礦山開發
地坑規劃佈局
露天採礦的總體經濟目標是去除最少量的材料，同時通過加工最適銷對路的礦物產品獲得最大的投資回報。 礦藏品位越高，價值越大。 為了在獲取礦藏中價值最高的材料的同時最大限度地減少資本投資，制定了一個礦山計劃，其中精確詳細說明了礦體的提取和加工方式。 由於許多礦床的形狀不盡相同，因此在製定礦山計劃之前會進行廣泛的勘探鑽探，以描繪出礦體的地質情況和位置。 礦床的大小決定了礦山的規模和佈局。 露天礦的佈局取決於該地區的礦物學和地質學。 大多數露天礦的形狀近似於圓錐形，但始終反映正在開發的礦藏的形狀。 露天礦山由一系列同心壁架或台階構成，這些壁架或台階被礦井通道和運輸道路一分為二，從礦坑邊緣以螺旋或之字形方向向下傾斜到底部。 無論規模如何，礦山計劃都包括礦坑開發、基礎設施（例如，存儲、辦公室和維護）運輸、設備、採礦比率和費率的規定。 採礦率和比率會影響礦山的壽命，該壽命由礦體的枯竭或經濟極限的實現來定義。
當代露天礦的規模各不相同，從每天加工數百噸礦石的小型私營企業到每天開採超過 XNUMX 萬噸材料的政府和跨國公司運營的擴大工業綜合體。 最大的作業可能涉及許多平方公里的區域。
剝離覆蓋層
覆蓋層是由固結和鬆散材料組成的廢石，必須將其去除以露出下面的礦體。 人們希望盡可能少地去除覆蓋層以獲取感興趣的礦石，但當礦藏較深時，需要挖掘大量的廢石。 大多數清除技術是周期性的，在提取（鑽孔、爆破和裝載）和清除（運輸）階段會中斷。 對於必須首先鑽孔和爆破的硬岩覆蓋層尤其如此。 這種週期性影響的一個例外是用於水力露天採礦的挖泥機和使用鬥輪挖掘機進行的某些類型的鬆散材料採礦。 開采出的廢石與礦石的比例定義為剝採比。 2:1 到 4:1 的剝採比在大型採礦作業中並不少見。 高於 6:1 的比率在經濟上往往不太可行，具體取決於商品。 去除後，覆蓋層可用於道路和尾礦建設，或作為填土可能具有非採礦商業價值。
挖礦設備選型
採礦設備的選擇是採礦計劃的一個功能。 選擇礦山設備時考慮的一些因素包括礦坑和周邊地區的地形、要開采的礦石量、礦石必須運輸以進行加工的速度和距離以及估計的礦山壽命等。 一般來說，大多數現代露天採礦作業都依賴移動鑽機、液壓挖掘機、前端裝載機、鏟運機和運輸卡車來提取礦石和開始礦石加工。 礦山運營規模越大，維護礦山計劃所需的設備容量就越大。
考慮到匹配設備容量，設備通常是最大的可用以匹配露天礦的規模經濟。 例如，小型前端裝載機可以裝滿大型運輸卡車，但匹配效率不高。 類似地，一把大鏟子可以裝載較小的卡車，但需要卡車減少它們的循環時間，並且不能優化鏟子的利用率，因為一個鏟斗可能包含足夠多輛卡車的礦石。 嘗試僅裝載半桶或卡車超載可能會危及安全。 此外，所選設備的規模必須與可用的維護設施相匹配。 由於將大型設備運輸到已建立的維護設施存在後勤困難，因此通常會在出現故障的地方對其進行維護。 在可能的情況下，礦山的維護設施的設計要適應礦山設備的規模和數量。 因此，隨著新的大型設備被引入礦山計劃，配套基礎設施，包括運輸道路、工具和維護設施的規模和質量，也必須得到解決。
露天採礦的常規方法
