第四章 排土工作 露天矿主要生产环节。金属矿剥离量一般比 采矿量大数倍。 排土效率很大程度上取决于：排土场位置、 排土方法、排土工艺的合理选择。 设计的排土场应满足以下基本要求： 1 2 3 ）排土场总容量要求； ）接受能力与年采剥计划适应； ）良好状况，保证作业安全。 确定排土场位置和规划排土工作要考虑： 少占农田、填海造田、利用采空区、避开 山洪河流、离采场近、居民区下风向（最小风 频的上风侧）、注意有害成分影响、今后回收 利用的可能。 根据排土场位置分为内、外排土。 排土工艺与露天矿运输方式密切相关。 我国主要排土方式： 排土犁、电铲、推土机、带式排土机、铲 运机、水力排土。 第1节 准轨铁路运输排土工艺 常用排土方式：排土犁、电铲、铲运机。 一、排土犁排土 行走在轨道上，靠机车牵引。一侧或两侧 有大、小犁板，翅板可靠汽缸推动张开（图5- 1 ）。 排土工序：列车翻卸-排土犁推排岩土-整修 平台和边坡-移道。 1 —操纵室；2—前鼻保护犁板；3—主翅板；4—小翅板；5— 挂钩；6—前鼻保护犁板升降汽缸；7、8—犁板控制汽缸；9、 0—拉杆 1 排土犁示意图 1 —前鼻保护犁板；2—主翅板；3—小翅板；4—操纵室；5— 犁板控制汽缸；6—轨道 排土犁示意图 ( a) (b) (c) ( a)开始； (b)抬起铁轨； (c)终了 移道机工作示意图 （ a） c） （b） （c） （ （d） 排土犁排土工序示意图 （e） 排土犁排土移道步距a： a=d－b，米 式中： d —由线路中心算起，排土犁翅板最大悬距， 米； b —线路移设后，线路中心距排土台阶坡顶线 的距离，一般b=1.5~2.5米。 移道机：卡子、齿轮、齿条、铁鞋、发动机(图 5 -3)。 二、电铲排土 广泛采用。上、下两个台阶，分别为车辆 和电铲位置。列车进入排土线后，逐辆对位翻 卸到受土坑。电铲分上、下两个台阶堆垒，上 部台阶高度取决于电铲最大卸载高度 （ 0.9HXM）。 挖掘机排土，挖掘机站在排土台阶的中间 平台上，将列车卸下的废石向前、后和外侧转 排、堆垒，见图[挖掘机排土] 。 排土高度最大 可达 40～50m。排土带宽度接近挖掘机的卸载 半径与挖掘半径之和。该法移道步距大，线路 质量好，堆置高度大，雨季生产有保证，但设 备费用高。 排土场沉降系数： 式中： KS = 1+ H1 − H2 H1 H1 —排土台阶未下沉时高度，米； H2 —下沉稳定后的高度，米。 各种岩土的沉降系数可参考有关设计资料选取。 h1 H h2 电铲三种堆垒方法： 1 )分层堆垒,电铲一往一返完成一个移道 步距a的排土量,多走一倍路程,移道和 排土能平行作业（从终端逐段移设）。 )一次堆垒,前进、后退交替进行，电铲 移动最小。 2 3 )分区堆垒,一般50~150米，电铲电缆长 度2倍，每个分区按分层堆垒 。 为提高效率，应使排土带宽度A最大。 移道步距a =A=0.8Rmax挖+Rmax卸 对于4 米3电铲，移道步距a=23~25米。 三、前装机排土 适于多雨的南方。设车挡，灵活，适合高 台阶排土，线路长期不动，效率高，但轮胎磨 损严重。 侧卸装载机 四、排土场的堆置要素及生产能力 1 .排土场的堆置要素 排土台阶高度H、排土线长度L、排土平台 宽度B。 排土台阶高度取决于岩土性质、排土场基 底地质、地形、水文、气候。坚硬的块石排土 台阶高度15~50米；松软土岩，或土占30%以 上时为8~15米。 多阶梯排土场，平台最小宽度B： B=A+C+D+F 式中：A —上台阶坡底线至内侧线路中心线安 全距离，一般A≥H，米； C—为保证上水平移道超前宽度，C>a，米； D —双线中心距，米； F —外侧中心线至坡顶线安全距离，米。 