露天采礦場模擬面貌
1、封閉圈及露天礦山分類
封閉圈：露天采礦場地表的平面閉合曲線。
根據(jù)礦床埋藏的地形條件，依據(jù)露天開采境界地表封閉圈，可分為山坡露天礦和凹陷露天礦。山坡露天礦----地表封閉圈以上；
凹陷露天礦----地表封閉圈以下。
山坡露天礦和凹陷露天礦示意圖
A——山坡露天礦，B——凹陷露天礦，1——地表封閉圈標(biāo)高
2、露天礦山構(gòu)成三要素
臺(tái)階：把礦巖劃分成一定厚度的水平分層，在開采過程中各工作水平在空間上構(gòu)成了階梯狀。每個(gè)階梯稱為臺(tái)階，其高度成為臺(tái)階高度。
臺(tái)階坡面：臺(tái)階朝向采空區(qū)一側(cè)的傾斜面。傾斜面與水平面所夾角稱為臺(tái)階坡面角。
平臺(tái)（平盤）：臺(tái)階的坡底線與坡頂線之間水平面上的空間。坡底線與坡頂線之間的寬度稱為平臺(tái)寬度，處在爆破、鏟裝和運(yùn)輸作業(yè)的平臺(tái)稱為工作平臺(tái)；爆堆邊沿至坡頂線之間的寬度稱為工作平臺(tái)高度；用于阻截滑落的巖石的平臺(tái)稱為安全（清掃）平臺(tái)。
3、露天礦山的開采工藝
露天礦山的開采工藝相對(duì)簡單，主要包括穿孔、爆破、采裝運(yùn)輸、排巖。
3.1穿孔工作
穿孔工作是露天礦山開采的首要工序，在整個(gè)露天開采過程中，穿孔費(fèi)用約占其生產(chǎn)總費(fèi)用的10%-15%。
3.1.1潛孔鉆機(jī)
潛孔鉆機(jī)鉆孔角度變化范圍大，機(jī)械化程度高，減少了輔助作業(yè)時(shí)間，提高了鉆機(jī)的作業(yè)率，而且潛孔鉆機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，設(shè)備重量輕，投資費(fèi)用低，特別是可以通過鉆鑿各種斜孔來控制礦石品位，能消除根底、減少大塊，提高爆破質(zhì)量。因此，潛孔鉆機(jī)目前在國內(nèi)外中小型礦山廣泛使用，適用于中硬礦巖穿孔。
3.1.2牙輪鉆機(jī)
牙輪鉆機(jī)是在旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種近代新型鉆孔設(shè)備，具有穿孔效率高、作業(yè)成本低、機(jī)械化、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，適用于各種硬度的礦巖穿孔作業(yè)，目前，已成為世界各國露天礦普遍使用的穿孔設(shè)備。
3.1.3鑿巖臺(tái)車
鑿巖臺(tái)車是隨著采礦工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型鑿巖作業(yè)設(shè)備。它是將一臺(tái)或幾臺(tái)鑿巖機(jī)連同自動(dòng)推進(jìn)器一起安裝在特制的鉆臂或臺(tái)架上，并且有行走機(jī)構(gòu)，使鑿巖機(jī)作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。
3.2爆破工作
爆破工作的目的是破碎堅(jiān)硬的實(shí)體礦巖，為采裝工作提供塊度適宜的挖掘物。在露天開采的總費(fèi)用中，爆破費(fèi)約占15%-20%。
爆破質(zhì)量的好壞，不僅直接影響采裝、運(yùn)輸、粗碎等設(shè)備效率，而且影響礦山總成本。
3.2.1淺孔爆破
淺孔爆破采用的炮孔直徑較小，一般為30-75毫米左右，炮孔深度一般在5米以下，有時(shí)可達(dá)8米左右，如用鑿巖臺(tái)車鉆孔，孔深還可增加。
淺孔爆破主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大的露天礦或采石場、硐石、隧道掘鑿、二次爆碎、新建露天礦山包處理、山坡露天單壁溝運(yùn)輸通路的形成及其它一些特殊爆破。
