礦床露天開采第7章露天開采境界7.1概述7.1.1露天開采境界的組成及其影響要素 由于礦床埋藏條件不同，在確定礦床開采方式時(shí)能夠遇到以下三種情況：礦床全部宜用地下開采；礦床上部宜用露天開采而下部用地下開采；礦床全部宜用露天開采，或上部用露天開采而剩余部分暫不宜開采。露天開采境界的組成要素：露天礦的底部周界最終邊坡開采深度 露天開采境界設(shè)計(jì)就是要合理地確定這些要素。露天開采境界的大小決議了露天礦的可采儲量和剝離巖量。開采境界的位置和演化與露天礦開辟、采剝程序、消費(fèi)才干以及基建工程量親密相關(guān)，并直接影響礦床開采的總體經(jīng)濟(jì)效果。因此，合理確定露天開采境界不僅是一個技術(shù)問題，也是一個經(jīng)濟(jì)問題。確定露天開采境界的影響要素自然要素經(jīng)濟(jì)要素技術(shù)組織要素露天開采境界不是一成不變的露天開采境界可分為分期境界和最終境界7.1.2剝采比在露天開采境界的某一特定區(qū)域內(nèi)，剝離巖石量與采出礦石量的比值稱為剝采比。在露天開采設(shè)計(jì)中，常用不同含義的剝采比反映不同的開采空間或開采時(shí)間的剝采關(guān)系及其限制。常用的剝采比：平均剝采比分層剝采比消費(fèi)剝采比境界剝采比經(jīng)濟(jì)合理剝采比儲量剝采比原礦剝采比幾個概念術(shù)語實(shí)踐貧化率實(shí)踐回收率視在回收率7.2確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比的方法方法本質(zhì)：將露采與地采的經(jīng)濟(jì)效果做比較來確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比。運(yùn)用較廣泛的是儲量盈利比較法系列：產(chǎn)品本錢比較法儲量盈利比較法盈虧平衡法7.2.1產(chǎn)品本錢比較法礦山企業(yè)的最終產(chǎn)品可以是原礦、精礦或其他產(chǎn)品?！?〕原礦本錢比較法原礦本錢：原礦本錢比較法的原理是將原礦的地采本錢作為露采本錢的上限，從而確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比。即：于是可得：那么經(jīng)濟(jì)合理剝采比即為上式的最大值，即〔2〕精礦本錢比較法該方法是以精礦〔或礦產(chǎn)品〕作為計(jì)算根底，使露天礦的精礦本錢不大于地采精礦本錢。即于是可得精礦經(jīng)濟(jì)合理剝采比：原礦的精礦產(chǎn)出率：經(jīng)過代入轉(zhuǎn)換可得：7.2.2儲量盈利比較法該方法是將單位工業(yè)儲量的地下開采盈利作為露天礦開采盈利的下限，即于是可得經(jīng)濟(jì)合理剝采比為：7.2.3盈虧平衡法盈虧平衡法適用于礦床單一露采的情形。該方法要求露采的礦產(chǎn)品本錢不得超越其銷售價(jià)錢，或者不允許單位工業(yè)儲量的露采最終盈利小于零，以保證礦山不虧損。即于是可得經(jīng)濟(jì)合理剝采比：7.2.4各種方法得相互關(guān)系和適用條件儲量盈利比較法系列的根本思想是要求單位工業(yè)儲量的露采最終盈利不小于地采盈利。該系列的根本方法是儲量盈利比較法，系列中的其他方法都是該方法的特殊方式。假設(shè)露采和地采單位工業(yè)儲量所獲原礦的數(shù)量和質(zhì)量均一樣，即：那么有在這種情況下，儲量盈利比較法簡化為原礦本錢比較法，即：假設(shè)露采和地采單位工業(yè)儲量所獲精礦數(shù)量和質(zhì)量均一樣，那么有上式闡明，此時(shí)可以經(jīng)過比較精礦本錢來反映儲量盈利情況，即精礦本錢比較法與儲量盈利比較法在這種情況下等價(jià)。