露天采礦學(xué)之露天開(kāi)采境界PPT

1、露天采礦學(xué)第7章 露天開(kāi)采境界7.1 概述7.1.1露天開(kāi)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(kāi)采方式時(shí)可能遇到下列三種情況： 礦床全部宜用地下開(kāi)采； 礦床上部宜用露天開(kāi)采而下部用地下開(kāi)采； 礦床全部宜用露天開(kāi)采，或上部用露天開(kāi)采而剩余部分暫不宜開(kāi)采。 露天開(kāi)采境界的組成要素：露天礦的底部周界最終邊坡開(kāi)采深度露天開(kāi)采境界設(shè)計(jì)就是要合理地確定這些要素。露天開(kāi)采境界的大小決定了露天礦的可采儲(chǔ)量和剝離巖量。開(kāi)采境界的位置和演化與露天礦開(kāi)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(kāi)采的總體經(jīng)濟(jì)效果。因此，合理確定露天開(kāi)采境界不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。確

2、定露天開(kāi)采境界的影響因素自然因素經(jīng)濟(jì)因素技術(shù)組織因素露天開(kāi)采境界不是一成不變的露天開(kāi)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(kāi)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(kāi)采設(shè)計(jì)中，常用不同含義的剝采比反映不同的開(kāi)采空間或開(kāi)采時(shí)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(jì)合理剝采比儲(chǔ)量剝采比原礦剝采比幾個(gè)概念術(shù)語(yǔ)實(shí)際貧化率實(shí)際回收率視在回收率7.2 確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比的方法方法實(shí)質(zhì)：將露采與地采的經(jīng)濟(jì)效果做比較來(lái)確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比。應(yīng)用較廣泛的是儲(chǔ)量盈利比較法系列：產(chǎn)品成本比較法儲(chǔ)量盈利比較法盈虧平衡法7.2.1 產(chǎn)品

3、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(jì)合理剝采比。即：于是可得：則經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)合理剝采比：原礦的精礦產(chǎn)出率：經(jīng)過(guò)代入轉(zhuǎn)換可得：7.2.2 儲(chǔ)量盈利比較法該方法是將單位工業(yè)儲(chǔ)量的地下開(kāi)采盈利作為露天礦開(kāi)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)品成本不得超過(guò)其銷(xiāo)售價(jià)

4、格，或者不允許單位工業(yè)儲(chǔ)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(chǔ)量盈利比較法系列的基本思想是要求單位工業(yè)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)量盈利比較法簡(jiǎn)化為原礦成本比較法，即：若露采和地采單位工業(yè)儲(chǔ)量所獲精礦數(shù)量和質(zhì)量均相同，則有上式表明，此時(shí)可以通過(guò)比較精礦成本來(lái)反映儲(chǔ)量盈利情況，即精礦成本比較法與儲(chǔ)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(kāi)采而不宜用地下開(kāi)

5、采時(shí)，意味著 ，此時(shí)儲(chǔ)量盈利比較法就簡(jiǎn)化為盈虧平衡法，即7.2.5 其他計(jì)算方法7.3 境界剝采比得計(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(guò)這些計(jì)算方法的原理是一致的。下面僅討論長(zhǎng)露天礦開(kāi)采傾斜及急傾斜礦床的情況。開(kāi)采傾斜及急傾斜礦床的長(zhǎng)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，其原理可以用下圖來(lái)說(shuō)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(kāi)采境界的頂、底幫邊坡角分別為和，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(jì)算四邊形b1c1

6、cb、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(dāng)H 0時(shí)，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(zhǎng)度之比來(lái)確定一般情況下用投影線段比法計(jì)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(kāi)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，即將本水平一側(cè)下部境界點(diǎn)c與上水平同側(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(chǔ)量境界剝

7、采比和原礦境界剝采比分別為：7.4 確定露天開(kāi)采境界得原則露天開(kāi)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(kāi)采境界的延深和擴(kuò)展，在采礦量增加的同時(shí)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(kāi)采境界的確定，實(shí)質(zhì)上是對(duì)剝采比的大小加以控制，使之不超過(guò)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，其中形成較早又具有代表性的觀點(diǎn)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(jì)合理剝采比原則 該原則的實(shí)質(zhì)是，露天開(kāi)采境界向下延深時(shí)，露采的邊際經(jīng)濟(jì)效益不劣于地采經(jīng)濟(jì)效益。該原則的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是使整個(gè)礦床的開(kāi)采盈利最大。假設(shè)有最大埋深為H0的規(guī)則礦床，其橫斷

8、面如下圖所示。礦床上部和下部分別采用露天開(kāi)采和地下開(kāi)采，其開(kāi)采盈利可以表示為露天開(kāi)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(dá)到最大值的露天開(kāi)采境界最佳深度，并由此可以得出開(kāi)采境界最佳深度所對(duì)應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件：目前，國(guó)內(nèi)外普遍運(yùn)用nJnJH原則來(lái)圈定露天開(kāi)采境界。但是，對(duì)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(kāi)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)合理剝采比原則對(duì)于露天開(kāi)采境界內(nèi)的全部礦巖量，這一原則要求露天開(kāi)采的總體經(jīng)濟(jì)效果不劣于地下開(kāi)采。如下圖

