关于露天矿境界剥采比的探讨与应用_李明

　第17卷第1期　2008年1月

中　国　矿　业

C HINA MINING MA GAZINE

　V o l .17,N o .1January 2008

关于露天矿境界剥采比的探讨与应用

李　明,李立群

(山东理工大学,山东淄博255049)

摘　要:本文根据某煤矿床露天境界确定的实例,推导出境界剥采比的新的计算公式。与传统的求解境界剥采比的方法相比,该方法具有计算工作量小,计算简单的优点,对于丰富露天矿开采境界的求解具有积极意义。

关键词:境界剥采比;露天矿;开采深度;可采矿量

中图分类号:T D804 文献标识码:A 文章编号:1004-4051(2008)01-0078-03

Discussion and application of boundary stripping ratio in open -pit

L I M ing ,LI Li -qun

(Shandong U niv ersity of Technolo gy ,Zibo 255049,China )

Abstract :In this paper ,A cco rding to the actual e xample tha t decides open -pit bo undary of a coal de -posit ,a new fo rmula is deduced that calculates boundary stripping ra tio .This new metho d is superio r to the traditio nal metho d o f calculating pit limit stripping r atio ,it is simple and it '

s calcula ting wo rklo ad is mini -mum ,w hich is o f g reat sig nificance to enrich the calcula tion of boundary stripping ratio in opencast . Key wo rds :boundary stripping ratio ;open -pit ;mining de pth ;recov erable r eser ves

收稿日期:2007-10-21

基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2006E06)

作者简介:李明(1970-),男,汉族,山东高密人,副教授,

2006年毕业于北京科技大学采矿工程专业,获博士学位。

露天开采境界的确定,影响到整个矿山生产与

效益。露天矿最终境界一旦确定,就相应地确定了可采矿量和剥岩量。其对矿山的生产规模和服务年限有重大影响,而且境界的大小还直接与矿山的基建投资、投产与达产时间、人员与设备数量、矿石的成本与效益等技术经济指标密切相关。合理地确定露天开采境界,是露天矿设计的一项重要工作。1　露天矿境界确定的原则

露天开采境界确定的影响因素很多,而且对于不同的矿床条件,其影响程度不同,需对自然、技术组织及经济等诸多因素进行综合考虑。随着露天开采境界的不断延深和扩展,可采矿量会增加,剥岩量也会相应增加,故露天开采境界的确定,实质是对剥采比大小的控制。

目前,我国的露天开采境界圈定的设计中,从理论设计方面,归纳起来广泛采用控制境界剥采比、平均剥采比和生产剥采比都不大于经济合理剥采比的原则来确定矿山境界。而境界剥采比不大于

经济合理剥采比(n j ≤n jh )的原则,对于矿体连

续,沿走向比较规则,变化不大,上部覆盖层不厚的情况下,能使整个矿床开采的总经济效果最佳,而且简单方便,故国内外普遍采用。1.1　境界剥采比的模型

如图1所示,假定矿体从地表向下延深,矿体连续,形状规则,ΔH 是露天境界abcd 上的单位深度(一般是一个开采台阶的高度);H 是开采深度;ΔA 是露天开采境界延深单位深度后所增加的矿石量;ΔV 为露天开采境界延深单位深度后所增加的岩石量;n j 为露天境界剥采比,表示为露天开采境界增加单位深度所引起的岩石增量与矿石增

图1　境界剥采比示意图

第1期李　明等:关于露天矿境界剥采比的探讨与应用

量的比值。

n j =ΔV ΔA

(1)

