第09章 露天矿生产能力与采掘进度计划[1]

如上图所示，工作平台宽度Bp是扩帮宽度和 安全平台宽度之和，该值不能小于最小工作平 盘宽度。 根据国内部分矿山的设计资料，Bp=40~60m。 安全平台宽度b以能截留大部分爆破滚碴为宜， 一般为10～20m。组合台阶工作帮坡角按下 式确定：
tg
nh B p ( n 1) b nh cot
9.2.1 生产剥采比的变化规律




露天开采过程中，工作帮的范围和位置随着矿 山工程的进展不断变化，剥离岩石量和采出矿 石量也相应变化从而使生产剥采比发生变化。 1）露天矿工作帮 露天矿工作帮及其帮坡角φ与生产剥采比的变 化有密切联系。现代露天矿，根据工作帮坡角 的大小，可分为缓帮（φ＝80～150）和陡帮 （φ＝160～350）两种开采方式。 缓帮开采的特点是，组成工作帮的工作台阶各 自独立开采（下图所示）。


随着露天采矿技术的发展及大型设备的使用，出现 了陡帮开采工艺，这种开采工艺一般用于剥离台阶。 陡帮开采可分为组合台阶开采和倾斜条带开采两种 主要形式。 组合台阶开采是把采掘台阶分为若干组，每组由3～ 6个台阶组成，其中包括一个作业台阶和若于暂不作 业台阶（下图所示）。作业台阶保留工作平盘宽度， 其他台阶均保留安全平台宽度。每组台阶一般只配 一台挖掘机，自上而下逐个台阶轮流作业，上一个 台阶推进预定宽度后，设备转到下一台阶。当一组 中的所有台阶均推进到预定位置后，即完成一个开 采循环，循环周期一般为3～5a。
T 0.24 Q
9.2 露天矿生产剥采比



露天矿为了保持一定的生产能力，经济、持续地开采境界内 的矿石，就要合理地推进矿山工程。通常，露天矿每个水平 分层按先掘出人沟和开段沟再扩帮的程序进行开采。 在开采时间和空间上，上部水平的矿山工程进展先于和超前 下部水平；在工程形式和内容上，上一水平扩帮为下一水平 掘沟提供条件，上部台阶一般是剥离台阶，而下部台阶一般 是采矿台阶。因此，上下台阶的时空超前关系，反映了剥离 与采矿的时空超前关系。 露天矿除基建时期大量剥离而不采矿或附带采出少量矿石外， 正常生产时期都要一边剥离一边采矿，剥离工作必须超前采 矿工作，这是一条不能违背的客观规律。反映采剥关系的数 量指标是生产剥采比和储备矿量。

从这些图示可以看出，工作帮坡角不变时，生 产剥采比随着矿山工程的延深而变化。最初只 剥离不采矿，随后开始出矿，这时生产剥采比 随着矿山工程的延深而不断增大，达到一个最 大值后逐渐减小。这个最大值称为剥离洪峰或 剥采比高峰。高峰期一般发生在凹陷露天矿工 作帮上端接近上部最终境界线的部位。生产剥 采比的这种变化是开采倾斜和急倾斜矿体的普 遍规律。


设计中，新水平准备时间及矿山工程延深速度可以参照类似 矿山的实际资料选取，也可以通过编制新水平准备的进度计 划来确定。下面以汽车运输为例说明新水平准备时间的确定。 某矿设计采用载重 68t的汽车运输，7.6m3挖掘机采装，挖 掘机效率为 120～130万 m3/台年。沿矿体上盘掘开段沟， 向顶、底帮推进，移动坑线推至底帮成固定坑线，出入沟纵 坡为8％～10％，台阶高度12m，沟底宽度30m，最小工作 平盘宽度50m。新水平准备工程当开段沟掘进400m后，边 掘开段沟，边向顶帮扩帮。当扩帮宽度达71m后，又开始下 一水平的掘沟工作。工程布置情况见如下几个图片，各项工 程的进度见课本表9-1。

对于倾斜和急倾斜矿体，延深速度快意味着采矿量大， 这时工作线水平推进速度与矿山工程延深速度之间要 满足一定的关系。 这一关系如下图所示，即：
vT vY (cot cot )


从上式可以看出，在φ、θ一定的情况下，欲加快延 深速度，必须相应地加快水平推进速度，否则将影响 延深，出现采剥失调。 水平推进对山坡露天矿（ θ ＞900）的延深制约较小， 对凹陷露天矿（ θ ＜900）的制约较大。

