一种露天矿开采境界优化方法
王玉珏李建雄薛希龙
中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙４１００８３
摘要：露天开采境界决定着露天矿的采剥总量、生产能力及开采年限，而且影响着矿床开拓方法的选择、地面总平面布置以及运输干线的设置等，从而直接影响整个矿床开采的经济效果。结合某金矿的露天境界设计，应用ＤＩＭＩＮＥ软件对开采境界实行优化，并分析了随着成本和市场的变化对经济效益的影响。这种露天矿开采境界优化方法对露天矿的开采设计有一定的借鉴意义。
露天矿山；境界优化；实体模型；经济效果
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露天矿开采基本知识讲座 第一节石灰岩知识 一、石灰岩简介： 石灰岩(Limestone)，简称灰岩，是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，属于沉积岩，是水成岩的一种。石灰岩主要是在浅海的环境下形成的，属于生物性沉积形成，其主要形成是海洋生物的尸体的沉降累积，加上来自陆地的动植物腐物残渣与泥沙一起在河床或海床上沉积压实后经地质变化形成。 二、石灰石的组成结构： 石灰岩的矿物成分主要为方解石、伴有白云石、菱镁矿和其他碳酸盐矿物，还混有其他一些矿物，比如菱镁矿，石英，石髓，蛋白石，硅酸铝，硫铁矿，黄铁矿，水针铁矿，海绿石等等。此外，个别类型的石灰岩中还有煤、地沥青等有机质和石膏、硬石膏等硫酸盐，以及磷和钙的化合物，碱金属化合物以及锶、钡、锰、钛、氟等化合物，但含量很低。灰岩的主要化学成分是CaCO3易溶蚀，故在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形 石灰岩的结构较为复杂，有碎屑结构和晶粒结构两种，其中碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成，晶粒结构是由化学及生物化学作用沉淀而成的晶体颗粒。 三、石灰岩的分类： 按其沉积地区，石灰岩右分为海相沉积岩和陆相沉积岩，以海相沉积岩为多。 按其形成类型，石灰岩可分为生物沉积、化学沉积和次生三种类型。 按矿石中所含成分不同，石灰岩可分为硅质石灰岩、粘土质石灰岩和白云质石灰岩三种。 按结构构造，石灰石可分为竹叶状灰岩、状灰岩、团块状灰岩等 四、石灰岩的特性： 1.石灰岩分布相当广泛，岩性均一，易于开采加工，是一种用途很广的建筑石料。 2.石灰岩具有良好的加工性、不透气性、隔音性和很好的胶结性能、可深加工应用，是优异的建筑装饰材料。 3.石灰岩产地广泛，色泽纹理颇丰，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，有良好的装饰性。 4.石灰岩的质地细密，加工适应性高，硬度不高，有良好的雕刻性能，易制作小型架上雕刻，较适宜初学雕刻者选用，但由于石灰岩易溶蚀，不适于户外的雕刻。 5. 石灰石用途很广，是冶金、建材、化工、轻工、建筑、农业及其它特殊工业部门都是重要的工业原料。 第二节露天开采的基本概念及述语 露天开采是在一定范围内敞露 的空间里，将掩盖在矿体上部的表土 及周围部分的岩石剥除掉，而把矿石 开采出来。因此为了采出矿石，还必 须开采矿石。 1．台阶（bank）：（图1-1）开采 时，自上而下把矿岩划分成具有一定 厚度的水平分层，用独立的采掘、运 输设备进行开采，各分层保持一定的 超前关系，从而形成阶梯状。 台阶由以下要素构成：上部平 盘、下部平盘、坡面、坡顶线、坡底 线、高度、坡面角。 台阶分：
一、境界剥采比不大于经济合理剥采比(n k ≤n j) （一）理论依据 提出这一原则的最初含义，是使紧邻露天开采境界那层矿岩的开采成本不大于地下开采成本；经进一步分析表明，它还有一层更深的含义，即能使整个矿床开采的总经济效果〈成本或盈利〉最佳。如图1所示，假如abcd是露天开采境界,为了采出邻近境界那层矿石ΔA，就要剥离岩石ΔV。当这一层矿岩的露天开采成本小于地下开采成本时，境界可以继续向下延深和扩大；一旦两者成本相等，露天开采境界就以此为限，剩余部分改用地下开采。作为划分露天和地下开采界限的这一临界条件为 （1）式中ΔA——露天开采境界延深后所增加的矿石量，m3； ΔV——露天开采境界延深后所增加的岩石量，m3。
等式的左端是境界剥采比nk，右端是经济合理剥采比nj，亦即 nk=nj（2） （二）评价 由于这一原则具有使整个矿床开采的总经济效果最佳这个含意，获得了广泛的赞同，再加之运用起来简单方便，因而国内外都普遍运用这一原则来圈定露天矿境界。尽管在确定露天开采境界方面还有其他一些原则，而且有不少人对原则nk≤nj提出过种种异议，但是由于它具有深刻的经济内容，故始终被广泛用于矿山设计中。 nk≤nj原则也存在一些缺陷，主要是： 1、它只是概略地研究整个矿床的开采效果，并未细致分析露天开采各过程的经济境界，只能使矿床开采的总经济效果最佳，而不能直接控制露天矿的基建投资和生产成本〈生产剥采比〉，不能保证开采过程中任何时候的经济性最好。 2、不适用于某些不连续的矿床。 为了防止出现虚假结论，特别在矿体不规
