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东露天矿南帮(E6600-E9800)最终开采境界的确定杨占军;李焕忠【摘要】结合东露天矿原有地质资料,及物探资料的整理分析,建立了相关地质模型,通过南帮岩性和地质构造分布特征研究、岩石力学指标的重新确定、边坡变形破坏机理研究、边坡稳定性分析评价和边坡变形破坏措施研究等工作,最后确定南帮最终开采境界.开采境界确定后预计多采煤炭337余万t,创直接经济效益11.31亿元,同时还保证了东露天矿南帮最终边坡的长期稳定.【期刊名称】《露天采矿技术》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】4页(P49-51,55)【关键词】开采境界;地质模型;边坡稳定性分析评价【作者】杨占军;李焕忠【作者单位】抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿,辽宁,抚顺,113003;抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿,辽宁,抚顺,113003【正文语种】中文【中图分类】TD824.7+1东露天矿位于抚顺煤田的东部，矿坑东西长5.7 km，南北宽1.9 km，面积9.2 km2。
矿坑分东、西部2个采区，东区开采深度+40 m，西区开采深度-10 m。
现已探明煤炭地质储量7388万t（-280境界），油母页岩地质储量5.6亿t（-280境界），矿坑服务至2065年。
东露天矿田最早开采时间为1924年。
经过50年代、60年代、70年代、90年代多次兴建开发，目前已形成了走向长6 km、深20～40 m的矿坑。
油母页岩富矿和局部煤层露头已经被揭开，已形成多个富矿和剥离台阶。
东露天矿田位于抚顺煤田东部，向斜轴南翼，南老虎台与南龙风之上。
矿田为新生代老第三系内陆沼泽相沉积地层。
矿田内地层系统包括太古界鞍山群，下白垩统龙凤坎组、老第三系抚顺群和第四系。
本井田基底为元古界花岗片麻岩；白垩系地层上赋元古界基底之上，与第三系岩层直接呈不整合。
其中：下部无煤层为第三系的最下部岩层，本层上部为局部变质的绿色凝灰质砂岩及页岩，下部有杏仁状构造的玄武岩，该层上部即为下部煤层，此岩层岩石交替变化甚大，煤层不稳定，时常呈尖灭或凸镜体出现。
露天煤矿最终境界优化实用算法胥孝川;顾晓薇;王青;郑友毅【摘要】基于开采总利润最大的准则,设计了开采境界优化的“正锥体排除法”算法体系,包括最大境界的圈定,锥壳模板构建和锥体排除算法.该算法可以方便地处理不同方向和区域具有不同帮坡角的情况.把这一算法体系应用于建立的柱状煤层模型,根据矿山生产能力、煤矿地质条件、当前煤矿开采成本以及煤矿售价,进行优化,得出了在给定煤层赋存条件和技术经济条件下境界的最佳大小和形态,以及采剥量.为矿山生产决策者提供了设计依据,具有重要的参考价值.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】4页(P715-718)【关键词】露天煤矿;境界优化;锥体排除法;锥体模板;最终境界【作者】胥孝川;顾晓薇;王青;郑友毅【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;中国煤炭科工集团有限公司,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD216露天矿开采中，最终境界是露天开采的一大要素，是露天矿山生产经营决策的重要依据.合理境界的确定，需要统筹考虑矿山资源状况、开采技术条件、矿产品销售价格、矿石开采及处理成本等多种复杂因素对开采设计方案总体效果的影响，其目的是使整个矿产开采所获得的经济效益最优［1］.由于最终开采境界对露天矿总经济效益将产生重大影响，露天开采境界优化从20 世纪60 年代起就成为了一个被广泛研究的课题，浮锥法和图论法是具有代表性的算法［2-5］.最终境界的优化方法很多，习惯上分为两大类:一类是准优化方法，Kim 将储量参数化也归为此类［6］；一类是具有严格数学逻辑的优化方法.