3.2.2深孔爆破
深孔爆破就是用鉆孔設(shè)備鉆鑿較深的鉆孔，作為礦用炸藥的裝藥空間的爆破方法。露天礦的深孔爆破主要以臺(tái)階的生產(chǎn)爆破為主。
深孔爆破的鉆孔設(shè)備主要應(yīng)用潛孔鉆和牙輪鉆。其鉆孔可鉆垂直深孔，也可鉆傾斜炮孔。傾斜炮孔的裝藥較均勻，礦巖的爆破質(zhì)量較好，為采裝工作創(chuàng)造好的條件。
為減少地震效應(yīng)和提高爆破質(zhì)量，在一定條件下可采取大區(qū)微差爆破，炮孔中間隔裝藥或底部空氣間隔裝藥等措施，以便降低爆破成本，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.2.3硐室爆破
硐室爆破是將比較多或大量炸藥，裝在爆破硐室巷道內(nèi)進(jìn)行爆破的方法。露天礦僅在基本建設(shè)時(shí)期和在特定條件下使用，采石場在有條件且在采礦需求量很大時(shí)采用。
3.2.4多排孔微差爆破法
近年來，隨著挖掘機(jī)斗容量和露天礦生產(chǎn)能力的急劇增加，要求露天礦的正常采掘爆破每次的爆破量也越來越多，為此，國內(nèi)外的露天開采中廣泛使用多排孔微差爆破、多排孔微差擠壓爆破等大規(guī)模的爆破方法。
3.3臨近邊坡的爆破措施
隨著露天礦向下延伸，邊坡穩(wěn)定問題日益突出。為了保護(hù)邊坡，臨近邊坡的爆破要嚴(yán)格控制。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，主要措施是采用微差爆破、預(yù)裂爆破和光面爆破。
3.3.1采用微差爆破減少震動(dòng)
微差爆破的主要作用之一是可以減少爆破的地震效應(yīng)。為了充分發(fā)揮微差爆破的減震作用，關(guān)鍵是設(shè)法增加爆破的段數(shù)和控制微差間隔時(shí)間。
3.3.2采用預(yù)裂爆破隔離邊坡
臨近邊坡的預(yù)裂爆破，就是沿邊坡界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔，每孔裝入少量炸藥，在采掘帶未爆破之前先行起爆，從而獲得一條有一定寬度并貫穿各鉆孔的裂縫。由于有這條預(yù)裂縫將采掘帶和邊坡分離開來，隨后采掘爆破的地震波在裂縫面上將產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，使透過它的地震波大為減弱，從而保護(hù)了邊坡。
3.3.3采用光面爆破保護(hù)邊坡
臨近邊坡的光面爆破，就是沿邊界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔，孔內(nèi)裝入少量炸藥，在采掘鉆孔爆破之后再進(jìn)行爆破，從而沿密集鉆孔形成平行的巖壁。光面爆破不同于預(yù)裂爆破的地方主要在起爆時(shí)間上。光面炮孔的起爆要遲于前幾排采掘鉆孔，通常滯后50～75ms。
除此之外，還有一種措施是，控制最后幾排鉆孔的爆破。臨近邊坡的最后幾排鉆孔的藥量、抵抗線都要減少，稱之為“緩沖爆破”，可以減少鉆孔爆破對(duì)邊坡的破壞。
4、采裝與運(yùn)輸
采裝作業(yè)是使用裝載機(jī)械將礦巖直接從地下或爆堆中挖掘出來，并裝入運(yùn)輸機(jī)械的車廂內(nèi)或直接卸到指定的地點(diǎn)。它是露天開采過程的中心環(huán)節(jié)，其他生產(chǎn)工藝如穿爆、運(yùn)輸?shù)榷际菫椴裳b而服務(wù)的。
主要采裝設(shè)備：挖掘機(jī)、索斗鏟、液壓鏟和輪胎式前裝機(jī)。
在露天礦開采過程中，礦山運(yùn)輸?shù)幕窘ㄔO(shè)投資約占礦山基建總投資額的60％，運(yùn)輸成本和勞動(dòng)量分別占礦石總成本和總勞動(dòng)量的一半以上，由此可見運(yùn)輸在露天礦開采中的重要地位。
