露天开采

露天开采一、最终开采境界的确定1、概述地质储量：根据地质钻探资料，运用地质统计学方法等估算出来的矿物含量。

开采储量：技术上可行、经济上合理的地质储量。

最终开采境界：圈定开采储量的三维几何体。

由底部周界、最终帮坡角、开采深度决定。

最终开采境界的确定是露天矿设计与规划中的一项十分重要的工作，既是技术决策，又是经济决策。

最终开采境界的设计方法与手段经历了三个阶段：手工设阶段、计算机辅助设计阶段、优化设计阶段。

（1）最终开采境界图（2）采矿与剥离关系示意图（3）最终开采境界的设计方法手工设计阶段：以经济合理剥采比为基本准则 。

计算机辅助设计阶段：方法与手工阶段基本相同，使用计算机、数字化仪、绘图仪等设备。

优化设计阶段：图论法和浮锥法。

2、最终开采境界设计的手工方法（1）剥采比的概念境界剥采比：是指露天开采增加单位深度后所引起岩石增量与矿石增量之比，也称为瞬间剥采比。

采剥并举剥离先行存在一个经济效益最佳的最终开采境界Ri=dw/dO平均剥采比：是指露天开采境界内总的岩石量与总的矿石量之比。

生产剥采比：是指露天矿某一生产时期内所剥离的岩石量与所采的矿石量之比。

分层剥采比：是指露天开采境界内某一水平分层的岩石量与矿石量之比。

经济合理剥采比：是指经济上允许的最大剥岩量与可采矿量之比，即利润增量为零时的瞬时剥采比，也称为盈亏平衡剥采比(breakeven stripping ratio) ；经济合理剥采比不依赖于境界的大小和几何形状，只依赖于回收率与成本、价格等技术经济参数，其值可以通过市场与成本分析得出。

（2）经济合理剥采比确定的其它方法①原矿成本比较法。

②价格法③金属成本比较法④储量盈利比较法（3）基本原理确定最终境界的准则是瞬时剥采比等于经济合理剥采比。

将境界位置上下移动，计算每次移动后的瞬时剥采比，直到它等于经济合理剥采比为止，也就找到了最终境界。

（4）最终开采境界设计的原则①境界剥采比不大于经济合理剥采比②平均剥采比不大于经济合理剥采比③生产剥采比不大于经济合理剥采比④根据对矿石的需要量和勘探程度确定境界（5）最终开采境界设计的手工方法①确定露天矿最小底宽②选取露天矿最终边坡角③地质横剖面面积比法确定合理开采深度；④地质横剖面线段比法确定长矿体的合理开采深度；⑤水平剖面面积法确定短矿体的开采深度（6）最终开采境界的审核①调整最终开采底平面标高②圈定最终开采境界的底部周界3、价值模型地质块状模型是矿物品位及有关地质特征在矿床中分布情况的离散化表述，主要用于储量计算和地质数据的计算机处理。

在最终开采境界的计算机优化设计和开采计划优化中，常常用到另一种块状模型－价值块状模型（简称价值模型）。

地质块状模型中每一块的特征值是品位或某一地质特征，价值模型中每一块的特征值则是假设将其在地质纵断面图上调整露天矿底平面标高 调整后开采深度调整前开采深度 矿体界线------ 理论周界；最终设计周界； I~IX 剖面线；底部周界的圈定采出并处理后能够带来的经济净价值。

块的净价值是根据块中所含可利用矿物的品位、开采与处理中各道工序的成本及产品价格计算的。

矿床所含矿物的种类不同，矿山企业经营体制和成本管理制度不同，计算净价值时，用到的参数不同。

价值模型是优化方法确定境界的基础。

4、最终开采境界设计的计算机优化方法（1）浮锥法（2）图论法最终境界的设计往往是在矿山投产前完成的，而最终境界的形成是在矿山开采十几年或几十年后。

最终境界是各生产工序的成本和产品价格的函数，在市场经济条件下，由于技术的进步、市场行情的变化等因素，矿山的生产成本和产品销售价格在矿山开采寿命期内会发生很大变化。