本文以开采总利润最大为准则，设计了开采境界优化的“正锥体排除法”(相对于一般锥顶向下的浮锥法，能够有效地控制锥体的重叠)算法体系，包括最大境界的圈定，锥壳模板构建和锥体排除算法［7-9］.把这一算法体系应用于建立的柱状煤层模型，得到最优境界［10］.锥体排除法的基本思路是从一个可能的最大境界开始，逐层“剥去”境界外围那些不赢利(利润小于或等于零)的部分，直到在境界外围找不到不赢利的部分为止，剩余部分就是总利润最大的部分.1 最大境界的圈定方法最终境界的优化是基于一个最大境界开始的.最大境界是一个矿床可能开采的最大范围(先不管是否赢利或赢利多少).最大境界的底部标高位于最低煤层底板上最低点的标高，最大境界在地表的范围可以根据勘探范围和具有开采权的土地范围圈定，或是根据各种因素圈定的最大可能开采范围.然后在位于地表开采范围线上的模柱上，构造一个锥面倾角等于最终帮坡角(根据岩体稳定性等确定)的锥体，遍历地表界线上的所有模柱，如果一个模柱的底部标高等于或者大于该模柱锥面的标高，什么也不做；如果模柱的底部标高小于该模柱处锥面的标高，把该模柱的底部标高提升到该模柱处锥面的标高.图1 为一个以二维柱状模型图表示的最大境界圈定方法. 图1 剖面上求最大境界的算法示意图Fig.1 Illustration of the algorithm for obtaining the largest possible pit on a cross-section2 锥体模板的构建在最大境界的圈定过程中，运算时间主要花费在比较模柱底部标高和锥体的锥面标高上.如果锥体每移动一次，计算所有模柱处锥面的标高，对于较大矿山的矿床模型一般具有数万个模柱，计算量会很大.预先构造一个足够大的锥体的侧面模板(简称“锥壳模板”)，可以大大提高算法的运算效率.图2a 是一个三维锥体，图2b 是它的模板.三维锥壳在X-Y 方向上的投影被离散为边长等于柱状煤层模型中模柱在水平面上相应方向的边长；模板的中心模块(图2b 中标有“0”的模块)对应于锥体的顶点，称为“锥顶模块”.每一模块的属性是锥体侧面(锥壳)在该模块中心处相对于锥体顶点的垂直高度，顶点的标高为0.该锥体是正锥体，顶点是锥体的最高点，所以每一模块的相对标高均为负值.每一模块的相对标高根据其所在方位的帮坡角计算.如图所示，假设在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ这4 个方位区上的帮坡角分别为25°，24°，22°，23°.如果模块的边长为25 m，那么标有i 的那个模块的中心到锥体顶点的水平距离为279.508 m，简单的三角计算可知，在模块i 的中心处，锥壳的相对标高为-130.337 m.按照这种方法，依据锥壳在各个方位区的倾角，可以计算出模板上每一模块的锥壳相对标高.这样一个锥壳模板可以存在一个二维数组中.图2 三维锥体及其锥壳模板Fig.2 Three dimensional cone and conical shell template(a)—三维锥体；(b)—维壳模.3 境界优化的锥体排除算法境界优化就是求总利润最大的开采境界.依据地表最大开采范围和预先确定的帮坡角圈定出最大境界后，就可剥去境界外围所有不赢利的部分，得到总利润最大的开采境界.首先以一个2D 剖面为例说明境界优化算法的基本逻辑.剖面上的最大境界如图3 所示，以该境界为初始境界，以锥体为单元，从境界外围排除那些不赢利的锥体，基本步骤如下:1)考虑最下面的煤层(煤层2)，把锥体的顶点置于一个模柱的该煤层底板(图中，锥体的顶点被置于模柱15 处的煤层2 底板).2)计算锥体的煤岩量，即锥体与当前境界重合部分(图中用斜线充填的部分)的煤量、岩石量和第四纪层量，并根据锥体的煤、岩量以及成本、价格、回采率等经济技术参数计算锥体利润，假设为该锥体开采的利润.3)如果锥体利润等于或小于0，该锥体为非赢利锥体，将其从当前境界排除.排除的方法是，把受锥体影响的所有模柱(底部标高低于锥壳标高的那些模柱)的底部标高提升到相应模柱处的锥壳标高；如果锥体利润大于0，该锥体为赢利锥体，不做任何处理.图3 中所示锥体不含任何煤，其利润一定为负，所以将它排除.4)把锥体的顶点置于下一个模柱处的煤层2 的底板(如图3 中所示的模柱14)，重复上述2)和3)；如此循环执行，直到锥体遍历煤层2 涉及的所有模柱，将利润小于0 的锥体部分都去掉，同时修改模柱底部标高.5)向上走一个煤层(本例中，即考虑煤层1)，把锥体的顶点依次置于该煤层底板上所有模柱处，重复1)～4)，排除锥体顶点位于该煤层底板的那些非赢利锥体.6)考虑完所有煤层后，最后考虑地表.