顯然，當(dāng)?shù)V床僅適用露天開采而不宜用地下開采時(shí)，意味著，此時(shí)儲量盈利比較法就簡化為盈虧平衡法，即7.2.5其他計(jì)算方法7.3境界剝采比的計(jì)算方法境界剝采比的計(jì)算方法有許多種，分別適用于不同技術(shù)特征的礦床，不過這些計(jì)算方法的原理是一致的。下面僅討論長露天礦開采傾斜及急傾斜礦床的情況。開采傾斜及急傾斜礦床的長露天礦，是在橫斷面圖上計(jì)算其境界剝采比。根據(jù)境界剝采比的定義，可推導(dǎo)出投影線段比法，其原理可以用以下圖來闡明。該圖表示地形平坦的規(guī)那么礦體，其程度厚度為m，傾角為a。露天開采境界的頂、底幫邊坡角分別為γ和β，abcd和a1b1c1d1分別是深度H和H一ΔH的境界，ag和dh為cc1的平行線。為了確定境界剝采比，需求分別計(jì)算四邊形b1c1cb、aa1b1b和d1dcc1的面積ΔA、ΔV1和ΔV2。根據(jù)幾何關(guān)系，有：由此可得到巖石增量于礦石增量之比值：當(dāng)ΔH0時(shí)，可得境界剝采比：上式闡明，境界剝采比可用線段〔gb+ch〕與bc的長度之比來確定普通情況下用投影線段比法計(jì)算境界剝采比的步驟如下：如以下圖所示，首先繪出深度H的露天開采境界abcd，它交地表于a、d兩點(diǎn)，交分支礦體于e、f、g、h點(diǎn)；再確定境界底部的延深方向，即將本程度一側(cè)下部境界點(diǎn)c與上程度同側(cè)下部境界點(diǎn)c0相連，得投影方向線cc0；然后，依次從a、e、f、g、h、d作cc0的平行線，交程度線bc于a1、e1、f1、g1、h1、d1。深度H的境界剝采比為：于是可得儲量境界剝采比和原礦境界剝采比分別為：7.4確定露天開采境界得原那么露天開采境界的大小決議了露天礦采礦量和剝離量的多少。隨著露天開采境界的延深和擴(kuò)展，在采礦量添加的同時(shí)剝離量也大幅度添加，從而導(dǎo)致剝采比不斷增大。因此，露天開采境界確實(shí)定，本質(zhì)上是對剝采比的大小加以控制，使之不超越經(jīng)濟(jì)合理剝采比。然而，終究要控制哪一種剝采比，存在許多不同觀念，其中構(gòu)成較早又具有代表性的觀念可以歸納成下面討論的三種原那么。〔1〕境界剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么〔2〕平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么〔3〕消費(fèi)剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么〔1〕境界剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么該原那么的本質(zhì)是，露天開采境界向下延深時(shí)，露采的邊沿經(jīng)濟(jì)效益不劣于地采經(jīng)濟(jì)效益。該原那么的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的是使整個礦床的開采盈利最大。假設(shè)有最大埋深為H0的規(guī)那么礦床，其橫斷面如以下圖所示。礦床上部和下部分別采用露天開采和地下開采，其開采盈利可以表示為露天開采境界深度H的函數(shù)u〔H〕，即：令du/dH=0，可以獲得使u(H)到達(dá)最大值的露天開采境界最正確深度，并由此可以得出開采境界最正確深度所對應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件：目前，國內(nèi)外普遍運(yùn)用nJ≤nJH原那么來圈定露天開采境界。但是，對于某些覆蓋層較厚或不延續(xù)的礦體，這一原那么不適用。