露天煤矿基础知识
一、露天煤矿概况
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，自 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. 5 m3 和 168 m3,目前世界上最大的露天铜矿——美国宾厄姆（Bingham)采剥总量曾达494242 t/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 240000 m3/d,排土桥理论运输能力高达25600 m3/h,跨度（272. 5 ±13.5) m,采高 60 m。
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 380〜444 mm 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。
当矿层接近地表时，使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药，接着使用挖泥、挖土机、卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后，矿层将会暴露出来，这时将矿块钻碎或炸碎，使用卡车将矿砂运往选煤厂做进一步处理。当矿石开采完毕，在隔壁重复同样的步骤。露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿，因为较多的矿层被利用。露天开采煤矿可以覆盖数平方公里的面积。世界约 40%的煤矿生产使用露天开采方式。但在我国所占比例较小。
我国的大部分露天煤矿都分布在内蒙古、山西境内。内蒙古有 4 个，分别为伊敏露天煤矿、霍林河露天煤矿、元宝山露天煤矿和准格尔露天煤矿。山西境内有 1 个，即平朔安太堡露天煤矿。
二、露天矿开采工艺
露天开采是先将覆盖在矿体上面的土石剥离，自上而下把矿体分为若干梯段，直接在露天进行采矿的方法。为选择露天矿开拓方案及确定有关参数而进行的设计为露天矿开拓设计。主要包括穿孔爆破、采装、运输和排土。这四项工作的好坏及它们之间的配合如何，是露天采矿的关键。
穿孔爆破是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔，以炸药爆破，对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有冲击式钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等，多用铵油炸药、浆状抗水炸药和乳化炸药及粒状乳化炸药。
采装工作是用人工或机械将矿岩装人运输设备，或直接卸到指定地点的作业。常用的设备是挖掘机（有多斗和单斗巧类）、轮斗铲和前端式装载机，广泛采用的为单斗挖掘机。分段运输工作是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点（或选矿厂）和排土场，同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。
主要运输方式有铁路运输、公路运输、输送机运输、提升机运输，还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。
排土工作系指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的大量表土和岩石，运送到专门设置的场地（如排土场或废石场）进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同，分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或索斗铲排土等。推土场应选择在尽量靠近采矿场，少占农田的位置，有条件的应放置在山谷、洼地处。环境保护和造田、还田。露天煤矿开采工艺见表 3-5。
露天开采有以下优缺点：
(1)优点：受开采空间限制小，可采用大型机械设备，有利于实现自动化生产，大大提高了开采强度和矿石产量。资源采出率高、劳动生产率高，因其作业条件好，机械化程度高，所以劳动生产率比地下开采低品位矿石的劳动生产率高；生产成本低，露天开采的成本一般比地下开采的成本低 50%〜75% ,
有利于大规模开采低品位矿石；开采条件好，作业场所比较安全；建设速度快，单位矿石基建投资较低。我国大中型露天矿基建一般需要 3〜4 年，而大型的地下矿基建时间要 7〜10年。一般大型露天矿单位矿石基建投资比地下矿要低 1〜3倍。
(2)缺点：占用土地多，地表被破坏，环境受到污染；受气候因素影响大，如严寒、冰雪、酷热和暴雨等对露天开采有一定影响；对矿床的埋藏条件要求严格，在埋藏较深的矿床，露天开采范围受到限制。
三、露天矿安全开采要求
滿天矿开采需剥离大量土岩，以揭露矿体。剥离位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。
露天开采应遵循自上而下的开采顺序，分台阶开采，并坚持“采剥并举，剥离先行”的原则。设计规定保留的矿（岩）柱、挂帮矿体，在规定的期限内，未经技术论证禁止开采或破
坏；采剥和排土作业，禁止对深部开采或邻近矿山造成水害和其他潜在安全隐患。露天矿山，尤其是深凹露天矿山，应设置专用的防洪、排洪设施；在矿山铁路或道路两侧堆放物品时，应堆放稳固，且堆放物的边缘与铁路建筑接近限界、道路路面边缘等保持安全距离；任何人禁止擅自移动和毁坏矿山的测量基点；需要移动或报废测量基点时，应经矿山地质测量部门同意，并经主管矿长批准；露天矿边界应设可靠的围栏或醒目的警示标志，防止无关人员误人。在露天矿边界 2m 范围内，如有可能危及人员安全的树木及其他植物、不稳固材料和岩石等，应予清除。
露天矿边界上覆盖的松散岩土层厚度超过 2m 时，其倾角应小于自然安息角；因大雾、炮烟、尘雾和照明不良而影响能见度，或因暴风雨、雪或有雷击危险不能坚持正常生产时，应立即停止作业；威胁人身安全时，人员应转移到安全地点；设备的走台、梯子、地板以及人员通行和操作的场所，应保持整洁和通行安全。禁止在设备的顶棚存放杂物，并应及时清除上面的石块；露天采场应有人行通道，并应有安全标志和照明装
置。上、下台阶之间，可设带扶手的梯子、台阶（踏步）或路堑作人行通道。
采掘、运输、排土或其他设备，其主开关送电、停电或启动设备时，应由操作人员呼唤应答，确认无误方可进行操作。使用采掘、运输、排土和其他机械设备，应遵守下列规定：设备运转时，禁止对其转动部分进行检修、注油和清扫；设备移动时，禁止人员上、下；在可能危及人员安全的地点，禁止有人停留或通行；终止作业时，应切断动力电源，关闭水、气阀门；检修设备应在关闭启动装置、切断动力电源和设备完全停止运转的情况下进行，并应对仅靠设备的运动部件和带电器件设备护栏。在切断电源处，电源开关应加锁或设专人监护，并应悬挂“有人作业，不准送电”的瞥示牌；露天采掘设备的供电电缆，应保持绝缘良好，不应与金属管（线）和导电材料接触，横过道路、铁路时，应采取防护措施；电力驱动的钻机、挖掘机和机车内，应备有完好的绝缘手套、绝缘靴、绝缘工具和器材等。停电、送电和移动电缆时，应按规定使用绝缘防护用品和工具。
露天开采应优先采用湿式作业。产尘点和产尘设备，应采取综合防尘技术措施。
深凹露天矿的采掘设备与矿用自卸汽车的司机驾驶室，应配备空气调节装置，禁止开窗作业。