥离形成了新的排土场基底,当预挖形成的空区具备排土作业条件时即开始实施排土工程,当排土台阶具备覆土作业条件时,及时将预剥离的表土覆于排土台阶之上,完成排土场覆土;包括如下步骤:
[0007] 步骤1:确定预挖深度。采用液压反铲进行预挖作业,自排土起始位置向排土工作线推进方向进行表土预挖:预挖深度根据表土厚度和覆土需求量综合确定,预挖的施工计划根据排土工程计划综合确定,原则上二者应保持同步;若预挖施工的工程位置尚未到达排土场最终境界时预挖表土堆存量就已满足覆土需求量,则可提前停止预挖施工;在未进行预挖地段进行排土时,在原始地表排弃最下第1个排土台阶即可;
[0008] 步骤2:确定表土堆存起始位置。采用自卸卡车运输表土至预定地点卸载,将预剥离表土堆存至排土境界内尚未剥离区域暂存,确定自卸卡车运输距离,预挖表土暂存位置不影响预挖工程施工;利用推土机进行整堆,堆高根据表土预挖高度和覆土施工速度综合确定;
[0009] 步骤3:确定排土施工工序。当预挖形成的空区满足排土作业要求时,即可开始在预挖空区实施露天矿排土,底部第1个台阶起始位置须采用自卸卡车-推土机排土方式,卡车自预挖台阶顶部向预挖空区卸载物料,推土机辅助作业,逐步形成标准高度和坡面的排土台阶,排土台阶顶部边缘应设置安全挡墙,保障排土卡车的作业安全;自底部第2个台阶开始既可以采用自卸卡车-推土机排土方式或排土机排土方式,具体排土方式可根据剥离工艺进行确定;
[0010] 步骤4:当排土台阶具备覆土作业条件时,采用前装机或液压反铲将堆存的表土装载至自卸卡车,卡车经排土台阶运输通路运至覆土作业区进行卸载,采用推土机辅助推平,完成覆土作业,覆土参数以植被恢复对覆土厚度的需求为准。
[0011] 上述方案中,步骤1所述的采用液压反铲进行预挖作业的过程为:
[0012] 采用平装后退式作业方式,即反铲与卡车处于同一平台标高,反铲挖掘平台标高以下表土,上提铲斗平装卡车,反铲后退式作业;预挖深度应按以下公式计算后确定:
[0013] d≥min(t,q·ks/s)
[0014] 式中,d为表土预挖深度,m;t为原始表土层厚度,m;q为排土场覆土需求总量,m3;ks为表土富裕系数,取1.05;s为排土场压占土地总面积,m2;
[0015] 表土预挖台阶的坡底线位置与最下部排土台阶的坡底线位置应在工作线推进方向上始终保持超前距离3m以上。
[0016] 上述方案中,步骤2中所述的自卸卡车运输距离应按以下公式计算后确定:
[0017] D≥v0·t0+b+dS
[0018] 式中,D为预挖表土的自卸卡车运输距离,m;v0为排土工作线推进速度,m/d;t0为自预挖起至开始覆土的时间,月;b为预挖条带宽度,m;ds为表土预挖台阶的坡顶线与表土堆存最下部台阶的坡底线间安全距离,m,一般取5m。
[0019] 上述方案中,步骤3中所述预挖空区实施露天矿排土,底部第1个台阶排土时,排土台阶顶部平盘宽度必须满足卡车调车所需最小平台宽度,且排土台阶坡底线与预挖台阶坡底线的最小距离应保持3m以上;开始实施第2个及以上台阶的排土时,应保证其下部台阶的平盘宽度满足露天矿排土场最小工作平盘宽度要求,且各排土台阶顶部边缘均应设置安全挡墙,挡墙高度不小于卡车轮胎直径的2/5。
[0020] 上述方案中,步骤4中所述排土台阶具备覆土作业条件,是指在部分排土区域最上部可以开展覆土作业,应同时满足以下条件:(1)排土场顶标高等于设计最终排弃标高;(2)最上部排土台阶平盘宽度大于或等于覆土作业所需最小工作平盘宽度;(3)排土场台阶坡面角和最终帮坡角等于设计角度;前装机或液压反铲向自卸卡车装载堆存的表土时,采用平装前推式作业方式,即前装机或液压反铲与自卸卡车处于同一平台标高,前装机或反铲挖掘平台标高以上堆存的表土,上举铲斗平装卡车,前装机或液压反铲前推式作业。
[0021] 本发明的有益效果是:该露天矿排土方法,与现有技术相比:
[0022] (1)对外排土场压占范围内的表土进行预挖,有效避免了该部分表土资源的浪费,解决了露天矿覆土资源紧缺、表土远距离运输成本高、覆土滞后等难题;
[0023] (2)通过合理确定预挖深度、预挖施工进度和表土堆存高度,明显缩短了预挖表土的堆存时间,大大改善了表土中有机质及养分的保持程度,可显著提高排土场复垦时的植被恢复效果;
[0024] (3)通过合理确定预挖表土的堆存位置和合理堆存高度,可将表土预挖的成本降至最低,同时还可以保证表土预挖和排土工程的协调统一;
[0025] (4)通过预挖一定深度的表土降低了排土场基底标高,降低值等于预挖深度值,因此,在不提高排土场最终排弃标高前提下,增大了排土场的排土容量,减小了排土场的占地面积,降低了矿山的购地费用,经济和环境效益均十分显著。附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为本发明实施例中露天矿排土工程演化过程示意图(一);
[0028] 图2为本发明实施例中露天矿排土工程演化过程示意图(二);
[0029] 图3为本发明实施例中露天矿排土工程演化过程示意图(三);
[0030] 图4为本发明实施例中施工条带顺序示意图;
[0031] 图5为本发明实施例中液压反铲5预挖平装车后退式作业方式示意图;
[0032] 图6为本发明实施例中堆存工作面卡车及堆存工作面液压反铲平装前推式作业方式示意图;
