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。
境界剥采比 又称增量剥采比。
当露天开采境界延深深度为h 时，其周界增加的废石量△V 与增加的矿石量△Q 之比(图1a)。
用境界剥采比N k 在地质横剖面图上计算开采境界深度。
N k = △V / △Q
平均剥采比 露天开采境界内全部废石量V 和全部工业储量Q 之比(图1b)。
N p = V / Q
分层剥采比露天开采境界内某一分层的废石量V F 与矿石量Q F 之比(图1c)。
N F = V F / Q F
生产剥采比 又称时间剥采比。
露天矿某一生产时期剥离的废石量V s 与采出矿石量Q s 之比(图1d)。
编制年度生产计划时，取生产剥采比A s 大于平均剥采比。
露天矿开采境界深度确定露天采场最终开采深度，按境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，在地质横剖面图上确定。
其方法有方案分析法和图解法两种。
设计常用图解法。
当矿石储量大，根据所确定的设计规模，开采年限长时，通常考虑分期开采，圈定分期临时开采境界。
采场边坡稳定性分析见露天矿边坡设计。
采场边帮构成要素确定在露天矿边坡稳定性分析基础上确定采场最终边帮构成要素。
包括采场最终边坡角β、台阶高度h、台阶坡面角α、安全平台a、清扫平台b和运输平台c。
一般每隔两个安全平台设一个清扫平台。
安全平台宽度一般不小于3m。
运输平台根据运输方式和运输线路布置确定(图2)。
露天矿开采境界圈定有电子计算机法和人工法两种。
电子计算机法又分为浮动圆锥法、网络流法、平面投影法和动态规划法。
浮动圆锥法应用广泛。
其原理是用有限个相互重叠交错的可采倒圆锥来模拟露天采场。
取圆锥母线与水平线的夹角等于采场最终边坡角。
由于露天采场边帮的岩层、节理、裂隙等性质不同，边坡角亦随之变化。
设计计算时，将地质和地形测量资料输入电子计算机进行数据处理，建立矿床三维矿块模型，计算各矿块有用矿物品位，并划分岩性。
然后将采矿损失率、废石混入率、选矿回收率、精矿品位、产品成本和价格等技术经济指标输入电子计算机，建立矿块经济模型。
计算机按采场各区段不同边坡角和经济参数等约束条件，计算各块段的净值(正值为盈利)。
以露天底某一净值为正的块段的中心为圆锥小头中心，按岩性的边坡角建立第一个圆锥体。
计算圆锥体内各块段的净值并进行累加，若圆锥体内各
块段净值之和为正(有盈利)，则该圆锥可采，否则不可采。
然后依次向邻近净值为正的块段移动圆锥小头中心，形成新的圆锥体。
每移动一次所计算的净值增量称为移动增量。
当所有移动增量累计的净值最大时，所有可采圆锥的集合构成的露天开采境界为最优。
人工法采用下列步骤圈定。
(1)确定露天开采深度和底部平面。
在地质横剖面图上，根据境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则计算开采深度。
按采装、运输设备的技术规格和操作要求，确定采场底部宽度，并按选取的最终边坡角初步绘出开采境界。
各剖面图上的开采深度标高不相同时，应调整为同一标高或设计成阶梯状。
将各剖面图上的底部宽度投到地质平面图上，绘出采场底部平面周界。
周界尽可能平直，弯曲处应满足运输线路曲线半径要求。
(2)绘制开采终了平面图。
根据确定的采场底部平面、边帮构成要素和运输线路布置，从底部平面周界开始，由内向外依次绘制采场开采终了平面图。
(3)根据开采终了平面图，修改各地质剖面图的采场境界线。