H=10~15米，B=40~50米； H=20~25米，B=50~60米。 排土线长度L，排土线短，减少列车入 换时间，增加移设次数，线路两段无效长度 增加；过长，排土线生产能力降低。 一般排土犁排土，L ≥500~600米； 电铲排土， L ≥700~800米。两种方法的最小 值不宜小于3列车长度。 2 .排土场的生产能力 由排土线接受能力Qy和条数决定。 Qy=N · n · q，米3/班 式中：N—每班发往排土场列车数； n —列车中自翻车数； q —自翻车装载容积，米3。 N还取决于线路通过能力。电铲排土要根 据电铲生产能力QWP: QWP = 6 0ETηKH 3 ，米 /班 KPt 式中：T—每班工作时间，小时； η —电铲时间利用系数， η =0.6~0.7； E —电铲铲斗容积，米3 KH—铲斗满斗系数 ，硬岩0.9~1.0； KP —岩土松胀系数； t —电铲工作循环时间， 0.5~0.7，分。 需要排土线条数NS f •W NS = KS Q S 式中：W—要求排土场每班排岩量，米3/班； f —排土场不均衡系数，f =1.2~1.3； QS—每条排土线生产能力，米3/班； KS—排土线在藉系数，考虑平土、移道、故障， 排土犁排土KS=1.8~2.0；电铲排土KS= 1.2~1.3。 上述计算只考虑排土线自身生产能力，实 际上还应考虑采场供车情况，即线铲比（排土 线：采掘铲）的平衡。 线铲比概念与车铲比类似，即当日（或班） 排土线与采掘铲出动数量之比。 排土与采掘相适应的平衡状态： NS · QS=NW · QW N QW S y = = 即合理的线铲比 N QS W 式中： NW —采掘铲实际出动数量； NS —排土线实际出动数量； QW —采掘铲效率； QS —排土线效率。 应使线铲比有所富裕，保证正常采掘。 第2节 汽车运输排土工艺 大多采用推土机排土。作业包括：汽车翻 卸岩土、推土机推土、平整场地、整修排土场 公路。 行车带(A)、调车 带(B) 、卸车带(C) 。 为保证行车安全， 防止雨水冲刷坡面， 排土场保持2%以上 反向坡度，汽车后 退卸车时，由专设 调车员指挥。 应根据推土量，选用适宜的推土机。工作 量包括两部分，推排汽车残留平台上废石，整 修公路。 排土台阶高度大，可达100米以上。通常 只设一个排土台阶。需多层排土时，平台宽度 应能保证汽车顺利掉头卸车和有一定的安全距 离。一般不宜小于25~30米。 同时翻卸的汽车数量nx为 t nx = Na T Z 式中： Na —运岩汽车出动数量； t —卸车和调车时间，分； TZ —汽车的运行周期时间，分。 QS —排土线效率。 考虑到推土、平整、备用，排土线总长3Lmin。 推土机排土线长度Lmin应按同时翻卸的汽 车数量确定，即 Lmin= nx · b，米 式中： nx —同时翻卸的汽车数量； b —相邻汽车正常作业间距，一般 1 5~20米。 所需推土机数量Nt Nt = Vt • KP • Kt Qt 式中： Vt —需推土机推的土岩石方，米3/班； KP —土岩松胀系数，1.3~1.5； Kt —设备检修系数， 1.2~1.25； Qt —推土机生产能力(松方)，米3/班。 应按各排土场分别计算。工序简单，堆置 高度大。 第3节 窄轨铁路运输排土工艺 人工自溜排土、人造山排土、推土机排土 和窄轨排土犁排土。 一、人工自溜排土 翻车器 环形式 折返式 二、人造山排土 卷扬机斜坡提升，在翻车架翻卸。广泛 应用于煤矿。倾角一般在30o以下。采用矿车 倾角18 ~22o，采用箕斗倾角20~30o 。 翻车架在最高处，设避雷器，前方地面 设拉紧绞车装置。 人造山排土场应设在工业场地和居民区 下风向，不宜离露天采场太近。 