9、所示，設(shè)abcd是露天開(kāi)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(jì)合理剝采比。 可以證明，平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比原則的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)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(kāi)采境界的礦石儲(chǔ)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(huì)使露天開(kāi)采某些時(shí)期的經(jīng)濟(jì)效果劣于地下開(kāi)采。 nPnJH原則可以與nJnJH原則合用。對(duì)于某些覆蓋層很厚或不連續(xù)的礦體，按nJnJH原則圈出開(kāi)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(duì)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(kāi)采以

10、減少礦石的貧化損失，可以運(yùn)用這個(gè)原則來(lái)確定開(kāi)采境界，借以擴(kuò)大露天開(kāi)采范圍。 （3）生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟(jì)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(shí)際剝采比。因此按nSnJH原則確定開(kāi)采境界，可以使露天礦任何生產(chǎn)時(shí)期的經(jīng)濟(jì)效果都不劣于地下開(kāi)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(shí)間剝采比。 按該原則圈定的露天開(kāi)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(lái)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(jì)方法的可操作性較差。鑒于上述原因，這個(gè)原則

11、很少采用。7.5 確定露天開(kāi)采境界得方法和步驟確定露天開(kāi)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(kāi)拓運(yùn)輸方式、線路參數(shù)等初步擬定以后進(jìn)行的。 確定露天開(kāi)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(duì)象，介紹設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的按nPnJH原則確定露天開(kāi)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(duì)露天礦的生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)效果都有很大影響。過(guò)小的邊坡角，將增加剝巖量，使剝采比增大，從經(jīng)濟(jì)效果來(lái)考慮，希望邊坡角盡可能大些。然而，過(guò)大的邊坡角，將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，嚴(yán)重影響礦山正常生產(chǎn)。因此，露天礦的最終邊坡角，要同時(shí)滿足安全穩(wěn)定條件和開(kāi)

12、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(guò)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，一般是參照類似礦山實(shí)踐資料選取穩(wěn)定的邊坡角，并用已有資料對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析和簡(jiǎn)要計(jì)算。 關(guān)于開(kāi)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(tái)階，即非工作臺(tái)階組成（下圖所示），其水平部分，即最終平臺(tái)，按作用不同分為安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)和運(yùn)輸平臺(tái)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，較窄的安全平臺(tái)和清掃平臺(tái)在鄰近邊坡爆破時(shí)常遭破壞，以致不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不少礦山采用預(yù)裂爆破并段，即把23個(gè)臺(tái)階的坡面有控制地連成一體，然后設(shè)置一個(gè)寬度達(dá)812m的清掃平臺(tái)，以

13、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(tái)階坡面角a，安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)、運(yùn)輸平臺(tái)和出人溝的寬度a、b、c和d，以及相應(yīng)平臺(tái)數(shù)n1、n2、n3和n4，臺(tái)階高度h等參數(shù)確定之后，符合開(kāi)采技術(shù)條件的最終邊坡角可用下式計(jì)算：對(duì)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(guò)分小于按安全穩(wěn)定條件確定的最終邊坡角；對(duì)于緩傾斜礦體，若礦體傾角小于安全穩(wěn)定邊坡角，則底幫最終邊坡角應(yīng)等于礦體傾角，以便充分采出靠近下盤(pán)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)行與安全作業(yè)的要求，一般不應(yīng)小于開(kāi)段溝的底寬。 露天礦的底

14、部位置沿水平方向移動(dòng)時(shí)，開(kāi)采境界內(nèi)的礦巖量及平均剝采比也隨之變化。因此，在無(wú)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(kāi)采深度 確定露天開(kāi)采境界的原則實(shí)質(zhì)上是確定露天礦開(kāi)采深度的理論依據(jù)。確定開(kāi)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(kāi)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(kāi)采深度和底部寬度，確定露天礦底平面，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(biāo)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(jì)開(kāi)采深度，繪制露天開(kāi)采境界。 將各斷面圖上的露天礦底

15、部位置（底部?jī)蓚?cè)的端點(diǎn)）分別投影到分層平面圖上，依次連接各點(diǎn)，得出理論上的底部周界（下圖中的虛線）。 為了能正常進(jìn)行采裝和運(yùn)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(yùn)輸設(shè)備的技術(shù)性能；底部長(zhǎng)度應(yīng)保證運(yùn)輸?shù)缆返恼咕€符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（5）繪制露天礦開(kāi)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(kāi)始由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡底線（下圖所示）。顯然，凹陷露天礦的各臺(tái)階坡底線在平面圖上是閉合的；山坡露天礦的臺(tái)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(kāi)拓運(yùn)輸路線，即所謂的定線。 從底部周界開(kāi)始，由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡面和平臺(tái)。與此同時(shí)，在布置開(kāi)拓坑線的邊幫上，繪出臺(tái)階間相互溝通的