则、沿走向厚度变化较大、上部覆盖层较厚等条件下，按原则确nk≤nj定境界时，往往用np≤nk原则进行校验，必要时还需要进行综合技术经济比较。 二、平均剥采比不大于经济合理剥采比(np≤nj) （一）理论依据 这一原则是针对露天开采境界内的全部矿岩量而言,它要求用露天开采的平均经济效果(成本或盈利)不劣于用地下开采。如图2，假设abcd是露天开采境界,境界内的矿石量为A，需要剥离的岩石量为V。那么，根据原矿成本比较法 （3） 上式的左端是平均剥采比，右端是经济合理剥采比，即 np≤nj
露天矿山设计（境界圈定） 1.已知条件 1．该露天矿的煤层底板等高线及资源储量估算图； 2．在煤层底板等高线及资源储量估算图的剖面图，4剖面图，8剖面图，12剖面图； 3．该矿山设计需要符合的经济剥采比7:1； 4．该露天矿的岩石普世系数 f = 3～7； 2．要求 1. 根据境界剥采比的确定原则，计算各深度的境界剥采比，最后根据经济 剥采比，确定开采深度； 2. 调整底部标高后，确定最终开采深度，然后找出地表上的的境界点，从 而确定，进行连线（绘制示意图）。 3.根据边坡角的大小最后圈定境界的底部。 3. 材料 A4纸、计算机、直尺、HB铅笔 4．参考文献 1.高永涛主编.露天采矿学.长沙:中南大学出版社，2010.11； 2.张富明主编.露天采矿手册.北京:中国建筑工业出版社，1982； 3.课堂笔记； 5. 境界圈定 露天矿开采境界是露天矿可采空间的边际面。其大小确定了露天矿露天矿采出矿石量和剥离量的多少，关系着矿床的生产能力和经济效益，并影响着露天矿的开采程序和开拓关系着矿床的生产能力和经济效益，并影响着露天矿的开采程序和开拓运输。 5.1境界圈定的原则 1.境界剥采比不大于经济合理剥采比； 2.紧邻露天开采境界那层矿业的开采成本不大于地下开采成本； 3.能使整个矿床开采的经济效果（成本或盈利）最佳； 5.2确定最终边坡角 露天矿的最终边坡角，对剥采比有很大的影响。 随着开采深度增加和边坡角的减小，所需的剥岩量会急剧增加，因此从经济效果考虑，希望边坡角尽可能大；然而，有不少矿山由于盲目追求陡边坡而造成滑坡事故，严重影响生产。因此，选择时应同时考虑安全因素和经济因素，在保证露天矿安全前提下，最终边坡角尽可能大些，以减少剥离量。 由于边坡稳定受岩体物理力学性质、地质构造、水文地质、边坡破坏机理、爆破震动效应等一系列因素的影响，尽管目前有许多数学计算方法〈如二维、三维极限平衡计算法，有限元分析法，概率统计分析法等初始边坡优化设计方法〉，以及借助于数学模型和电算程序来提供科学数据，但在实际应用中还不够完善。
露天采矿学----设计原理 第十六章露天开采境界 16.1 概述 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-露天采矿学 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，采出的岩量与以采出的矿量之比。 设：n ηl ----原矿采出系数； η----有用矿物采出系数； ρ----岩石的混入率； n ηl =η（1+ρ） (2)境界剥采比： k k k v n p = 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。
露天开采境界局部优化研究 袁睿栋１,邹智斌２,杨新锋１,黄一敏３ (１．长沙迪迈数码科技股份有限公司,一湖南长沙一４１００８３;２．江西铜业集团七宝山矿业有限公司,江西宜春市一２３１５００;３．长沙矿山研究院有限责任公司,一湖南长沙一４１００１２) 摘一要:影响露天矿生产的开采技术二选冶工艺二市场条件等各类因素常常处于动态变化 之中,矿山不仅需要在设计阶段开展境界优化,同时也必须根据各类影响因素的变动开展 境界动态优化研究,指导矿山生产经营管理.随着市场变化和采选技术水平的提升,根据 当前生产技术经济指标和１５５m标高以上开采范围限制的因素,针对１５５m标高以下开 采境界开展局部优化研究,以减少剥离量,降低采矿成本.研究结果表明:本次优化后净 增矿石量３．３２万t,净盈利１０４０万元,效益可观,为矿山开采技术方案二计划编排等提供 了参考依据. 关键词:露天矿;境界优化;三维模拟 ０一前一言 露天矿开采境界优化是露天矿山设计的重要环 节,是露天矿山生产经营决策的重要依据.境界优 化计算与分析是一项复杂的系统工程,需要综合考 虑矿山资源状况二开采技术条件二矿产品销售价格二 开采及选冶成本等多类复杂因素.基于二维图形的 人工计算方法很难准确地系统性考虑上述复杂因素 的影响[１].随着计算机技术的发展及矿业软件功能的日益完善,使露天境界优化设计工作从依靠经验二 定性分析向计算分析二定量分析的方向发展,使露天 境界优化工作变得快速且高效[２].基于三维可视化品位模型二技术经济条件和露天境界优化相结合的方法已逐步在露天矿山设计阶段得到广泛应用,如技术经济参数集与净现值方案N P V结果选优,参数影响率和敏感性分析等. 矿山开采过程是受资源状况二市场价格二开采技 术二开采成本二选冶工艺二开采范围等多因素制约的 动态采剥过程.作为露天矿的开采境界也不能一次 定终身,要及时调整优化,以适应当前技术经济条 件,提高矿山开采经济效益[３].