适用于无堆积场地中小矿，排土高度可 达40~50米，占地少，容积大，运距短，设备 简单等优点。 三、推土机排土 工序：首先在排土台阶运输水平1.2~1.5米 以下处，建立推土机工作平台，平台宽度6~7 米，排土列车侧卸式翻卸，推土机向侧面和端 面推排。 为保证工作安全，翻卸和推排错开一段距 离，卸土线应大于3倍列车长度。分为卸土区 段、推土区段、准备阶段。 推土机推送距离10米左右为宜。卸土线移 道时，无需专用移道设备，生产能力较高。 三、推土机排土 推土机作业最大允许坡度：上坡２５o； 下坡为３０o；横坡为６o。 推土机作业时，推土板不得超过平台边缘。 如果平台边缘出现裂缝，应采取安全措施。推 土机距离平台边缘小于５米，须低速运行。禁 止推土机退向平台边缘。 推土机牵引其他设备， 被牵引车辆或设 备应有制动措施，并有人操纵；时速不超过５ 公里；下坡禁用缆绳牵引；须指定专人指挥。 第4节 带式排土机排土 连续式排土方法，由于胶带运输机和移 动式破碎机发展，使得连续式和半连续式生 产工艺为大型金属露天矿所采用。 悬臂带式排土机安装在回转平台上，有 履带能自行，分别伸出受土和排土悬臂，悬 架上安装有胶带运输机。 带式排土机的受料悬臂与横移式运输机 相接。带式排土机从横移式运输机始端向终 端下向排土；至尽头后，再上向排土返回始 端。然后移设运输机。 横移式 运输机 悬臂带式 排土机 延伸式运输机 胶带排岩机 1 －排岩机底座；2－回旋盘；3－铁塔；4－接收臂(装有接收 运输机)；5－卸载臂(装有卸载运输机) 胶带排土机结构示意图 悬臂排土机排土，带式输送机设在可走行 的桁架悬臂上，进行上排或下排，排土带的宽 度和高度取决于悬臂长和倾角。本法广泛用于 连续和半连续开采工艺。 第5节 排土线的建立与扩展 一、排土线原始路堤的修筑 主要工程，同时需不断改造和发展。沿山 坡修筑原始路堤（半挖半填），用电铲、推土 机。 横跨山谷 9 9 1 1 0 5 00 05 人工修筑原始路基 排土犁修筑原始路基 平地排土线原始路堤的修筑：分层堆垒、 逐渐涨道。 .人工修筑 每次起道0.2~0.4米。 .排土犁修筑 交错堆垒，每次涨道0.4~0.5米。 .电铲修筑 1 2 3 单（双）侧取土，形成初始路堤，然后列车翻 卸。 每次涨道4~5米。 5.推土机修筑 一般用两台推土机，从两侧将土推向路堤。 二、排土平盘配线及扩展方式 铁路运输，单线、多线排土场。 扩展方式：平行、扇形、曲线、环形。 平行扩展，移道步距固定，排土线不断缩 短。 扇形扩展 平行扩展 电铲尽头区堆垒：从线路尽头，分层堆垒 至线路水平，然后向外扩展排土平盘并进入， 掉头将通道和受土坑填满。 曲线扩展，移道步距不等，轨道不断加长。 列车从一端进入排土线，常采用双线。 列车从两端进入排土线，采用环形、半环 形。采用半环形，可消除相邻排土线的“豁 口”。 消除相邻排土线“豁口”方法：暂时截断、 临区超前土堤、内移。 三、覆土造田 列入矿山企业基建计划，实施。几种方式： ）基建和开采过程中，随时恢复种植； 1 2 3 ）排土场平整、覆土（0.5~0.6米厚表土）。 ）填海造田，筑坝围田。 排土场上部治理前 1 #排土场消坡前 1 #排土场上部治理后 2 号排土场坡面治理前 2 号排土场坡面治理后 承德铜兴铁矿治理后 内蒙古林河煤矿排土场治理区 • • • • 唐山三友矿山石灰石矿 东采区北边坡综合治理及绿化方案 1、清除北边坡及台阶上危石、废渣。 2、在台阶上间距2.0m人工爆破树坑，利用片 石在台阶外边缘砌筑拦渣堤。 • • 3、人工客土回填树坑，台阶及坡面植树绿化。 4、安装自动浇灌设施，给水护林。 • • • • • • • • • 施工步骤： 1、将各台阶边坡上不稳定危石从上至下清除。 