第11講 露天開采境界

1、1. 內(nèi)容提要本節(jié)將介紹露天開采境界的組成及影響因素，幾種常用剝采比的定義，確定經(jīng)濟合理剝采比的方法，境界剝采比的計算方法，確定露天開采境界的常用原則，工程中確定露天開采境界的基本方法和步驟。2. 概述露天開采境界的組成及其影響因素 露天開采境界的組成及其影響因素露天開采境界是指露天礦開采終了（或某一時期）所形成的采場空間邊界。它由露天采場的地表境界（可以理解為“邊界”）、底部境界和周圍邊坡組成。露天開采境界設計就是要合理地確定露天礦的底部周界、最終邊坡和開采深度。由于礦床埋藏條件不同，在確定礦床開發(fā)方式時可能遇到下列三種情況： 礦床全部宜用地下開采； 礦床上部宜用露天開采而下部宜用地下開采。

2、礦體延伸較深或覆蓋層厚度變化較大，只能用露天開采方法開采其部分儲量，仍有相當大部分儲量需用地下開采。 用露天開采的礦床。屬這類礦床的有：上部覆蓋巖層厚度不大，埋藏淺的水平或緩傾斜礦床；在圈定的境界外尚有少部分儲量，不值得再用地下開采時，可擴大開采境界，將這部分儲量用露天法采出；在圈定的境界外尚有相當大部分儲量暫不宜用地下開采。對于后兩種情況，需要確定露天開采的合理界限，即露天開采境界。限定露天開采境界的幾何要素有：露天礦底平面的位置和形狀、最終邊坡角及開采深度。合理確定露天開采境界極為重要。露天開采境界的大小，將決定了露天礦的可開采工業(yè)儲量和剝離巖石量，并將影響露天礦場內(nèi)的礦巖量、露天礦的生產(chǎn)

3、規(guī)模及服務年限、基建工程量、設備選型、勞動定員、成本等主要技術經(jīng)濟指標。因此，合理確定露天開采境界，是露天礦設計的一項重要工作，這不僅是一個技術問題，也是一個經(jīng)濟問題。影響露天開采境界的因素很多，歸納起來有以下幾個方面： 自然因素包括礦體埋藏條件（如，礦體的產(chǎn)狀，地質(zhì)構(gòu)造，礦石質(zhì)量及其變化情況等）、礦床勘探程度及儲量等級、礦石和圍巖的物理力學性質(zhì)、工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件、礦區(qū)地形及地物分布情況（如，河流、地面建筑物及廠房）等。 經(jīng)濟因素包括礦石的質(zhì)量和價值、原礦和精礦成本及售價、礦石的損失與貧化、共生礦物的綜合利用、基建投資和建設期限，等。 技術組織因素主要是指露天開采與地下開采的技術水平

4、、裝備水平和發(fā)展趨勢，以及制約和促進其應用推廣的技術與組織條件。例如，克服地面障礙物的技術組織條件，開采易燃、松軟、涌水大的礦床以及需要分采或高速開采的礦床的技術組織條件，可以選用的開拓運輸及生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的技術組織條件等。 國家及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的方針政策、環(huán)保、勞動保護等。以上各種因素，對不同地區(qū)、不同礦床、不同開采時期所起的作用是不同的。例如，地面構(gòu)筑物、河流等障礙物，在一般情況下是次要因素；但在由于受技術經(jīng)濟條件的限制而不能遷移時，則將起決定性作用。因此，在露天開采境界設計時，必須充分掌握各影響因素的基礎資料的基礎上，全面分析和綜合考慮各種因素，分清主次關系，確定最優(yōu)境界。應該指出，露天開采