生产阶段的境界优化研究较设计阶段的影响因素更多二更复杂,因此矿山需定期二不定期地根据外部影响因素开展露天境界的计算二调整和优化研究,指导原有设计方案的修改二开采计划编制及日常生产管理,以提升开采计划和日常生产组织的准确性二可靠性和合理性. 七宝山铅锌矿是一个沉积后热液叠加的层控矿床,主要矿物为方铅矿二闪锌矿二黄铜矿二斑铜矿及黄铁矿.矿体严格受地层层位控制,走向长１２７５m,水平宽约２５０m,呈似层状和规则透镜状产出.矿体厚度二品位变化大,矿石类型复杂.矿山先后经过四次境界优化研究,最近一次开采设计方案提出于１４５~１０５台阶局部地段保留 假山 ,以减少剥离量,降低采矿成本.本次研究主要采用D I M I N E数字化矿山软件对１５５m标高以下开采开展境界优化研究. １一境界优化数据 境界优化数据包括矿床模型及技术经济参数等. １．１一构建三维可视化矿床模型 开展三维可视化露天境界优化是以三维矿床模型和现状地表模型为基础.因此,在境界优化前,建立地质数据库二矿床模型二现状地表模型二矿床品位模型,如图１所示. １．２一工业指标优化 随着生产技术二管理水平的提高以及铅二锌二铜等金属价格的上涨,为充分利用矿产资源,根据矿山近几年实际测算的剥离排弃成本二选矿成本及原矿运输成本,并结合近４年铅二锌二硫精矿平均销售单价应用 盈亏平衡品位计算 方法对现有最低入选品位进行测算[４].所选用参数如下: I S S N１６７１－２９００ C N４３－１３４７/T D采矿技术一第１８卷一第５期 M i n i n g T e c h n o l o g y,V o l．１８,N o．５２０１８年９月S e p．２０１８
《露天矿开拓开采设计原理》专项设计说明书 学生姓名：刘洋 专业班级：采矿12-2班
学号： 1201020212 时间： 2016.1.10 成绩： 目录 前言 (1) 1开采工艺及设备类型的确定 (2) 2.露天开采境界 (2) 2.1底宽的确定 (3) 2.2开采深度的确定 (3) 3.开采参数 (7) 3.1台阶高度 (7) 3.2采掘带宽度 (8) 3.3最小工作平盘宽度 (9) 4.最终境界平面图 (10)
前言 1、某煤田矿位于内蒙西部地区，煤层呈单斜赋存，煤层倾角45°，平均水平厚度为53m。剥离物上部为沙土层平均厚度7m，顶板岩层由两层构成，上部为砂页岩，下部为砂岩，底板岩层自上而下由泥页岩和砂页岩构成； 2、矿区内地表地形为北高南低的鞍形山坡。地形图如附图I所示，比例为1：2000。矿区内有6条勘探线，其横剖面图I-I，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，Ⅵ-Ⅵ，比例为1：1000； 3、煤的容重为1.45t/m3，回采率为95%，废石混入率4%，设计中采用的经济合理剥采比6m3/m3； 4、露天矿在走向方向上西部坑底境界以I-I勘探线西100m为界，东部坑底境界以Ⅵ-Ⅵ勘探线东100m为界； 5、露天矿各边帮最终帮坡角设计为：底帮为30°，顶帮为35°，两端帮30°～35°； 6、根据煤炭地质储量和露天矿范围，以及煤炭市场需求，确定该矿设计生产能力为50万吨原煤； 7、采用单斗电铲—汽车工艺开采，选用WK-2型2m3单斗电铲。
1开采工艺及设备类型的确定 采用单斗电铲—汽车工艺开采，选用WK-2型2m3单斗电铲，主要性能参数如表1，汽车选用BZKD-20型，性能参数如表2； 表1 WK—2型主要性能参数 最大采掘高度9.5m 最大卸载半径10.1m 站立水平半径8.5m 最大采掘半径11.6m 最大挖掘深度 2.2m 最大卸载高度6m 标准斗容2m3 最大爬坡角度15° 机尾回转半径 4.6m 理论生产率300m3/h 回转90°工作时间24s 行走速度 1.22Km/h 表2 BZKD-20型汽车主要性能参数 最大载重量20t 最小转弯半径8.5m 汽车长度7365mm 汽车高度3110mm 汽车宽度2909mm 最高速度50Km/h
露天矿山开采技术 第一节露天矿开采的基本概念 露天矿山是指露在地表或埋藏不深的矿床，一般采用露天开采方法进行开采的矿山。露天矿山分为山坡露天矿和凹陷露天矿。开采水平位于露天开采境界封闭圈以上的称为山坡露天矿，位于露天矿开采境界封闭圈以下的称为凹陷露天矿。 一、露天矿开采的方式 露天矿开采的方式有：机械开采、人工开采、水力开采挖掘船开采。 机械开采：用一定的采掘运输设备，在敞露的空间里从事开采作业。为了采出矿石需将矿体周围的岩石及覆盖物的岩层剥掉，并通过露天沟道或地下巷道把矿岩搬出地面。这种搬移的生产过程，称为剥离。开采矿石的生产过程，称为采矿。 二、露天采场的形成 露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和称为露天矿场。 1、台阶的形成要素 露天矿山开采时，通常把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，在开采过程中各个工作水平在空间上构成了阶梯状，此阶梯称为台阶。 台阶的命名，通常是以开采台阶的下部平盘的标高为依据，故常把台阶叫做某某水平，开采时，将工作台阶划分成若干条带顺序开采，每一个带叫做采掘带。 2、露天采场的形成要素 露天矿坑中的矿石才出后，矿坑四周揭露出来的由台阶组成的表面叫做露天矿边帮。