露天采矿学----设计原理讲义

露天采矿学----设计原理第十六章露天开采境界16.1 概述1课程的名称及内容；2学习方法；3露天矿设计应遵循的原则；4各种剥采比的概念。

1课程的名称及内容：（1）名称-露天采矿学发展情况：50年代：露天采矿工艺矿山工程（剥离及掘沟）设计原理60年代：露天采矿工艺开拓开采设计原理现代：工艺及工艺系统剥采程序设计原理（2）内容：工艺----研究个别工艺环节的特点、工艺方法、适用条件及能力计算。

工艺系统----研究各环节之间的配合，及构成可行的生产系统。

剥离程序----研究剥离和采矿时间和空间上关系设计原理----除了研究剥离和采矿在时间和空间上的关系外，还要研究它们之间的数值的制约关系。

并把矿山与经济效益结合起来。

以求得最佳设计，初步设计的方法步骤以及资料的处理。

2学习方法：预习；听讲；复习；习题。

（工作前的预演，设计前的准备）3露天矿设计应延续的原则：（1）具体情况具体分析解决。

（多种情况）（2）经济效果为主，劳动生产力的效率为辅。

（劳动力便宜的情况下）4各种剥采比的概念 (1) 平均剥采比： p vn p=（3/m T ） 从露天境界内，采出的岩量与以采出的矿量之比。

设：n ηl ----原矿采出系数；η----有用矿物采出系数； ρ----岩石的混入率； n ηl =η（1+ρ）(2)境界剥采比： kk kv n p =露天矿保持最终帮坡角延伸单位深度时增加的采出岩量与矿量之比。

(1)k k l k k lv p n p ηηηη++=境界剥采比随工程的延伸不断的变化并且一般是在增大。

(3)边邦境界剥采比：露天矿保持最终帮坡角不变延伸单位深度时，从其一邦增加采出的岩量与其矿量之比。

kA kA kA v n p =kB kB kBv n p =(4) 生产剥采比：TT Tv n p =露天矿以其最大帮坡角生产时，延伸单位深度时增加的采出的岩量与其矿量之比（最大帮坡角=＞最小平盘宽度）。

(5)最大生产时期的剥采比： 2max 2T v n p = 最大生产时期的平均剥采比(6)初始剥采比： 00123v n p p p =++ 由其基建时期支付的剥离量与其境界内采出的矿量之比。

(7)经济剥采比：由经济因素确定的最大合理剥采比。

它以国家的方针政策、经级状况而不能，至少限制露天成本等于井工成本 c l ----露天成本； c D ----井工成本； l D c c ≤ a----露天纯采矿成本；b----露天纯剥离成本； 0l j c a n b c =+⇒D j c an b-=当露天开采矿石成本等于地下成本时，得到的最大剥采比称为露天开采经济合理剥采比。

1-2露天开采境界及其煤田的划分1露天开采境界及其确定境界的重要性（意义、目的）。

2煤田的划分：（影响煤田划分的因素）1露天开采境界及其确定境界的重要性（1） 露天开采境界：（1）露天矿底周界；（2）地表境界；（3）合理开采深度；（4）最终帮坡角。

（它们的约束因素） 反映露天矿的几何形状、轮廓。

底周界地表境界（2） 确定境界的重要性① 直接影响着露天矿的规模、露天矿的基建工程量、基建投资。

② 影响露天矿的服务年限（包括投产、达产），影响着露天矿的成本、赢利劳动生产率、有用矿物的合理利用、设备的选型及其配套等。

境界的确定是在煤田划分的基础上确定的。

2影响煤田划分的因素：（1）无限煤田——范围广、储量大的煤田。

（例：阜新煤田、义马煤田、抚顺煤田）（2）影响煤田划分的因素：①自然条件、地形、地物（河流山川、草原、牧场、农田、城市、居民、断层等）。

霍林河煤田划分情况:霍林河煤田分区情况十七煤层南区中区北区松软中硬陇海铁路南露天北露天义马露天矿②地质剥采比影响煤田的划分：土煤砂煤每个钻孔都有一个地质剥采比地质剥采比等直线图——把各个钻孔（有相同的地质剥采比）连接起来而绘成的图形。