因此，在矿山投产前设计的最优境界方案，在矿山开采一定时期后可能不再是最优方案，甚至可能是经济上很不合理的方案。

鉴于此，在进行可行性研究和初步设计时，往往要针对不同的成本和产品价格设计出多个境界方案，用以分析最终境界随这些参数变化的灵敏度。

同时，在矿山开采过程中，每隔几年应用当时的经济技术参数对最终境界进行重新优化是非常必要的。

二、露天开采程序1、概述最终开采境界是在当前的技术经济条件下对可采储量的圈定，也是对开采终了时采场几何形态的预估。

如何采出最终境界内的矿石和岩石则是露天开采程序问题。

露天开采是从地表开始逐层向下进行的，每一水平分层称为一个台阶。

露天采场平面投影与剖面示意图2、台阶几何要素台阶几何要素188m 台阶坡面A-A台阶三要素：W —台阶宽度 H —台阶高度台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。

台阶几何要素：台阶坡面角，是岩体稳定性的函数；台阶高度，受生产规模、采装设备、开采的选别性影响；台阶宽度，W= Wc (爆破带宽度)+Ws(安全平台宽度)。

3、掘沟掘沟是新台阶开采的开始，一般分为两阶段进行：首先挖掘出入沟，以建立起上下两个台阶水平的运输联系；然后开掘段沟，为新台阶的开采推进提供初始作业空间。

出入沟参数：出入沟的坡度，取决于汽车的爬坡能力和运输安全要求；最小沟底宽度W D min，是满足采运设备基本作业空间要求的沟底宽度，其值取决于电铲的作业技术规格、采装方式与汽车的调车方式。

出入沟与段沟示意图4、台阶的推进方式（1）采掘方式及工作平盘参数①垂直采掘：垂直采掘时电铲的采掘方向垂直于台阶工作线走向(即采区走向)、与台阶推进方向相平行。

垂直采掘时，若采用双点装车，电铲的装载回转角度小(10°～110°之间，平均为60°左右)，装载效率高；缺点是汽车在电铲周围调车对位需要较大的空间，要求较宽的工作平盘。

当采掘到电铲回转中心位于采掘前的台阶坡底线时，电铲沿工作线移动到下一个位置，开始下一轮采掘。

②平行采掘：平行采掘时电铲的采掘方向平行于台阶工作线走向(即采区走向)、与台阶推进方向相垂直。

根据汽车的调头与行驶方式（统称为供车方式），平行采掘可进一步细分为许多不同的类型。

单向行车不调头和双向行车折返调车是两种有代表性的供车方式。

③采区宽度与采掘带宽度：采区宽度是爆破带的实体宽度，采掘带宽度是挖掘机一次采掘的宽度。

当矿岩松软无需爆破时，采区宽度等于采掘带宽度。

绝大多数金属矿山都需要爆破，故采掘带宽度一般指一次采掘的爆堆宽度。

二者关系见下图。

图中，(a)为一次穿爆两次采掘，(b)为一次穿爆一次采掘。

可用Ac=1.5G取值，国内矿山一般为1－1.5G，国外矿山可达1.8G。

采区与采掘带示意图采区宽度与爆堆宽度的关系：b=2k s W c H/H b -εW c式中，b －爆堆宽度；k s 为矿岩爆破后的松散系数；W c 为采区宽度；H 为台阶高度；H b 为爆堆高度；ε为爆堆形态系数。

