Kiến thức cơ bản về khai thác lộ thiên
I. Tổng quan
1. Tài nguyên khoáng sản
Tài nguyên khoáng sản là tập hợp các khoáng chất hoặc nguyên tố hữu ích được hình thành thông qua quá trình khoáng hóa địa chất, tồn tại tự nhiên trong vỏ Trái Đất hoặc trên bề mặt Trái Đất, bị chôn vùi dưới lòng đất hoặc lộ ra trên bề mặt Trái Đất, ở dạng rắn, lỏng hoặc khí, có giá trị khai thác và sử dụng. Tài nguyên khoáng sản là tài nguyên không tái tạo và trữ lượng có hạn. Trên thế giới có 168 loại khoáng sản đã được biết đến, trong đó hơn 80 loại được sử dụng rộng rãi. Tùy theo đặc điểm và
Về công dụng, chúng thường được chia thành bốn loại: 11 khoáng sản năng lượng; 59 khoáng sản kim loại; 92 khoáng sản phi kim loại; 6 khoáng sản nước và khí. Khoáng sản kim loại về cơ bản tồn tại ở dạng rắn trong tự nhiên. Về mặt khai thác, các mỏ quặng kim loại được khai thác bất kể loại kim loại nào. Vàng, bạc, đồng, sắt, niken, v.v. được xử lý như nhau; chỉ cần xem xét trạng thái xuất hiện của thân quặng, các quy trình khai thác khác nhau sẽ được lựa chọn.
2. Khai thác
Trong xã hội hiện đại, ngành khai khoáng đã có những bước tiến vượt bậc, được tinh chỉnh và phân chia thành nhiều lĩnh vực. Nói chung, ngành này bao gồm các hoạt động thăm dò, khai thác, tuyển quặng, tinh luyện và các hoạt động liên quan khác đến khoáng sản. Việc xây dựng một mỏ hiện đại đòi hỏi sự nỗ lực của các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất khai khoáng, khảo sát, kỹ thuật xây dựng, khai thác mỏ, chế biến khoáng sản, an toàn, bảo vệ môi trường, cơ điện, HVAC, cấp thoát nước, tự động hóa, hóa học, v.v.
3. Đặc điểm của ngành khai thác và tuyển quặng
Thứ nhất, đối tượng lao động là khối quặng địa chất được phát hiện qua khảo sát địa chất và có nguồn gốc tự nhiên, không thể tự do lựa chọn đối tượng khai thác và chế biến;
Thứ hai, đối tượng khai thác, công cụ khai thác và nhân sự sản xuất liên tục được di chuyển cùng với khai thác, không có địa điểm cố định, điều kiện công nghiệp thay đổi bất cứ lúc nào, khác với ngành chế biến nói chung;
Thứ ba, điều kiện địa chất khai thác và nguyên liệu khoáng sản rất phức tạp, gây khó khăn cho việc chuẩn hóa các dự án khai thác.
Đồng thời: ⒈ Điều kiện khai thác của mỏ quặng không ổn định; ⒉ Hàm lượng, thành phần và thành phần của quặng rất khác nhau; ⒊ Cấu trúc địa chất phức tạp; ⒋ Tính chất vật lý và cơ học của quặng và đá xung quanh rất khác nhau; ⒌ Hàm lượng nước trong mỏ quặng rất phức tạp. Do đó, không thể sao chép hoàn toàn hoạt động khai thác và tuyển quặng của một mỏ.
2. Định nghĩa khai thác lộ thiên
1. Khái niệm cơ bản về khai thác lộ thiên
Điều kiện tiên quyết cần thiết để xác định khai thác lộ thiên là phải có các mỏ quặng phù hợp. Việc đánh giá mỏ quặng có phù hợp cho khai thác lộ thiên hay không được thực hiện tốt nhất trong giai đoạn thăm dò địa chất ban đầu, sau đó, báo cáo địa chất (bao gồm dữ liệu địa chất thủy văn và môi trường) đáp ứng các yêu cầu thiết kế khai thác lộ thiên sẽ được đề xuất sau khi thăm dò thêm; sau khi được phê duyệt, bộ phận thiết kế có thể tiến hành thiết kế. Do điều kiện xuất hiện của thân quặng lộ thiên trên bề mặt và chôn lấp nông, toàn bộ công việc khai thác đá từ toàn bộ theo một quy trình nhất định được gọi chung là kỹ thuật khai thác lộ thiên.
Bản chất của khai thác lộ thiên là loại bỏ lớp đất mặt và đá bao phủ phần trên của thân quặng ra một khoảng trống trong một phạm vi nhất định, sau đó khai thác quặng. Do đó, để khai thác quặng, cần phải khai thác cả đá thải.
