露天采矿场模拟面貌

1、封闭圈及露天矿山分类

封闭圈：露天采矿场地表的平面闭合曲线。

根据矿床埋藏的地形条件，依据露天开采境界地表封闭圈，可分为山坡露天矿和凹陷露天矿。山坡露天矿----地表封闭圈以上；

凹陷露天矿----地表封闭圈以下。

山坡露天矿和凹陷露天矿示意图

A——山坡露天矿，B——凹陷露天矿，1——地表封闭圈标高

2、露天矿山构成三要素

台阶：把矿岩划分成一定厚度的水平分层，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状。每个阶梯称为台阶，其高度成为台阶高度。

台阶坡面：台阶朝向采空区一侧的倾斜面。倾斜面与水平面所夹角称为台阶坡面角。

平台（平盘）：台阶的坡底线与坡顶线之间水平面上的空间。坡底线与坡顶线之间的宽度称为平台宽度，处在爆破、铲装和运输作业的平台称为工作平台；爆堆边沿至坡顶线之间的宽度称为工作平台高度；用于阻截滑落的岩石的平台称为安全（清扫）平台。

3、露天矿山的开采工艺

露天矿山的开采工艺相对简单，主要包括穿孔、爆破、采装运输、排岩。

3.1穿孔工作

穿孔工作是露天矿山开采的首要工序，在整个露天开采过程中，穿孔费用约占其生产总费用的10%-15%。

3.1.1潜孔钻机

潜孔钻机钻孔角度变化范围大，机械化程度高，减少了辅助作业时间，提高了钻机的作业率，而且潜孔钻机机动灵活，设备重量轻，投资费用低，特别是可以通过钻凿各种斜孔来控制矿石品位，能消除根底、减少大块，提高爆破质量。因此，潜孔钻机目前在国内外中小型矿山广泛使用，适用于中硬矿岩穿孔。

3.1.2牙轮钻机

牙轮钻机是在旋转钻机的基础上发展起来的一种近代新型钻孔设备，具有穿孔效率高、作业成本低、机械化、自动化程度高等特点，适用于各种硬度的矿岩穿孔作业，目前，已成为世界各国露天矿普遍使用的穿孔设备。

3.1.3凿岩台车

凿岩台车是随着采矿工业的发展而出现的一种新型凿岩作业设备。它是将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂或台架上，并且有行走机构，使凿岩机作业实现机械化。

3.2爆破工作

爆破工作的目的是破碎坚硬的实体矿岩，为采装工作提供块度适宜的挖掘物。在露天开采的总费用中，爆破费约占15%-20%。

爆破质量的好坏，不仅直接影响采装、运输、粗碎等设备效率，而且影响矿山总成本。

3.2.1浅孔爆破

浅孔爆破采用的炮孔直径较小，一般为30-75毫米左右，炮孔深度一般在5米以下，有时可达8米左右，如用凿岩台车钻孔，孔深还可增加。

浅孔爆破主要用于生产规模不大的露天矿或采石场、硐石、隧道掘凿、二次爆碎、新建露天矿山包处理、山坡露天单壁沟运输通路的形成及其它一些特殊爆破。

3.2.2深孔爆破

深孔爆破就是用钻孔设备钻凿较深的钻孔，作为矿用炸药的装药空间的爆破方法。露天矿的深孔爆破主要以台阶的生产爆破为主。

深孔爆破的钻孔设备主要应用潜孔钻和牙轮钻。其钻孔可钻垂直深孔，也可钻倾斜炮孔。倾斜炮孔的装药较均匀，矿岩的爆破质量较好，为采装工作创造好的条件。

为减少地震效应和提高爆破质量，在一定条件下可采取大区微差爆破，炮孔中间隔装药或底部空气间隔装药等措施，以便降低爆破成本，取得较好的经济效益。

3.2.3硐室爆破

硐室爆破是将比较多或大量炸药，装在爆破硐室巷道内进行爆破的方法。露天矿仅在基本建设时期和在特定条件下使用，采石场在有条件且在采矿需求量很大时采用。

3.2.4多排孔微差爆破法

近年来，随着挖掘机斗容量和露天矿生产能力的急剧增加，要求露天矿的正常采掘爆破每次的爆破量也越来越多，为此，国内外的露天开采中广泛使用多排孔微差爆破、多排孔微差挤压爆破等大规模的爆破方法。

