影响露天矿开采境界的多因素分析

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。

1.露天矿台阶基本要素台阶:由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成(半无限几何体)。

台阶命名:台阶常以其坡顶面水平和坡底面水平高程命名。

坡顶线和坡底线：台阶坡顶面和坡底面与台阶坡面的交线分别称为台阶的～。

台阶坡面角(α)：台阶坡面与水平面的夹角称为～。

台阶高度(H)：台阶坡顶面与坡底面之间的垂直距离即为～。

台阶宽度(W)：从本台阶的坡顶线(本台阶外缘)到上一个台阶的坡底线(本台阶内缘)之间的距离称为～。

台阶是垂直方向上的最小开采单元，即台阶在其整个高度上是一次爆破、一次铲装。

穿孔和装药作业在台阶的坡顶面进行，铲装和运输作业在台阶的坡底面进行。

台阶高度台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。

影响台阶高度的因素有：①生产规模、②采装设备的作业技术规格以及对③开采的选别性要求等。

☆②为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数(铲斗的装满程度)，台阶高度应不小于挖掘机推压轴高度的2/3，另一方面，为避免挖掘过程中在台阶的顶部形成悬崖，台阶高度应小于挖掘机的最大挖掘高度。

☆③在品位变化大、矿物价值高的矿山(如金矿)，开采选别性是制约台阶高度的重要因素。

开采选别性系指在开采过程中能够将不同品位和类型的矿石及废石进行区分开采的程度。

2.露天矿最终帮坡角从最上一个台阶的坡顶线到最下一个台阶的坡底线的斜面与水平面的夹角(θ)称为该段边帮的总帮坡角。

最终边坡角是露天采矿场构成要素之一。

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。

3. 露天矿台阶坡面角及其取值依据因素；台阶坡面角α：台阶坡面与水平面的夹角称为～台阶坡面角取决于：①岩体稳定性，岩体稳定性级别高时取大值(最大为90°)，否则取小值；②类似矿山经验值；③岩体结构，岩体层理面（或主要优势结构面）的倾向对台阶坡面角有直接的影响。

当台阶坡面与岩体层理面的倾向相同或相近，而且层理面倾角较陡时，台阶坡面角等于层理面的倾角。

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 = (Al- Ad) / bA l = Pl- alA d = Pd- ad式中Nj 为经济合理剥采比，t／t；Al，Ad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；Pl Pd分别为露天开采和地下开采的精矿价格，元／t；al为露天开采的精矿成本(不含剥离成本)，元／t；ad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。

矿山露天开采境界优化及边坡稳定性分析摘要:矿山露天开采是一种重要的矿产资源开采方式，然而，开采过程中存在边坡稳定性问题。

本文以矿山露天开采境界优化及边坡稳定性分析为研究对象，通过对该问题进行分析和研究，提出了一种改进的方法。

关键词:矿山露天开采；境界优化；边坡稳定性；分析引言矿山露天开采是对地下矿产资源进行开采的重要方法之一。

然而，露天开采存在着边坡稳定性问题，这将对开采过程的安全性和效率产生重大影响。

因此，对矿山露天开采境界优化及边坡稳定性进行研究具有重要意义。

一、矿山露天开采境界优化方法矿山露天开采境界优化一直是矿业领域的关键问题之一。

在传统的开采中，通常采用直线或曲线境界来界定矿山开采区域，但这种方法忽略了矿山周围的地质条件和边坡稳定性。

因此，为了提高开采效益和确保边坡的稳定性，矿山露天开采境界的优化研究迫在眉睫。

矿山露天开采境界优化的方法可以从多个角度进行分析。

地质条件分析是十分重要的一步。

通过详细地调查矿区的地质条件，包括岩性、倾角、断裂带等因素，可有效地评估边坡的稳定性，并进而确定最佳的开采境界。

其次，结合现代技术手段，如遥感、地理信息系统等，可以更加准确地分析地质数据，进而优化矿山的开采境界。

此外，矿山露天开采境界优化还需要考虑经济效益和环境保护的因素。

通过评估不同境界下的矿石开采量和成本，可以找到最佳的开采境界，实现最大化的利润。

同时，要充分考虑开采对周围环境的影响，如水土保持、水资源管理等，以确保开采对环境的破坏最小化。

矿山露天开采境界优化是一个复杂而关键的问题，旨在实现矿石开采的高效率和边坡的稳定性。

通过综合考虑地质条件、现代技术手段、经济效益和环境保护等因素，可以找到最佳的开采境界。

这将为矿业企业提供更可靠的决策依据，并为矿区的可持续发展奠定坚实基础。

二、边坡稳定性分析方法在矿山露天开采境界优化和边坡稳定性分析中，边坡稳定性的分析是一个关键环节。

边坡稳定性分析的方法可以分为定性分析和定量分析两种。

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。

魏家峁露天矿简介魏家峁露天煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗东部，魏家峁露天煤矿是魏家峁煤电一体化项目的两个子项之一，该露天矿田储量丰富，资源可靠，煤质为低硫高热值长焰煤，电煤市场条件明确，开发条件优越，适宜开发大型露天煤矿。