露天開采和露天開採是露天開采的兩大類，佔全球露天開採產量的90%以上。 這些採礦方法之間的主要區別在於礦體的位置和機械提取的方式。 對於鬆散的岩石開採，該過程基本上是連續的，提取和運輸步驟串聯運行。 固體岩石開採需要在裝載和運輸階段之前進行不連續的鑽孔和爆破過程。 條帶開採 （或露天採礦）技術涉及開採接近地表且本質上相對平坦或板狀的礦體和礦層。 它使用各種不同類型的設備，包括電鏟、卡車、拉繩、鬥輪挖掘機和鏟運機。 大多數露天礦開採非硬岩礦床。 煤炭是從地表煤層開采的最常見商品。 相比之下， 露天採礦 用於去除散佈和/或位於深煤層中的硬岩礦石，通常僅限於通過鏟車和卡車設備進行開採。 許多金屬都是通過露天技術開采的：金、銀和銅，僅舉幾例。
採石場 是一個術語，用於描述一種專門的露天採礦技術，其中從局部礦床中提取具有高度固結和密度的固體岩石。 開采的材料要么被壓碎和破碎以生產骨料或建築石料，例如白雲石和石灰石，要么與其他化學品結合生產水泥和石灰。 建築材料產自靠近材料使用地點的採石場，以降低運輸成本。 石板、花崗岩、石灰石、大理石、砂岩和板岩等規格石代表第二類採石材料。 規格石材採石場位於具有所需礦物特性的地區，這些地區可能在地理上偏遠也可能不偏遠，並且需要運輸到用戶市場。
許多礦體過於分散和不規則，或者太小或太深而無法通過帶狀或露天開採方法開採，必須通過地下開采的手術方法進行提取。 要確定何時適用露天採礦，必須考慮許多因素，包括地點和地區的地形和海拔、偏遠、氣候、道路、電力和供水等基礎設施、監管和環境要求、坡度穩定性、覆蓋層處理和產品運輸等。
地形和海拔： 地形和海拔在確定採礦項目的可行性和範圍方面也起著重要作用。 一般來說，海拔越高，地勢越崎嶇，礦山開發和生產的難度就越大。 在人跡罕至的山區開採高品位礦物的效率可能低於在平坦地區開採低品位礦石的效率。 位於較低海拔的礦山在勘探、開發和生產礦山時一般不會遇到與惡劣天氣相關的問題。 因此，地形和位置會影響採礦方法和經濟可行性。
開發礦山的決定是在勘探確定了礦床特徵並且可行性研究確定了礦物提取和加工的選項之後做出的。 制定開發計劃所需的信息可能包括礦體中礦物的形狀、大小和品位、材料的總體積或噸位（包括覆蓋層）和其他因素，例如水文和工藝水源的獲取、可用性和動力來源、廢石儲存地點、運輸要求和基礎設施特徵，包括支持勞動力的人口中心的位置或開發城鎮的需要。
運輸要求可能包括公路、高速公路、管道、機場、鐵路、水路和港口。 對於露天礦，通常需要可能沒有現有基礎設施的大面積土地。 在這種情況下，必須首先建立道路、公用事業和生活安排。 根據所需的整合程度，該礦坑將與其他加工要素一起開發，例如廢石儲存區、破碎機、選礦廠、冶煉廠和精煉廠。 由於為這些運營提供資金所需的大量資金，開發可能會分階段進行，以利用盡可能早的可銷售或可租賃礦產來幫助為剩餘的開發提供資金。
生產設備
鑽爆
機械鑽孔和爆破是從大多數已開發的露天礦中提取礦石的第一步，也是用於去除硬岩覆蓋層的最常用方法。 雖然有許多機械裝置能夠鬆動堅硬的岩石，但炸藥是首選方法，因為目前沒有任何機械裝置能夠與炸藥所含能量的壓裂能力相媲美。 常用的硬岩炸藥是硝酸銨。 鑽井設備的選擇取決於礦石的性質以及每天破碎指定噸位礦石所需的鑽孔速度和深度。 例如，在開採 15 米長的礦石階梯時，通常會在當前礦渣工作面向後 60 米處鑽 15 個或更多孔，具體取決於待開採階梯的長度。 這必須有足夠的提前期，以便為隨後的裝載和運輸活動準備場地。
載入中
