露天矿境界设计

露天矿山设计（境界圈定）
1.已知条件
1．该露天矿的煤层底板等高线及资源储量估算图；
2．在煤层底板等高线及资源储量估算图的剖面图，4剖面图，8剖面图，12剖面图；
3．该矿山设计需要符合的经济剥采比7:1；
4．该露天矿的岩石普世系数 f = 3～7；
2．要求
1. 根据境界剥采比的确定原则，计算各深度的境界剥采比，最后根据经济
剥采比，确定开采深度；
2. 调整底部标高后，确定最终开采深度，然后找出地表上的的境界点，从
而确定，进行连线（绘制示意图）。

3.根据边坡角的大小最后圈定境界的底部。

3. 材料
A4纸、计算机、直尺、HB铅笔
4．参考文献
1.高永涛主编.露天采矿学.长沙:中南大学出版社，2010.11；
2.张富明主编.露天采矿手册.北京:中国建筑工业出版社，1982；
3.课堂笔记；
5. 境界圈定
露天矿开采境界是露天矿可采空间的边际面。

其大小确定了露天矿露天矿采出矿石量和剥离量的多少，关系着矿床的生产能力和经济效益，并影响着露天矿的开采程序和开拓关系着矿床的生产能力和经济效益，并影响着露天矿的开采程序和开拓运输。

5.1境界圈定的原则
1.境界剥采比不大于经济合理剥采比；
2.紧邻露天开采境界那层矿业的开采成本不大于地下开采成本；
3.能使整个矿床开采的经济效果（成本或盈利）最佳；
5.2确定最终边坡角
露天矿的最终边坡角，对剥采比有很大的影响。

随着开采深度增加和边坡角的减小，所需的剥岩量会急剧增加，因此从经济效果考虑，希望边坡角尽可能大；然而，有不少矿山由于盲目追求陡边坡而造成滑坡事故，严重影响生产。

因此，选择时应同时考虑安全因素和经济因素，在保证露天矿安全前提下，最终边坡角尽可能大些，以减少剥离量。

由于边坡稳定受岩体物理力学性质、地质构造、水文地质、边坡破坏机理、爆破震动效应等一系列因素的影响，尽管目前有许多数学计算方法〈如二维、三维极限平衡计算法，有限元分析法，概率统计分析法等初始边坡优化设计方法〉，以及借助于数学模型和电算程序来提供科学数据，但在实际应用中还不够完善。

因此，矿山设计选取边坡角时，多采用类比法，即参照类似矿山的实际资料选取。

工程地质条件复杂的矿山，在进行设计的同时，由研究部门通过系统的工程地质调查后，用计算方法确定。

所谓类比法，即设计部门根据工程实践，按照组成边坡岩体的地质条件、水文地质条件、边坡高度及其形状、存在年限等因素，由大量的统计资料和经验数表并结合设计者的经验选取边坡角的方法。

表3-1所列边坡角，为冶金矿山设计部门用类比法初选边坡角时的经验参考值。

矿山正常
生产，露天矿边坡通常由安全平台、清扫平台、运输平台及相应的坡面组成,如图3-1所示。

图3-1 露天矿的边坡组成
经以上论述最终边坡角取40o 且小于矿体移动角（45o ）。

通过对比我国部分露天矿最终边帮组成资料，在此确定本设计的上下盘最终边坡角都为40o 。

5.3确定最终开采深度
5.3.1境界剥采比计算公式
境界剥采比指边际面上的岩石量和矿石量之比，即
)0(/→∆∆∆=H A V n j ：。

从经济学角度而言，境界剥采比是一种边际值，也可称边际剥采比，从数学角度而言，境界剥采是一种极限值，计算如下。

bc ab A V n j //=∆∆=
式中：
ab ——岩层的边帮线长，m ；
bc ——煤层的境界限长度，m ；
5.3.2在各地质横剖面上初步确定露天开采深度
首先，在各横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案。