5、境界不是一成不變的。隨著科學技術的發(fā)展和市場對礦石需求量的增加，以及露天開采經(jīng)濟效果的改善，原來設計的開采境界常常要擴大。例如，曾經(jīng)是我國最大的露天煤礦的撫順西露天煤礦，1924年設計的開采深度為150m，1931年確定為350m，1955年的擴建設計確定為450m。另一方面，當所確定的露天開采境界很大、服務年限過長（如，超過30年），為提高前期的開采經(jīng)濟效益，通常采用分期開采，即先確定前期開采的小境界，開采數(shù)年后再逐漸過渡到最終的境界，因此要確定相應的分期開采境界。例如，我國大冶鐵礦東露天采場，原設計的一期開采境界采用境界剝采比為8m3/m3圈定。境界上部尺寸（長×寬）為2150m

6、×360m，深366m。一期開采即將結(jié)束，目前正進行二期擴幫。二期境界按經(jīng)濟剝采比為12 m3/m3圈定。設計確定將尖山區(qū)原露天底標高-96m水平延深到-168m水平，獅子山區(qū)原露天底標高由-36m水平延深到-48m水平。二期境界上部尺寸（長×寬）為2250m×l000m，深438m。擴幫工作在南幫、北幫和東幫進行。擴幫工程量4500萬噸，過渡期為5年。由此可見，露天開采境界可分為分期境界和最終境界。3. 概述剝采比的定義 剝采比的定義露天開采與地下開采的重要區(qū)別之一，就是露天開采除采出礦石外，還需剝離大量的巖石（亦即：露天礦采出礦石過程中必須剝離大量巖石）。如圖

7、7-1的地質(zhì)橫斷面圖所示，隨著露天開采境界出abcd擴大到時，可采的礦石量從A1增加到A1+A2，需要剝離的巖石量也從V1增加到V1+V2。因此，露天開采境界的確定，就與采出礦量和剝離量聯(lián)系在一起。剝離的巖石量與采出的礦石量之比稱為剝采比（亦可稱，每開采單位礦石量所需剝離的巖石量），常用的單位是m3/m3、t/t。在露天礦開采設計和生產(chǎn)中，常常采用各種不同含義的剝采比反映不同的開采空間和/或開采時間的剝采關系及其限度。 平均剝采比nP指露天開采境界內(nèi)的巖石總量VP與礦石總量AP之比（圖1.6.1(a)），即： （m3/m3或t/t）平均剝采比反映露天礦的總體經(jīng)濟效果，在設計中常作為參照指標，用

8、來衡量設計的質(zhì)量。 分層剝采比nF指露天開采境界內(nèi)某一水平分層的剝離巖石量VF與采出礦石量AF之比（圖1.6.1(b)）：盡管露天礦極少采用單一水平生產(chǎn)，但分層剝采比可以作為參照指標用于理論分析。此外，分層礦巖量是計算平均剝采比和估算均衡生產(chǎn)剝采比的基礎數(shù)據(jù)。 生產(chǎn)剝采比nS指露天礦投產(chǎn)后某一生產(chǎn)時間的剝離巖石量VS與所采出礦石量AS之比（圖1.6.1(c)）：生產(chǎn)剝采比有許多衍生形式，可用來分析和反映露天礦生產(chǎn)中各種可能和剝采關系。在礦山生產(chǎn)統(tǒng)計中，生產(chǎn)剝采比按年、季、月來計算。 境界剝采比nJ假若露天開采境界的最終邊坡角和底部寬度固定不變，其深度由H-H延伸到H，境界內(nèi)的巖石增量和礦石量增

9、量分別記作V和A（圖1.6.1(d)），當H0時，V和A之比的極限稱為深度H的境界剝采比，即。境界剝采比是指露天開采境界增加單位深度所引起的巖石增量V與礦石增量A之比，是露天開采境界的一種邊際值，在設計中常用于露天開采境界的經(jīng)濟分析。 經(jīng)濟合理剝采比nJH指在當前的技術經(jīng)濟條件下，露天開采單位礦石量在經(jīng)濟上允許的最大剝巖量。經(jīng)濟合理剝采比在露天礦不具有具體的空間含義，需要通過技經(jīng)濟研究和分析后確定，因而是一個理論上許可的最大剝采比。經(jīng)濟合理剝采比是確定露天開采境界的重要的技術經(jīng)濟依據(jù)，其計算方法和運用方法都因礦床開發(fā)的技術經(jīng)濟目標不同而異。 儲量剝采比和原礦剝采比露天采礦過程中會產(chǎn)生礦石損失與

