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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 vn 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： kk kv 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 lv 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)边邦境界剥采比：露天矿保持最终帮坡角不变延伸单位深度时，从其一邦增加采出的岩量与其矿量之比。
kA kA kA v n p =kB kB kBv n p =(4) 生产剥采比：TT Tv 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： 2max 2T v n p = 最大生产时期的平均剥采比(6)初始剥采比： 00123v 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。
露天开采境界确定方法
露天开采境界确定方法是一种采矿作业中的重要方法，用于指导
露天开采作业的进行。
目前，由于技术进步、露天采矿范围的扩大，
露天开采境界确定的规则日益复杂。
本文从三个方面重点阐述了露天
开采境界确定方法。
首先，在确定露天开采境界之前，必须弄清楚当前露天开采活动
正在开展的矿区的类型，以及经营范围大小，并划定出其区域范围。
通常情况下，按照矿石的自然更新率、采矿现有的技术能力等因素，
将整个矿区分割成一系列较小的矿区。
其次，通过现场测量、影像分析以及GPS定位等技术，确定每个
矿区的边界位置，并将其定义出来，以便在日后的管理和开采中使用。
最后，通过监测和分析，对矿山环境进行不断研究，形成一套针
对不同风险级别的管理措施，以确保露天开采作业的安全稳定。
总之，露天开采境界确定方法是露天开采作业中的重要方法，可
以有效地指导和管理露天开采作业，为实现安全、有效的露天采矿作
业提供强有力的保障。
4.4.2露天采场边坡参数的确定根据矿床开采技术条件，并参照类似矿山和本矿山的特点，初步确定露天采场边坡参数如下：终了阶段高度：10～20m；终了阶段坡面角上部黄土：45－50°、下部阶段坡面角（基岩）：60°；安全平台宽度：2.5m；清扫运输平台宽度：8m。
4.4.3露天开采境界的确定（1）露天开采境界圈定原则1）区间剥采比不大于经济合理剥采比3m3/m3（3.00t/t）；2）以矿床331+332+333级储量作为圈定露天开采境界的依据（333级储量按60％计）；3）选用的采场最终边坡参数构成的边坡在服务年限内稳定。
（2）境界优化初步设计是在可行性研究的基础上进行的，由于可研中采用剖面线段比法进行的境界圈定，方法比较简单，所以可研境界圈定中的矿岩量与实际采出的矿岩量有所出入。
为此在初步设计中采用计算机方法进行境界优化，重新确定终了境界、矿岩量，以求尽可能反映项目实际状况。
本次境界优化应用Minesight软件完成，使用的技术经济指标采用可研中的数据，并与矿方相结合。
开采境界优化技术经济指标详见表4-1。
表4-1 开采境界优化技术经济指标表根据确定的边坡角和技术经济参数，本次初设共圈定了10个境界进行优化分析计算，境界优化表见表4-2。
表4-2 张青岗石灰石矿境界优化表根据露天开采境界圈定原则，区间剥采比不大于经济合理剥采比3m3/m3（3.0t/t）；确定P06优化境界为本次初步设计的最终优化境界。
（3）露天开采境界的圈定根据最终确定的优化境界，以此为基础，用确定的边坡和台阶参数进行布线，圈定露天开采终了境界。
圈定的露天开采境界分为东采区和西采区两个小露天开采境界，中间用道路连接。
东采区露采境界底部标高230m，矿体平缓，开采境界底部沿矿体底板布置，坑底长180～300m，开采境界最高标高286m，开采深度56m，开采境界面积27.09×104m2。
西采区露采境界底部标高230m，矿体平缓，开采境界底部沿矿体底板布置，坑底长300m，开采境界最高标高300m，开采深度70m，开采境界面积37.96×104m2。
1、露天开采：用一定的采掘运输设备在敞露的空间里从地表开始进行开采作业。
地下开采：从地下矿床的矿块里采出矿石的过程。
山坡露天矿：露天开采境界封闭圈以上为山坡露天矿凹陷露天矿：封闭圈以下为凹陷露天矿封闭圈：露天开采上部境界在同一标高上形成的闭合曲线，称为封闭圈。
露天采场：露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和，称为露天采场。
台阶：露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下层开采，并保持一定的超前关系。
在开采过程中各工作水平空间上呈阶梯状，每个阶梯就是一个台阶。
台阶的命名：通常以开采该台阶的下部平盘的标高表示，故常把台阶叫作 xx 水平。