3.3临近边坡的爆破措施

随着露天矿向下延伸，边坡稳定问题日益突出。为了保护边坡，临近边坡的爆破要严格控制。根据国内外的经验，主要措施是采用微差爆破、预裂爆破和光面爆破。

3.3.1采用微差爆破减少震动

微差爆破的主要作用之一是可以减少爆破的地震效应。为了充分发挥微差爆破的减震作用，关键是设法增加爆破的段数和控制微差间隔时间。

3.3.2采用预裂爆破隔离边坡

临近边坡的预裂爆破，就是沿边坡界线钻凿一排较密的平行钻孔，每孔装入少量炸药，在采掘带未爆破之前先行起爆，从而获得一条有一定宽度并贯穿各钻孔的裂缝。由于有这条预裂缝将采掘带和边坡分离开来，随后采掘爆破的地震波在裂缝面上将产生较强的反射，使透过它的地震波大为减弱，从而保护了边坡。

3.3.3采用光面爆破保护边坡

临近边坡的光面爆破，就是沿边界线钻凿一排较密的平行钻孔，孔内装入少量炸药，在采掘钻孔爆破之后再进行爆破，从而沿密集钻孔形成平行的岩壁。光面爆破不同于预裂爆破的地方主要在起爆时间上。光面炮孔的起爆要迟于前几排采掘钻孔，通常滞后50～75ms。

除此之外，还有一种措施是，控制最后几排钻孔的爆破。临近边坡的最后几排钻孔的药量、抵抗线都要减少，称之为“缓冲爆破”，可以减少钻孔爆破对边坡的破坏。

4、采装与运输

采装作业是使用装载机械将矿岩直接从地下或爆堆中挖掘出来，并装入运输机械的车厢内或直接卸到指定的地点。它是露天开采过程的中心环节，其他生产工艺如穿爆、运输等都是为采装而服务的。

主要采装设备：挖掘机、索斗铲、液压铲和轮胎式前装机。

在露天矿开采过程中，矿山运输的基本建设投资约占矿山基建总投资额的60％，运输成本和劳动量分别占矿石总成本和总劳动量的一半以上，由此可见运输在露天矿开采中的重要地位。

露天矿山运输方式：汽车运输、铁路运输、胶带运输、斜坡箕斗提升运输以及联合运输方式，其中自卸汽车运输最普遍。

采装与运输密不可分，两者相互影响、相互制约。目前采装运输工艺的发展趋势主要体现在采运设备的大型化，采装与运输环节的一体化与连续化，以及计算机自动化。

5、排岩

排岩是运输终端的作业，将剥离下的表土和废石运输到废石场进行排弃。

排岩工艺：铁路运输排岩、公路运输排岩、胶带运输排岩

排土场根据排土工艺主要分为：公路运输排土场、铁路运输排土场、胶带运输排土场和水力运输排土场。

6、排土场

排土场（废石场）：堆放剥离物的场所，指矿山采矿排弃物集中排放的场所。排土场根据堆置顺序可分为：单台阶排土场、覆盖式多台阶排土场、压坡脚式多台阶排土场。

7.防水及排水

矿山防水排水是露天矿最重要的工程之一，对于整个矿区安全有着巨大的影响，因此，无论是进行设计以及施工过程中都要确保工程的科学性和有效性，确保其安全无误。在常规的矿区排水设计过程中，一般有以下四种排水设施：