因此，每个台阶必须保待正常或最小的工作平盘宽度。 缓帮开采的工作帮坡角。可用下式计算：
tg

hi
i 2
k
( hi cot Bi )
i 2
k
通常h和a是定值，因此φ随B变化。当B＝Bmin 时， φ = φ max；当单台阶逐个开采时φ= φmin=0。由此可知，B值的改变可以调节φ 。



从表9-1可以看出，新水平准备工程完成一个 循环所需时间为7.6个月，台阶高度是12m， 因此矿山工程延深速度为19m/a。 对于采用大型采掘设备的现代露天矿，技术上 可能达到的生产能力主要取决于矿山工程延深 速度。 因此，目前设计中通常依据计算的分层矿量和 选定的矿山工程延深速度估算可能达到的生产 能力。

倾斜条带开采（如下图所示）是把剥岩帮划分 为若干倾斜条带，由里向外逐条带扩帮，各台 阶从上而下尾随式开采。尾随的工作平台长度 根据运输方式和工作面运输线路的布置确定， 一般为150～250m。各台阶除正在作业的地段 留有较宽的工作平台外，其余地段仅留安全平 台即可。每个台阶设一台挖掘机，双侧进车时， 可设置2台。当每个台阶全长都推进预定宽度 后，即完成一个循环周期，每个周期一般为 1～3a。

2）调整方法 调整生产剥采比的基本方法是调整工作台阶间的相互位置， 即改变工作平盘宽度。如下图所示，若将高峰期剥离量的 一部分（∆V1m3）提前，另一部分（ ∆V2m3 ）推后，这样 便削减了剥采比峰值。其减少的剥采比（ ∆nm3/m3）为：
n

延深速度有两个概念，一个是矿山工程近深速度，另 一个是采矿工程延深速度。矿山工程延深速度是根据 新水平的准备时间及其台阶高度，折合每年下降的进 尺来计算。采矿工程延深速度是指开采境界内每年采 出矿体的垂直深度。两者的几何关系及数值关系如上 图（a）所示，即：
vK v
cot cot Y cot cot

露天矿按延深速度可能达到的生产能力用下式计算：
AK

vK h
P '
从上两公式可以看出，生产能力与矿山工程延深速度成正比。 因此，按延深这度确定可能的生产能力可以归结为论证可能 达到的延深速度。在台阶高度不变时，矿山工程延深速度取 决于新水平的准备时间。新水平准备一般包括上一水平为保 证新水平掘沟所需的扩帮工程及新水平出入沟、开段沟的掘 沟工程。完成这些工程所需时间即新水平准备时间，它随采 用的设备及工艺方式、工程顺序等条件的不同而异。
9.2.2 生产剥采比的调整与均衡

1）问题及意义 矿岩生产能力若固定不变，由公式（9-1）可知，矿 石产量的大小取决于生产剥采比。由于生产剥采比经 常变化，则矿石产量也随之变动。矿石产量的频繁变 动对原矿后续加工生产是不利的，故要求矿石产量相 对稳定。为了保持矿石产量稳定而让矿岩生产能力随 生产剥采比不断变化也不合适，如到剥采比高峰期就 要大量增加生产设备和人员，高峰过后又要裁减，这 种短期的波动显然是不经济的。因此，提出了调整生 产剥采比使之均衡的问题，即让生产剥采比在一定时 期内保持稳定，从而使露天矿的设备和产量也相对稳 定。
9.1.3按经济台理条件确定生产能力


对于技术上可能的生产能力，尚需按经济合理 条件进行优化，以寻求经济上最佳的生产能力。 目前，国内主要是按矿山服务年限加以分析论 证。 显然，露天矿合理的服务年限应与主要生产设 备的寿命以及矿山工业构筑物、建筑物和后续 工业设施的折旧年限相适应。若服务年限过短， 除采装运输设备及部分机具可折旧处理外，其 他固定资产将提前报废，造成经济损失。

工作帮坡角的大小对生产剥采比的演变有较大 的影响。例如，在其他条件相同的情况下，工 作帮分别按φ＝150和φ＝300两种方式延深 （如下图第一幅），相应的生产剥采比变化曲 线如下图第二幅所示。