即把锥体的顶点依次置于所有模柱处的地表标高(即模柱顶部)，从境界中排除那些非赢利锥体.至此，完成了一轮锥体扫描和排除.7)由于某些锥体之间有重叠部分，所以完成了一轮锥体排除后，可能在得到的境界外围还存在非赢利锥体.所以，需要以完成了一轮锥体排除后的境界为初始境界，再次从最低煤层开始(即重复上述1)～6))，进行新的一轮锥体排除.如此循环执行，直到在一轮中不存在非负锥体，算法结束，得到的境界为最优境界.在上述锥体排除过程中，之所以把锥体顶点依次置于各煤层的底板，是由于在近水平煤层的煤矿设计中，一个部位的境界底(俗称“坑底”)沿某个煤层的底板设计，而不设计在两个煤层之间.这样做的理由不难想象:如果一个部位的境界底位于两煤层之间(例如，位于图1 中煤层1 与煤层2 之间的某个位置)，这样的境界肯定不如把该部位的境界底提升到其上面的煤层的底板好(图3 中煤层1 的底板).图3 以柱状模型表达的最大境界Fig.3 The largest possible pit expressed inthe form of column model4 境界优化算法应用实例对上述境界优化算法进行了编程，作为CoalDesign 软件系统的境界优化模块.针对某煤矿床建立柱状煤层模型，应用CoalDesign 对柱状煤层模型进行境界优化.优化中用到的技术经济参数的取值为:原煤开采成本30 元·t-1；第四纪层剥离成本26 元·m-3；岩石剥离成本45 元·m-3；回采率96%；原煤价格300 元·t-1.由地质部门提供的各煤层的容重为(单位:t·m-3):Ⅰ煤1.29；Ⅱ煤1.31；Ⅲ煤1.28；Ⅳ煤1.28；Ⅴ煤1.31；Ⅵ煤1.30；Ⅶ煤1.29；Ⅷ煤1.29.境界最大帮坡角在所有方位上均为25°.基于以上参数进行优化得到的三维实体透视显示和最优境界等高线如图4 所示.从图中可以看出，境界坑底随煤层的倾斜向北西向倾斜，境界从南东到北西逐渐变深；断层引起的煤层错动对境界的影响清晰可见.这些都证明优化算法具有合理性和实用性.图4 最优境界3D 透视图和等高线Fig.4 3D perspective display of the optimum pit and contour map(a)—3D 透视图；(b)—等高线图.从图4 可以看出，由于煤层底板不规整，境界坑底有很多小范围起伏，需要进行平滑处理.应用CoalDesign 的图形编辑功能，依据开采中允许的坑底坡度及其变化程度，参照煤层底板等高线，可以对境界坑底等高线进行处理，使境界坑底符合生产要求.最优境界内各层煤、第四纪层和岩石的开采量如表1 所示，原煤总量67 925.5×104 t，四纪层112 564.5 ×104 m3，岩石总量253 570.1 ×104 m3，平均剥采比5.390 m3·t-1，境界总体积418 004.8×104 m3.按照前述经济参数，该境界的总利润(不计基本建设投资)为4 002 553.5 万元.表1 最优境界主要开采量参数Table 1 Main quantities of the optimum pit当然，优化结果并不是最终设计，还需要划分台阶，形成台阶坡顶线和坡底线，并在边帮上加入运输道路.优化的意义在于:优化结果给出了在给定煤层赋存条件和技术经济条件下境界的最佳大小和形态，同时可以根据不同的技术经济条件进行快速优化，得出多个优化方案，为形成最终设计提供了有重要价值的参考.5 结论1)本文基于柱状煤层模型，以露天煤矿开采总利润最大为准则，提出了开采境界优化的“锥体排除法”，并把这一算法应用于建立的柱状煤层模型，对算法进行检验.得出采用预制的锥壳模板使用锥体排除法进一步优化最大开采境界，可以方便地处理帮坡角的变化，使设计结果更符合实际，大大提高算法的运算效率.2)根据建立的最终境界圈定算法结合CoalDesign 软件，优化结果给出了在给定煤层赋存条件和技术经济条件下境界的最佳大小和形态，以及采剥量，同时还可以根据不同的技术经济参数进行多方案优化比较，为矿山生产决策者提供了设计依据，具有重要的参考价值.参考文献：【相关文献】［1］Crawford J T，Hustrulid W A.Open pit mine planning and design［M］.［S.l］:SME/AIME，1979.［2］Dowd P A，OnurA H.Open-pit optimization-part1:optimal open-pit 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最终开采境界的确定第一节概述应用第一章中讲述的方法得到的矿物储量是地质储量，地质储量并不都将被开采利用。
