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1、其次十章 排土作业露天开采中，必需剥离矿体上覆的废石包括表土，才能开采矿石。因此，废石排弃工作，是露天开采中必不行少的生产环节。由于金属露天矿的剥采比一般都大于 1，废石的剥离量通常比矿石的采掘量大，所以废石的排弃工作量与排土场的占地都相当大。据统计，我国金属露天矿山排土场的平均占地面积约为矿山总占地面积的 3955，排土工作人员约占全矿总人数的 1015，排土本钱约占剥离单位本钱的 60。因此，提高排土工作的劳动生产率，是提高露天开采经济效益的重要手段。将剥离的废石运输到排土场进展排弃称为排土作业。排土作业的本钱主要取决于排土场的位置、排土方法和排土工艺的选择。排土工程涉及废石的排弃工艺选择
2、、排土场的建立与进展规划、排土场的稳固性监测与维护、排土场污染防治等方面。20.1 排土场选址合理的排土场地选择必需综合考虑排地形、环境、容量需求、矿床的远景储量分布、废石排弃运距、排土场对环境的影响、废石回收利用的可能性及排土场复垦等因素。按与采场的相对位置，排土场可分为内部排土场与外部排土场。内部排土场是把剥离下的废石直接排弃到露天采场内的采空区。这明显是一种最经济、最节约占地的废石排弃方案。但内部排土场的应用受到条件的限制，只有开采水平或缓倾斜的矿体且采场面积大，或在一个矿床实行分区开采时才有可能实现。绝大多数金属露天矿山都不具备设置内部排土场的条件，而需在采场四周设置一个或多个排土场，
3、依据采场和剥离废石的分布状况，实行分散或集中排土。排土场地选择时应遵循以下原则：(1) 不占良田，少占耕地，尽量利用山坡、山谷的荒地，避开村庄的迁移。(2) 尽可能靠近采场布置排土场，以缩短废石运距。(3) 排土场应设置在居民区或工业场地的下风侧或最小风侧以及生活水源的下游，以免对居民、工厂或水源造成危害。(4) 排土场不应截断泄洪道和河流，避开设置在水文地质简单的地段，以保证排土场的稳定，避开排土场发生滑坡和泥石流事故。633(5) 废石中可利用的局部要单独堆置，以便日后二次回收利用。(6) 有条件的地区，靠近采场的排土场宜分散布置，以利于多出口运输，缓减排土线和道路的压力，提高排土效率。(
4、7) 有利于土地复垦。排土场选址和规划的一般准则是：排弃、治理与复垦本钱最低，占地面积最小，占用土地价值最低。20.2 排土场要素排土场的要素包括：阶段高度、堆置高度、平盘宽度和容积。20.2.1 阶段要素大中型露天矿的排土场一般都分阶段堆置。排土场的阶段高度指排土台阶坡顶线至坡底线间的垂直距离，各阶段的高度总和称为排土场的堆置高度。排土场的阶段高与堆置高度主要取决于排土场的地形与水文地质条件、气候条件、废石的物理力学性质成分、粒度等以及排土设备和废石运输方式等因素。在确定靠近地面第一层阶段高度时，应避开在地质条件差时堆置过高，以免造成严峻的根底凸起使局部排土场下沉，造成台阶边坡滑落而引起上层
5、阶段的不稳定现象。在多台阶堆置时，上下台阶之间要留有肯定的超前距离，即保证下一台阶的安全生产，也为上一台阶的稳定制造条件。排土场的平盘宽度是水平面上本阶段坡顶外缘到上阶段坡底线之间的距离。工作平盘宽度主要取决于上一台阶的高度、大块废石的滚动距离、承受的排弃设备、运输方式、运输线路的条数及移道步距等因素，其取值应满足运输和排土设备对作业空间的需要，上、下相邻阶段同时作业时互不影响。20.2.2 排土场容积排土场的设计容积可用下式计算V KV=ssKy1 + K1c(20.1)式中，Vy排土场的设计容积，m3；Vs剥离岩土的实方数，m3；Ks岩土的松散系数，其取值可参考表20.1；Kc岩土的下沉率