1.2　境界剥采比计算的传统方法

传统的境界剥采比的计算,对于矿体走向长度较大且厚度变化较小的倾斜、急倾斜矿体,采用横剖面法计算能充分的反映矿体的赋存特征,计算结果比较接近实际。但是需要在每个横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案,并针对各深度方案,用面积比法或线段比法,依次计算其境界剥采比。当矿体埋藏条件简单时,深度方案可以取得少一些;矿体复杂时,深度方案取得多。最后将各深度方案的境界剥采比与开采深度绘成n -H 关系曲线,再绘出经济合理剥采比的水平线,两线相交的横坐标就是该横剖面上所要求的合理开采深度。按照同样的方法,可确定出露天矿范围内所有横剖面图上的合理的理论开采深度。整个求解过程中,始终采用试算的方法,来求解开采深度,非常繁琐,工作量很大。

1.3　境界剥采比求解的新方法

笔者在确定一个煤矿床的开采境界时,推导出一个求解境界剥采比的公式。根据此公式,在每个横剖面省去了以往多次试算的麻烦,通过一次计算就可以直接求出每个横剖面的合理开采深度,进而求出该横剖面的开采境界。以此类推,可以求出矿体其它横剖面的合理开采深度与境界,就可以推算出整个矿山的可采矿量及剥岩量,尤其是对于尚未开发的矿山,在评价阶段初步估算可采矿量和剥岩量,相当方便,避免了传统计算方法的繁琐性,大大减少了手工计算的工作量。

如图2所示,此境界剥采比的计算公式是基于横剖面图的面积比法推导得出:其中S 1为近似平行四边形abfe 的面积;S 2为近似平行四边形cdhg 的面积;S 3为近似平行四边形bcgf 的面积;H 为露天合理开采深度(从矿体地表露头算起向下的垂直高度);α为与矿体斜交的地表坡面角;β为露天矿最终边坡角;γ为矿体倾角;h 为一个单位高度(通常取为一个台阶高度);l 为矿体水平厚度。 则可以推导出:

S 1=h ×sin (γ-β)sin γ×H ×sin (180°-α-γ)sin γ×sin (а+β)(2)S 2=h ×co s (90°-γ-β)sin γ×H ×

sin )(α+γ)

sin γ·sin (β-α)

(3)

S 3=h ×l

(4)由式(1)得出境界剥采比为

n j =

S 1+S 2

S 3

(5)

把(2)(3)(4)式代入(5)式后,整理可以

得出如下境界剥采比关系式:

n j =

1sin 2

γsin (γ-β)·sin (180°-α-γ)sin (α+β)

sin (α+γ)·cos (90°-γ-β)sin (β-α)H

l

(6)

图2　境界剥采比推导模型图

实际生产过程中,对于某一确定的矿体,往往其赋存条件、矿岩的物理力学性质及矿体产状等均

一定,则矿体的倾角、露天矿最终边坡角、与矿体斜交的地表坡面角以及矿体水平厚度等都是定值,且经济合理剥采比n jh 已经给定,可以根据n j ≤n jh 求出露天开采某一横剖面的合理开采深度。依此类推,其它横剖面的合理开采深度亦可以求出,进而可确定出露天矿的开采境界,则可采矿量和剥岩量就相应的可确定出来,从而可以评价该矿体是否具有投资开发的价值。2　工程实例2.1　矿床概述

某煤层矿床绝对标高2800～3600m ,矿床地表露头绝对标高为3400～3500m ,矿床中部煤层沿走向延伸2400m ,倾角为45°～55°。矿床地质构造简单,采矿水平厚度3～20m ,矿床中部矿层厚度在4.42～24.38m 之间,平均厚度为13.93m 。煤层被泥质板岩和粉砂岩覆盖,煤层下岩石为含有煤屑和大量植物化石的粉砂岩和砂岩,围岩的硬度为3～8,被开采矿层的硬度为1.0～7.5。煤的硬度根据物理风化带露头程度,随深度的增加而增大,砂岩、细砾岩和砾岩则更结实,顶板、底板处埋藏的岩石在自己的天然湿度条件下保持原有结构,非常稳定,不会发生崩落。采区地段内未发现坍塌地层,由于斜面坡度很大,可能会发生雪崩,根据地

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