第一种是具有山坡特征的露天矿，我们一般采取自流排水系统。

第二种则是适用于过水面积较小，水流量不大的矿区，他们可以使用底部集中排水系统。

第三种适合那些开采较深，水流量较大的矿区，也就是使用分段截流排水系统。

还有一种是适用于涌水量非常大的露天矿，这种矿区可以采取地下井巷排水系统。这四种排水系统可以相互使用，因实际情况而使用。

除了排水需要注重以外，防水也要注重，在日常矿区运作中，对于一些防水的设施和防水材料也要经常性地进行检查，确保其在出现问题时能够第一时间派上用场。

8.露天开采后的矿山会产生的问题

问题1：露天采坑大量积水，露天高陡边坡，会发生滑坡灾害

露天采坑积水对地下开采隐患示意图

滑坡对地下形成巨大的冲击地压

问题2：尾矿库的溃坝会造成库区上游山体滑坡产生泥石流，给下游村庄造成巨大灾难

问题3：尾矿外排的尾矿库严重影响当地生态环境

9.全球十大露天矿

9.1俄罗斯米尔内钻石矿场，是一个巨大的漩涡状洞穴，是世界最大的露天钻石矿坑之一。该洞入口直径达1200米，深约525米，相当于161层楼高。螺旋状的地洞之深，已使地球内部磁场与地表上空的空气形成强大气流。如果质量过轻的小型飞机飞过其上空，都能被这股气流吸进洞穴。

9.2宾厄姆峡谷金铜矿场，位于美国犹他州宾厄姆峡谷，是地球上最大最深的露天开采矿场，深度已达1200米，宽4000米，占地面积1900英亩（约合7.69平方千米），这里主要出产金矿、银矿、铜矿、钼矿，是世界上出产矿产最多的矿场之一。

9.3澳大利亚卡尔古利金矿坑。年产黄金80万盎司（22.67吨）的巨大的“超级坑矿井”。这个矿井长3.5公里，宽1.5公里，深570米。

9.4金伯利钻石矿。位于南非开普省，传说中最大的纯手工挖掘的大坑，深1097米，在 1914年被关闭之前生产了超过3吨的钻石。

9.5戴维克钻石矿洞位于加拿大西北领地，这处矿场最初是在2003年开采挖掘，每年可以生产80000万克拉或相当于1600000公斤的钻石。原为露天矿，2010年初开始地下生产。到2012年，戴维克露天开采停止，现已成为一个完全的地下矿山。

9.6艾卡迪钻石矿场是加拿大首个露天以及地下钻石矿场，位于西北领地地区，与离它一箭之遥的戴维科钻石矿场并称“兄弟矿场”。它距离北极圈南部仅200公里，周围气候寒冷，环境异常艰苦，进入艾卡迪矿场还要通过惊心动魄的冰雪道路，但巨大的利益还是驱使人们在如此恶劣的环境中工作。据统计，仅在1998年到2009年这十余年的时间里，矿工就在此矿场开采了4500万克拉（约8000公斤）的钻石。

9.7格拉斯伯格矿场位于印度尼西亚巴布亚省，是世界上最大的黄金生产地也是世界上第三大铜矿，年产5800万余克黄金、1亿7000万余克白银以及61万余吨铜。

9.8智利丘基卡马塔铜矿坑是全球生产铜最多的矿场。这个矿洞现有850米深。史前时期，人类即开始在此采矿。铜精矿年产能为51万吨，产量约45万吨。随着资源枯竭，主体矿区的可开采年限为10年，但附近其它矿体的资源足够 开采40年。

9.9俄罗斯珀匹盖陨石坑的历史超过3500万年，直径超过100公里，它下面的钻石储量估计超过万亿克拉，比目前已知的全世界钻石矿储量的总和还大10倍，能满足全球宝石市场3000年的需求。值得一提的是，该矿的矿石名为“冲击钻”，系由类似陨石之类的天外来物冲击现有钻石矿而来，其钻石硬度是普通钻石的两倍。由于这个独一无二的物理特性，使得它们在高精科技和工业市场上更为吃香。