划分煤田后，境界剥采比不能太大，应满足经济效果的要求。

③勘探程度影响煤田的划分：勘探程度对矿床地质了解的清楚程度，为了达到清楚准确，分为三级：A级 B级 C级（红色）（蓝色）（黄色）最清楚次之最次、设计时，煤层露天部分至少是A级，如不是A级称露头控制不足，需要重新勘探。

对于露天开采设计这一点是很重要的，必须弄清楚④矿床赋存情况及矿岩物理力学性质影响煤田的划分煤层底板等高线的影响ΠΙ坚硬缓倾坚硬松软ΙΠ矿岩物理力学性质的影响Ι#适合轮斗—胶带,Π#适合单斗—铁道⑤生产能力影响煤田的划分划分验算能否满足生产能力的要求，如果不满足需进行调整ⅢΙΠ⑥总平面布置（反映着采场、排土场、工业广场、地面设施的相互位置及其关系）影响煤田的划分。

影响煤田划分的因素很多，在划分时不要划分的太零碎，要考虑生产能力，资源的利用等。

16-3 确定露天开采境界的原则及理论基础露天矿不同的境界有不同的投资经济效果，确定境界应以投资的经济效果最优为原则。

衡量露天矿的经济指标：成本，盈利，劳动成产率，投资回收期等。

综合上述指标确定境界较复杂，一般以其一目标为确定原则。

以某一境界露天矿开采的合理性为辅助原则。

1 n k =n j 的原则及其理论基础； 2 n p =n j 的原则及其理论基础； 3 n T =n j 的原则及其理论基础； 4 n T +n o =n j 的原则及其理论基础。

以下推导n νl ，n ν0=11 n k =n j 的原则及其理论基础；理论基础：露天开采边界层的成本或盈利等于井工边界层的成本或盈利。

b---露天剥离成本 元/m 3 a---露天纯采矿成本 元/m 3 Cp---井工开矿成本 元/m 3 ；k k k D v b p a p c +=k D k v c ap b -= k j n n =但本原则保证不了露天开采成本一定小于或等于井工开采的平均成本。

所以引出n p =n j 原则。

2 n p =n j 的原则及理论基础：理论基础——露天开采的平均成本或盈利等于井工开采的平均成本或盈利。

D vb pa c p +=D c a v p b -= p j n n =3 n T =n j 的原则及理论基础:理论基础——露天开采的生产成本和盈利，等于井工开采的成本或盈利。

本原则在考虑基建投资是不完善的，所以引出以下原则。

T T T D v b p a p c += T D T v c a p b-= T j n n =4 n T +n o =n j 的原则及理论基础：理论基础——把基础工程量的投资摊到生产成本中去。

0T p n b n b a C ++= 0D T C a n n b-+= 0T j n n n += 在常规设计时，一般以n p =n j 为原则圈定露天开采境界，而用其它原则进行检验，因为n k =n j 的原则能满足成本最低、盈利最大。