位于矿体下盘一侧的边帮叫做底帮，位于矿体上侧叫做顶帮，岩矿体走向两端的边帮叫做端帮。正在进行开采和将要开采的台阶组成的边帮叫做露天矿场的工作帮。 非工作帮上的平台，按其用途可分为安全平台、运输平台和清扫平台。安全平台，是用作缓冲和阻截滑落的岩石，同时还可用作减缓最终帮坡角以保证最终边帮的稳定性和下部平台的工作安全。运输平台，是作为工作台阶与出入沟之间的运输联系的通路。清扫平台，是用于阻截滑落的岩石并用清扫设备进行清理。它又起安全平台的作用。 三、露天矿开采的特征 露天矿开采的主要优点： 1、受开采空间限制小，可采用大型机械设备。 2、劳动生产率高，露天矿开采的劳动生产率是地下开采的5~10倍。 3、采矿成本低。 4、劳动条件好，安全系数大。 露天矿开采的不足之处是： 1、开采过程中，穿爆、采装、汽车运输、卸载以及排土时粉尘较大，汽车运输时排入大气中的碳化氢多，排土场的有害成分流入江河湖泊和农田等，污染大气，水和土壤，危及人员的身体健康，影响农作物和生物的生长和繁殖。 2、露天开采需要把大量的剥离物运往排土场抛弃，因此排土占地面积大，影响农业发展。 3、受气候条件的影响，如遇严寒和冰雪、酷暑和暴雨等，会影响开采。 第二节露天矿山开采 1
露天开采考试复习试题 名词解释 工作帮：是指由正在进行和将要进行开采的台阶所组成的边帮。 非工作帮：是指由非工作台阶组成的采场边帮 顶帮：露天开采境界位于矿床上盘一侧的边坡面称为顶帮 底帮：露天开采境界位于矿床下盘一侧的边坡面 端帮：位于矿床两端的边坡面 最终帮坡面：通过非工作帮最上一台阶的坡顶线和最下一台阶的坡底线所作的假想斜面称为非工作帮坡面，非工作帮坡面位于最终境界时称为最终帮坡面。 最终帮坡角：露天矿非工作帮最上一个台阶坡顶与最下一个台阶坡底线所作的假想斜面与水平面的夹角 工作平盘：在开采台阶上进行采掘运输作业的平台 露天采场：开采所形成的系统、台阶和露天沟道总称为露天采矿场 山坡露天矿：位于露天采场地表最终境界封闭圈以上的露天矿称为山坡露天矿 强闭包：设r C是盈闭包s C的任意子闭包，若ω（r C）≤ω（s C），则s C称为强闭包技术境界：以固定边坡角的斜面作为边坡面的境界称为技术境界。 可爆性：岩石可爆性（爆破性）表示岩石在炸药爆炸作用下发生破碎的难易程度，它是动载作用下岩石物理力学性质的综合体现 可挖性:岩石的可挖性是指岩石可挖掘的特性，它是一个受多因素影响的岩石铲挖阻力的总概念 复垦率:复垦后可被利用的土地数量与被矿山占用和破坏的土地数量的比值，用百分数表示。 露天矿生产能力：是指在具体矿床地质、工艺设备、开拓方法和采剥方法条件下，露天矿在单位时间内的矿石开采量和矿岩剥采总量。 第一章 1请问露天开采有哪些特点？ 答：优点：A矿山生产能力大；B机械化程度高；C安全和劳动条件好；D矿石损失贫化小；E开采成本低；F基建期短 缺点：A对矿床埋藏条件要求严格，合理的开采深度较浅；B占用土地多 C受气候条件影响大；D破坏环境 第二章 1.简述露天采矿设计程序 1)初步确定露天开采境界 2)初步确定矿山生产能力
课后习题集 1 露天开采的基本概念 （1）什么叫露天开采？什么样的矿床适合用露天开采? 露天开采和地下开采相有什么优缺点？ （2）简述我国露天开采发展现状及前景。 （3）什么叫露天矿、露天采场？划分山坡露天矿和凹陷露天矿的依据是什么？ （4）解释封闭圈、台阶、采掘带、采区的概念。 （5）画图表示台阶及其构成要素。 （6）简述工作帮和非工作帮的概念。 （7）简述安全平台、运输平台、清扫平台的概念及其在露天开采中所起的作用。 （8）什么叫剥采比？ （9）简述露天矿的建设程序？ （10）露天矿的开采步聚有哪些？ 2 矿岩松碎工作 （1）矿岩松碎的方法有哪些？简述各种方法的适用条件。 （2）简述露天矿的主要穿孔设备，针对不同生产规模的矿山，怎么进行设备选型及数量计算？ （3）露天开采中常使用的爆破作业方法有哪几种？在露天矿的生产过程中各起什么作用？（4）简述露天矿深孔爆破参数有哪些？ （5）简述微差爆破和挤压爆破的优点及技术要点。 （6）简述露天矿靠近边坡的爆破工作常用的方法与技术要点。 （7）简述矿床露天开采对爆破工作的基本要求。 3 采装工作 （1）简述单斗挖掘机的工作参数。 （2）单斗挖掘机采掘带宽度如何确定？ （3）单斗挖掘机如何选择和计算？ 4 露天矿运输 （1）简述露天矿运输的基本特点。 （2）简述露天矿常用的运输方式及各种运输方式的适用条件。 （3）简述各种运输方式的特点。 5 排岩工作 （1）选择废石场应遵循哪些原则？ （2）简述目前露天矿常用的排岩工艺与各自的特点。 （3）露天矿为什么要对土地进行复垦？土地复垦的基本步骤和要求是什么？ 6 露天开采境界 （1）什么叫露天开采境界？影响露天开采境界的因素有哪些？ （2）露天开采境界组成要素有哪些？ （3）什么是剥采比？常用的剥采比有哪些形式？ （4）如何用产品成本比较法确定经济合理剥采比？ （5）确定经济合理剥采比有哪些方法？适用条件如何？ （6）何为长露天矿？如何确定长露天矿境界剥采比？ （7）何为短露天矿？如何计算短露天矿境界剥采比？ （8）简述确定露天矿开采境界的方法和步骤。