10、如何进行矿山修复

在新时代“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念的指引下，我国生态文明建设进入纵深发展阶段。下面提供了一些矿山修复的方法：

10.1边坡治理

不管是矿山开发区，还是其他的一些山体结构，边坡都十分重要。因此，在矿山开发区进行修复的时候，首先就要考虑边坡的治理情况。

如果在进行矿山开发时，边坡出现不稳定的情形，很大程度上会导致相关的开发人员以及设备的损伤。只有采取一些措施保持边坡的稳定性，才可以避免山体滑坡、坍塌等现象的出现。

目前，我国对矿区的边坡治理主要采用生物护坡法，即利用生物（主要是植物），单独或与其他构筑物配合对边坡进行防护和植被恢复的一种综合技术。具体包括以下几点：

首先，尽量保持矿山路面的平整性；

其次，对悬崖进行修整工作，清除危石、降坡削坡，将未形成台阶的悬崖尽量构成水平台阶，把边坡的坡度降到安全角度以下，以消除崩塌隐患；

然后，对已经处理的边坡进行复绿，在边坡的面积范围内种植绿色植物，使其在进一步保持稳定的同时，可以美化环境。

10.2尾矿治理

一般来讲，对于任意一座矿山开发区来讲，尾矿都是占地面积最大，但是利用效率却最差的一个地方。因此，在关于尾矿的修复措施上一定要格外注意对尾矿的二次利用以及它的综合效益水平。

主要采取的方法就是利用井下采空区，作为采空区的充填料使用，来进行尾矿的排放，进而能够使其在整体的矿山开发区中达到最优的利用水平。

另外，也要尽量做好尾矿资源的有用成分的综合回收利用，采用先进技术和合理工艺对尾矿进行再选，最大限度地回收尾矿中的有用组分，这样，可以进一步减少尾矿数量。

除此之外，还可以将尾矿这种不能够充分开采的地区进行商品化及资源化，使其作为建筑材料的原料来制作水泥、硅酸盐尾砂砖、瓦、加气混凝土、铸石、耐火 材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花砖、泡沫玻璃和泡沫材料等，也可以用来修筑公路、路面材料、防滑材料、海岸造田等，从而达到废物再次利用的最终目的。

10.3土壤治理

矿山开采造成生态破坏的关键是土地退化，也就是土壤因子的改变，即废弃地土壤理化性质变坏、养分丢失及土壤中有毒有害物质的增加 。因此，土壤改良是矿山废弃地生态修复最重要的环节之一 。

对土壤进行优化改良的方式，主要有三种：

异地取土，即在不破坏异地土壤的前提下，取适量土壤，移至矿山受损严 重的部位，在土壤上种植植物，通过植物的吸收、挥发 、根滤 、降解 、稳定等作用对受损土壤进行填补修复。

对废弃地进行改造，即进行表土改造之前，设法灌注泥浆，使其包裹废渣，然后再铺一层粘土压实，造成一个人工隔水层，减少地面水下渗，防止废渣中剧毒元素的释放。

对土地增肥，即添加有效物质，使土壤的物理化学性质得到改良，从而缩短植被演替过程，加快矿山废弃地的生态重建。这样一来，就可以达到重复利用矿山资源的目的，而且还有利于提升相关矿山开发区的综合产量。

10.4植被修复

对于遭到重金属污染的矿山开发区而言，利用植被种植这种生态方式进行修复更具有效果。

在矿山废弃场地种植植物，一般选择适应性强、生长速度快、抗逆性强等树种。比如重金属耐性植物，其可以适应废弃地土壤结构不良、极端贫瘠等不良环境，同时还能耐重金属毒性。另外，根据不同地区气候条件选择不同植物，有利于加快矿山重金属污染的修复进程。