从图示可以看出，工作帮坡角取不同值时，生产剥 采比的变化仍然是由小到大，再由大变小。但工作 帮坡角较陡时剥离洪峰发生在较大的开采深度。工 作帮坡角越小，生产剥采比与分层剥采比的变化曲 线越接近，剥采比初期上升较快，剥采比高峰发生 较早，然后在一个很长的时间剥采比逐渐下降。反 之，工作帮坡角越大，生产剥采比与境界剥采比的 变化曲线越接近，即剥采比上升较慢，时间较长， 剥采比高峰出现较晚，高峰之后剥采比急骤下降。 综上所述，工作帮坡角越大，初期生产剥采比越小。 显然，这对于减少投资、降低初期生产成本、早出 矿、多出矿是有利的。

露天矿可能的生产能力为：
AK NW K nK QW K

2）按矿山工程延深速度确定生产能力 露天矿通常用工作线推进速度和矿山工程延深速度两 个指标来表示开采强度。对于水平和近水平矿体，除 了基建时间以外，一般不存在延深的问题，此时露天 矿的生产能力主要取决于工作线水平推进速度。

A (1 ns 户要求， 技术上可行和经济上合理等方面予以综合考虑， 最后编制采掘进度计划，使之落实。
9.1.1按需求量确定生产能力

按需求量确定生产能力是将成品矿（精矿）的市场需求 量换算成原矿产量，即： 换算Tj公式：

Ak T j A j

露天开采境界内的矿石工业储量圈定后，原 矿的生产能力决定了露天矿的服务年限，两者 的关系是：
AK

Q ' T
露天矿合理服务年限受诸多因素影响，尤其与 矿山生产规模密切相关。国内矿山规模类型的 划分见课本表9-2，一般矿山服务年限的确定 可参考课本表9－3。


泰勒公式是反应矿石工业储量与矿山经济寿命之 间合理关系的经验公式，确定露天矿服务年限时 可以参考。 该公式可写作：
矿床露天开采
第9章 露天矿生产能力 与采掘进度计划
9.1 露天矿生产能力


露天矿生产能力是露天矿设计中的一个重要参 数。生产能力的大小直接影响到矿山设备的选 型和数量，工业场地建设的规模，矿山的定员， 投资的大小，生产成本的高低和矿山服务年限 的长短等。 露天矿生产能力包括两个指标：矿石生产能力 和矿岩生产能力。露天矿所需的人员和设备等 要按矿岩生产能力来计算。矿岩生产能力与矿 石生产能力可以通过生产剥采比进行换算：

T j '(1 R )

成品矿需求量受许多因素的影响。要克服盲目生产， 提高投资的经济效益，就必须对市场的需求量进行预测。 需求量要根据国内和国际历年供求实际情况进行统计和 分析，在此基础上预测未来的供求关系。同时，还应对 技术上的新成就如新材料替代等及时进行预测。
9.1.2按采矿技术条件确定生产能力


露天矿的生产能力常常受到矿山具体的技术条件及技 术水平的限制，因此，要从采矿技术条件方面研究矿 山可能达到的生产能力。这可以从以下两个方面进行 试算。 1）按可能布置的挖掘机工作面数确定生产能力 挖掘机是露天矿的主要生产设备，每个采区工作线布 置一个挖掘机工作面。挖掘机选型后，露天矿的生产 能力取决于可能布置的挖掘机工作面数，其中可能布 置的采矿工作面数决定了矿石生产能力。


首先确定一个采矿台阶可能布置的挖掘机台数NW· 计算 K 式为： LT W K LC 然后计算可能同时采矿的台阶数目。对于较厚的倾斜矿 体可根据下图中的几何关系计算：
N

M N 0 N 0tg cot N 0 1tgMcot nK
N0 B h cot
1tgMcot B h1cot




陡帮开采的主要优点是基建剥离量小、投产早、达产快、初 期生产剥采比小。此外，由于推迟了最终边帮岩体的暴露， 有利于边帮的稳定与维护。 2）生产剥采比的变化规律 露天矿的采剥工程按一定的工作帮坡角发展时，生产剥采比 通常是变化的。下面以一个示例来研究其变化规律。 矿体赋存情况和开采境界如下图所示。采场沿底帮掘沟， 工作帮由下盘向上盘推进，矿山工程延深方向与矿体倾向一 致。按固定的工作帮坡角φ开采时，矿山工程延深到各水平 的工作帮位置，如图中一组平行的斜线所示。每延深一个水 平所采出的矿石量、岩土量及剥采比用下图中的曲线表示。