露天矿开采境界设计 露天矿开采境界设计 (surface mining limits design) 由露天矿采场底部平面、四周边帮和地表平面限定的可采空间的露天采矿工程设计。它直接影响矿山生产能力、服务年限、开拓运输方式和矿山经济效益。设计主要内容包括：剥采比计算、露天矿开采境界深度确定、采场边坡稳定性分析、采场边帮构成要素确定和露天矿开采境界圈定等。 剥采比计算剥采比是露天开采需剥离的废石量与采出的矿石量之比。单位为t／t 或m3／m3。按其作用不同，分为经济合理剥采比、境界剥采比、平均剥采比、分层剥采比和生产剥采比。 经济合理剥采比分摊到单位矿石的经济上允许的剥离量。是确定露天开采境界设计深度的主要技术经济指标。计算方法有原矿成本比较法、精矿成本比较法、盈利比较法和价格法。 世界各国采用的方法不尽相同。美国露天矿开采境界设计采用价格法，计算时考虑了盈利指标。前苏联采用露天开采与地下开采的精矿成本比较法。选取矿石采选成本时，考虑了基建投资因素。 中国冶金露天矿开采境界设计常采用盈利比较法，即以露天开采和地下开采相同矿石储量获得的盈利相等为计算基础： N j = (A l - A d ) / b A l = P l - a l A d = P d - a d 式中N j 为经济合理剥采比，t／t；A l ，A d 分别为露天开采和地下开采单位矿 石加工成精矿获得的盈利，元／t；b为剥离成本，元／t；P l P d 分别为露天开采 和地下开采的精矿价格，元／t；a l 为露天开采的精矿成本(不含剥离成本)，元 ／t；a d 为地下开采的精矿成本，元／t。 中国冶金露天矿设计采用的经济合理剥采比数值，按矿岩体积计算，铁矿、锰矿、有色金属矿为5～10，冶金辅助原料矿为1～1．5，铝土矿、粘土矿为13～16。
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 =
露天矿境界圈定 班级：卓采矿15-1班 姓名：宋泉积 学号：120154402033 指导教师：陈晓青 辽宁科技大学 目录 1.境界圈定 (1) 1．1矿区概况 (1) 1.1．1地理位置、交通 (1) 1.1.2地形地貌 (1) 1.1.3煤层构造 (1) 1.2境界资料 (4) 1.3境界圈定原则 (4) 1.4境界圈定步骤 (5) 1.4.1开采深度的确定 (5) 1.4.2开采周界的确定 (6)
露天开采课程设计 1.境界圈定 1．1矿区概况 08采本煤矿位于陈旗煤田矿区东部详查区的东北部 4-16勘探线间，行政区划隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市谢尔塔拉镇。圈定的矿区范围由9个拐点组成。矿区东西走向长1.69km,南北倾向宽1.73km,面积1.936km2，储量1646万吨，工业储量1479.6万吨，可采储量1132.8万吨，服务年限17.15年。 1.1．1地理位置、交通 08采本矿区位于市区东北方，距市区约25km，谢尔塔拉镇至市区有水泥公路相通，本区至谢尔塔拉镇有草原土路相通，301国道在本区以南约l5km处通过，滨洲铁路在本区以南约20km处通过，08采本煤矿铁路专用线在本区西南约8km处通过。交通较为便捷。 1.1.2地形地貌 08采本矿区的地貌，其宏观显示为略有起伏的高平原 北部及东北部与低山丘陵相接。南有河谷，西北有河谷，地势北东高而南西低，海拔标高最高724.09m，最低601.88m。本区内地形呈缓波状，起伏不大，西北高，东南低，海拔标高在 630-660m之间。 1.1.3煤层构造 一工程地质条件 地层及岩石的工程地质特征 1）第四系松散岩组: 属高平原地带，第四系松散岩组厚度11.70-39.55m，平均25.43m，其变化规律由东向西、由北向南逐渐增厚。第四系底板起伏较大，与下伏含煤地层为不整合接触。 2）白垩系大磨拐河组碎屑岩岩组 该组地层由砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成。
露天矿开采境界优化与动态管理 收稿日期:2003-09-08 作者简介:罗映南(1957-),男,福建漳平人,地质高级工程师,总经理,主要从事矿山技术及企业管理工作;福建省上杭县紫金路紫金大厦, 364200 罗映南 (福建紫金矿业股份有限公司) 摘要:随着科学的发展和技术的进步,国内外大中型露天矿已将边坡与开采境界由过去的“相 对固定”变为动态优化管理。随着采矿工程实际揭露的矿床地质、边坡工程地质与水文地质条件的变化,及时改变边坡位置、边坡形状、边坡角度,挖掘边坡潜力,调整开采境界,达到多采矿、少剥岩,以提高经济效益。本文介绍了紫金山金矿边坡挖潜、开采境界优化、5年编制5个境界的动态管理情况;论证了开采境界优化的目标和考虑的主要因素;分析了境界优化、动态管理的效果与效益;在此基础上提出了保证边坡稳定的技术措施。 关键词:露天矿;边坡挖潜;开采境界优化;动态管理 中图分类号:T D854 文献标识码:B 文章编号:1001-1277(2004)01-0023-04 1 引 言 到目前为止,尚未发现一座露天矿在开采全过程 中,矿床地质条件、边坡岩土工程条件与最初设计时一模一样的先例。换言之,矿床开采过程中,矿体与上下盘围岩的相对空间位置、原境界内矿岩量、边坡工程地质条件、水文地质条件的变化或多或少都要发生。