[0033] 图中序号说明如下:图中,1-外排土场地表境界,2-预挖空区,3-表土堆存台阶,4-自卸卡车,5-液压反铲,61-预挖表土至堆存点路径,62-预挖表土至覆土点路径,63-堆存表土至覆土点路径,7-待预挖条带,8-排土工作线推进方向,9-堆存台阶坡道,10-排土台阶,11-覆土台阶,12-预挖台阶超前距离,13-堆存工作面卡车,14-堆存工作面液压反铲。

具体实施方式

[0034] 使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图1~图6和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0035] 本实施例中,相同的工程部位用相同的附图标记表示。需要说明的是,下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向,词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定工程部位几何中心的方向。
[0036] 本实施例中的露天矿外排土场排弃总量6600万m3,服务年限4年,占地面积1.67km2,最终排弃标高+640m,最终排弃高度90m,最终松散系数1.15,容量备用系数1.20,排土场区域原始表土平均厚度3.0m,排土场覆土厚度1.0m,排土场最终帮坡角22°。露天矿剥离物排弃至外排土场地表境界1之内,外排土场地表境界形状为2000m×800m的矩形,自排土场地表境界1的最左侧开始逐条带向右排弃,排土台阶高度30m,台阶坡面角32°,最终台阶平盘宽度40m,工作平盘宽度80m,应用本实施例的露天矿排土方法实施排土工程,具体步骤如下,如图1所示:
[0037] 步骤1:确定预挖深度。本工程实例采用液压反铲5自外排土场1最左侧排土起始位置逐渐进行表土预挖作业,如图1所示。首先根据外排土场1的覆土需求总量q和占地面积s,计算确定理论预挖深度为1.1m,计算结果小于原始表土层厚度3.0m,则实际预挖深度d取1.1m。预挖作业分条带进行,待预挖条带7宽度取液压反铲5最大挖掘半径的4倍,取40m,液压反铲预挖平装车后退式作业,逐个待预挖条带7依次进行预挖施工。分条带预挖的施工计划应与排土工程计划保持同步,本工程实例要求对整个排土场最终境界内的表土均进行预挖,否则无法满足覆土需求量,若其他工程存在预挖施工的工程位置尚未达到排土场最终境界时,预挖表土量就已满足覆土需求量,则可在该位置停止预挖作业。条带施工顺序如图
4所示,液压反铲5预挖平装车后退式作业方式如图5所示。
[0038] 步骤2:确定表土堆存起始位置。本实施例中排土工作线推进速度计算结果为v0=4.0m/d,当最上排土台阶顶部宽度为80m时,即可开始覆土。经计算,此时的实方排土量为
1568万m3,本工程实例的日均排土量为20万m3,则自预挖起至开始覆土的时间t0=1568/20≈78d,即排土第78天开始覆土。根据相关参数计算得预挖表土的自卸卡车最小运输距离D≥v0·t0+b+dS≥4.0×78+40+5=359m,考虑施工的不均衡性,取D=360m,即表土堆存的起始位置距离排土场左侧边界360m。卡车4经预挖表土至堆存点路径61和堆存台阶坡道9,将预挖表土运至表土堆存台阶3堆存。利用推土机进行整堆推平,按预挖施工计划应与排土工程计划保持同步的原则确定堆高为1.1m。
[0039] 步骤3:确定排土施工工序。即当预挖空区下方底部宽度大于80m时即可开始最下部台阶的排土作业,排土方式为自卸卡车-推土机排土方式,排土台阶高度30m,台阶坡面角22°,表土预挖台阶坡底线与最下部预挖台阶超前距离12在排土工作线推进方向8上应始终保持3m以上,台阶顶部边缘应设置安全挡墙,挡墙高度0.8m,顶宽0.5m。当下部第1个台阶的顶部宽度大于80m时,即可在其上排弃第2个台阶。本工程实例采用自卸卡车-推土机排土方式,若其他工程经技术经济论证后证明排土机排土方式是合理可行的,亦可采用排土机排土方式。以此类推,具备条件时开始排弃第3个排土台阶(最上部排土台阶),最终形成排土台阶10。
[0040] 步骤4:当满足步骤2中开始覆土的条件时,即开始在第3个台阶上部和排土场到界边坡坡面进行覆土作业,覆土厚度为1.0m,直至完成整个排土场的覆土作业。覆土所需表土的来源有两个,分别是预挖工作面表土和堆存表土。为了降低表土运距,采用卡车双环运输系统,“上部运输环路”为预挖工作面卡车4(堆存工作面卡车13)经上部的预挖表土至覆土点路径62和堆存表土至覆土点路径63运至覆土台阶11的上部一侧;“下部运输环路”为预挖工作面卡车4(堆存工作面卡车13)经下部的预挖表土至覆土点路径62和堆存表土至覆土点路径63运至覆土工作面11的下部一侧,覆土台阶上部采用推土机进行平整,台阶平整度满足《煤炭工业露天矿土地复垦工程设计标准》的相关规定。本工程实例堆存表土选用堆存工作面液压反铲14向自卸卡车13装载,采用平装前推式作业方式,如图6所示。
[0041] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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