2、在台阶上按间距每2m人工爆破出一个树坑，树 坑规格为1.0×1.0×1.0m，将坑内岩土清除。 3、树坑内放耕植土，在台阶边缘砌筑片石挡墙。 4、运客土，在台阶面上铺一层0.8m厚土层。 5、坑内栽种火炬树苗，台阶栽植扶芳藤、爬山虎 及十姐妹。 6、安装浇灌水管及后期管理。 火炬树（鹿角漆） 生态习性：适应性强，耐寒，耐干旱瘠薄，耐盐碱土壤。根系 发达，生长快，寿命短，萌蘖力强。 十姊妹（七姊妹） 科属：蔷薇科 蔷薇属 野蔷薇栽培品种，落叶灌木 生态习性：喜光，喜温暖气候，耐寒。不择土壤，耐干旱，也 耐水湿。生长快。适生于我国华北、华东。 爬山虎（爬墙虎） 生态习性：喜光，较耐荫，耐寒，耐旱，耐湿，对土壤条件 要求不严。 扶芳藤 生态习性：喜光，稍耐荫。喜温暖气候，耐寒性差。不择土壤， 耐干旱瘠薄。 四、露天矿排土场治理措施 • • 排土场变形破坏，产生滑坡和泥石流的影响因素主 要是基底的软弱岩层、排弃物料中含大量表土和风 化岩石，以及地表汇水和雨水的作用。其治理措施： ⑴改进排土工艺。铁路运输时采用轻便高效的排 土设备（如推土机、前装机等）进行排土，可增大 移道步距，提高排土场稳定性。合理控制排土顺序， 避免形成软弱夹层（即潜在滑动面）。同时将坚 硬大块岩石堆置在底层以稳固基底，或大块岩石 堆置在最低一个台阶反压坡脚。对于覆盖式多台 阶排土场，底层第一层高度不宜太大，以有利于 基底的压实和固结，也有助于上部后续台阶稳定。 四、露天矿排土场治理措施 • • ⑵软岩基底的处理。若表土或软岩较薄，可在排土 前开挖掉，若在3～5m以上，挖掉不经济，则要控 制排土强度和一次堆置高度，使基底得到压实和逐 渐分散基底承载压力。也可用爆破法将基底软岩破 碎，这不仅增大抗滑能力，还可在底层形成排水层。 ⑶疏干排水。地表水和雨水对于排土场滑坡和泥石 流起着重要作用，需采取工程措施进行治理和疏排。 首先对排土场上方山坡汇水截流，将水排至外围的 低洼处。其次是排土场平台本身汇水不致浸蚀和冲 刷边坡，而将平台修成3°左右的反坡，使水流向坡 根处的排水沟而排出界外。然后在排土场下游沟谷 的收口部位修筑不同形式的拦挡坝（片石过水坝、 竹笼坝、铁丝笼坝以及拦洪坝等），起到拦挡排土 场泥石流、防止污染农田的作用。 四、露天矿排土场治理措施 • • ⑷为稳固坡脚，防止排土场滑坡。可采用不同形 式护坡挡墙。坚硬块石堆置成块石重力坝，透水性 好，施工简单，造价便宜，能阻挡泥沙和滑坡。 ⑸排土场植被。在已结束施工的排土场平台和斜 坡上普遍进行植被（植树和种草）,可起固坡和防 止雨水对排土场表面浸蚀和冲刷，尤其堆置的是表 土和风化岩石时，这种植被效果较明显。植被的根 系可以加固排土场表面岩土，阻止雨水往内部渗透， 植物本身也吸收大量水分。 五、排土场监测内容和方法 • • • 监测内容包括： ⑴监测排土场沉降压缩变形以及它与时间的相关性。 ⑵监测排土场某点在三维坐标上的变形与位移量， 以及它的影响因素。 • ⑶研究排土场产生滑坡和泥石流的边界条件；并对 排土场滑坡和泥石流进行预报。 • • ⑷监测排土场内部不同深度的变形特征和位移。 ⑸对基底和排土场内部孔隙水压力和降雨量、地表 径流量等进行观测。 五、排土场监测内容和方法 • • 排土场监测方法包括： ⑴应用几何测量方法进行排土场变形与位移观测； 在排土场平台及边坡上埋设观测点，采用经纬仪和 水准仪分别对观测点的水平位移和垂直位移进行定 期观测。这种常规测量方法的精度较高，但是外业 和内业工作量较复杂。 • ⑵应用红外线测距仪代替常规的量距和三角网测量， 可以提高观测精度和工作效率。 五、排土场监测内容和方法 • ⑶应用立体摄影经纬仪监测排土场大面积位移，当 排土场位移量大时，摄影测量可能达到实用的精度。 