分期开采中影响矿山生产能力的因素

１８　矿　业　工　程　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　第ｌＯ卷第５期　２０１２年１Ｏ月　

・矿物开采・　

分期开采中影响矿山生产能力的因素　

杨　育　金鑫　王永增　

（１．中铁资源集团伊春鹿鸣矿业有限公司，黑龙江伊春１５２５００；　

２．鞍钢集团矿业公司齐大山铁矿，辽宁鞍山１１４０４３）　

摘要：阐述了露天矿山分期开采的原则和目的，探讨了分期开采中影响矿山生产能力的因素，规避分　期开采风险，整合矿山资源，提高矿山经济效益。　关键词：分期开采；生产能力；剥采比；经济效益　中图分类号：ＴＤ　８０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７］一８５５０（２０１２）０５一Ｏｏ１８一Ｏ３　

１　分期开采的原则和目的　

１．１　原则　对缓倾斜和水平矿体沿走向较长、覆盖岩层厚　

度、矿体厚度及质量变化较大时，可沿走向方向划　

分为若干个开采区域，按一定顺序先后开采（称分　

期开采），见图１。分期开采矿山应主要遵循以下　

原则：１）分期开采时，第一期小境界的正常生产　

年限应在１０年以上；２）第一期生产的排土场应设　

在后期最终境界以外，以免排土场二次倒排；３）　

圈定第一期小境界时，应考虑第一、二期开采工艺　

的有机联系；４）扩帮过渡时间不宜太短，否则过　

渡后设备不能充分利用。　

图１　分期开采示意图　

１．２　目的　分期开采矿山减少初期基建剥离量，降低初期　

投资，缩短建设周期，实现早投产、早达产：１）　

实行由小规模到大规模的分期开采，而后逐步扩大　

生产规模，可以使资源优势尽早转化为经济优势；　

２）当矿床储量规模很大，矿山服务年限长，需要　对矿床实行分期开采，以解决建设资金暂时短缺问　

题；３）对于埋藏较浅，曾面向分布的金属矿床和　

收稿日期：２０１２—０４—０６　作者简介：杨育（１９７０一），男（汉族），辽宁锦州人，东北大学　采矿Ｔ程学士，中铁资源集同伊春鹿鸣矿业有限公司，采矿高级工　程帅，从事矿ｌＩＩ建设和生产技术管理工作。　非金属矿床，走向及倾向延长较大，可采用分期开　

