1、露天采礦學(xué),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因素 由于礦床埋藏條件不同，在確定礦床開采方式時可能遇到下列三種情況： 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)計就是要合理地確定這些要素。,露天開采境界的大小決定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拓、采剝程序、生產(chǎn)能力以及基建工程量密切相關(guān)，并直接影響礦床開采的總體經(jīng)濟效果。因此，合理確定露天開采境界不僅是一個技術(shù)問題，

2、也是一個經(jīng)濟問題。,確定露天開采境界的影響因素 自然因素 經(jīng)濟因素 技術(shù)組織因素 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)計中，常用不同含義的剝采比反映不同的開采空間或開采時間的剝采關(guān)系及其限度。,常用的剝采比： 平均剝采比 分層剝采比 生產(chǎn)剝采比,境界剝采比 經(jīng)濟合理剝采比 儲量剝采比 原礦剝采比,幾個概念術(shù)語,實際貧化率 實際回收率 視在回收率,7.2 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法,方法實質(zhì)：將露采與地采的經(jīng)濟效果做比較來確定經(jīng)濟合理剝采比。 應(yīng)用較廣泛的是儲量盈

3、利比較法系列： 產(chǎn)品成本比較法 儲量盈利比較法 盈虧平衡法,7.2.1 產(chǎn)品成本比較法,礦山企業(yè)的最終產(chǎn)品可以是原礦、精礦或其他產(chǎn)品。 （1）原礦成本比較法 原礦成本： 原礦成本比較法的原理是將原礦的地采成本作為露采成本的上限，從而確定經(jīng)濟合理剝采比。即：,于是可得： 則經(jīng)濟合理剝采比即為上式的最大值，即,（2）精礦成本比較法,該方法是以精礦（或礦產(chǎn)品）作為計算基礎(chǔ)，使露天礦的精礦成本不大于地采精礦成本。即 于是可得精礦經(jīng)濟合理剝采比：,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)濟合理剝采比為

4、：,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)品成本不得超過其銷售價格，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基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。 該系列的基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形式。 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)量均相同，即： 則有 在這種情況下，儲量盈利比較法簡化為原礦成本比較法，即：,若露采和地采單位工業(yè)儲量所獲精礦數(shù)量和質(zhì)量均相同，則有 上式表明，此時可以通過比較

5、精礦成本來反映儲量盈利情況，即精礦成本比較法與儲量盈利比較法在這種情況下等價。,顯然，當?shù)V床僅適用露天開采而不宜用地下開采時，意味著 ，此時儲量盈利比較法就簡化為盈虧平衡法，即,7.2.5 其他計算方法,7.3 境界剝采比得計算方法,境界剝采比的計算方法有許多種，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，其原理可以用下圖來說明。,該圖表示地形平坦的規(guī)則礦體，其水平厚度為m，傾角為a。露天開采境界的頂、底幫邊坡角分別為和

6、，abcd和a1b1c1d1 分別是深度H和H一H的境界，ag和dh為cc1的平行線。 為了確定境界剝采比，需要分別計算四邊形b1c1cb、aa1b1b和d1dcc1的面積A、V1和V2。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H 0時，可得境界剝采比： 上式表明，境界剝采比可用線段（gb+ch）與bc的長度之比來確定,一般情況下用投影線段比法計算境界剝采比的步驟如下：如下圖所示， 首先繪出深度H的露天開采境界abcd，它交地表于a、d兩點，交分支礦體于e、f、g、h點； 再確定境界底部的延深方向，即將本水平一側(cè)下部境界點c與上水平同側(cè)下部境界點c0相連，得投影方向線cc0

7、； 然后，依次從a、e、f、g、h、d作cc0 的平行線，交水平線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則,露天開采境界的大小決定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展，在采礦量增加的同時剝離量也大幅度增加，從而導(dǎo)致剝采比不斷增大。因此，露天開采境界的確定，實質(zhì)上是對剝采比的大小加以控制，使之不超過經(jīng)濟合理剝采比。然而，究竟要控制哪一種剝采比，存在許多不同觀點，其中形成較早又具有代表性的觀點可以歸納成下面討論的三種原則。,（1）境界剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則 該原則

8、的實質(zhì)是，露天開采境界向下延深時，露采的邊際經(jīng)濟效益不劣于地采經(jīng)濟效益。該原則的技術(shù)經(jīng)濟目標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)則礦床，其橫斷面如下圖所示。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)達到最大值的露天開采境界最佳深度，并由此可以得出開采境界最佳深度所對應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟條件：,目前，國內(nèi)外普遍運用nJnJH原則來圈定露天開采境界。但是，對于某些覆蓋層較厚或不連續(xù)的礦體，這一原則不適用。如下圖所示的礦體，abcd是按這一原則確定的露天開采境界，但其平均剝采比大于經(jīng)濟合理剝采比

9、，這意味著該境界在經(jīng)濟上明顯不合理。,（2）平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則 對于露天開采境界內(nèi)的全部礦巖量，這一原則要求露天開采的總體經(jīng)濟效果不劣于地下開采。如下圖所示，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)原礦成本比較法可得：,上式的左端是平均剝采比，右端是經(jīng)濟合理剝采比。 可以證明，平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則的技術(shù)經(jīng)濟目標是：在滿足露采的平均經(jīng)濟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。由于這一原則是采用算術(shù)平均的方法，因此難免會使露天開采某些時期的經(jīng)濟效果劣于地下開采。 nPnJH原則可以與nJnJH原則合用。對于某些覆蓋層很厚或不連續(xù)的