由于受到技术条件的制约和出于经济上的考虑，一般只有一部分地质储量的开采是技术上可行和经济上合理的，这部分储量称为开采储量。
圈定开采储量的三维几何体称为最终开采境界，它是预计在矿山开采结束时的采场大小和形状。
图14 - 1 是某矿山最终开采境界的平面投影图。
露天开采过程是一个使矿区内原始地貌连续发生变形的过程。
在开采过程中，或是山包消失，或是形成深度和广度不断增加的坑体（即采场）。
采场的边坡必须能够在较长的时期内保持稳定，不发生滑坡。
为满足边坡稳定性要求，边坡坡面与水平面的夹角（即最终帮坡角）不能超过o o某一最大值（一般在35 55 之间，具体值需根据岩体的稳定性确定）。
最终帮坡角对最终境界形态的约束是确定最终境界时需要考虑的几何约束。
从充分利用矿物的角度来看，最终开采境界应包括尽可能多的地质储量。
然而由于几何约束的存在，开采某部分的矿石必须在剥离该部分矿石上面一定范围内的岩石后才能实现（图14 - 2 ）。
剥离岩石本身只能带来资金的消耗，不会带来经济收入。
因此，从经济角度来看，存在一个使矿山企业的总经济效益最佳的最终开采境界。
在具有竞争性的市场经济条件下，矿山企业与其它行业的企业一样，需要盈利才能维持和扩大再生产，追求最大的经济效益是市场经济条件下矿山企业的主要经营目标之一。
因此，最终开采境界的确定是露天矿设计与规划中的一项十分重要的工作，既是技术决策，又是经济决策。
然而，最佳开采境界的确定并非易事，它要求设计者具有较强的理论基础和较丰富的实践经验。
最终开采境界的设计从方法与手段上经历了三个阶段。
手工设计阶段：这一阶段的设计以经济合理剥采比为基本准则，在垂直剖面图和分层平面图上进行手工设计和计算。
手工方法在西方国家已成为历史，在我国矿山和设计院仍在使用。
计算机辅助设计阶段：这一阶段在方法上与手工阶段基本相同，以计算机为手段，设计过程在计算机屏幕上或数字化仪上进行。
东北大学22春“采矿工程”《采矿学(下)》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.影响开拓方案设计的主要因素有矿床赋存的()、开采技术条件和经济因素。
A.厚度B.长度C.自然条件D.体积参考答案：C2.废石场的潜在危害主要来自以下两方面：其一是由于废石场稳定性差所引发的废石场变形、滑坡及废石场泥石流; 其二是废石场所造成的环境污染，其污染形式有()。
A.酸雨B.毒气C.粉尘D.塌方参考答案：ABC3.依据每一计划期的()和计划总时间跨度，露天矿采掘计划可分为长远计划、短期计划和日常作业计划。
A.周期B.时间长度C.时间D.长短参考答案：B4.采矿是从地壳中将可利用矿物开采出来并运输到矿物加工地点或使用地点的行为、过程或工作。
()A.错误B.正确5.牙轮钻头破碎岩石的机理实际上是冲击、压入和剪切的()作用。
A.共同B.多种C.联合D.复合参考答案：D6.一般只有一部分地质储量的开采是技术上可行和经济上合理的，这部分储量称为开采储量。
()A.错误B.正确参考答案：B7.露天矿()指每年采出的矿石量和剥离的岩石量，()的确定直接影响到矿山设备的选型、设备数量、劳动力及材料要求等。
A.效率B.产量C.生产能力D.规模参考答案：C8.台阶坡面角主要是岩体稳定性的函数。
()A.错误B.正确参考答案：B9.矿床自然条件是不可更改的，是确定生产能力(实际上也是确定所有其它开采参数)的基础。
()10.平硐溜井开拓方式利用地形高差自重放矿，系统的运营费低;缩短了运输距离，减少了运输设备的数量，提高了运输设备的周转率。
()A.错误B.正确参考答案：B11.矿床中可采矿石品位是确定生产能力的主要影响因素。