当矿体埋藏条件简单时，深度方案取得少一些；矿体复杂时，深度方案取多些，并且必须包括境界剥采比有显著变化的深度。

1）8剖面上确定露天开采深度（深度逐渐增加）【附图1】
（1）h=49.99m 时的境界剥采比
图5—2 h=49.99m 时
57.293.4-12.1793.412.1762.78//2=--==∆∆=bc ab A V n （2）h=53.95m 时的境界剥采比
图5—3 h=53.95m 时
94.214
.518.1614.518.1694.83//3=+--==∆∆=bc ab A V n
（3）h=56.13m 时的境界剥采比
图5—4 h=56.13m 时
64.301.582.1301.582.1332.87//4=+--==∆∆=bc ab A V n （4）h=56.62m 时的境界剥采比
图5—5 h=56.8m 时
25.504
.4504.904.504.909.89//5=+--==∆∆=bc ab A V n （6）绘制剥采比与深度的关系，如下图5—6；
图5—6 8剖面剥采比与深度的关系
经上述8剖面剥采比与深度的关系，确定8剖面上的经济点A ，其距地表深度为56.43m ，其纵坐标591.13米.
2）12剖面上确定露天开采深度（深度逐渐增加）【附图2】
总之，12剖面经济点B 与8剖面的经济点A 的设计原理是相同的，则按照经济点A 的设计原理和境界剥采比的计算公式计算出合理的剖面剥采比，在12剖面上找出了如下表5—1的关系。

最后根据经济剥采比确定12剖面经济点B 如下图5—7. 地表距煤层底的深度 剥采比
72.19 3.82
78.82 4.24
经上述12剖面剥采比与深度的关系，确定12剖面上的经济点8，其距地表深度为93.18m，其
3.3.1长露天矿开采深度的确定
露天矿走向长度大时，首先是在各地质横剖面图上初步确定开采深度，然后再用纵剖面图调整露天矿底部标高。

（1）在各地质横剖面上初步确定露天开采深度
首先，在各横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案〈图3-2〉。

当矿体埋藏条件简单时，深度方案取得少一些；矿体复杂时，深度方案取多些，并且必须包括境界剥采比有显著变化的深度。

绘制境界时，依据前面选定的最小底宽和边坡角，这时既要注意露天矿底在矿体中的位置，还要鉴别该横剖面图上的边坡角是实际的还是伪倾角。

若为伪倾角，则需进行换算。

其次，针对各深度方案，用面积比法或线段比法计算其境界剥采比。

最后，将各方案的境界剥采比与开采深度绘成关系曲线〈图3-3〉,再画出代表经济合理剥采比的水平线，两线交点的横坐标Hj,就是所要求的开采深度。

图3-2 长露天矿开采深度的确定
图3-3 境界剥采比与深度的关系曲线
至此，完成了一个地质横剖面图上露天开采理论深度的确定。

按同样的方法，可将露天矿范围内所有横剖面图上的理论深度都确定下来。

应当指出，在确定厚矿体的开采深度时，鉴于露天矿底的位置不易确定，有时先按矿体厚度而不是最小底宽作图然后继续向下无剥离采矿，直至最小底宽为止。

这时，作为露天开采的最终深度，显然是最初确定的深度与无剥离开采深度之和。

图3-4 厚矿体的无剥离开采
其中：H1-最初确定的开采深度；
H2-无剥离开采的深度
H-最终的露天开采深度
（2）在地质纵剖面图上调整露天矿底部标高
在各个地质横剖面图上初步确定了露天开采的理论深度后，由于各剖面的矿体厚度和地形变化不等，所得开采深度也不一。

将各剖面图上的深度投影到地质纵剖面图上，连接各点，得出一条不规则的折线(图3-5中的虚线)。

图3-5 在地质纵剖面图上调整露天底平面标高
其中：虚线是调整前的开采深度；实线是调整后的开采深度
为了便于开采和布置运输线路，露天矿的底平面宜调整至同一标高。

当矿体埋藏深度沿走向变化较大，而且长度又允许时，其底平面可调整成阶梯状。

调整的原则是，使少采出的矿石量与多采出的矿石量基本均衡，并让剥采比尽可能小。

图3-5的实线便是调整后的设计深度。

由于此矿山的矿体赋存量大，矿体集中，采用开采深度为140标高及最终边坡角为40o 时的境界剥采比小，则最终开采深度取140标高位置。