采方式；４）对于矿石储量大，矿体上部覆盖层厚、　

岩石量主要集中在开采境界的上部、深部岩石量相　

对很少的矿山，采用分期开采建设，突出的优点　

是：减少初期生产基建剥岩量、有效地利用采掘设　

备，经济效益好。　

２分期开采过程中影响生产能力的主要因素　

２．１　设计分期开采一期向二期过渡时间的选取　

过渡时间若定的很早便会失去分期开采的意　

义，若确定的很晚，一期小境界的矿量已采完而扩　

帮量尚未采完，将使矿山停产、减产。图２中Ａ、　

Ｂ、Ｃ、Ｄ为第一期开采的临时境界，开采深度为　

Ｈ。，Ａ　、Ｂ　、Ｃ　、Ｄ　为最终开采境界，开采深度　

为Ｈ：，Ａ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｄ为第一期向第二期开采过　

渡时的第一期开采状态，开采深度为Ｈ。，Ａ、Ｈ　

为第一期小境界的临时边坡，开采深度由Ｈ。降到　

Ｈ。为由第一期向下一期开采的过渡期，过渡结束　

时的工作状态为Ｃ、Ｂ、Ｋ，过渡期的采剥量为Ａ、　

Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｃ、Ｂ、Ｋ、Ａ　，Ａ、Ｈ、Ｍ、Ａ　为分期　

开采与不分期开采在开采到Ｈ。深度时缓剥的岩量，　

它应在过渡期内剥除，上述各参数之间互相联系，　

即：　

Ｈ１一　１　Ｔ１　式中　Ｈ　——第一临时境界的开采深度，ＩＴＩ；　

ｖ　——按产量要求的采矿下降速度，ｍ／ａ；Ｔ　——　

第一期境界开采的总时间，ａ。　

Ｈｏ一　１Ｔｏ　式中　Ｈ。——第一期正常生产（开始过渡时）的　

开采深度，ｍ；Ｔ。——第一期正常生产时间，ａ。

　２０１２年第５期　杨　育等　分期开采中影响矿山生产能力的因素　１９　

过渡时期采矿的下降速度：　

Ｈ１一Ｈ０—　１（Ｔ１一Ｔｏ）　过渡时期剥离扩帮的下降速度：　

Ｈ１一ｖ２（Ｔ１一Ｔ０）　式中　ｖ。——扩帮下降速度，ｍ／ａ。　

Ａ’　Ａ　Ｄ　

图２分期开采横剖面示意图　

过渡开始时间应及时，要保证过渡完成时形成　

第二期正常生产状态。应有（Ｈ　一Ｈ。）／ｖ　一　

Ｈ　／ｖ　。式中ｖ　是产量要求的下降速度，矿山规　

模确定后是一个已知数，Ｈ　、Ｈ。、ｖ。为未知数，　

可用方案法比较几个方案，以确定合理的过渡时　

间。　

２．２应用不同采剥方法矿山生产能力各异　

——纵向采剥方法。采剥工作面与矿岩走向或　

采场长轴方向平行布置，即电铲装车的挖掘作业走　

向平行于矿岩走向或采剥带（一个采剥带包括若干　

个采掘带）走向方向。国内铁路运输矿山使用较　

多，分期开采矿山应用较少。　

——横向采剥方法。垂直矿岩走向或采剥带走　

向布置采掘带，纵向推进，横向采剥，即电铲装车　

的挖掘作业走行中心线垂直于矿岩走向或采剥带走　

向，它的主要特点是横向采剥，有利于分采、中和　

配矿；工作面宽度小，机动灵活性大，基建时间　

短，达产快，矿石损失贫化小；它与纵采相比，提　

高汽车效率，其综合生产能力提高约２ｏ　，该方　

法适用于分期开采的矿山。　

——纵横向采剥方法。该方法由纵向和横向工　

作面构成，在其适宜条件下，合理进行组合，可取　

得较好的采剥效果。在分期开采矿山应用中较为普　

遍，其综合生产能力较纵采相比可提高５　～　１０％。　

——扇形采剥方法。由于采剥工作面形状似扇　

形，称为扇形采剥方法。依据分期开采矿山矿床的　

分布特点，比较适用于不规则矿床，但矿量分布较　

集中的矿山。　

因此，若保证执行分期开采状态下的生产能力　持续稳定提高，满足外部市场条件变化，在总设备　

能力不变情况下，机动灵活调整采剥方法，是矿山　

降低开采成本，提高经济效益的必由之路。采剥方　

法的选择按能力大小顺序应为横向采剥方法一纵横　

向采剥方法一纵向采剥方法（扇形采剥方法由于其　

应用范围的局限性，暂不进行排序）。　

２．３分期开采的重点是调整和均衡生产剥采比　

——调整和均衡生产剥采比的意义。露天矿的　

矿岩产量决定着露天矿采剥设备及附属设施的投入　

及矿山基建投资的多少。若矿石产量较稳定，而生　

产剥采比很大，且高峰期很短时，所需的采剥设备　

和运输、排土设备及其附属设施很多、投资大，高　

峰过后又要削减，在经济上是不合理的。为此要调　

整剥采比，使其相对均衡，使露天矿的设备及附属　

设施较均衡。　均衡生产剥采比的原则：１）移交生产后　

要尽快达到设计产量，达产后第一期生产剥采比要　

尽量小，以减少初期设备的投资及矿石生产成本；　

２）大中型露天矿服务年限较长，可分期均衡生产　剥采比，一般约１０年；３）生产剥采比应由小到　

大，逐次增加，并由大到小逐渐减小。　

根据上述原则，选取最优的生产剥采比方案，　

即基建剥离量少、生产能力稳定均衡、初期剥采比　

小的分期方案。　

——均衡生产剥采比的方法。采用矿岩变化曲　线图３，Ｖ＝＝＝ｆ（Ｐ）图均衡生产剥采比。　

已延深至各水平的剥岩累计量（Ｖ）作为纵坐　

标，延深至各水平的矿石累计量（Ｐ）作为横坐　

标，在直角坐标系中作出按最小工作平盘宽度进行　

采掘，即按最大帮坡角（（ｐ一（ｐ　）进行采剥的曲　

线。同理，若矿山只在同一个台阶进行采掘，采完　

一个水平后再降到下一个水平，即工作平盘宽度达　

到最大值，工作帮坡角为零，可作出　一０的曲　

线。　露天矿山可能在这两种极限条件范围内，即在　