()A.错误B.正确参考答案：A12.自然资源是人类可以直接或间接利用的存在于自然界的物质或环境。
()A.错误B.正确参考答案：B13.依据工作线的推进方向与矿体走向的关系，台阶工作线的布置方式可有三种形式，即横向、纵向和垂向。
采矿学（二）习题绪论一、判断题（正确：T；错误：F）1．自然资源是人类可以直接或间接利用的存在于自然界的物质或环境。
. 2. 与人类生存直接相关的自然资源有土地资源、水资源、气象资源、森林资源、海洋资源和能源资源。
3. 采矿是从地壳中将可利用矿物开采出来并运输到矿物加工地点或使用地点的行为、过程或工作。
4. 矿山是采矿作业的场所，包括开采形成的采场、通道和辅助设施等。
开挖体暴露在地表的矿山称为地下矿；开挖体在地下的矿山称为露天矿。
5. 矿山是采矿作业的场所，包括开采形成的开挖体、运输通道和辅助设施等。
开挖体暴露在地表的矿山称为露天矿；开挖体在地下的矿山称为地下矿。
6. 矿产资源具有可获取性，但不一定盈利。
7. 矿产资源按物质形态分为气态、液态和固态矿产。
8. 矿产资源按用途分为能源矿产和金属矿产。
9. 固态非能源矿产依其特性又可分为金属矿产和非金属矿产。
10. 露天开采有两种方法，即台阶式开采和阶梯式开采。
11. 台阶式开采主要用于开采金属矿床以及其它硬岩矿床。
12. 条带剥离开采主要用于开采石材。
13. 金属矿山用于铲装的主要设备是电铲。
14. 用于条带式露天煤矿剥离作业的另一种大型设备是铲运机。
15. 露天矿运输方式主要有铁路运输、汽车运输和联合运输。
16. 我国第一个使用汽车自动化调度系统的矿山是齐大山铁矿。
二、选择题1. 是人类可以直接或间接利用的存在于自然界的物质或环境。
A.自然资源；B.土地资源；C.森林资源；D.矿产资源。
2. 与人类生存直接相关的自然资源有土地资源、水资源、气象资源、森林资源、海洋资源和。
A.油汽资源；B.煤炭资源；C.固态资源；D.矿产资源。
3. 采矿是从地壳中将开采出来并运输到矿物加工地点或使用地点的行为、过程或工作。
A.铁矿石；B. 可利用矿物；C.宝石；D.煤炭。
4. 矿山是采矿作业的场所，包括开采形成的、运输通道和辅助设施等。
暴露在地表的矿山称为露天矿；在地下的矿山称为地下矿。
采矿权审批事项依据、程序、要件和时限（五篇范文）第一篇：采矿权审批事项依据、程序、要件和时限采矿权审批事项依据、程序、要件和时限时间:2012-12-05 09:10来源:未知作者:admin 点击: 205 次一、审批依据1.《中华人民共和国矿产资源法》2.《中华人民共和国土地管理法》3.《中华人民共和国矿产资源法实施细则》4.《矿产资源开采登记管理办法》5.《地质资料管理条例》6.《土地复垦规定》7.《基本农田保护条例》二、采矿权申请程序一、矿区范围的划定申请和审批依照《矿产资源开采登记管理办法》第四条之规定，采矿权申请人在提出采矿权申请前应向登记管理机关申请划定矿区范围。
（一）矿区范围的申请采矿权申请人应按《矿产资源开采登记管理办法》规定的审批、发证权限和国土资源部对省（区、市）国土资源主管部门采矿权审批、发证的授权，将矿区范围申请资料报采矿登记管理机关进行审查。
（二）应提交的申请资料1、划定矿区范围的申请报告，包括以下内容；（1）办矿理由及简要论证；（2）地质工作概况。
（3）矿产资源开发利用初步方案，包括以下内容；拟申请开采矿产资源范围、矿种、位置；拟申请开采矿产资源储量、质量及其可靠程度；拟建矿山生产规模、服务年限、矿产资源综合开发利用方案；当申请范围为整体矿床中的一部分时应说明与整体矿床的关系以及与矿区总体开发的衔接；并附申请开采的矿区范围图（以地质地形图或地质图为底图，以国家直角坐标标定）；（4）矿山建设投资安排及资金来源；（5）其他需要说明的问题。
2、与矿山建设相适应的地质报告矿山企业应提交有资格的地勘单位编制的地质报告。
3、探矿权人申请办矿的，应出具该区域的勘查许可证影印件；探矿权经转让取得的，还应出具转让审批的有关文件。
4、省级国土资源主管部门对申请的矿区范围内是否存在矿业权交叉重复情况以及矿产资源开发利用初步方案等内容进行初审的意见函。
（三）划定矿区范围采矿登记管理机关在收到申请人报送的申请资料后，应在40日内作出批准或不批准的决定。