露天採礦現在通常使用工作台鏟、前端裝載機或液壓挖掘機進行。 露天礦裝載設備與運輸卡車配套，可在三到五次循環或鏟斗中裝載； 然而，各種因素決定了裝載設備的偏好。 對於鋒利的岩石和/或堅硬的挖掘和/或潮濕的氣候，最好使用履帶式鏟。 相反，橡膠輪胎式裝載機的資本成本要低得多，並且是裝載體積小且易於挖掘的物料的首選。 此外，裝載機非常靈活，非常適合需要從一個區域快速移動到另一個區域的採礦場景或滿足礦石混合要求。 裝載機還經常用於將材料從放置在破碎機附近的混合原料堆裝載、運輸和傾倒到破碎機中。
液壓鏟和電纜鏟具有相似的優點和局限性。 液壓鏟不是挖掘硬岩的首選，電纜鏟通常尺寸較大。 因此，在日產量超過50萬噸的礦山，有效載荷約200,000立方米及以上的大型電纜鏟是首選設備。 液壓鏟在工作面的用途更廣泛，允許操作員更好地控制從工作面的底部或上半部分選擇性地裝載。 如果可以在裝載區實現廢物與礦石的分離，從而最大限度地提高運輸和加工的礦石品位，則該優勢很有幫助。
拖拉
露天礦和露天礦的運輸通常由運輸卡車完成。 在許多露天礦山中，運輸卡車的作用僅限於在裝載區和轉運點（如坑內破碎站或運輸系統）之間循環。 運輸卡車因其相對於鐵路的操作靈活性而受到青睞，鐵路是 1960 年代之前首選的運輸方法。 然而，地表金屬和非金屬礦坑的物料運輸成本一般大於礦山總運營成本的50%。 通過帶式輸送機系統進行坑內破碎和輸送一直是降低運輸成本的主要因素。 柴油發動機和電力驅動等拖運卡車的技術發展導致了容量更大的車輛。 幾家製造商目前生產容量為 240 噸的卡車，預計在不久的將來會生產容量超過 310 噸的卡車。 此外，計算機化調度系統和全球衛星定位技術的使用可以提高車輛的跟踪和調度效率和生產力。
運輸道路系統可以使用單向或雙向交通。 交通可以是左車道或右車道配置。 左車道交通通常是首選，以提高操作員對超大型卡車輪胎位置的可見性。 通過減少在道路中央發生駕駛員側面碰撞的可能性，左手交通也提高了安全性。 對於持續運輸，運輸道路坡度通常限制在 8% 到 15% 之間，最佳約為 7% 到 8%。 安全和排水需要長坡度，以包括至少 45 米的部分，每 2 米的嚴重坡度的最大坡度為 460%。 位於道路和相鄰挖掘點之間的路堤（升高的泥土邊界）是露天礦的標準安全設施。 它們也可以放置在道路中間以分隔對向車輛。 在存在折返運輸道路的地方，可以在長陡坡的盡頭安裝海拔升高的逃生車道。 路邊障礙物（例如護堤）是標准設置，應位於所有道路和相鄰挖掘點之間。 高質量的道路通過最大限度地提高安全卡車速度、減少維修停機時間和減輕駕駛員疲勞來提高最大生產率。 運輸卡車道路維護有助於通過降低油耗、延長輪胎壽命和降低維修成本來降低運營成本。
在最好的條件下，鐵路運輸優於其他運輸方式，可以在礦山外長距離運輸礦石。 然而，實際上，自電動和柴油動力卡車出現以來，鐵路運輸已不再廣泛用於露天採礦。 鐵路運輸被取代，以利用運輸卡車和坑內輸送系統的更大的多功能性和靈活性。 對於上坡運輸，鐵路需要 0.5 到最大 3% 的非常緩和的坡度。 鐵路發動機和軌道要求的資本投資非常高，需要較長的礦山壽命和較大的產量才能獲得投資回報。
礦石處理（運輸）
坑內破碎和輸送是一種自 1950 世紀 XNUMX 年代中期首次實施以來越來越受歡迎的方法。 將半移動式破碎機放置在礦坑中，隨後通過輸送機系統將其運出礦坑，與傳統的車輛運輸相比，具有顯著的生產優勢和成本節約。 減少了高成本的運輸道路建設和維護，並最大限度地減少了與運輸卡車操作和卡車維護以及燃料相關的勞動力成本。