10、貧化。礦石損失是指采出的礦石量少于地質(zhì)儲量的現(xiàn)象；礦石貧化是指由于采出的礦石中混入了部分巖石，導致采出礦石的品位低于地質(zhì)儲量品位的現(xiàn)象。因而，開采境界內(nèi)的工業(yè)儲量與實際采出的原礦量之間有一差值，此差值的大小受回收率和貧化率影響。原礦是指實際采出的礦石產(chǎn)品，除采出的地質(zhì)儲量礦石外，里面也含有混入的巖石量。這種關系反映到剝采比中，就有儲量剝采比和原礦剝采比之分。儲量剝采比n是露天開采境界內(nèi)依據(jù)地質(zhì)勘探報告所計算的巖石量V0與礦石儲量A0之比，即： （m3/m3或t/t）原礦剝采比是同一范圍內(nèi)考慮開采損失和貧化后實際采出的剝離巖石量（包括損失的那部分礦量）與采出原礦量（包括混入的廢石）之比，即 （m

11、3/m3或t/t）嚴格地說，在設計計算中指的是儲量剝采比，直接依據(jù)地質(zhì)資料確定；而在生產(chǎn)統(tǒng)計中，為了工作方便，常采用原礦剝采比。顯然，這兩種剝采比可以互相換算。依據(jù)實際貧化率（礦石貧化率是指因混入廢石量和在個別情況下高品位粉礦的流失而造成礦石品位降低的百分率）、礦石實際回收率（即，采出的純礦量與工業(yè)礦量A0之比）和礦石視在回收率（即，采出的礦量（包括混入的廢石量）與工業(yè)礦量A0之比）的定義，有： 式中 a0礦石的工業(yè)品位；原礦品位；A2Q2a0A1Q1a0AQa圍巖的含礦品位，若圍巖不含礦，則=0；A1原礦中回收的工業(yè)儲量。公式的推導：如右圖所示，有：根據(jù)金屬量平衡式，有： 這是應注意，當考慮

12、損失貧化時，在一定境界內(nèi)采出的巖石量和采出的原礦量是同時變化的。如采出原礦量增加時，采出巖石量減少，但其礦巖總量是不變的，即：由以上各式以及儲量剝采比和原礦剝采比的定義可得：亦即：或 露天開采的視在回收率一般為0.951.05，因而儲量剝采比與原礦剝采比的數(shù)值相差不大，但是兩者的概念是不同的。4. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法原則 確定經(jīng)濟合理剝采比的原則如前所述，根據(jù)礦床埋藏條件，按開采方法不同，礦床可大致劃分為三種情況。對于適用露天開采的礦床或部分宜用露天開采，部分用地下開采的礦床，存在應用經(jīng)濟利采比確定開采境界問題。對于覆蓋巖層較厚的緩傾斜或近似水平的厚大礦體，存在著單獨采用露天或地下開采方

13、法的可能性，應通過方案比較確定。確定經(jīng)濟合理剝采比的原則： 必須保證露天礦或礦山公司（礦務局）正常生產(chǎn)期間有盈利或不超過規(guī)定允許成本； 一般以礦山或礦山公司（采、選）為獨立經(jīng)濟核算單位； 考慮礦產(chǎn)資源的綜合利用，對有經(jīng)濟價值的表外礦和其他有益組分，考慮其利用價值； 經(jīng)濟指標的選取和計算，必須以國家現(xiàn)行規(guī)定為準； 每個計算參數(shù)的選取，要經(jīng)過調(diào)查、研究分析，力求接近實際。經(jīng)濟合理剝采比，是經(jīng)濟上允許的最大剝采比，是確定露天和地下開采界限的重要經(jīng)濟指標，其大小直接影響到露天開采和地下開采所占比例，以及礦產(chǎn)資源的利用程度。礦床開采設計時，應根據(jù)不同的礦床類型和質(zhì)量進行具體計算。經(jīng)濟合理剝采比的確定方法