条件假设：地形平坦、规则倾斜矿体，露天、井工联合开采。

联合开采成本最低，盈利最大设H η---露天、井工开采总成本()H f H η=2001()()()2H D D mx b H ctg ctg b m H x H H mC ηβγ=+++-+-()D H ctg ctg b ma mC ηβγ'=++-()0ctg ctg b ηβγ''=+> 存在极小值 令0η'= ()0D H ctg ctg b ma mC βγ++-= ()D C aH ctg ctg M b βγ-+=k j n n =得证设H S 为露天井工开采的总赢利 ()H S f H =c d ---露天采矿售价 元/m 3D d ---井工采矿售价 元/m 32001()()()()()2H l D D D S mx b H ctg ctg b m H x d a m H H d C βγ=--++--+-- ()()()H l D D S H ctg ctg b m d a m d C βγ'=-++---()0H S ctg ctg b βγ''=-+< 0H S '=()()()0l D D H ctg ctg b m d a m d C βγ-++---=()l D Dd a d C H ctg ctg m b βγ--++=k j n n =得证露天开采按k j n n =2001()()()()2Hl l S f H mx b H ctg ctg b m H x d a βγ==--++--()()Hl l S ctg ctg b m d a βγ'=-++-()0Hl S ctg ctg b βγ''=-+<()()0Hl l S ctg ctg b m d a βγ'=-++-=()ld aH ctg ctg m b βγ-+=k j n n =得证第四节 经济合理剥采比的确定1与井工相比较法2按露天采煤售价法3有附带矿场产品时j n 的确定4按投资经济效果折旧成本分析确定j n1与井工相比较法确定j nD j C a n b-= l j C a n b =+ l D C C = D C ---井工开采成本(元/m 3)→与露天矿 矿床地质赋予存条件相似的井工开采的成本a---纯采煤成本(元/m 3)b---纯剥离成本适应条件:矿石不贵重,且贫化损失不大时矿石贵重,且贫化损失较大时D j C a n b-=(m 3/m 3) ()()LD D j d a d C n b ---= (m 3/m 3) 2按露天采煤售价法,确定经济合理剥采比L j d a n b-= (m 3/m 3) 3有附带矿场产品时j n 的确定L j SL SL D C a n b k d C =+-=开采多种矿石时,确定经济合理剥采比是以一种矿石为主,其它矿石作为顺便采出,露天开采费用中可扣除顺便采出矿石的收益.SL k ---顺便采出的矿石与主要矿物之比SL d ---附带矿石的售价 元/m 3SL SL D j k b C a n b b-=+ (m 3/m 3)1i i n SL SL D j i k b C a n b b =-=+∑ (m 3/m 3) 4按投资经济效果折旧成本分析确定j n投资:K 元 T 年 f 利息 年产量A P21(1)()[1(1)(1)(1)]T T P L L K f A d C f f f -+=-+++++++(1)()(1)1TP L L T fK f A d C f +=-+- ()11(1)P L L TKf A d C f =--+ 1[1](1)L L P TKfd C A f =--+ 1[1](1)L L P TKfC d A f =--+ 1[1](1)j L P T Kf a n b d A f ∴+=--+1[1](1)L j P Td a Kf n b bA f -=--+ 经济合理剥采比随着国家经济状况发生变化第五节 境界剥采比n k 的确定四种方法: 1面积比法2投影线段比法 1 2 3是长露天矿境界剥采比的确定(4:1)≥ 3边邦线段比法4矿体投影面积比法 4是短露天境界剥采比的确定(4:1)< 1面积比法:在断面图上,确定H 以下深度的k n ,k n 等于保持最终邦坡角不变,矿山工程由H H延深致H深度时,增加采出的岩矿量面积之比露天矿底宽不等于矿床的底宽时露天矿底宽等于矿床底宽时露天矿底板作底邦时2按形成线段比法:断面图上确定H 深度狭的k n ,k n 等于岩 矿沿着投影基线(延深方向)在水平面上的投影线段之比.2211()()()()22v S H ctg ctg H H ctg ctg H ctg ctg H H ctg ctg γαγαβαβα=---+++ 21()()2HH ctg ctg H ctg ctg βγβγ=+-+ p S m H = ()v k p S H ctg ctg n S