露天礦山運(yùn)輸方式：汽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、斜坡箕斗提升運(yùn)輸以及聯(lián)合運(yùn)輸方式，其中自卸汽車運(yùn)輸最普遍。
采裝與運(yùn)輸密不可分，兩者相互影響、相互制約。目前采裝運(yùn)輸工藝的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在采運(yùn)設(shè)備的大型化，采裝與運(yùn)輸環(huán)節(jié)的一體化與連續(xù)化，以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)化。
5、排巖
排巖是運(yùn)輸終端的作業(yè)，將剝離下的表土和廢石運(yùn)輸?shù)綇U石場進(jìn)行排棄。
排巖工藝：鐵路運(yùn)輸排巖、公路運(yùn)輸排巖、膠帶運(yùn)輸排巖
排土場根據(jù)排土工藝主要分為：公路運(yùn)輸排土場、鐵路運(yùn)輸排土場、膠帶運(yùn)輸排土場和水力運(yùn)輸排土場。
6、排土場
排土場（廢石場）：堆放剝離物的場所，指礦山采礦排棄物集中排放的場所。排土場根據(jù)堆置順序可分為：單臺(tái)階排土場、覆蓋式多臺(tái)階排土場、壓坡腳式多臺(tái)階排土場。
7.防水及排水
礦山防水排水是露天礦最重要的工程之一，對(duì)于整個(gè)礦區(qū)安全有著巨大的影響，因此，無論是進(jìn)行設(shè)計(jì)以及施工過程中都要確保工程的科學(xué)性和有效性，確保其安全無誤。在常規(guī)的礦區(qū)排水設(shè)計(jì)過程中，一般有以下四種排水設(shè)施：
第一種是具有山坡特征的露天礦，我們一般采取自流排水系統(tǒng)。
第二種則是適用于過水面積較小，水流量不大的礦區(qū)，他們可以使用底部集中排水系統(tǒng)。
第三種適合那些開采較深，水流量較大的礦區(qū)，也就是使用分段截流排水系統(tǒng)。
還有一種是適用于涌水量非常大的露天礦，這種礦區(qū)可以采取地下井巷排水系統(tǒng)。這四種排水系統(tǒng)可以相互使用，因?qū)嶋H情況而使用。
除了排水需要注重以外，防水也要注重，在日常礦區(qū)運(yùn)作中，對(duì)于一些防水的設(shè)施和防水材料也要經(jīng)常性地進(jìn)行檢查，確保其在出現(xiàn)問題時(shí)能夠第一時(shí)間派上用場。
8.露天開采后的礦山會(huì)產(chǎn)生的問題
問題1：露天采坑大量積水，露天高陡邊坡，會(huì)發(fā)生滑坡災(zāi)害
露天采坑積水對(duì)地下開采隱患示意圖
滑坡對(duì)地下形成巨大的沖擊地壓
問題2：尾礦庫的潰壩會(huì)造成庫區(qū)上游山體滑坡產(chǎn)生泥石流，給下游村莊造成巨大災(zāi)難
問題3：尾礦外排的尾礦庫嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境
9.全球十大露天礦
9.1俄羅斯米爾內(nèi)鉆石礦場，是一個(gè)巨大的漩渦狀洞穴，是世界最大的露天鉆石礦坑之一。該洞入口直徑達(dá)1200米，深約525米，相當(dāng)于161層樓高。螺旋狀的地洞之深，已使地球內(nèi)部磁場與地表上空的空氣形成強(qiáng)大氣流。如果質(zhì)量過輕的小型飛機(jī)飛過其上空，都能被這股氣流吸進(jìn)洞穴。
9.2賓厄姆峽谷金銅礦場，位于美國猶他州賓厄姆峽谷，是地球上最大最深的露天開采礦場，深度已達(dá)1200米，寬4000米，占地面積1900英畝（約合7.69平方千米），這里主要出產(chǎn)金礦、銀礦、銅礦、鉬礦，是世界上出產(chǎn)礦產(chǎn)最多的礦場之一。
9.3澳大利亞卡爾古利金礦坑。年產(chǎn)黃金80萬盎司（22.67噸）的巨大的“超級(jí)坑礦井”。這個(gè)礦井長3.5公里，寬1.5公里，深570米。