14、可分為兩類：一是比較法。它是以露天開采和地下開采的經(jīng)濟效果來比較計算的，適用于劃分礦床露天開采和地下開采的界線。目前，應用較為廣泛的是儲量盈利比較法系列，該系列中有產(chǎn)品成本比較法、儲量盈利平衡法和盈虧平衡法。另一是確定經(jīng)濟合理剝采比的方法是價格法。它是以露天開采成本和礦石價格作比較來計算，用于只宜露天開采的礦床。產(chǎn)品成本比較法儲量盈利比較法盈虧平衡法原礦成本比較法精礦成本比較法比較法價格法經(jīng)濟合理剝采比確定方法5. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法產(chǎn)品成本比較法 產(chǎn)品成本比較法礦山企業(yè)的最終產(chǎn)品可以是原礦、精礦或其他后續(xù)礦產(chǎn)品（如，以氰化和冶煉的黃金產(chǎn)品）。 原礦成本比較法這種方法的依據(jù)，是露天開采的

15、最大允許原礦成本等于地下開采的原礦成本。露天開采的原礦成本CL（元/t）包括純采礦成本a（元/t）和所分攤的剝離費用兩部分，即： （元/t） 式中 b露天開采的剝離成本，元/m3；r礦石的容積密度，t/m3；原礦剝采比，m3/m3。原礦成本比較法的原理是將原礦的地采成本作為露采成本的上限，并以此作為依據(jù)來確定經(jīng)濟合理剝采比，即： 式中 CD地下開采的原礦成本，元/t。由上式可得： 上述不等式右邊算式的值記為，即： 表示每噸原礦的露采成本不大于地采成本時允許的最大剝采比，即經(jīng)濟合理剝采比。原礦成本比較法計算簡單，要求的基礎數(shù)據(jù)少，取得數(shù)據(jù)比較方便，但沒有考慮露天開采和地下開采兩者存在損失、貧化方

16、面的差異。因此，這種方法通常適用于露天和地下開采的礦石損失和廢石混入率相差不大、礦石不貴重且地下開采有盈利的情況。 精礦成本比較法這種方法是以精礦（或礦產(chǎn)品）作為計算基礎，使露采的精礦成本不大于地采精礦成本。該方法考慮了露天與地下開采在貧化率上的差別，即： 上式可以這樣理解：式中 DL、DD分別是露采和地采每噸原礦所分攤的采礦、選礦費用，元/t；KL、KD分別是露采和地采每噸原礦的精礦產(chǎn)出率。類似于原礦成本比較法，可得經(jīng)濟合理剝采比： 原礦的精礦產(chǎn)出率為： 式中 選礦回收率；精礦品位。由公式可知原礦品位為： 并假定L=D（因此，本法適用于露天采出礦石和地下采出礦石所產(chǎn)精礦的品位相同或相近時），

17、則經(jīng)濟合理剝采比為： 產(chǎn)品成本比較法，反映了露天采礦與地下采礦兩者在礦石貧化上的差別（即，廢石混入率的不同），采出礦石質(zhì)量的差別對企業(yè)經(jīng)濟效益的影響，但并未涉及到在工業(yè)儲量回收率上的差異，影響到礦產(chǎn)資源利用的差別。此外，該法所在求的基礎數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)的取得亦較為困難。本法適用于兩種開采方法的廢石混入率相差較大，損失率接近，且精礦成本低于市場售價時使用。6. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法儲量盈利比較法 儲量盈利比較法該法是將單位工業(yè)儲量的地下開采盈利作為露天開采盈利的下限（即，以礦石的工業(yè)儲量作為計算基礎，使露天開采出來的礦石盈利等于地下開采的礦石盈利），即： 式中 uL、uD分別為露采與地采每噸原