mβγ+== 0H →()k H ctg ctg n mβγ+= 3边邦线段比法在断面图上H 深度狭的k n ,k n 等于边邦上岩石线段与其边邦上矿石线段之比,根据线段比法: k AB n BC= ~ABD BEC k AB BD n BC BE ==4矿体投影面积比法(1)首先要求算某深度的k n(2)在纵横断面图上找矿岩和其边邦的交点(地表)(3)以其各交点向+1000水平作投影,将各相应的投影点连接起来,则得到岩矿投影面积令其S 为其岩矿矿体投影影响面积p S 为其矿的投影影响面积则:1k pS n S =- 1.6确定露天开采境界步骤及方法一倾斜 急倾斜矿床长露天矿开采境界确定步骤及方法(一)底宽 (二)最终帮坡角 (三)合理开采深度 (四)端邦的处理(五)底周界的圈定 (六)开采境界的确定及方法在确定境界前要首先定工艺类型、运轨类型、开拓、剥采程序等.然后分步进行(一) 底宽 以(1)保证人员设备的安全 (2)保证矿山工程要求 (3)经济合理的原则合理确定底宽1单斗电铲、铁道运轨平装车min 23k k B R e T h ctg α=++-k R ---电铲运转半径 m,e---电铲车辆边邦之间安全距离 m,T---车辆宽度 m,kh---电铲卸载高度 m, α台阶坡面角°.2铁道运轨上装车min 222k kB R e h ctgα=+-3汽车运轨时(1)迴返时min 22cB R e b=++ (2)折返时min 220.50.5c c B R e b l =+++保证经济上合理① 当min m B >时,按露天、地下盈利相等求底宽1()()D D l m d C B d a -=-()D D l m d C B d a-=-取:1min max{,}B B B =② 当min m B =时,取B=m③ 当min m B <时,取min B B =(二)最终帮坡角β、α的确定程序:①根据相似露天矿确定②然后校核修正③保证矿山工程的要求取:稳定边坡角与矿山工程要求的边坡角中小者为最终帮坡角.1111111n i i n nnn n i i i i i i i i i i h tg h ctg a b c d βα-=======++++∑∑∑∑∑∑ (三)合理开采深度的确定必须在底宽最终帮坡角确定后进行,在横断面图上确定露天开采深度的方法: 1分析法 2方案分析法 3图解法1分析法:由:()D C a H ctg ctg m bβγ-+= ()()D m C a H ctg ctg b βγ-∴=+ 2方案比较分析法:① 根据底宽、β、γ确定不同深度的边邦② 计算不同深度的k n③ 建立k n 与深度的关系.()k n f H =,画出曲线.④ ()k n f H =与()j n f H =相交,过其交点作垂线,则横轴上截距为该断面的合理深度H.3图解法:即直接在横断面图上,依据经济合理剥采比,确定露天开采的合理深度.一邦进行剥离其本质上是以原则:k j n n =i ij i iA B n B O =二邦进行剥离1分别在矿床顶底板地表线取i iji i i i j i iAC n C O B C n B D ==11i iA A BB 各点.2过11i iA AB B 分别作边邦最终帮坡角与其底板的交点分别为1C ,iD .3使:i ij i i AC n C O = i i j i iB C n B D = 步骤:(1)在顶、底板分别取A i 、B i 各点(2)通过A i 、B i 各点分别制作边邦交于顶底板C i 、D i 各点(3)分别延长A i C i 、B i D i 至O i 、O i ′,使之i ij i i AC n C O = i i j i iB C n B D = (4)连O i 及O i ′各点,相交于O 点,由点向上截取底宽作出边坡,则H 为所求合理采深.在地质纵断面图上确定露天矿坑底平面标高保证了断面图上的合理采深,不能保证整个露天矿的合理采深在地质纵断面图上确定露天矿坑底平面标高,保证了断面图上的合理采深,不能保证整个露天矿的合理采深.所以需将各断面进行调整.F F F F H H H H H H F HH 7654321地表51232436475合1max 0.50.522()che c c chn H h eb R l b e b R e b =--=+++=++53412min F F F F F ++--=(四)端邦的处理:原则:k j n n = 方法:方案分析法L kL3L 21Lspvs=f(L)Vk pS n S在纵断面图上:取位置1、2、3……,然后分别沿走向在垂直面投影,求出k n ,选出了若干端邦位置方案.各方案作出()k n f L =与()j n f L =的交点对应的L,即为合理的端邦位置.j k n n = (2)露天矿底周界的确定凋整原则:① 弯曲度应满足运输曲线半径的要求。