Thân quặng được phân loại làđịnh nghĩa khai thác mỏ lộ thiênđược gọi là mộtkhai thác lộ thiên. Nơi mà kỹ thuật khai thác lộ thiên được thực hiện bằng thiết bị khai thác được gọi làkhai thác lộ thiên.khai thác lộ thiênđịnh nghĩa: tổng số hố khai thác, bậc thang và rãnh lộ thiên được hình thành trong quá trình khai thác lộ thiên.
2. Các bước chung chokhai thác lộ thiênxây dựng và sản xuất:
(1) Chuẩn bị mặt bằng. Đưa đường dây giao thông và đường dây truyền tải vào khu vực khai thác mỏ, đồng thời di dời hoặc tháo dỡ các chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo trong khu vực khai thác mỏ như cây cối, đầm lầy, làng mạc, nhà máy, đường sá, kênh mương, nghĩa trang, v.v.
(2) Cô lập và thoát nước khu vực khai thác mỏ. Cắt hoặc chuyển hướng dòng sông chảy qua khu vực khai thác mỏ, tháo cạn nước và hạ mực nước xuống thấp hơn mức cần thiết.
(3) Kỹ thuật cơ sở hạ tầng mỏ. Bao gồm đào mương, xây dựng đường từ mặt đất lên mặt đất khai thác; thiết lập đường dây làm việc, thực hiện bóc tách cơ sở hạ tầng để lộ khối quặng đã khai thác; thiết lập đường vận chuyển, bãi thải, cầu, v.v.; xây dựng các cơ sở công nghiệp mặt đất và các công trình dân dụng cần thiết.
(4) Sản xuất hàng ngày. Sau khi các dây chuyền khai thác và bóc tách cần thiết được đưa vào hoạt động và đạt được công suất khai thác nhất định, công trình hạ tầng mỏ có thể được bàn giao cho sản xuất. Thông thường, cần có thời gian để đạt được công suất thiết kế. Các khu vực khai thác cần được cải tạo.
Việc xây dựng và sản xuấtđịnh nghĩa khai thác mỏ lộ thiênlà những dự án kỹ thuật rất phức tạp. Việc mua đất, mua sắm, lắp đặt và đưa thiết bị vào vận hành, đào tạo nhân lực, thành lập cơ quan quản lý tổ chức, khai hoang đất đai, v.v., liên quan đến nhiều khía cạnh khác nhau và có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
3.khai thác lộ thiênphát triển
Chỉ phát triển đường bộ và không phát triển trục ngang và thang nâng dốc.
(1) Hoạt động bóc tách sườn đồikhai thác lộ thiênBắt đầu từ tầng cao nhất của khu vực khai thác và đi xuống từng lớp; trong khi đó, tuyến hố khai thác được xây dựng từ bậc khai thác thấp nhất đến bậc khai thác cao nhất cùng một lúc. Khi mực nước khai thác giảm, tuyến hố khai thác phía trên dần dần bị bỏ hoang hoặc biến mất, và khoảng cách vận chuyển quặng đá cũng được rút ngắn tương ứng.
(2) Đường hầm phát triển đường bộ của hố sụtkhai thác lộ thiênĐường hầm được hình thành dần dần khi các bậc thang khai thác mở rộng xuống phía dưới. Sự thay đổi tuyến hầm bao gồm phát triển tuyến hầm cố định và phát triển tuyến hầm di động. Phát triển tuyến hầm cố định: Tuyến hầm phát triển được bố trí trên tường bên cuối cùng trong ranh giới khai thác và không thay đổi vị trí trong suốt quá trình khai thác của khu vực khai thác. Tuyến hầm có thể được bố trí theo hướng thẳng, hướng hồi và hướng xoắn ốc. Phát triển tuyến hầm xoắn ốc: Tuyến hầm phát triển được bố trí theo hướng xoắn ốc dọc theo bốn phía của khu vực khai thác.
Quá trình phát triển của dự án phát triển tuyến mỏ cố định: bao gồm quá trình khai thác các bậc thang, tiến độ xây dựng tường làm việc và phát triển và đào sâu tầng mới. Ở phía cuối cùng củakhai thác lộ thiênTheo vị trí, hướng và độ dốc của rãnh vào và ra đã xác định, rãnh vào và ra nghiêng được đào từ bề mặt (tấm phẳng phía trên của bậc thang) đến tấm phẳng phía dưới của bậc thang. Sau khi đạt đến độ cao của tấm phẳng phía dưới, một rãnh ngang mới được đào từ cuối rãnh vào và ra để thiết lập đường làm việc ban đầu của bậc thang khai thác.