如以下圖所示的礦體，abcd是按這一原那么確定的露天開采境界，但其平均剝采比大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，這意味著該境界在經(jīng)濟(jì)上明顯不合理。〔2〕平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么對于露天開采境界內(nèi)的全部礦巖量，這一原那么要求露天開采的總體經(jīng)濟(jì)效果不劣于地下開采。如以下圖所示，設(shè)abcd是露天開采境界，境界內(nèi)礦石量為A、巖石量為V，根據(jù)原礦本錢比較法可得：上式的左端是平均剝采比，右端是經(jīng)濟(jì)合理剝采比?？梢宰C明，平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的是：在滿足露采的平均經(jīng)濟(jì)效果不劣于地采的條件下，使劃歸露天開采境界的礦石儲量最大。由于這一原那么是采用算術(shù)平均的方法，因此難免會使露天開采某些時(shí)期的經(jīng)濟(jì)效果劣于地下開采。nP≤nJH原那么可以與nJ≤nJH原那么合用。對于某些覆蓋層很厚或不延續(xù)的礦體，按nJ≤nJH原那么圈出開采境界后，還要核算該境界內(nèi)的平均剝采比，看它能否滿足nP≤nJH原那么。此外，對于某些貴重或稀有礦物的高價(jià)值礦床或小型礦山，為了盡量采用露天開采以減少礦石的貧化損失，可以運(yùn)用這個原那么來確定開采境界，借以擴(kuò)展露天開采范圍?！?〕消費(fèi)剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原那么消費(fèi)剝采比可以反映露天礦消費(fèi)的實(shí)踐剝采比。因此按nS≤nJH原那么確定開采境界，可以使露天礦任何消費(fèi)時(shí)期的經(jīng)濟(jì)效果都不劣于地下開采。該原那么中的消費(fèi)剝采比，可以是平衡消費(fèi)剝采比，也可以是未平衡的消費(fèi)剝采比即時(shí)間剝采比。按該原那么圈定的露天開采境界比按nP≤nJH原那么圈定的小，而較按nJ≤nJH原那么圈定的大。因此，隨之而來的初始剝離量和基建投資也較大。另外，由于消費(fèi)剝采比的概念不易明確界定，加之它與采深的關(guān)系較為復(fù)雜而不易把握，因此該原那么相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法的可操作性較差。鑒于上述緣由，這個原那么很少采用。7.5確定露天開采境界得方法和步驟確定露天開采境界是在露天礦主要的消費(fèi)設(shè)備、消費(fèi)工藝及工藝參數(shù)、露天礦采剝程序、開辟運(yùn)輸方式、線路參數(shù)等初步擬定以后進(jìn)展的。確定露天開采境界的方法，根據(jù)礦床的賦存條件不同而異。下面僅以傾斜和急傾斜礦床為對象，引見設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用的按nP≤nJH原那么確定露天開采境界的方法和步驟?！?〕露天礦最終邊坡角的選取露天礦最終邊坡角對露天礦的消費(fèi)平安與經(jīng)濟(jì)效果都有很大影響。過小的邊坡角，將添加剝巖量，使剝采比增大，從經(jīng)濟(jì)效果來思索，希望邊坡角盡能夠大些。然而，過大的邊坡角，將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，嚴(yán)重影響礦山正常消費(fèi)。因此，露天礦的最終邊坡角，要同時(shí)滿足平安穩(wěn)定條件和開采技術(shù)條件的要求。平安穩(wěn)定條件是指根據(jù)邊坡巖體的性質(zhì)，經(jīng)過穩(wěn)定性分析計(jì)算，確定能保證邊坡穩(wěn)定的邊坡傾角。