该矿一期规模6Ｍt/a，二期规模12Ｍt/a，配套电厂分别为4×600ＭＷ和8×600ＭＷ。

（一）露天矿特点：1、魏家峁露天矿是国内地形条件较复杂的露天煤矿。

黄土高原冲沟多、梁峁多。

设计根据上、下部不同的开采条件和开采对象，选择了不同的开采工艺。

2、魏家峁露天矿是目前国内剥采比较大的露天煤矿，毛煤平均剥采比为7.20m3/t，设计选择其中较小者做首采区（剥采比6.29m3/t）。

3、剥离物中黄土（在上部）最多，占57％。

设计选择适宜的开采设备（如汽车选大厢斗）。

4、煤层结构、构造简单，为单一的近水平的厚煤层，且赋存稳定。

设计对其上覆岩层选择了适合的开采工艺（倒堆工艺）。

煤比重1.49。

5、在天然冲沟上布置首采区、拉沟位置和排土场，同时也在天然冲沟上布设坝系工程防洪，效益风险共存，设计以工程治理方式确保露天矿生产安全。

6、魏家峁露天煤矿是魏家峁煤电一体化项目，电厂是煤矿的用户，主要目标市场明确，煤矿是电厂原（燃）料生产车间，用户可靠。

引言露天开采是指搬移土岩（剥离物）及采出矿石的总称。

搬移土岩的生产过程称剥离，开采矿石的生产过程称采矿。

露天开采的主要优点是：1、矿山生产能力大。

有的露天煤矿，年产煤量可达3000—5000万t，总剥岩量可达1亿到3亿t。

2、劳动生产率高。

国外有的露天煤矿，劳动生产率可达50～120t／人工，我国正在设计中的大型露天煤矿预计可达70t／人工。

3、成本较低。

露天开采的成本和剥采比、工艺、矿岩运距有密切联系。

只要剥采比不超过矿床赋存条件、矿物品位和工艺系统所要求的水平，露天开采成本一般可比地下开采低三分之一到二分之一。

4、安全程度高，劳动条件好。

1.内容提要本节将介绍露天开采境界的组成及影响因素，几种常用剥采比的定义，确定经济合理剥采比的方法，境界剥采比的计算方法，确定露天开采境界的常用原则，工程中确定露天开采境界的基本方法和步骤。

2.概述——露天开采境界的组成及其影响因素㈠露天开采境界的组成及其影响因素露天开采境界是指露天矿开采终了（或某一时期）所形成的采场空间边界。

它由露天采场的地表境界（可以理解为“边界”）、底部境界和周围边坡组成。

露天开采境界设计就是要合理地确定露天矿的底部周界、最终边坡和开采深度。

由于矿床埋藏条件不同，在确定矿床开发方式时可能遇到下列三种情况：①矿床全部宜用地下开采；②矿床上部宜用露天开采而下部宜用地下开采。

矿体延伸较深或覆盖层厚度变化较大，只能用露天开采方法开采其部分储量，仍有相当大部分储量需用地下开采。

③用露天开采的矿床。

属这类矿床的有：上部覆盖岩层厚度不大，埋藏浅的水平或缓倾斜矿床；在圈定的境界外尚有少部分储量，不值得再用地下开采时，可扩大开采境界，将这部分储量用露天法采出；在圈定的境界外尚有相当大部分储量暂不宜用地下开采。

对于后两种情况，需要确定露天开采的合理界限，即露天开采境界。

限定露天开采境界的几何要素有：露天矿底平面的位置和形状、最终边坡角及开采深度。

合理确定露天开采境界极为重要。

露天开采境界的大小，将决定了露天矿的可开采工业储量和剥离岩石量，并将影响露天矿场内的矿岩量、露天矿的生产规模及服务年限、基建工程量、设备选型、劳动定员、成本等主要技术经济指标。

因此，合理确定露天开采境界，是露天矿设计的一项重要工作，这不仅是一个技术问题，也是一个经济问题。

影响露天开采境界的因素很多，归纳起来有以下几个方面：⑴自然因素包括矿体埋藏条件（如，矿体的产状，地质构造，矿石质量及其变化情况等）、矿床勘探程度及储量等级、矿石和围岩的物理力学性质、工程地质条件与水文地质条件、矿区地形及地物分布情况（如，河流、地面建筑物及厂房）等。