工作台阶：台阶是露天采场基本构成要素之一，进行采剥作业的台阶为工作台阶。
非工作台阶：暂不作业的台阶为非工作台阶。
爆破带：开采时，将工作台阶划分成若干个条带逐条顺次开采，称每一条带为爆破带。
采掘带：挖掘机一次挖掘的宽度为采掘带。
非工作帮：由结束开采工作的台阶平台、坡面和出入沟底组成的露天采场的四周表面称作非工作帮。
底帮：位于矿体下盘一侧的边帮叫做底帮。
顶帮：位于矿体上盘一侧的边帮叫做顶帮。
端帮：位于矿体两端的边帮叫做端帮。
最终边坡角：指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，也称最终帮坡角或最终边帮角。
上部最终境界线：最终帮坡角与地面的交线为露天采场的上部最终境界线下部最终境界线：最终帮坡面与露天采场底平面的交线为下部最终境界线或称底部周界剥采比：剥离的岩石量与所采的矿石量之比，即每采一吨矿石所需剥离的岩石量叫做剥采比出人沟：是建立地面与工作水平之间以及各工作水平之间倾斜的运输通路。
开段沟：是在每个水平上为开辟开采工作线面掘进的近似水平的沟道。
3、露天开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总和，称为露天采场。
基本要素：非工作帮、工作帮、最终边坡角、工作帮坡角、上部最终境界线、下部最终境界线。
5、露天开采的基本内容是什么？露天开采通常包括：地面的场地准备、矿床的疏干和防排水、矿山基建及生产工作以及生产结束时地表的恢复利用等内容。
某煤矿采区合理帮坡角及露天开采境界的确定摘要：煤矿合理帮坡角及露天开采境界的确定：包括露天矿合理帮坡角的确定及滑坡的预防，圈定露天开采境界，确定采场内的有用矿石量和废石量，结合矿山发展和实际条件，确定最终开采深度，并进行清楚的叙述。
关键词：露天煤矿；边坡角；开除境界矿区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗补连乡后补连村境内，东西宽约0.64公里，南北长约1.9公里，面积为1.22平方公里。
地理位置：东经：109°56′04″ ～110°09′18″北纬：39°13′18″ ～39°28′36″1 矿区工程地质特征该区大地构造位置处于鄂尔多斯台向斜东胜隆起区之东南边缘地带，处于祁、吕、贺”山”字型构造体系的直地部分。
区内基本构造形态为一向南西倾的单斜构造，岩层走向NW25°SE，倾角一般1～3°局部倾角增加到5～8°，其宽缓的波状起伏。
区内褶皱、断裂不发育，仅在乌兰木伦庙西北有一正断层，走向NE47°，倾向NW，倾角76°，断距6m左右。
本区主要含煤地层为中下侏罗统延安组（J1-2y）在忽鸡图沟及乌兰木伦河两岸有零星露头，煤系地层主要岩性为灰、灰白色及深灰色的中细砂岩、砂质泥岩和煤组成。
本组岩石根据其组合特征，可将地层分为上，中，下三个岩段。
1.1 下岩段（J11-2y）5号煤组顶板砂岩以下到延安组层界砂岩。
该段岩性主要为灰色，灰白色细砂岩，砂质泥岩，粉砂岩，泥岩及5，6号煤组组成。
1.2 中岩段（J21-2y）5号煤组顶板砂岩至3号煤组顶板砂岩底，岩性主要是由灰，深灰色粉岩，砂质泥岩3，4号煤组组成。
1.3 上岩段（J13-2y）3号煤组顶板砂岩至延安组顶界。
岩性主要是由灰，白色中细粒粉砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩及2号煤组组成。
煤系地层上覆盖第三系和第四系松散层，露天区内松散层沙厚度一般为15m，最大为22m。
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。
露天矿开采境界的确定方法和步骤露天开采境界设计广泛采用h j j n n •≤原则进行确定，其方法和步骤为： (1)确定露天开采深度1)长露天矿开采深度的确定：走向长度大的露天矿，应先在各地质横剖面图上初步确定开采深度，然后再用纵剖面图调整露天矿底部标高。
从各个地质横剖图上初步确定的露天开采深度，由于各横剖面上矿体厚度和地形条件不同，所得的深度也高低不一，投影到地质纵剖面图上，连接各有关点，得出将是一条不规则的折线。
为方便开采和布置运输线路，须将露天采场的底部调整为同一标高，在长度允许下，也可将底平面调整成阶梯状。
这种调整的原则是，使少采出的矿石量与多采出的矿石量基本平衡，并使剥采比尽可能小。
2)短露天矿开采深度的确定：走向很短、深度和宽度相对较大的露天矿，必须考虑端帮扩帮的影响。
在剖面图上不能把开采深度直接确定下来，需用平面图法计算出境界剥采比再确定露天开采深度。
具体步骤是，把预计几个可能深度的境界剥采比分别算出后，选取境界剥采比等于经济合理剥采比的阶段做为露天采场的底，则其深度即为露天矿开采深度。
(2)确定露天矿底平面周界1) 露天矿底的宽度。
露天矿底宽可能大于或小于矿体的水平厚度，但必须满足最小宽度的要求。
确定原则是，保证在全部露天开采范围内，矿石的回来率最高，而剥离的岩石量最少。
露大矿底平面最小宽度应保证生产安全和采掘运输设备的正常工作。