同时它的外业工作量大量减少，内业计算和成图可 以自动化（应用计算机、自动绘图仪）。不过其适 用条件有一定的局限性，即倍摄平台向对应的位置 要有适合地形条件，需要设置与排土台阶平行的摄 影基线点。 • • ⑷应用多点位移计和长距离发送信号的位移传感器 （ 无线传送）可以高精度遥测排土场边坡内部测点 的变形，做到自动监测和预报滑坡。 ⑸安装水压计进行排土场及其基底空隙水压力的观 测，可以预测基底承载能力和稳定状态。 山西娄烦尖山铁矿特别重大排土场垮塌事故 • • 2008年８月１日０时４５分，太原娄烦县太 钢尖山铁矿排土场发生一起特别重大事故， 位于尖山铁矿排土场下面马家庄乡寺沟村部 分房屋被埋，死亡失踪４５人，财产损失４ ９ ２万元。有关部门对遇难者家属、失踪人 员家属及受伤者进行了经济补偿，共计补偿 ００９.６万元。 １ 国务院调查组：娄烦尖山铁矿“8·1”事故是一 起重大责任事故 。 山西平朔安太堡露天煤矿，总面积达三百七十六平方公里，地 质储量约为126亿吨。煤矿全部采用美国CAT、日本小松、英国 P&H等欧美国家进口设备进行挖掘、实行全方位现代化管理。 煤矿开工初曾引起党和国家领导人邓小平的关心和重视，并一 时令世界范围内轰动，为当时世界最大露天煤矿。 平朔安太堡露天煤矿南排土场滑坡 体 •安太堡露天煤矿南排土场滑坡体2#剖面图 • • 平朔安太堡露天煤矿南排土场排弃高度达到 35.00m(标高+1315.00m～+1450.00m)，边 1 坡角度为19゜～21゜。采用154t重型卡车运 输和重型推土机排土。排弃物料为岩石和表 层黄土混合物，含有少量煤矸石。其开采强 度很大，排土场水平推进速度和高度增长速 度也很大。排土场年平均抬高速度达2lm。 排土场基底为黄土，厚度3.0m～30.0m，其 下为粉质粘土与红色粘上互层，厚度约8.0m ～25.0m，再下为二迭系砂岩、砂页岩和泥 岩等组成。 • 露天煤矿南排土场位于该矿工业广场南侧。 991年10月29日零时5分，排土场靠工业广场 1 一侧发生大规模滑坡。滑坡体覆盖范围走向 长1050m～1095m，宽度420m，高差135m， 3 滑坡体积约1132万m ，滑舌长达200m，滑坡 体前地基土层被挤压而隆起。滑坡速度很快， 剧烈滑动时间仅20 s～30s。滑坡体冲向排土 场坡角处工业广场，破坏了平鲁公路约730m， 埋没了矿大门守卫室，洗车间，排水沟440m， 摧毁了灯桥及矿大门至办公楼段公路等工业 设施。 六、道路运输卸排作业应遵守规定 • • 1) 汽车排土作业时，应有专人指挥； 2) 排土场平台平整；排土线均衡推进， 坡顶线呈直线形或弧形，排土工作面向 坡顶线方向有2％～5％反坡； • 3) 排土卸载平台边缘，有固定挡车设施， 高度不小于轮胎直径1/2，车挡顶宽和底 宽分别不小于轮胎直径1/4和3/4； • • 4) 卸车和推土作业设备间保持足够安全距离； 5) 卸土时，汽车垂直于排土工作线；汽车倒车 速度小于5km/h，以免冲撞安全车挡； • • 6) 推土机不应沿边缘平行坡顶线方向推土； 7) 排土安全车挡或反坡不符合规定、坡顶线内 侧30m范围内有大面积裂缝（缝宽0.1m～0.25m） 或不正常下沉（0.1m～0.2m）时，汽车不应进 入该危险作业区，应查明原因及时处理，方可 恢复排土作业； • • 8) 烟雾、粉尘、照明等因素导致驾驶员视距小于 0m，或遇暴雨、大雪、大风等恶劣天气，停止推 3 土作业； 9) 汽车距排土工作面50m范围内时速度低于8km/h； 排土区设置限速牌等安全标志牌； • • 10) 排土区照明系统完好，夜间无照明不排土； 11) 排土作业区，应配备适合突发事故救援钢丝绳 ( 多于4根)、大卸扣(多于4个)等应急工具，配备指挥 工作间和通讯工具。