Quy trình phát triển dự án phát triển đường hầm di động: Rãnh vào, rãnh ra và rãnh phân đoạn được đào theo chiều ngang từ tấm trên hoặc tấm dưới gần vùng tiếp xúc giữa thân quặng và đá xung quanh trong mỏ. Khi rãnh phân đoạn được đào đến một độ dài nhất định, rãnh phân đoạn được đào, đồng thời các cạnh của rãnh phân đoạn được mở rộng để tạo thành đường làm việc bóc tách. Trong quá trình khai thác, rãnh vào và rãnh ra di chuyển theo sự tiến triển của tường làm việc ở một bên cho đến khi đường làm việc tiến đến ranh giới khai thác cuối cùng, sau đó được cố định ở phía cuối cùng.
4. Công nghệ khai thác lộ thiên
Quy trình sản xuất chính củađịnh nghĩa khai thác mỏ lộ thiên bao gồm ba dự án quan trọng: đào rãnh, bóc tách và khai thác; các khâu sản xuất bao gồm khai thác-vận chuyển-xả (xả đất, xả quặng). Khai thác là khâu tương tác trực tiếp với lớp đá, bao gồm khoan, nổ mìn, khai thác và bốc xúc, di dời đường vận chuyển và các công đoạn khác, và là khâu quan trọng nhất trongkhai thác lộ thiênsản xuất; vận chuyển là khâu liên kết giữa khai thác và xả thải, và là khâu chiếm nhiều thiết bị nhất, tiêu tốn nhiều năng lượng và nhân lực nhất trongkhai thác lộ thiênsản xuất; xả thải là một yêu cầu không thể thiếu đối với việc xả thải kinh tế và hợp lý các vật liệu được sản xuất trongkhai thác lộ thiên.
Xung quanh ba liên kết sản xuất chính này còn có hàng loạt liên kết sản xuất phụ trợ như bảo trì thiết bị, cung cấp điện, thoát nước, v.v.
Hệ thống quy trình khai thác lộ thiên có thể được chia thành: quy trình gián đoạn, quy trình liên tục và quy trình bán liên tục.
(1) Quy trình gián đoạn là quy trình khai thác và vận chuyển quặng đá được thực hiện gián đoạn trong ba khâu sản xuất chính. Ví dụ: máy xúc cơ khí chất tải lên xe tải từng gầu một, tàu hỏa hoặc ô tô vận chuyển đá từng xe một. Với mỗi gầu được chất tải hoặc mỗi xe tải được vận chuyển, thiết bị sẽ hoàn thành một chu kỳ hoặc một khoảng thời gian tương ứng. Quy trình này còn được gọi là quy trình tuần hoàn hoặc quy trình định kỳ.
(2) Quá trình liên tục là quá trình khai thác và vận chuyển quặng đá được thực hiện liên tục. Đây là trường hợp dòng quặng đá trên máy đào nhiều gầu và băng tải. Dòng quặng đá này sẽ liên tục không bị gián đoạn miễn là thiết bị hoạt động bình thường. Do đó, quá trình này còn được gọi là quá trình dòng chảy.
(3) Quy trình bán liên tục là quy trình trong đó một số khâu sản xuất được vận hành liên tục. Ví dụ, một hệ thống quy trình trong đó một xẻng cơ khí đưa quặng và đá vào máy nghiền, sau đó vận chuyển bằng băng tải sau khi nghiền là một hệ thống quy trình bán liên tục điển hình.
5. Thuật ngữ chuyên môn
a. Khi khai thác theo bậc thang, quặng và đá được chia thành các lớp nằm ngang có độ dày nhất định từ trên xuống dưới và được khai thác độc lập
Thiết bị khai thác và vận tải. Mỗi lớp duy trì một mối quan hệ tiến triển nhất định, do đó tạo thành hình bậc thang.
Bậc thang bao gồm các thành phần sau: tấm trên, tấm dưới, độ dốc, đường trên cùng, đường dưới cùng, chiều cao và góc dốc. Góc dốc bậc thang: góc giữa độ dốc bậc thang và mặt phẳng ngang.
Các bước được chia thành:
Các bước làm việc - làm việc trên các tấm phẳng để sắp xếp thiết bị khai thác và vận chuyển.
Các bậc thang không hoạt động - nền tảng an toàn: được sử dụng để đệm và chặn đá rơi và giảm góc dốc.
Nền tảng dọn dẹp: chặn những tảng đá rơi xuống và làm sạch chúng bằng thiết bị vệ sinh.