最大工作帮坡角（　—　）和最小工作帮坡角（　

一ｏ）两条曲线内进行生产。图３中曲线的斜率即　

为剥采比，可在两条极限曲线之内均衡生产剥采　

比，当矿石生产能力为Ｅ时，对应最大工作帮坡　

角的剥岩量为Ｂ，对应最小工作帮坡角的剥岩量为　

Ａ。Ａ、Ｂ之间是可供选择均衡生产剥采比的数值，　

要综合分析研究，从中选出最优的生产剥采比方　

案。针对分期开采的矿山，当基建期剥岩量大、投　２０　矿　业　工　程　第１Ｏ卷第５期　

资大时，为规避投资风险，使矿山尽快达产，建议　

在生产能力Ｅ为定值状态下选择图中虚线下方，　

即Ｂ、Ｄ段的数值来均衡分期开采小境界生产剥采　

比；当剥离洪峰过后，一期向二期过渡或开始二期　

扩帮、投资环境和市场条件适合矿山增产扩产时，　

建议在生产能力Ｅ为定值状态下，选择图３中虚　

线上方，即Ａ、Ｄ段的数值来均衡分期开采大境界　

生产剥采比，已获得较好的增产空间和经济效益。　

图３矿岩变化曲线图Ｖ＝ｆ（Ｐ）　

２．４采选实际生产能力对分期开采矿山生产能力　

的影响　

上述明确了设计分期开采过程中一期向二期过　

渡时间的选取。而矿山在设计考虑中，通常遵循一　

期小境界生产服务年限在１Ｏ年以上的原则，由于　当初的市场经济技术条件不能准确预测１Ｏ年以后　

的形势，在执行小境界开采过程中市场条件千变万　

化。因此，实际执行的采选生产能力不会与设计生　

产能力十分吻合。这就需要矿山生产企业及时把握　

市场动态，因势利导，灵活组织生产。及时把实际　

执行生产能力情况与设计进行对照，科学准确安排　一期向二期过渡时间，避免由于过渡时问安排的不　

合理，造成生产能力损失或设备能力闲置。这是矿　

山生产企业必须面对的事实。　

由于市场条件变化使采选生产企业实际生产能　

力与设计生产能力不吻合的情况发生，提出分期开　采一期向二期扩帮时间选择原则：１）小境界开采　

时，实际生产能力等于设计生产能力，严格按照设　

计安排的扩帮过渡时间执行；２）小境界开采时，　实际生产能力大于设计生产能力，要求提前做好向　

二期过渡技术和设备资源的准备工作，避免一期生　

产能力的降低，同时扩帮过渡工作滞后，导致采场　

总生产能力下降，影响后续采选实际生产能力，规　模效益损失；３）小境界开采时，实际生产能力小　

于设计生产能力，不要盲目按照设计安排的时间进　

行扩帮过渡，而是要反复测算一期小境界内矿石生　

产能力与扩帮投入设备能力的关系以及市场需求变　化，再适时安排扩帮过渡时间。　

３结语　

采用分期开采的矿山，可尽快把资源优势转化　

为经济优势，投产早，达产快。分期开采矿山必须　

依据外部条件变化因素及时调整一期向二期的过渡　时间，矿山生产企业在生产过程中，不断消化吸收　

设计思路，同时抓好生产计划管理工作，科学合理　

安排采剥方法，动态实施均衡生产剥采比，最终达　

到生产能力稳定均衡，不断提高矿山经济效益。　

参考文献：　ｒ１］采矿手册３．冶金工、ｌ　出版社．　

Ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｓｔａｇｅｗｉｓｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｍｉｎｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　

ＹＡＮＧ　Ｙｕ　，ＪＩＮ　Ｘｉｎ　。ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｚｅｎｇ　

（１．Ｙｉｃｈｕｎ　Ｌｕｍｉｎｇ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ，Ｙｉｃｈｕｎ　１５２５００；　２．Ｑｉｄａｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ　Ｏｒｅ　Ｍｉｎｅ　ｏｆ　Ａｎｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｎｓｈａｎ　１　１４０４３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｇｏａｌ　ｏｆ　ｓｔａｇｅｗｉｓｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｓｔａｇｅｗｉｓｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｍｉｎｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｒｉｓｋ　ｉｎ　ｓｔａｇｅｗｉｓｅ　ｍｉｎｉｎｇ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｏｒｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｇｅｗｉｓｅ　ｍｉｎｉｎｇ；ｍｉｎｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ；ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　ｒａｔｉｏ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