露天礦水力開采設(shè)計(hydraulic mining design of surface mine)

在露天礦用水槍沖采砂礦，并借助水力運輸?shù)V漿的露天采礦工程設(shè)計。水力開采，簡稱水采。適用于礦床和礦巖性質(zhì)適宜，水源電源充足，有適宜的水力排土場和冰凍期很短的礦山。具有工藝簡單、勞動生產(chǎn)率高、投資少、建設(shè)快和成本低等優(yōu)點。但可被沖采的礦巖有限，嚴寒地區(qū)開采困難、須清除殘留大塊廢石、水電消耗大。露天礦水力開采設(shè)計主要內(nèi)容包括：開采方案選擇、砂礦床開拓、采礦方法、水力運輸和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

簡史 1884年以前，美國在加利福尼亞即已采用水力開采，在靠近北極的育空和阿拉斯加的三個主要礦區(qū)，從1918～1964年即用水管松動凍結(jié)表土，并用水力法剝離。馬來西亞、泰國和印度尼西亞的低品位砂錫礦，以及前蘇聯(lián)的砂金礦，采用了大規(guī)模的水力開采，僅1969年馬來西亞就有1050余個水采礦山，其產(chǎn)量占錫年產(chǎn)總量的一半以上。中國于公元前11世紀(jì)前即開始人工淘采砂礦。1929年在廣西水巖壩砂錫礦開始用水槍砂泵的機械化開采。1949年后，露天水力開采由開采砂錫、砂金發(fā)展到開采鎢鈦錳礦、鈮鉭鐵礦、鋯英石礦、金剛石和粘土礦等，并開始了正規(guī)的水采設(shè)計工作，1958年首次完成了云南錫業(yè)公司新冠砂錫礦日處理6000t的水采水運采選廠設(shè)計。該廠投資較機械開采少40％，設(shè)備重量少90％，成本降低35％。

開采方案選擇 砂礦床的水力開采方案主要有水采水運、機采水運和采礦船開采等。通常須經(jīng)水采試驗后根據(jù)礦床與礦巖性質(zhì)，選擇技術(shù)上可行的經(jīng)濟上合理的方案。

砂礦床開拓 主要開拓方法有三種：(1)塹溝開拓法。適于有足夠的傾斜，可實現(xiàn)自流運輸，掘進工作量不大的礦床；(2)平硐溜井開拓法。適于儲量較多的低凹礦塊，開拓平硐至其底部，可實現(xiàn)自流運輸?shù)牡V床；(3)基坑開拓法。適于礦塊位置低于主沖礦溝且儲量較少，用前兩法開拓均不經(jīng)濟的礦床。

擬定開拓方案時，須同時考慮運輸方案，使開拓方法和水力運輸方法恰當(dāng)組合，根據(jù)礦床賦存條件和地形特點，結(jié)合選礦廠廠址及排土場位置，提出幾個技術(shù)上可行的方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，論證各方案的優(yōu)缺點，以推薦經(jīng)濟效益最佳的方案。

采礦方法 按采礦工作面布設(shè)水槍的位置，分為逆向沖采法、順向沖采法和側(cè)向沖采法。根據(jù)礦床、地形和礦巖性質(zhì)適當(dāng)選用。設(shè)計中多選用逆向沖采法。為提高水槍的沖采效率，須預(yù)先松動礦巖，常用的方法有爆破松動法、水壓松動法和推土機松動法。實踐證明，爆破松動法的效果最好，隨著遙控水槍的改進與逐步使用，可充分利用水槍的有效射程，以取代礦巖的預(yù)先松動。泥團處理是設(shè)計中不可忽視的重要問題。當(dāng)前使用較多的方法是在沖礦溝起始段的80m以內(nèi)設(shè)固定條篩并在下游的適當(dāng)位置設(shè)立面條篩，以擋住含粘土的泥團等，并用小水槍沖碎，以防運輸中沉積造成堵塞等事故。沖采后殘留于礦漿自流坡和喀斯特溶洞中的殘礦，往往品位較高，多選用膠管小水槍和小型移動砂泵，將礦漿輸送至主沖礦溝或主砂泵的礦漿池運走。

水力運輸 砂礦的水力運輸方法主要有自流運輸和加壓運輸兩種。

(1)自流運輸。是一種借助高差從高處往低處運輸?shù)姆椒āＲ话阌址譃闇喜酆凸艿纼煞N方式。溝槽運輸可就地取材，投資少，應(yīng)用廣泛。溝槽斷面廣泛采用矩形和梯形斷面以及上半部為矩形，下半部為梯形的斷面；溝槽的經(jīng)濟水力斷面，可經(jīng)計算求出。自流管和倒虹管可視為溝槽的特例。僅槽襯砌耐磨材料。

自流運輸?shù)乃τ嬎悖歉鶕?jù)兩相流的公式計算出礦漿流量、流速、濃度、耗水量(比)、沖礦溝最小坡度、沖礦溝斷面等主要水力參數(shù)，并繪制設(shè)計圖紙。

自流運輸?shù)臏系谰€路必須滿足：溝槽全線各段的坡度，要大于砂礦流的臨界水力坡度；填挖方工程量及架空部分最少；溝道盡量取直，避免曲折段過多，線路轉(zhuǎn)角應(yīng)大于120^。，曲線半徑應(yīng)大于溝底寬度的20倍，且有100mm的落差；材料運輸和施工便利，維修簡單；使大部分運送物料能自流運輸，少用砂泵揚送。當(dāng)?shù)匦螚l件限制時，可用自流管和倒虹管輔助，盡量避免用加壓運輸。

(2)加壓運輸。是一種靠砂泵造成的壓力輸送礦漿的方法。用于從低處向高處的運輸及所需自流坡度不夠的運輸。砂泵一般采用吸入式，若串聯(lián)作業(yè)時，中間升壓泵可用注入式的。砂泵一般不采用并聯(lián)作業(yè)。管道通常采用鑄鐵管及鋼管，管壁厚度可根據(jù)工作壓力用公式計算。水力計算是根據(jù)兩相流及有關(guān)公式算出礦漿流量、流速、濃度、臨界管徑、管壁厚度，管路損失、砂泵揚程、電動機功率等數(shù)據(jù)，從而確定管子直徑、砂泵及電動機型號。

技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 中國幾個露天砂礦主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表。

中國幾個露天砂礦主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)