Sàn vận chuyển: đóng vai trò là kênh kết nối giữa các bậc thang làm việc và vận chuyển rãnh tiếp cận.
b. Đường làm việc - một đoạn quặng đá được chuẩn bị kỹ lưỡng.
c. Vùng đào: Trong quá trình khai thác, các bậc thang được chia thành nhiều dải, được đào từng dải một. Mỗi dải của mỗi mỏ được gọi là một vùng đào. Chiều rộng ... phụ thuộc vào phương pháp nổ mìn và thông số; máy xúc điện ... phụ thuộc vào bán kính đào và dỡ của máy xúc điện.
d. Mỗi dải khai thác cũng có thể được chia thành nhiều đoạn và được trang bị thiết bị khai thác và vận chuyển độc lập trong quá trình khai thác. Chiều dài ... chiều dài của đường dây khai thác được chiếm bởi một máy xúc điện.
f. Đường hầm lộ thiên: chia theo mục đích sử dụng:
(1) Rãnh dẫn ... rãnh nghiêng được đào để tạo liên kết vận chuyển giữa mặt đất và mặt bằng thi công và giữa các mặt bằng thi công. Theo hình dạng mặt cắt ngang: mặt cắt ngang toàn bộ, rãnh một bên.
(2) Mương hở... đào rãnh ngang để mở đường khai thác và thiết lập đường khai thác đầu tiên (bước đầu tiên).
g. Diện tích củakhai thác lộ thiênnơi khai thác lộ thiên đã hoặc đang được tiến hành, được hình thành bởi các bậc thang và đường hầm lộ thiên.
Mỏ lộ thiên sườn đồi: phía trên vòng tròn khép kín. Mỏ lộ thiên vùng trũng: phía dưới vòng tròn khép kín.
Các thành phần cấu thành:
(1) Tường bên: bề mặt tổng thể xung quanhkhai thác lộ thiên, được chia thành: tường trên, tường dưới và tường cuối.
(2) Tường làm việc: tường bên gồm các bậc thang đang được khai thác và sẽ được khai thác.
(3) Độ dốc tường làm việc và góc dốc tường làm việc.
(4) Góc dốc bên cuối cùng: góc giữa độ dốc tường cuối cùng và mặt phẳng nằm ngang
(5) Độ dốc tường cuối cùng: mặt phẳng nghiêng tưởng tượng tạo bởi đường trên cùng của bậc trên cùng của tường không làm việc và đường dưới cùng của bậc dưới cùng.
(6) Ranh giới cuối cùng củađịnh nghĩa khai thác mỏ lộ thiên: vị trí được xác định bởi đường ranh giới cuối cùng trên và dưới.
6. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu: Tỷ lệ bóc tách
Tỷ lệ tước củakhai thác lộ thiênlà chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng, liên quan đến khối lượng quặng khai thác, khối lượng đất đá bóc ra, quy mô sản xuất, tuổi thọ, chi phí sản xuất... của mỏ.
Tỷ lệ bóc tách: lượng đá cần thiết để bóc tách trên một đơn vị quặng khai thác.
Tỷ lệ bóc tách có thể thay đổi. Ranh giới khai thác lộ thiên được xác định trong thiết kế chỉ là ranh giới hợp lý trong một số điều kiện nhất định và trong một khoảng thời gian nhất định. Đơn vị đo lường được thể hiện bằng m3/m3 hoặc m3/t hoặc t/t.
Tỷ lệ bóc tách trung bình: tỷ lệ giữa tổng lượng đá trong ranh giới với tổng lượng quặng.
Tỷ lệ bóc tách lớp: tỷ lệ giữa lượng đá trong một lớp nằm ngang nhất định trong ranh giới với lượng quặng.
Tỷ lệ bóc tách sản lượng: tỷ lệ giữa lượng đá bóc tách trong một thời gian nhất định so với lượng quặng khai thác được.
Tỷ lệ tách ranh giới: tỷ lệ giữa lượng đá tăng thêm do độ sâu đơn vị của ranh giới tăng lên so với lượng quặng tăng thêm.
Tỷ lệ bóc tách trữ lượng: tỷ lệ bóc tách được tính toán dựa trên số lượng quặng và đá được cung cấp trong báo cáo thăm dò địa chất.
Tỷ lệ tách quặng thô: tỷ lệ tách được tính toán dựa trên lượng quặng và đá thu được từ lượng quặng bị mất và cạn kiệt trong quá trình khai thác.
Tỷ lệ bóc tách hợp lý về mặt kinh tế: là lượng bóc tách đá tối đa được phép về mặt kinh tế trên một đơn vị thể tích quặng trong khai thác lộ thiên. Chi phí khai thác của lớp quặng liền kề với ranh giới khai thác lộ thiên không được lớn hơn chi phí khai thác hầm lò.