因而,作为露天矿的开采境界也不能“一次定终身”,要及时调整优化,以适应变化了的情况,提高开采的经济效益。 紫金山金矿1998年开始由地下开采转为露天开采,2002年实际矿石产量为1153万t ,采剥总量1181万m 3;5年累计采出矿石量4000万t ,采剥总量1亿t 。露采的5年中,将露天采场的边坡与开采境界纳入动态优化管理,先后组织了4次开采境界调整、修改、优化,产生了5个开采境界,分别是1998年设计院境界,2000年、2001年、2002年和2003年3月公司编制的境界。5年中依据实际情况对边坡挖潜、开采境界优化,平均每年一个境界,对公司经济效益的提升发挥了重要作用。 2 开采境界优化与动态管理的必要性 露采5年来的实践,以下4个方面决定了边坡挖 潜与开采境界优化的必要性、重要性、紧迫性。2.1 适应矿床地质条件的变化紫金山金矿露采以来的5年中矿床生产地质工作不断加强,自行研制的I DS 矿床地质计算机模型适合紫金矿床大透镜状矿体、全岩矿化、自主矿体中央 向外呈渐变关系的矿床地质特征,并在实践中逐步修正完善;生产中全面实施与国际技术接轨的潜孔钻炮孔取样、化验等多种生产地质方法,上盘发现有新矿体,矿岩界线有较大变化。因而,需要依据变化了的情况,重新考虑边坡位置,调整开采境界,将原境界外的矿体圈入境界内,将不必要剥离的岩石划入境界外,达到多采矿、少剥岩,努力提高资源的可采量。2.2 适应工程地质、水文地质条件的变化 经过5年的露采,已开辟出748～1048m 总计25个台阶。构成边坡岩体的岩性、构造、结构面、风化程度、赋水性等工程地质、水文地质、岩土力学特性得到实际揭露。总的情况是采场北部———包括NE 帮、N 帮、NW 帮地段岩体风化程度较弱,强度较高,边坡未见失稳、破坏征兆,可以适当提高边坡角。采场南部———包括S 帮、SW 帮、SE 帮,岩体风化程度高,呈散体、碎裂结构,黏土矿物含量多;SW 帮F 5断层是该帮呈复合型平面剪切破坏的决定性因素,南帮边坡需慎重对待。上述情况,要求对边坡进行适当调整,挖掘北帮潜力,保证南帮稳定、安全。2.3 适应井下采空区的发展与变化 经采场地压科用多种手段测量、调查,近两年来 采场中央原地下采空区、古采硐及16～24线采空区状况基本查明,与原来掌握的资料有较大的发展和变化。边坡挖潜中对采场中央原地下开采11个中段和16～24线5个中段的采空区,按上下盘岩移角和陷落角分别取65°和70°、60°和65°,分别圈出了采场中央和16～24线的岩移圈、陷落圈,岩移圈面积分别为760m ×760m 、740m ×340m 。地下采空区的发展变化 2004年第1期/第25卷 黄 金G OLD 采矿工程23
露天矿采矿基本知识 矿石：地壳中的矿物自然聚合体，在当前技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或矿物产品的叫做矿石，一矿石为主体的叫做矿体，矿床是矿体的总成称。废石：矿体的围岩或矿体中的岩石（夹石），不含有用成分的或含量较少的，从经济角度出发无开采价值的称为废石。 品味：矿石中有用成分的含量，品味常用百分数表示。黄金、金刚石、宝石等贵金属矿石，常用1t（或1m3）矿石中含多少克或克拉有用成分来表示。 露天开采的优点：建设速度快、劳动效率高、开采成本低、矿石损失贫化小、作业条件好。生产安全可靠；缺点：初期投资大、环保能力差、工作条件受气候影响较大、 岩石的性质：结块性、氧化性、含水性、松胀系数、容重（单位体积矿、岩的重量，单位为N/m3）、硬度、稳定性 影响露天开采的矿床埋藏特征主要有形状、产状、和大小 金属矿矿床的形状：脉状、层状、块状 矿床的产状三要素：走向（矿体层面与水平面所成交线的方向）、倾向（矿体层面倾斜的方向）倾角（矿体层面与水平面的夹角） 近水平矿体倾角0°~10°，缓倾斜矿体10°~25°，倾斜矿体倾角为25°~40°，急倾斜矿体倾角大于40°， 薄矿体厚度在0.3~3m之间、中厚矿体厚度为3~10m、厚矿体度为10~30m或更大， 山坡露天矿：矿体赋存于地平面以上或者部分赋存于地平面以上，露天采场没有形成封闭的矿坑，位于地平面以上部分的露天采场称为山坡露天矿 露天坑：露天矿开采终了时一般形成一个以一定的底平面、倾斜边帮为界的一个斗形矿坑露天开采境界：是指露天开采终了时或某一时期形成的露天矿场 露天矿场边帮:是指露天开采境界四周表面部分，露天矿场边帮由台阶组成，位于开采上盘的边帮称为顶帮或上盘边帮，位于开采下盘的边帮称为底帮或者下盘边帮，位于两端的称为端帮，有工作设备在上作业的进行穿爆、采装工作的边帮称为工作帮，否则称为非工作帮，全面完成工作的边帮称为最终边帮 露天开采境界线：露天矿场边帮与地表平面形成的闭合交线称为地表境界线，露天矿场边帮与底平面形成的交线叫底部界线或底部周界 帮坡面：边帮是由台阶所形成的，帮坡面分为工作帮坡面和非工作帮坡面，工作帮坡面是指露天矿场最上一个台阶和最下一个台阶坡底线形成的假想平面，非工作帮坡面是指露天矿场最上一个台阶坡顶线与最下一个台阶坡底线形成的假想平面 最终帮坡角：是指最终边帮形成的坡面与水平面的夹角，也叫最终废止角，分为上盘帮坡角和下盘帮坡角 工作帮坡角：是指工作帮破形成的坡面与水平面的夹角 非工作平台：组成非工作帮面上的台阶上的平盘叫非工作平台，非工作平台按用途分为清扫平台、安全平台和运输平台。清扫平台是非工作帮上为了清扫风化的岩石而设立的平台，上面能运输清扫设备，安全平台是为降低最终边坡角而设立的，起到保护边坡稳定性的作用；运输平台是为行走运输设备而设立的平台，保持矿石和废石从深部或顶部运往选矿厂或排土场 采区：采区是指位于平盘上的凿岩、采装、运输等设备工作的区域，沿台阶走向将某工作平盘划分为几个相对独立的采区，每个采区又称采掘带，采掘带的大小由采区的长度和采掘带的宽度表示