6、，其取值可参考表20.2；K1 容积充裕系数，一般取 1.021.05；表 20.2 岩石下沉率参考值岩土种类下沉率 /岩土种类下沉率 / 表 20.1 岩土松散系数参考值岩土种类砂砂质粘土粘土带夹石的粘土岩块度不大的岩石大块岩石初始松散1.11.21.21.31.241.31.351.451.41.61.451.8系数终止松散1.011.031.031.041.041.071.11.21.21.31.251.35系数砂质岩土79硬粘土2428砂质粘土1115泥夹石2125粘土质1315亚粘土1821粘土夹石1619砂和砾石913小块度岩石1718软岩1012大块度岩石1020硬岩5720.3
7、 排土工艺类型废石的排弃工艺因矿床的开采工艺、排土场的地形、水文地质特征及所排弃废石的物理力学特征而异。对于内部排土场，当所开采的矿床厚度与所剥离的岩层厚度不大时，剥离下的废石可使用大型机械铲和索斗铲直接倒入采空区内；当矿体较厚，剥离量大且排移距离较大时，必需通过某种运输方式把废石运到采空区，进展内部排土。依据废石的运输与排弃方式及所使用设备的不同，外部排土的排弃工艺可分为如下几种：(1) 大路运输排土。此种排土工艺是利用汽车将废石直接运到排土场排卸， 然后由推土机推排残留的废石及整理排卸平台。(2) 铁路运输排土。依据排土场排土设备的不同，又分为挖掘机排土、排土犁排土、铲运机排土。(3) 胶
8、带运输排土。利用胶带机将废石直接从采场内运到排土场进展排卸。20.4 大路运输排土承受汽车运输的露天矿大多承受汽车-推土机排土工艺，其排土作业的程序是：汽车运输废石到排土场后进展排卸，推土机推排残留废石、平坦排土工作平台、修建防止汽车翻卸时滚崖的安全车档及整修排土场大路。汽车-推土机排土工艺具有以下优点：汽车运输机动敏捷、爬坡力量大、可在简单的排土场地作业；排土高度比铁路运输大；排土场内运输距离较短，排土运输线路建设快、费用低、易于维护。由于国内外露天矿广泛承受汽车运输，汽车-推土机排土工艺应用最为广泛，并且汽车的大型化，与之协作的推土机也不断向大型化进展。20.5 铁路运输排土铁路运输的排土
9、工艺主要是由铁路机车将废石运至排土场，翻卸到指定地 点，再应用其他的移动设备进展废石的转排。可选用的转排设备有排土犁、挖掘机、推土机、前装机、索斗铲等。目前，在国内承受铁路运输排土工艺的矿山主要以挖掘机为主，排土犁次之，而其他设备应用很少。铁路运输排土的关心设备有移道机、吊车等。20.5.1 挖掘机排土如图 20.1 所示，机车进入排土线后，依次将废石卸入临时废石坑，再由挖掘机转排。该工艺要求临时废石坑的长度不小于一辆翻斗车的长度，坑底标高比挖掘机作业平台低 11.5m，容积一般为 200300m3。排土台阶分为上下两个台阶， 电铲在下部台阶顶面从临时废石坑里铲取废石，向前方、侧方、前方堆置。
10、其中向前方、侧方堆置形成下部台阶，向前方堆置为上部台阶的排土线修建路基，如此作业直至排满规定的阶段总高度。挖掘机排土工艺具有如下优点：(1) 受气候的影响小。(2) 移道步距大，线路质量好。(3) 每米线路的废石容量大，因而削减了排土线在籍长度及相应的移设和修理工程量；(4) 排土平台具有较高的稳定性，可设置较高的排土台阶，并能准时处理台阶沉陷、滑坡。(5) 场地的适应性强，可适用各种废石硬度。图 20.1 单斗挖掘机排土(6) 可在排土过程中进展运输线路的涨道，在建的排土场可直接用挖掘机修建路基，加快建设速度，节约劳动力。挖掘机排土工艺的缺点有：(1) 挖掘机设备投资较高、耗电量大，因而排土
11、本钱较推土犁高；(2) 运输机车需定位翻卸废石和等待挖掘机转排，因而降低了运输设备的利用率。20.5.2 排土犁排土排土犁是一种行走在轨道上的排土设备，如图 20.2 所示。它自身没有行走动力，由机车牵引，工作时利用汽缸将犁板张开肯定的角度，在行走中将堆置在排土线外侧的岩土向下推排。如图 20.3 所示，排土犁排土的工艺过程是：列车进入排土线排卸岩土后， 排土犁进展推刮，将局部岩土推落坡下，上部形成的受土容积。然后列车再翻卸的岩土，直到线路外侧形成的平盘宽度超过或等于排土犁板的最大允许排土宽度时，用移道机进展移道。一般排土线每卸 2 6 列车由排土犁推刮一次， 每经过 68 次推排后需移设线路