在境界設(shè)計(jì)階段，普通是參照類似礦山實(shí)際資料選取穩(wěn)定的邊坡角，并用已有資料對其穩(wěn)定性進(jìn)展初步分析和簡要計(jì)算。關(guān)于開采技術(shù)條件，是指按邊坡的構(gòu)成要素確定最終邊坡角。露天礦最終邊坡由最終臺階，即非任務(wù)臺階組成〔以下圖所示〕，其程度部分，即最終平臺，按作用不同分為平安平臺、清掃平臺和運(yùn)輸平臺。實(shí)際閱歷闡明，較窄的平安平臺和清掃平臺在臨近邊坡爆破時(shí)常遭破壞，以致不能發(fā)揚(yáng)應(yīng)有的作用。因此，近年來國內(nèi)外不少礦山采用預(yù)裂爆破并段，即把2～3個臺階的坡面有控制地連成一體，然后設(shè)置一個寬度達(dá)8～12m的清掃平臺，以便能有效地發(fā)揚(yáng)攔截和清掃落石的作用。假設(shè)邊坡穩(wěn)定性較差，要求的邊坡角較緩，那么不宜并段。最終臺階坡面角a，平安平臺、清掃平臺、運(yùn)輸平臺和出人溝的寬度a、b、c和d，以及相應(yīng)平臺數(shù)n1、n2、n3和n4，臺階高度h等參數(shù)確定之后，符合開采技術(shù)條件的最終邊坡角β可用下式計(jì)算：對于急傾斜礦體，按上式計(jì)算的邊坡角不得大于也不應(yīng)過分小于按平安穩(wěn)定條件確定的最終邊坡角；對于緩傾斜礦體，假設(shè)礦體傾角小于平安穩(wěn)定邊坡角，那么底幫最終邊坡角應(yīng)等于礦體傾角，以便充分采出接近下盤的礦石。〔2〕確定露天礦底部寬度和位置露天礦的最小底寬，應(yīng)滿足采掘運(yùn)輸設(shè)備在底部正常運(yùn)轉(zhuǎn)與平安作業(yè)的要求，普通不應(yīng)小于開段溝的底寬。露天礦的底部位置沿程度方向挪動時(shí)，開采境界內(nèi)的礦巖量及平均剝采比也隨之變化。因此，在無其他特別要求的情況下，露天礦底應(yīng)置于使平均剝采比最小的位置?！?〕確定露天礦開采深度確定露天開采境界的原那么本質(zhì)上是確定露天礦開采深度的實(shí)際根據(jù)。確定開采深度的方法為方案－分析法，詳細(xì)操作步驟如下：在地質(zhì)橫斷面圖上初步擬定開采深度在地質(zhì)縱斷面圖上調(diào)整露天礦底部標(biāo)高〔4〕繪制露天礦底部周界根據(jù)設(shè)計(jì)開采深度和底部寬度，確定露天礦底平面，并繪制底部周界，如以下圖所示。繪制步驟為：按調(diào)整后的露天礦底部標(biāo)高，繪制該程度的地質(zhì)分層平面圖在各橫斷面、縱斷面、輔助斷面圖上，按確定的設(shè)計(jì)開采深度，繪制露天開采境界。將各斷面圖上的露天礦底部位置〔底部兩側(cè)的端點(diǎn)〕分別投影到分層平面圖上，依次銜接各點(diǎn)，得出實(shí)際上的底部周界〔以下圖中的虛線〕。為了能正常進(jìn)展采裝和運(yùn)輸任務(wù)，初步得出的實(shí)際周界尚需按以下要求加以修正，即：底部周界要盡量平直，彎曲部位的曲率半徑要順應(yīng)運(yùn)輸設(shè)備的技術(shù)性能；底部長度應(yīng)保證運(yùn)輸?shù)缆返恼咕€符合技術(shù)規(guī)范?！?〕繪制露天礦開采終了平面圖步驟如下：將露天礦的設(shè)計(jì)底部周界繪在透明紙上，并標(biāo)明底平面標(biāo)高和核準(zhǔn)底平面位置。將繪有底部周界的透明紙覆于地形圖上，按照邊坡組成要素，從底部周界開場由里向外依次繪出各個臺階的坡底線〔以下圖所示〕。顯然，凹陷露天礦的各臺階坡底線在平面圖上是閉合的；山坡露天礦的臺階坡底線不能閉合，其末端應(yīng)與同標(biāo)高的地形等高線交接在平面圖上布置開辟運(yùn)輸?shù)缆罚此^的定線。從底部周界開場，由里向外依次繪出各個臺階的坡面和平臺。與此同時(shí)，在布置開辟坑線的邊幫上，繪出臺