露天开采基本知识 1．基本定义 借助于机械设备由地表直接开挖的生产过程。主要由穿、爆、采、运、排五大生产环节组成。 2．岩石的分类、褶曲、断层 2.1 由岩浆作用形成的岩石称岩浆岩； 2.2 由沉积作用形成的岩石称沉积岩； 2.3 由变质作用形成的岩石称变质岩。 走向、倾向和倾角表示产状三要素。 3．煤层、煤炭基本要素 3.1 按煤层厚度： 薄煤层 <３.５m 中厚煤层 ３.５～10m 厚煤层 >10m 3.2 按煤层倾角： 近水平煤层 <5° 缓倾斜煤层 5～10° 倾斜煤层 10～45° 急倾斜煤层 >45° 3.3 按挥发份指标： 褐煤 HM ＞37% Qgr,m,af(无灰恒湿基高位发热量)＜24MJ/kg 背斜 向斜 褶曲的基本形态 断层 正断层 逆断层 平移断层
长焰煤CY＞37% Qgr,m,af(无灰恒湿基高位发热量)＞24MJ/kg 不粘结煤BM＞20－37% G值小于5 弱粘结煤投RM＞20-37% G值大于5-30 气煤QM＞37% G值大于30 肥煤FM＞10-37% G值大于85 焦煤JM＞20-28% G值大于50-65 瘦煤SM＞10-20% G值大于25-65 贫煤PM＞10－20% G值大于5-20 无烟煤WM＞0-10% 3.4 按灰分产率： 低灰分煤≤15%； 中灰分煤 >15～25%； 高灰分煤 >25%； 3.5 按煤炭颗粒度： 特大块（T）大于100mm； 大块（D） 50~100mm； 中块（Z） 25~50mm。 4．煤的基本含义 4.1 原煤——绝对干燥灰分在40%以下，不应含有大于50mm的矸石。 4.2 毛煤——从采区开采出来没有经过加工的煤炭，其数量等于原煤加粒度大于50mm的矸石量。 4.3 工程煤——在建设过程中或试生产过程中采出的煤。 4.4 挥发份——煤在密闭状态中加热后，从煤中分解出来的液体（蒸汽状态）和气体产物。 4.5 固定碳含量——以煤为100%减去水水分、灰分和挥发分产率而得。 5．露天矿山生产类型 5.1 深凹露天——露天采场位于地平面以下，形成封闭圈。位于封闭圈以下部分的露天采场。 5.2 山坡露天——矿体赋存于地平面以上或部分地平面以上。露天采场没有形成封闭的矿坑。 6．露天矿山主要特点 6.1主要优点： 6.1.1 建没速度快——建设1000万吨特大型露天，只需2年时间左右，是地采矿基建时间的一半左右。 6.1.2 劳动生产率高——采用大型高效设备，劳动生产率是地采矿的3倍左右。6.1.3 开采成本低——由于采用机械化开采，开采成本是地采矿的1/2～1/3左右。 6.1.4 矿石损失率低——一般损失、贫化率为3～8%，而地采矿为5～15%。 6.1.5 作业条件好，生产安全可靠。 6.2 主要缺点： 6.2.1 初期投资大； 6.2.2 环保能力差； 6.2.3 工作条件受气候影响较大。 6.3 主要安全问题： 6.3.1 爆破作业安全；
五、露天开采境界的确定方法 （一）确定露天矿最小底宽 露天矿最小底宽应满足采装运输设备的要求。目前我国绝大多数矿山以自卸汽车运输为主，故只介绍汽车运输最小底宽的计算。若采用折反式调车，则： Bmin＝Rcmin＋0.5bc＋2e＋0.5 lc （1－18） 式中Rcmin——汽车最小转变半径；米； Bc——汽车宽度，米； e——汽车距边坡的安全距离，米； lc——汽车长度，米。 若采用回返式调车，则： Bmin＝2（Rcmin＋0.5bc＋e）（1－19） 在确定开采境界时，若矿体厚度小于最小底宽，底平面按最小底宽绘制；若矿体厚度大于最小底宽不多，则以矿体厚度为最低水平底宽；若矿体宽度远大于最小底宽，露天矿底的位置主要以境界内可采矿量尽量大而剥岩量最小确定之。 （二）选取露天矿边坡角 最终边坡角的选取，对剥岩量影响很大。在保证边坡稳定的前提下，边坡角的选取一般按类似已进行开采矿山实用的边坡角选取。类比法边坡角的选取应满足安全条件和技术条件的最小边坡角值。 （三）确定露天开采深度 1、长露天矿开采深度的确定 露天矿走向长度大时，首先在各地质横断面图上初定开采深度，然后再用纵断面图调整露天矿底部标高。 （1）在各地质横断面图上初步确定露天开采深度。 首先，在横剖面图上作出若干个深度的开采境界方案（图1－11）。依据前面选定的最小底宽和边坡角，绘制开采境界图。 其次，针对各开采深度方案，用面积比法或线段比法计算其境界剥采比。 最后将各方案的境界剥采比与开采深度绘成关系曲线，与经济合理剥采比的水平线的交点深度，就是所要求的开采深度。