10、礦體，按nJnJH原則圈出開采境界后，還要核算該境界內(nèi)的平均剝采比，看它是否滿足nPnJH原則。此外，對于某些貴重或稀有礦物的高價值礦床或小型礦山，為了盡量采用露天開采以減少礦石的貧化損失，可以運用這個原則來確定開采境界，借以擴大露天開采范圍。,（3）生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則 生產(chǎn)剝采比可以反映露天礦生產(chǎn)的實際剝采比。因此按nSnJH原則確定開采境界，可以使露天礦任何生產(chǎn)時期的經(jīng)濟效果都不劣于地下開采。該原則中的生產(chǎn)剝采比，可以是均衡生產(chǎn)剝采比，也可以是未均衡的生產(chǎn)剝采比即時間剝采比。 按該原則圈定的露天開采境界比按nPnJH原則圈定的小，而較按nJnJH原則圈定的大。因此，隨之而來

11、的初始剝離量和基建投資也較大。另外，由于生產(chǎn)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，因而該原則相應(yīng)的設(shè)計方法的可操作性較差。鑒于上述原因，這個原則很少采用。,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生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及工藝參數(shù)、露天礦采剝程序、開拓運輸方式、線路參數(shù)等初步擬定以后進行的。 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，介紹設(shè)計中廣泛應(yīng)用的按nPnJH原則確定露天開采境界的方法和步驟。,（1）露天礦最終邊坡角的選取 露天礦最終邊坡角對露天礦的生產(chǎn)安全與經(jīng)濟效果都有很大影響。過小的邊坡角，將

12、增加剝巖量，使剝采比增大，從經(jīng)濟效果來考慮，希望邊坡角盡可能大些。然而，過大的邊坡角，將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，嚴重影響礦山正常生產(chǎn)。因此，露天礦的最終邊坡角，要同時滿足安全穩(wěn)定條件和開采技術(shù)條件的要求。,安全穩(wěn)定條件是指根據(jù)邊坡巖體的性質(zhì)，通過穩(wěn)定性分析計算，確定能保證邊坡穩(wěn)定的邊坡傾角。在境界設(shè)計階段，一般是參照類似礦山實踐資料選取穩(wěn)定的邊坡角，并用已有資料對其穩(wěn)定性進行初步分析和簡要計算。 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，即非工作臺階組成（下圖所示），其水平部分，即最終平臺，按作用不同分為安全平臺、清掃平臺和運輸平臺。,實踐經(jīng)驗表明，較窄的安全平臺和

13、清掃平臺在鄰近邊坡爆破時常遭破壞，以致不能發(fā)揮應(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23個臺階的坡面有控制地連成一體，然后設(shè)置一個寬度達812m的清掃平臺，以便能有效地發(fā)揮攔截和清掃落石的作用。如果邊坡穩(wěn)定性較差，要求的邊坡角較緩，則不宜并段。,最終臺階坡面角a，安全平臺、清掃平臺、運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)條件的最終邊坡角可用下式計算： 對于急傾斜礦體，按上式計算的邊坡角不得大于也不應(yīng)過分小于按安全穩(wěn)定條件確定的最終邊坡角；對于緩傾斜礦體，若礦體傾角小于安全穩(wěn)定邊坡角，則底幫最終邊坡

14、角應(yīng)等于礦體傾角，以便充分采出靠近下盤的礦石。,（2）確定露天礦底部寬度和位置 露天礦的最小底寬，應(yīng)滿足采掘運輸設(shè)備在底部正常運行與安全作業(yè)的要求，一般不應(yīng)小于開段溝的底寬。 露天礦的底部位置沿水平方向移動時，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。,（3）確定露天礦開采深度 確定露天開采境界的原則實質(zhì)上是確定露天礦開采深度的理論依據(jù)。確定開采深度的方法為方案分析法，具體操作步驟如下： 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)整露天礦底部標高,（4）繪制露天礦底部周界 根據(jù)設(shè)計開采深度和底部寬度，確定露天礦底平

15、面，并繪制底部周界，如下圖所示。繪制步驟為： 按調(diào)整后的露天礦底部標高，繪制該水平的地質(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）分別投影到分層平面圖上，依次連接各點，得出理論上的底部周界（下圖中的虛線）。 為了能正常進行采裝和運輸工作，初步得出的理論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適應(yīng)運輸設(shè)備的技術(shù)性能；底部長度應(yīng)保證運輸?shù)缆返恼咕€符合技術(shù)標準。,（5）繪制露天礦開采終了平面圖 步驟如下： 將露天礦的設(shè)計底部周界繪在透明紙上，并標明底平面標高和核準底平面位置。 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，從底部周界開始由里向外依次繪出各個臺階的坡底線（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)與同標高的地形等高線交接,在平面圖上布置開拓運輸路線，即所謂的定線。 從底部周界開始，由里向外依次繪出各個臺階的坡面和平臺。與此同時，在布置開拓坑線的邊幫上，繪出臺階間相互溝通的傾斜運輸平臺（下圖所示）。 當開拓運輸