12、一次。排土犁排土的台阶高度为 1025m。图 20.2 排土犁示意图1前部保护板；2大犁板；3小犁板；4司机室；5汽缸；6轨道图 20.3 排土犁排土工艺过程示意图排土犁排土具有如下优点：(1) 价格低，排土效率高。每台排土犁的价格仅为挖掘机价格的 1/3 左右， 而排土效率约为挖掘机的两倍。(2) 设备构造简洁，便于修理。(3) 排土犁适用性强，适用于准轨运输的各种地质条件、各种岩石硬度。(4) 排土后的路基不需要加工便可直接铺设线路。排土犁排土具有如下缺点：(1) 排土台阶高度受到限制，一般为 1012m；(2) 移道步距较小，两次移道间的容土量少，因而需设较多的排土线。20.5.3 推土
13、机排土推土机排土的工艺程序是：列车将废石运至排土场翻卸，推土机将废石推排至排土工作台阶以下，并平坦场地及运输线路。国内承受推土机排土工艺的不多。当排弃湿度较大的岩石时，由于推土机履带的来回碾压，加强了路基的稳定性， 使排土场的堆置高度增大，但排弃本钱高于其他方式。20.5.4 前装机排土前装机转排如图 20.4 所示，它具有机动敏捷、排土宽度大、运距长、安全牢靠等优点。这种排土方式的排土台阶有较长的稳定期。但当运距大时，排土效率较低。当排土平台较宽时，前装机可就地做 180转向运行；当排土平台较窄时，可就地做90转向运行，以进展加长排土工作平台的作业。图 20.4 前装机排土示意图由于铁路运输
14、自身所固有的缺点，并且又难于实现排土连续化，故在国外应用很少。20.6 胶带运输排土我国露天矿承受胶带运输机-胶带排土机排土是近二十年来进展起来的一种连续排土工艺。这一工艺系统一般的工艺流程是：用汽车将废石运至设置在采场最终边帮上的固定或移动式裂开站进展废石的粗裂开，裂开后的废石被转装到胶带运输机运至排土场，再转入胶带排土机进展排卸。当一个阶段高度排满后，用推土机平坦场地，移动胶带排土机。如图 20.5 所示，胶带排土机是一种设有胶带运输机的可行走的排土设备， 它由受料臂、卸料臂、回转台和行走局部组成。受料臂可以直接承受运输胶带转载，亦可通过加载装置加载。选用排土机时应考虑以下条件：(1) 排
15、土机在气温-25+35和风速 20m/s 以下进展工作较适宜。气温过低岩粉易在排土机的胶带上冻结积存，造成过负荷；气温过高易产生过热而引起机械事故；风速过大排土机的机架简洁摇摆，威逼工作人员和设备的安全。(2) 排土机行走时坡度不一般超过 1:20(5%)，个别的地方也有达 1:101:14。排土机工作坡度为 1:201:33。(3) 排土机工作时对纵、横坡的要求一般不大于以下值：纵向倾斜 1:20、横向倾斜 1:33 或纵向倾斜 1:33、横向倾斜 1:20。(4) 排土机对地面压力应小于排土场的地耐压力。图 20.5 胶带排土机构造示意图1排土机底座；2回转盘；3铁塔；4接收臂(装有接收运
16、输机)；5卸载臂(装有卸载运输机)胶带排土机的主要工艺参数是最大排土高度和排土带宽度，它们都取决于排土机的构造尺寸。排土机向站立水平以上排土时，应尽量利用悬臂长度形成边坡压角，以保证排土边坡的稳定；向下排土也要尽量利用卸载悬臂长度，使排土带宽度到达构造允许的最大值，为排土机制造稳定的基底。胶带运输机-胶带排土机的排土工艺充分发挥了连续运输的优越性，运输本钱低，自动化程度高。与汽车运输相比，具有能源消耗小、修理费低、生产效率高等优点。胶带排土机增大了排土场排土段高，在很大程度上缓解了排土场容量缺乏和占用土地面积大的问题。但这种排土工艺初期投资大，生产治理技术要求严格，胶带易磨损，工艺敏捷性差。2