坚硬岩石爆堆横断面近似三角形，ε＝0；不坚硬岩石爆堆横断面近似梯形，ε＝1；中等坚硬岩石，0＜ε＜1。

采用一爆一采时，爆堆宽度即为采掘带宽度（即b ＝ A c ），可根据上式反算出采区宽度。

④最小工作平盘宽度（W min ）：是指刚好满足采运设备正常作业要求的工作平盘宽度， 其取值需依据采运设备的作业技术规格、采掘方式和供车方式确定。

采用单向行车、不调头供车的平行采掘方式时，最小工作平盘宽度可根据装车条件计算。

实际上，由于汽车的灵活性，即使最小工作平盘宽度比用公式计台阶推台阶推(b) (a)算结果小一些，也可实现调车。

但调车的时间会增长，影响作业效率。

其它供车方式下的最小工作平盘宽度可以仿照上述做法，通过简单的几何分析计算求得。

实际生产中的工作平盘宽度一般应大于理论计算值。

当采用一次穿爆两次采掘（或如图15-22所示的横向采掘）时，由于采区宽度(W c) 大大增加，工作平盘宽度也将大大增加。

（2）工作线布置方式①纵向布置②横向布置③扇形布置5、采场扩延过程与布线方式（1）采场扩延的一般描述假设一露天矿最终境界内的地表地形较为平坦，地表标高为200m ，台阶高度为12m。

首选在地表境界线的一端沿矿体走向掘沟到188m水平（图a）。

出入沟掘完后在沟底以扇形工作面推进（图b）。

采场扩延示意图1当188m水平被揭露出足够面积时，向176m水平掘沟，掘沟位置仍在左侧最终边帮(图c)。

之后，形成了188-200米台阶和176-188米台阶同时推进的局面（图d）。

采场扩延示意图2随着开采的进行，新的工作台阶不断投入生产，上部一些台阶推进到最终边帮（即已靠帮）。

若干年后，采场现状变为如图e所示。

当整个矿山开采完毕时便形成了如图f所示的最终境界。

采场扩延示意图3当纵坡坡度为8%左右时，连续陡坡坡长限制在约350m以内。

缓冲平台的坡度一般不大于3%，长度在80m左右。

（2）布线方式①螺旋布线：台阶的出入沟沿最终边帮成螺旋状布置，故称为螺旋布线。

②迂回布线：出入沟以迂回形式布置在采场一侧的非工作帮上，称为迂回布线。

③固定式布线：每一新水平的掘沟位置选在最终边帮上，出入沟固定在最终边帮上不再改变位置。

这种布线方式称为固定式布线。

④移动式布线：为尽快采出矿石，可将掘沟位置选在采场中间（一般为上盘或下盘矿岩接触带），在台阶推进过程中，出入沟始终保留在工作帮上，随工作帮的推进而移动，直至到达最终边帮位置才固定下来。

这种方式称为移动式布线。

（3）并段采场扩延过程中，每一台阶推进到最终边帮时，均与上部台阶之间留有安全平台。

在实际生产中，常常在最终边帮上每隔两个或三个台阶留一个安全平台，将安全平台之间的台阶合并为一个“高台阶”，称为并段。

6、帮坡形式与帮坡角（1）工作帮坡角工作帮是由工作台阶组成的边帮，并随台阶的推进而向最终边帮（非工作帮）靠近。

工作帮坡角一般定义为最上一个工作台阶的坡顶线与最下一个工作台阶的坡底线联成的假想斜面与水平面的夹角。

工作帮与工作帮坡角（2）组合台阶组合台阶是将若干个（一般4个左右）台阶组成一组，划归一台采掘设备开采。

这组台阶称为一个组合单元。

在组合单元中，任一时间只有一个台阶处于工作状态，保持正常的工作平盘宽度，其它台阶处于待采状态，只保持安全平台的宽度。

组合台阶开采只有当采场下降到一定的深度后才能实现。

如果采场空间允许，可以在不同区段布置多台采掘设备同时进行组合台阶开采，也可视工作帮的高度在同一区段垂直方向上布置多个组合单元。

组合台阶开采常用于分期开采的扩帮工作。

（3）各种帮坡形式一段边帮坡具有道路的一段边帮组合台阶开采工作帮实行并段的最终边帮7、生产剥采比生产剥采比是露天生产过程中某一时段（或某一开采区域）内的岩石量与矿石量之比。

常用的生产剥采比的单位有m3(岩石)/m3(矿石)、t(岩石)/t(矿石)、m3(岩石)/t(矿石)。

8、分期开采开采过程中，工作帮沿水平方向一直推进到最终开采境界，这种开采方法称为全境界开采法。

由于工作帮坡角一般比最终境界帮坡角缓得多，所以全境界开采的初期生产剥采比高，大型深凹露天矿尤为如此。