9.4金伯利鉆石礦。位于南非開普省，傳說中最大的純手工挖掘的大坑，深1097米，在 1914年被關(guān)閉之前生產(chǎn)了超過3噸的鉆石。
9.5戴維克鉆石礦洞位于加拿大西北領(lǐng)地，這處礦場最初是在2003年開采挖掘，每年可以生產(chǎn)80000萬克拉或相當(dāng)于1600000公斤的鉆石。原為露天礦，2010年初開始地下生產(chǎn)。到2012年，戴維克露天開采停止，現(xiàn)已成為一個(gè)完全的地下礦山。
9.6艾卡迪鉆石礦場是加拿大首個(gè)露天以及地下鉆石礦場，位于西北領(lǐng)地地區(qū)，與離它一箭之遙的戴維科鉆石礦場并稱“兄弟礦場”。它距離北極圈南部僅200公里，周圍氣候寒冷，環(huán)境異常艱苦，進(jìn)入艾卡迪礦場還要通過驚心動(dòng)魄的冰雪道路，但巨大的利益還是驅(qū)使人們?cè)谌绱藧毫拥沫h(huán)境中工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在1998年到2009年這十余年的時(shí)間里，礦工就在此礦場開采了4500萬克拉（約8000公斤）的鉆石。
9.7格拉斯伯格礦場位于印度尼西亞巴布亞省，是世界上最大的黃金生產(chǎn)地也是世界上第三大銅礦，年產(chǎn)5800萬余克黃金、1億7000萬余克白銀以及61萬余噸銅。
9.8智利丘基卡馬塔銅礦坑是全球生產(chǎn)銅最多的礦場。這個(gè)礦洞現(xiàn)有850米深。史前時(shí)期，人類即開始在此采礦。銅精礦年產(chǎn)能為51萬噸，產(chǎn)量約45萬噸。隨著資源枯竭，主體礦區(qū)的可開采年限為10年，但附近其它礦體的資源足夠 開采40年。
9.9俄羅斯珀匹蓋隕石坑的歷史超過3500萬年，直徑超過100公里，它下面的鉆石儲(chǔ)量估計(jì)超過萬億克拉，比目前已知的全世界鉆石礦儲(chǔ)量的總和還大10倍，能滿足全球?qū)毷袌?000年的需求。值得一提的是，該礦的礦石名為“沖擊鉆”，系由類似隕石之類的天外來物沖擊現(xiàn)有鉆石礦而來，其鉆石硬度是普通鉆石的兩倍。由于這個(gè)獨(dú)一無二的物理特性，使得它們?cè)诟呔萍己凸I(yè)市場上更為吃香。
10、如何進(jìn)行礦山修復(fù)
在新時(shí)代“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念的指引下，我國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入縱深發(fā)展階段。下面提供了一些礦山修復(fù)的方法：
10.1邊坡治理
不管是礦山開發(fā)區(qū)，還是其他的一些山體結(jié)構(gòu)，邊坡都十分重要。因此，在礦山開發(fā)區(qū)進(jìn)行修復(fù)的時(shí)候，首先就要考慮邊坡的治理情況。
如果在進(jìn)行礦山開發(fā)時(shí)，邊坡出現(xiàn)不穩(wěn)定的情形，很大程度上會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的開發(fā)人員以及設(shè)備的損傷。只有采取一些措施保持邊坡的穩(wěn)定性，才可以避免山體滑坡、坍塌等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
目前，我國對(duì)礦區(qū)的邊坡治理主要采用生物護(hù)坡法，即利用生物（主要是植物），單獨(dú)或與其他構(gòu)筑物配合對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)和植被恢復(fù)的一種綜合技術(shù)。具體包括以下幾點(diǎn)：
首先，盡量保持礦山路面的平整性；