从矿山采剥工程要求来看，它相当于开段沟的掘进宽度，取决于掘进方法及设备类型和规格，按工作安全条件要求，一般不小于20～30m 。
2) 绘制露天矿底平面周界。
露天矿底平面标高及端部位置确定后，即可绘制出底平面的理论周界，绘制的方法是，以地质纵断面图上已调整的露天矿底部标高为准，在各地质横断面图上绘出露天采场的境界，将各地质横断面图上露天矿底平面的两端边界投影到该标高的分层平面图上，连接各点，即可得出底平面的理论周界。
为了便于采掘运输，露天采矿场底平面应尽可能保持平直。
露天开采境界的确定原则
露天开采境界的确定，实质上是对剥采比大小的控制，使之不超过经济合理剥采比。
然而，究竟要控制哪一种剥采比，各有不同的看法。
归纳起来，主要有控制境界剥采比、平均剥采比和生产剥采比三种观点。
现介绍如下:
一）、境界剥采比不大于经济合理剥采比(n j ≤n jh )
1.实质
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8-2-7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
γγD AC Vb Aa ∆=∆+∆ b
a C A V D )(-=∆∆γ （8-15） 式中 ΔA ——露天开采境界延深后所增加的矿石量，m 3；
ΔV ——露天开采境界延深后所增加的岩石量，m 3。
等式的左端是境界剥采比n j ，右端是经济合理剥采比n jh ，亦即
jh j n n = （8-16）
2.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n j ≤n jh 原则提出过种种异议，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。
n j ≤n jh 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n j ≤n jh 原则确定境界时，往往用n p ≤n jh 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(n p ≤n jh )
1.实质
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8-2-8，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
A C bV Aa D γγ=+
b a C A V D )(-=γ （8-17） 上式的左端是平均剥采比，右端是经济合理剥采比，即
n p ≤n jh
图8-2-7 n j ≤n jh 原则的含意 图8-2-8 n p ≤n jh 原则的含意
2.评价
n p ≤n jh 原则是一种“算术平均”的概念。
它既未涉及整个矿床开采的总经济效果，更没有考虑开开采过程中剥采比的变化。
因此，它是一个比较粗略、笼统的原则。
由于这一原则是采用算术平均的方法，露天开采某个时期的经济效果可以劣于地下开采，只要前者还有优于后者的时候，优劣搭配，使平均起来的露天开采效果等于地下开采就可以。
因此，这样确定出来的境界,往往比n j ≤n jh 原则所固定的境界要大，可能造成基建剥离量大、投资多、基建时间长，甚至使露天开采过程中生产剥采比超过允许值，使企业长期处于亏损状态。
对于某些贵重的有色、稀有金属矿床或中小型矿山，为了尽量采用露天开采以减少矿石的损失和贫化，设计中有时可以运用这个原则来确定境界，借此扩大露天开采矿量。
此外，这一原则使露天开采的平均经济效果不劣于地下开采，这也正是露天开采的起码要求。
因此，n p ≤n jh 原则常作为n j ≤n jh 原则的补充。
就是说，对于某些覆盖层很厚或不连续的矿体，当采用n j ≤n jh 原则确定出境界后，还要核算该境界内的平均剥采比，看它是否满足n p ≤n jh 原则。
三）、最大生产剥采比不大于经济合理剥采比（n s.max ≤n jh ）
1.实质
该原则的理论依据是,露天矿任一生产时期按正常工作帮坡角进行生产时，其生产成本不超过地下开采成本或允许成本。
2.评价
n s.max ≤n jh 原则反映了露天开采的生产剥采比的变化规律，保证露天开采过程中各个开采时期的生产剥采比不超过允许值。
用该原则确定的露天开采境界，一般比第一种原则确定的要大，较第二种原则确定的要小，能较好地反映露天开采的优越性。
该原则的缺点是，没有考虑整个矿床开采的总经济效果，特别是生产剥采比通常只能在圈定了露天开采境界并相应地确定了开拓方式和开采程序之后才能确定。
因此，最大生产剥采比出现的时间、地点、数值及其变化规律，都有很大的不确定性，给开采境界的确定带来困难。
四）、根据矿石的需要量和勘探程度确定开采境界
象石灰石、白云石等剥离量小而储量大的低价矿床，有时要根据对矿石的需要量或勘探程度来确定露天开采境界。
小型露天矿山一般采用境界剥采比等于经济合理剥采比（尤为以价格法确定经济合理剥采比）或根据矿石的需求量和勘探程度的原则确定露天开采境界。