图1－11 长露天矿开采深度的确定图1－12 厚矿体的无剥离开采 H1－最初确定的开采深度； H2－无剥离开采的深度 H3－最终的露天开采深度至此，完成了一个地质横断面图上露天开采理论深度的确定。按同样的方法，可将露天矿床范围内所有横断面图上的理论深度都确定下来。 应当指出，在确定厚矿体的开采深度时，鉴于露天矿底的 位置不易确定，有时按矿体厚度而不是最小底宽作图（图1－12 ），然后继续向下无剥岩采矿，直至最小底宽为止。开采深度应是最初确定深度与无剥离开采深度之和。 （2）在地质纵断面图上调整露天矿底部标高。 在各个地质横剖面图上初步确定了露天开采的理论深度后，由于各剖面的矿体厚度和地形变化不等，所得开采深度也不一。将各剖面图上的深度投影到地质纵剖面图上，连接各 点，得出一条不规则的折线（图1－13中的虚线）。 图1 －13 在地质纵断面图上调整露天矿底平面标高 ——矿体界线；-------调整前的开采深度；___ 调整后的开采深度 为了便于开采和布置运输线路，露天矿的底平面宜调整至同一标高。当矿体埋藏深度 沿走向变化较大，而且长度又允许时，其底平面可调整成阶梯状。调整的原则是，使少采出 的矿石量与多采出的矿石量基本均衡；并让剥采比尽可能小。图1－14的实线便是调整后的 设计深度。
2013年第39卷第3期 工业安全与环保 №【ch 2013II l |b 庙a l S 醯田and EI Ivi 咖Ⅱ咖t a 】Prot ecli 眦6l SI 瓜PA C 用户子菜单在露天矿境界优化中的应用 连民杰1马帅2孙莹3岑元刚3 (1．中钢集团矿业开发公司北京100080；2．西安建筑科技大学管理学院西安710311； 3．中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉430081) 摘要露天矿境界优化是露天矿开采设计和生产过程控制的重要内容。开采境界决定了矿山最终的 开采形态，关系到矿山地质环境保护与治理恢复方案的编制。在sIl Il PA C 中使用用户子菜单，简化了境界优 化过程中优化参数变动带来的重复性工作，并在实际应用中证明该子菜单在矿山企业规划设计中具有较高 实用性。 关键词SU T 姒C 境界优化用户子菜单露天矿 山枇‰of 双】瑚瞄C U 蚰M 锄璐j n O p 饥一pit 蛐ol pt im j 函瞄阻uA N 删i el 姒s hl l ai 2s U N Y i 醇cEN Y 1珀ngan 矿 (1．硒盼$训慨D ．。埘．蛾1000∞)A l 奴瑚嘎 11l e op 衄皿血D i t op 豳五蒯∞i s 跚i 功pof t am 叫0ft he 0p 朗一pitl niIl illg 妇印all d 舯删册舯。o 嘲咖- 埘．F 埘曲liIlg 蛐如幽她￡lIal 幽崦fom landjs 池刚to me 血鹏鲕蝤cal 删㈣Pmt 洲∞and 她呐0f 咖嘲岬．11l e 峨0f 嘲籼in 删l laB si nI 衄ed tl l e m 咧讹谳iI I t l l e 删血妇 p 玎磁麓西叩曲蜥∞pa 珊钟t er cIlallg 簋．酬ce 8b 惦妇i tIlasIli 曲删∞m yinIIliIlil lg 蜘teI 洳pll 眦lillg aI ld de 矗印．脚W 砒SllIlPAc 鼬咖愀啪哪呻一 pit I ni 淝 0引言矿产资源储量的估算及开采和开采境界的优化历来是矿产资源开发研究的重点领域。露天开采境界是指露天矿开采终了(或某一时期)所形成的空间轮廓。它由露天采矿场的地表境界、底部境界和边坡周界组成。露天开采境界的设计在方法和手段上经历了3个阶段【1。2】：手工设计阶段，计算机辅助设计阶段，优化设计阶段。随着计算机技术的发展，地质统计和三维模拟在储量估算和露天开采境界优化方面越来越显示出其优越性，也成为矿床储量估算和开采设计的一种主流趋势【3J 。1矿床地质概况三道庄钼钨矿床隶属于洛铝集团，是一个世界级超大型矿床，它是东秦岭钼矿带乃至世界范围最具代表性的钼钨矿床，且形成于大陆碰撞造山体制。东秦岭钼矿带主要发育在前两个构造单元，即华北克拉通南缘和北秦岭造由带，而三道庄钼钨矿床位于华北克拉通南缘刚性基底推覆体的前缘带，均呈m 阿L 网向分布【4I 。走向长l 500m ，厚度80—150m ，平均厚度125m ，面积4．46I 玉，矿石储量5．8亿t [5J 。2露天矿境界优化 2．1SU R PA C 软件境界优化的基本流程 sI 『I i PA C 软件是在矿业领域内应用较早并具有国际领先水平的大型数字化矿山软件，其核心是一个完全集成的数据可视化和可编辑的三维图形模块，可以依据地质勘探数据建立地质数据库，并通过地质数据库建立三维块体模型，在给定的约束下，显示完整的矿体三维模型。图l 是根据三道庄钼钨露天矿地质勘探数据，利用SI 『R PA C 软件建立的矿体三维模型。 境界优化步骤【“7J ： (1)收集矿床地质勘探数据，钻孔开口坐标、钻 孔测斜、样品品位、岩性等构造建立地质数据库。(2)将地质数据库导入sI JI l PA C 软件系统，建立地质矿床资源模型。 (3)建立矿床品位块体模型，将矿体划分为若干—定尺寸的单元块，矿体边缘利用次级分块技术进行拟合，添加约束后建立块体模型。 (4)根现有的地质勘探和开采技术条件，确定境界优化经济参及确定露天边坡约束参。(5)按照sU RPA C 软件系统提供的优化模块，输