坑內破碎機系統的目的主要是允許通過傳送帶運輸礦石。 坑內破碎機系統的範圍從永久設施到完全移動的裝置。 然而，更常見的是，破碎機以模塊化形式構造，以允許在礦井內具有一定的便攜性。 破碎機可能每隔一到十年就搬遷一次； 根據單位的規模和復雜程度以及搬遷距離，完成搬遷可能需要數小時、數天或數月。
與運輸卡車相比，輸送機的優勢包括瞬時啟動、自動和連續運行，以及可用性高達 90% 至 95% 的高度可靠性。 它們通常不會受到惡劣天氣的影響。 與運輸卡車相比，輸送機的勞動力需求也低得多； 運營和維護卡車車隊可能需要十倍於同等容量輸送機系統的船員。 此外，輸送機可以在高達 30% 的坡度下運行，而卡車的最大坡度通常為 10%。 使用更陡的坡度可以減少去除低等級覆蓋層材料的需要，並可以減少建立高成本運輸道路的需要。 在許多露天煤炭作業中，輸送機系統也集成到鬥輪鏟中，從而消除了對運輸卡車的需求。
溶液開採方法
溶液採礦是兩種水相採礦中最常見的一種，用於在傳統採礦方法效率較低和/或經濟性較低的情況下提取可溶性礦石。 也稱為浸出或表面浸出，這種技術可以是主要的採礦方法，如金銀浸出開採，或者它可以補充傳統的冶煉和精煉的火法冶金步驟，如浸出低品位氧化銅礦石的情況.
露天採礦的環境問題
無論地雷位於何處，露天礦對環境的重大影響都會引起人們的關注。 地形的改變、植物生命的破壞以及對本地動物的不利影響是露天採礦不可避免的後果。 地表水和地下水的污染經常會帶來問題，特別是在溶液採礦中使用浸濾劑和水力採礦的徑流。
由於世界各地環保人士的日益關注以及飛機和航拍的使用，礦業企業不再可以在所需礦石開採完成後隨意“挖掘並運行”。 大多數發達國家已經頒布了法律法規，並且通過國際組織的活動，正在推動那些還沒有法律法規的國家。 他們將環境管理計劃作為每個採礦項目的組成部分，並規定了初步環境影響評估等要求； 漸進式恢復計劃，包括恢復土地輪廓、重新造林、重新種植本地動物群、重新放養本地野生動物等； 以及同步和長期合規審計（UNEP 1991，UN 1992，環境保護署（澳大利亞）1996，ICME 1996）。 重要的是，這些不僅僅是必要的政府許可所需的文件中的聲明。 基本原則必須被現場管理人員接受和實踐，並傳達給各級工人。
無論必要性或經濟優勢如何，所有地表溶解方法都有兩個共同的特點：（1）礦石以通常的方式開採，然後儲存； (2) 將水溶液施加到礦石原料的頂部，該溶液與感興趣的金屬發生化學反應，由此產生的金屬鹽溶液通過原料堆輸送以進行收集和處理。 地表溶解採礦的應用取決於體積、相關礦物和相關圍岩的冶金學，以及可用面積和排水系統，以開發足夠大的浸出場，使運營在經濟上可行。
在以溶液開採為主要生產方法的露天礦中，瀝濾場的開發與所有露天礦作業相同，但礦石僅用於傾倒場而不是磨機。 在採用研磨和溶解方法的礦山中，礦石被分離成研磨部分和浸出部分。 例如，大多數硫化銅礦石通過熔煉和精煉被研磨和提純成市場級別的銅。 通常不適用於火法冶金加工的氧化銅礦石被送往浸出作業。 一旦垃圾場被開發出來，溶液就會以可預測的速度從周圍的岩石中浸出可溶性金屬，該速度由垃圾場的設計參數、所用溶液的性質和體積以及金屬在岩石中的濃度和礦物學來控制。礦石。 用於提取可溶性金屬的溶液稱為 浸染的. 該採礦部門最常用的浸濾劑是用於金的鹼性氰化鈉稀釋溶液、用於銅的酸性硫酸、用於錳礦石的二氧化硫水溶液和用於鈾礦石的硫酸-硫酸鐵； 然而，大多數浸出鈾和可溶性鹽是通過 原位 將浸出劑直接注入礦體而無需事先進行機械提取的採礦。 後一種技術能夠在不從礦藏中提取礦石的情況下加工低品位礦石。