17、0.7 排土场危害防治排土场不但占用了大量的土地，而且对生态景观与环境也造成了相当大的破坏和危害。概括说来，排土场的潜在危害主要来自两个方面：排土场失稳引发的排土场变形、滑坡及排土场泥石流；排土场所造成的环境污染。排土场发生变形破坏、产生滑坡或泥石流的主要诱发因素，是排土场基底脆弱岩层、排弃物料中含有大量表土和风化岩石，以及地表汇水和自然降雨的作用， 因此，其治理措施应着眼于以下几个方面：(1) 改进排土工艺，选择合理的排土设备及工艺参数，合理掌握排土挨次， 避开形成脆弱夹层即潜在滑动面，同时将大块岩石堆置在排土场底层以稳定基底，或用大块岩石堆置在最底一个台阶反压坡脚，以稳定排土场。(2) 乐
18、观处理软岩基底。对于基底表土或较薄的软岩层，可在排土之前开挖掉；假设软岩基底较厚，则预先开挖处理是不经济的，此时要掌握排土阶段的堆置高度，以使基底得到压实和渐渐分散基底的承载压力。也可用爆破法将基底岩石预先裂开，这样不仅可增大抗风化力量，还可在底部形成排水层。(3) 实行必要措施进展排土场的疏干排水。首先，应对排土场上方山坡汇水进展截流，将水疏排至外围的低洼处；其次，为分散平台本身的汇水，使其不致侵蚀或冲刷边坡，应将废石堆置平台修成 3左右的反坡，使水流向坡根处的排水沟而排出界外；最终，在排土坡下游沟谷的收口部位修建不同形式的拦挡坎， 起到拦挡泥石流，防止污染农田的作用。(4) 承受不同形式的
19、护坡挡墙，稳定坡角，防止排土场滑坡。这种护坡挡墙通常是坚硬石块堆置成的石块重力坝，透水性好，施工简洁，造价廉价，能阻挡滑坡和泥石流。(5) 形成排土场植被。在已完毕排土的排土场平台和斜坡上形成全面植被， 可以防止雨水对排土场外表的侵蚀和冲刷，同时植被的根系可以加固排土场外表的岩土，以阻挡雨水往内部渗透，并且植被本身也可吸取大量的水分。排土场产生的污染有粉尘、毒气和酸雨三类。粉尘污染主要来自废石排弃过程的运输与卸载，其污染程度主要取决于岩石的脆性、硬度和外部因素如季节、风向、风速、大气温度与降雨量等。岩石的脆性越大、硬度越小，则形成粉尘的趋势愈大。飞扬的粉尘悬浮于大气中，使大气的透亮度降低，被吸
20、入人体可造成尘肺病。粉尘特别是含有毒性或辐射性的粉尘还污染土壤、植物、水，不但危害现场作业人员，也危害着家畜和其他生物。露天矿传统的粉尘污染掌握方法，是在采矿场运输沿线及排土场进展喷雾洒水以到达降尘的目的。近年来，国外制造了一种粘性聚合物代替水进展喷雾降尘， 取得了良好的效果。为了防止排土场的粉尘危害人畜，排土场四周的居民区应力求布置在排土场的主导风向的上风侧。在已堆置好的排土场台阶或坡面上乐观种草植树，既可加固排土场，又可转变排土场的小气候，降低风速，起到固沙降尘的作用。当排土场中堆置含有硫化物的废石时，硫化物在空气、水以及细菌作用下生成硫酸和氧化物，前者流入地表水系造成酸水污染，后者逸入大
21、气形成毒气而严峻地污染空气。酸水污染通常表现为显性与隐性两种形式，酸水污染较轻时，酸性水中溶解有重金属离子，在生态系统的食物链中被吸取蓄积，最终高度蓄积于人类的食物， 而导致人的中毒，这是隐性污染。酸水污染严峻时，酸水所及可使植物枯死，水生动物灭亡，呈现显性污染。排土场酸水的掌握广泛应用中和法，有的矿山为降低处理费用还承受截流稀释法。但酸水一经形成，以中和法处理需花费大量的人力、物力，且中和产物 中和泥的处理仍是一个难题。因此，有关专家提出掌握酸水污染应当实行标本兼治，预防为主的方法。从酸水形成机理中各个环节入手，实行乐观措施抑制酸水的形成。其措施的要点有：(1) 尽量在气候枯燥的季节剥离含有硫化物的岩石，掌握岩石的裂开程度， 实行集中堆放和准时掩埋等措施，缩短硫化物废石在大气中的暴露时间；(2) 使废石堆和地下水和地表水隔绝；(3) 截流排土场中产生的酸水，使其不漫溢，集中加以中和处理 。