进行植被种植时，有两种操作方式：

第一种，就是对矿山开发区直接进行植被覆盖。这种方式简单快捷，所耗费的资金也不是特别昂贵。但是，这种方法见效比较慢。

第二种，则是采取覆土植被。一般来讲，这种方法应用更为广泛，可以在保证资金投入量的同时提高见效率。

11、露天矿山相关标准（部分）

GB∕T 37573-2019 露天煤矿边坡稳定性年度评价技术规范GB∕T 37697-2019 露天煤矿边坡变形监测技术规范GB∕T 37807-2019 露天煤矿井采采空区勘查技术规范GB 50175-2014 露天煤矿工程质量验收规范GB 50778-2012 露天煤矿岩土工程勘察规范GB 50968-2014 露天煤矿工程施工规范GB 51114-2015 露天煤矿施工组织设计规范GB 50197-2015 煤炭工业露天矿设计规范GB∕T 50552-2010 煤炭工业露天矿工程建设项目设计文件编制标准GB∕T 51068-2014 煤炭工业露天矿机电设备修理设施设计规范GB 51173-2016 煤炭工业露天矿疏干排水设计规范GB 51197-2016 煤炭工业露天矿节能设计规范GB 51214-2017 煤炭工业露天矿边坡工程监测规范GB 51282-2018 煤炭工业露天矿矿山运输工程设计标准GB 51287-2018 煤炭工业露天矿土地复垦工程设计标准GB 51289-2018 煤炭工业露天矿边坡工程设计标准GB/T 18024.6-2010 煤矿机械技术文件用图形符号第6部分：露天矿机械图形符号MT∕T 499-1995 露天矿35kV和66kV移动变电站MT∕T 881-2000 露天矿矿用自卸汽车适应性试验方法MT∕T 1152-2011 煤炭工业露天矿工程建设项目可行性研究报告编制标准MT∕T 1183-2020 露天矿边坡稳定性分析及岩移监测方法MT∕T 675-1997 露天煤矿边坡模拟试验方法MT∕T 769-1998 露天煤矿矿用自卸汽车适应性试验方法MT∕T 1184-2020 露天煤矿剥离采煤安全技术规范MT∕T 1185-2020 露天煤矿排土场技术规范MT∕T 1186-2020 露天煤矿运输安全技术规范AQ 1098-2014 露天煤矿安全设施设计编制导则AQ 2027-2010 金属非金属露天矿山在用矿用自卸汽车安全检验规范AQ∕T 2050.3-2016 金属非金属矿山安全标准化规范露天矿山实施指南AQ∕T 2063-2018 金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范DB13∕T 2928-2018 金属非金属露天矿山从业人员安全生产培训大纲及考核规范DB37∕T 3162-2018 金属非金属露天矿山企业安全生产风险分级管控体系实施指南DB37∕T 3163-2018 金属非金属露天矿山企业生产安全事故隐患排查治理体系实施指南DB63∕T 1806-2020 金属非金属露天矿山企业安全生产风险分级管控和隐患排查治理实施指南DB14∕T 2271-2021 智能化露天矿建设规范DB15∕T 1354-2018 露天煤矿生态恢复作物复垦技术规程DB15∕T 1355-2018 露天煤矿生态恢复草灌乔模式建设技术规程DB15∕T 1356-2018 露天煤矿生态恢复灌草型建设技术规程DB15∕T 1357-2018 露天煤矿生态恢复灌木建设技术规程DB15∕T 1358-2018 露天煤矿生态恢复牧草复垦技术规程GB51114-2015 露天煤矿施工组织设计规范GB 50175-2014 露天煤矿工程质量验收规范GB 51173-2016 煤炭工业露天矿疏干排水设计规范GB51214-2017 煤炭工业露天矿边坡工程监测规范GB/T 51068-2014 煤炭工业露天矿机电设备修理设施设计规范TD/T 1031.2-2011 土地复垦方案编制规程第2部分：露天煤矿

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注：本文来源于格山生态