健康和安全方面
與溶液採礦中礦石的機械提取相關的職業健康和安全危害與傳統露天採礦作業的危害基本相似。 這種概括的一個例外是，非浸出礦石需要在地表礦坑中進行初步破碎，然後再運送到磨坊進行常規加工，而礦石通常由運輸卡車直接從開採地點運輸到溶液開採。 因此，溶液採礦工人將更少地接觸主要的破碎危險，例如灰塵、噪音和物理危險。
露天礦環境中受傷的主要原因包括物料搬運、滑倒和跌倒、機械、手動工具的使用、電力運輸和電源接觸。 然而，溶液採礦的獨特之處在於在運輸、浸出現場活動以及化學和電解加工過程中可能會接觸到化學浸出劑。 酸霧暴露可能發生在金屬電解沉積罐室中。 在鈾礦開採中必須解決從提取到濃縮成比例增加的電離輻射危害。
水力採礦方法
在水力採礦或“液壓開採”中，高壓噴水用於將鬆散固結或未固結的材料挖掘成泥漿以進行加工。 水力方法主要應用於金屬和骨料礦床，儘管煤、砂岩和金屬廠尾礦也適用於這種方法。 最常見和最著名的應用是 砂礦開採 其中金、鈦、銀、錫和鎢等金屬的濃度從沖積礦床（砂礦）中洗出。 供水和壓力、徑流的地面坡度、從礦面到加工設施的距離、可開採材料的固結程度以及廢物處理區的可用性都是水力採礦作業發展的主要考慮因素。 與其他露天採礦一樣，適用性因地點而異。 這種方法採礦的固有優勢包括相對較低的運營成本和使用簡單、堅固和移動設備帶來的靈活性。 因此，許多水力作業都在基礎設施要求不受限制的偏遠採礦區開展。
與其他類型的露天採礦不同，水力技術依靠水作為採礦和開採材料運輸（“洩水”）的介質。 高壓噴水器由監視器或水砲輸送到砂礦庫或礦床。 它們分解礫石和鬆散的材料，這些材料被沖入收集和處理設施。 水壓可能從非常鬆散的精細材料的正常重力流到鬆散沉積物的每平方厘米數千公斤不等。 有時會使用推土機和平地機或其他移動式挖掘設備來促進更壓實材料的開採。 從歷史上看，在現代小規模操作中，泥漿或徑流的收集是通過小容量的閘箱和收集器進行管理的。 商業規模的運營依賴於泵、安全殼和沈淀池以及每小時可以處理大量泥漿的分離設備。 根據要開采的礦床的大小，水監測器的操作可以是手動、遠程控製或計算機控制的。
當水力採礦發生在水下時，它被稱為疏浚。 在這種方法中，浮動處理站使用鬥線、拉線和/或浸沒式水射流提取鬆散沉積物，例如粘土、淤泥、沙子、礫石和任何相關礦物。 開采的材料通過液壓或機械方式運輸到清洗站，該清洗站可能是疏浚設備的一部分，或者與後續處理步驟物理分離以分離和完成處理。 雖然疏浚用於提取商業礦物和集料石，但它最為人所知的是一種用於清理和加深水道和洪氾區的技術。
健康和安全
水力採礦中的物理危害不同於露天採礦方法中的物理危害。 由於鑽井、炸藥、運輸和減少活動的應用最少，安全隱患往往與高壓水系統、移動設備的手動移動、涉及電源和水的鄰近問題、與坍塌相關的鄰近問題有關工作面和維護活動。 健康危害主要涉及接觸噪音和灰塵以及與設備處理相關的人體工程學危害。 由於使用水作為採礦介質，與傳統的露天採礦相比，粉塵暴露通常不是一個問題。 不受控制的焊接等維護活動也可能導致工人接觸。