武汉理工大学露天采矿第09章 露天矿生产能力与采掘进度计划

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：

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。




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。

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。

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

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：

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 ) AK

露天矿的矿石生产能力应从市场或用户要求， 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


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。



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。


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


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


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。

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。
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）。

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 。

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。