其次，對(duì)懸崖進(jìn)行修整工作，清除危石、降坡削坡，將未形成臺(tái)階的懸崖盡量構(gòu)成水平臺(tái)階，把邊坡的坡度降到安全角度以下，以消除崩塌隱患；
然后，對(duì)已經(jīng)處理的邊坡進(jìn)行復(fù)綠，在邊坡的面積范圍內(nèi)種植綠色植物，使其在進(jìn)一步保持穩(wěn)定的同時(shí)，可以美化環(huán)境。
10.2尾礦治理
一般來講，對(duì)于任意一座礦山開發(fā)區(qū)來講，尾礦都是占地面積最大，但是利用效率卻最差的一個(gè)地方。因此，在關(guān)于尾礦的修復(fù)措施上一定要格外注意對(duì)尾礦的二次利用以及它的綜合效益水平。
主要采取的方法就是利用井下采空區(qū)，作為采空區(qū)的充填料使用，來進(jìn)行尾礦的排放，進(jìn)而能夠使其在整體的礦山開發(fā)區(qū)中達(dá)到最優(yōu)的利用水平。
另外，也要盡量做好尾礦資源的有用成分的綜合回收利用，采用先進(jìn)技術(shù)和合理工藝對(duì)尾礦進(jìn)行再選，最大限度地回收尾礦中的有用組分，這樣，可以進(jìn)一步減少尾礦數(shù)量。
除此之外，還可以將尾礦這種不能夠充分開采的地區(qū)進(jìn)行商品化及資源化，使其作為建筑材料的原料來制作水泥、硅酸鹽尾砂磚、瓦、加氣混凝土、鑄石、耐火 材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花磚、泡沫玻璃和泡沫材料等，也可以用來修筑公路、路面材料、防滑材料、海岸造田等，從而達(dá)到廢物再次利用的最終目的。
10.3土壤治理
礦山開采造成生態(tài)破壞的關(guān)鍵是土地退化，也就是土壤因子的改變，即廢棄地土壤理化性質(zhì)變壞、養(yǎng)分丟失及土壤中有毒有害物質(zhì)的增加 。因此，土壤改良是礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)最重要的環(huán)節(jié)之一 。
對(duì)土壤進(jìn)行優(yōu)化改良的方式，主要有三種：
異地取土，即在不破壞異地土壤的前提下，取適量土壤，移至礦山受損嚴(yán) 重的部位，在土壤上種植植物，通過植物的吸收、揮發(fā) 、根濾 、降解 、穩(wěn)定等作用對(duì)受損土壤進(jìn)行填補(bǔ)修復(fù)。
對(duì)廢棄地進(jìn)行改造，即進(jìn)行表土改造之前，設(shè)法灌注泥漿，使其包裹廢渣，然后再鋪一層粘土壓實(shí)，造成一個(gè)人工隔水層，減少地面水下滲，防止廢渣中劇毒元素的釋放。
對(duì)土地增肥，即添加有效物質(zhì)，使土壤的物理化學(xué)性質(zhì)得到改良，從而縮短植被演替過程，加快礦山廢棄地的生態(tài)重建。這樣一來，就可以達(dá)到重復(fù)利用礦山資源的目的，而且還有利于提升相關(guān)礦山開發(fā)區(qū)的綜合產(chǎn)量。
10.4植被修復(fù)
對(duì)于遭到重金屬污染的礦山開發(fā)區(qū)而言，利用植被種植這種生態(tài)方式進(jìn)行修復(fù)更具有效果。
在礦山廢棄場地種植植物，一般選擇適應(yīng)性強(qiáng)、生長速度快、抗逆性強(qiáng)等樹種。比如重金屬耐性植物，其可以適應(yīng)廢棄地土壤結(jié)構(gòu)不良、極端貧瘠等不良環(huán)境，同時(shí)還能耐重金屬毒性。另外，根據(jù)不同地區(qū)氣候條件選擇不同植物，有利于加快礦山重金屬污染的修復(fù)進(jìn)程。
進(jìn)行植被種植時(shí)，有兩種操作方式：
第一種，就是對(duì)礦山開發(fā)區(qū)直接進(jìn)行植被覆蓋。這種方式簡單快捷，所耗費(fèi)的資金也不是特別昂貴。但是，這種方法見效比較慢。
第二種，則是采取覆土植被。一般來講，這種方法應(yīng)用更為廣泛，可以在保證資金投入量的同時(shí)提高見效率。
