课程名称：露天开采设计原理学时：28
教材：《露天采矿学》
教师姓名
第一章露天开采境界
§1.1 概述
主要内容：
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-露天开采设计原理——露天采矿学（下）
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
V
n p =
，(3/m T ) 从露天境界内，采出的岩量与采出的矿量之比。 设：ηηl —原矿采出系数；
η—有用矿物采出系数； ρ—岩石的混入率； ηηl =η(1+ρ)
(2)境界剥采比：
k
k
k P V n =
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 l
v 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)边帮境界剥采比：
露天矿保持最终帮坡角不变延伸单位深度时，从其一帮增加采出的岩量与其矿量之比。
kA kA kA v n p =
kB kB kB
v n p =
(4)生产剥采比：
T
T T
v 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：
2
max 2
T v n p =
最大生产时期的平均剥采比
(6)初始剥采比：
0123
v 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 a
n 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
主要内容：
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：
②地表境界； ③合理开采深度；
（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）。 例：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：
煤
砂
煤
土
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
Π
Ι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
Ⅲ
Ι
Π
⑥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。
§1-3 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。
主要内容：
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nνl，nν0=1
一、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/m3
a—露天纯采矿成本元/m3
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 a p 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。
二、 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 =
三、 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 =
四、 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 1、设H η—露天、井工开采总成本最低
()H f H η=
2001()()()2
H 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 a
H ctg ctg M b
βγ-+=
k j n n =得证
2、设H S 为露天井工开采的总赢利 ()H S f H =（最大）
c d —露天采矿售价 元/m 3 D d —井工采矿售价 元/m 3
2001
()()()()()2
H 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 D
d a d C H ctg ctg m b βγ--++=
k j n n =得证
3、纯露天开采盈亏平衡 按k j n n =
2001
()()()()2
Hl 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'=-++-=
()l d a
H ctg ctg m b βγ-+=
k j n n =得证
§1-4 经济合理剥采比的确定
主要内容：
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 n
1与井工相比较法确定j n
D 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) ()()
L
D 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 3
SL SL
D j k b C a n b b
-=
+
(m 3/m 3) 1
i 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 P
21(1)()[1(1)(1)(1)]T T P L L K f A d C f f f -+=-+++++
++
(1)()(1)1
T
P L L T
fK f A d C f +=-+- ()11(1)P L L T
Kf
A d C f =--
+ 1
[1]
(1)L L P T Kf d C A f =--+
1
[1](1)
L L P T
Kf C d A f =-
-+
1
[1](1)
j L P T
Kf a n b d A f ∴+=-
-+
1[1](1)L j P T
d 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
§1-5 境界剥采比n k 的确定
主要内容：
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边帮线段比法
4矿体投影面积比法 ----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 等于保持最终帮坡角不变，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：
露天矿底板作底帮时：
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
()()()()22
v S H ctg ctg H H ctg ctg H ctg ctg H H ctg ctg γαγαβαβα=---+++
21
()()2
HH ctg ctg H ctg ctg βγβγ=+-
+ p S m H =
()v k p S H ctg ctg n S m
βγ+=
= 0H →
()
k H ctg ctg n m
βγ+=
3边帮线段比法
在断面图上H 深度狭的k n ，k n 等于边帮上岩石线段与其边帮上矿石线段之比，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帮的交点(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 p
S n S =
-
§1-6确定露天开采境界步骤及方法
主要内容：
一、倾斜 急倾斜矿矿藏露天矿开采境界确定步骤及方法 二、水平、近水平矿藏的开采境界的确定 三、地形水平矿藏有一定的倾角
一、倾斜 急倾斜矿矿藏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)端帮的处理
(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 23
k k
B R e T h ctgα
=++-k
R—电铲运转半径m，
e—电铲车辆边帮之间安全距离m，
T—车辆宽度m，
k
h—电铲卸载高度m，
α—台阶坡面角°。
2铁道运轨上装车
min 222
k k
B R e h ctgα
=+-
3汽车运输时
(1)迴返时
min 22
c
B R e b
=++ (2)折返时
min 220.50.5c c B R e b l =+++
保证经济上合理
(3)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 = ① 当min m B =时，取B=m ② 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。
1
1
1
1
1
1
1
n
i
i n
n
n
n
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 b
βγ-+=
()
()D m C a H ctg ctg b
βγ-∴=
+
2方案比较分析法：
①根据底宽、β、γ确定不同深度的边帮 ②计算不同深度的k n
③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 。