18、礦的最終盈利；、分別為露采和地采的礦石視在回收率。類似于產(chǎn)品成本比較法，其經(jīng)濟合理剝采比為： 若礦山企業(yè)的最終產(chǎn)品為原礦，并允許，則： 式中 、分別為露采和地采的原礦銷售價格，元/t；、分別為露采和地采的原礦品位。若最終產(chǎn)品為精礦（或其他礦產(chǎn)品），并允許LD，則： 式中 PL、PD分別為露采和地采的所獲精礦銷售價格，元/t；L、D分別為露采和地采的精礦品位。 這一方法反映了露采和地采二者在損失、貧化上的差別，即該法不僅考慮了原礦的質(zhì)量，同時也考慮了原礦的數(shù)量。因比從理論上講，儲量盈利比較法是這三種比較法中最合理的經(jīng)濟合理剝采比計算法。然而在實際應用時，因其要求的基礎數(shù)據(jù)較多，取得數(shù)據(jù)較困難，受

19、產(chǎn)品價格影響較大。例如，某金剛石礦1974年的產(chǎn)品價格為680元/克拉，1981年為145元/克拉，因此具體應用儲量盈利比較法有困難。 該方法較全面考慮了露天開采和地下開采之間技術經(jīng)濟因素的差別，適用于產(chǎn)品價格穩(wěn)定，露采和地采的回收率和貧化率均差別較大，資源稀缺或礦石價格較高的礦床。7. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法盈虧平衡法 盈虧平衡法盈虧平衡法適用于礦床采用單一露天開采的情況。對于某些價值低或由于受開采技術條件限制而只能采用露天開采的礦床（例如，石灰石、白云石、劣質(zhì)煤、貧金屬礦床等低價礦床，為獲得一定的開采盈利，則只能采用露天開采；砂礦、含硫高有自燃性的礦床等，技術上不宜用地下開采，只能用露天

20、開采），因此不能與地下開采相比較，故不能采用上述比較法，而按礦石價格（即，采用價格法）確定經(jīng)濟合理剝采比。這時，要求露采的礦產(chǎn)品成本不得超過其銷售價格，或者說，不允許單位工業(yè)儲量的露采最終盈利小于零，以保證礦山不虧損，即： 由此可得經(jīng)濟合理剝采比： 與儲量盈利比較法一樣，單位工業(yè)儲量的盈利可以計算到原礦，也可以計算到精礦。8. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法各種方法的相互關系及適用條件 各種方法的相互關系及適用條件以上所介紹的確定經(jīng)濟合理剝采比的各種方法，應根據(jù)設計礦山的具體條件和技術經(jīng)濟的合理性選用。目前，關于經(jīng)濟合理剝采比的計算方法仍有爭論，正確解決這個問題的途徑在于進一步研究我國的技術經(jīng)濟政策

21、和經(jīng)濟管理體制。儲量盈利比較法系列的基本思想是要求單位工業(yè)儲量的露采最終盈利不小于地采盈利。該系列的基本方法是儲量盈利比較法，系列中的其他方法都是該方法的特殊形式。假設露采和地采單位工業(yè)儲量所獲得原礦的數(shù)量和質(zhì)量均相同，即=和=，則有=和=。在這種情況下，儲量盈利比較法簡化為原礦成本比較法，即：因此，在上述條件下只需露天開采的原礦成本不大于地下開采，就可以充分保證單位工業(yè)儲量的露天開采最終盈利不小于地下開采盈利。若露采和地采單位工業(yè)儲量所獲得精礦數(shù)量和質(zhì)量均相同，即和，則有和，于是：上式表明，此時可以通過比較精礦成本來反映儲量盈利情況，即精礦成本比較法與儲量盈利比較法在這種情況下等價。顯然，當

22、礦床僅適用露天開采而不宜采用地下開采時，意味著uD=0，此時儲量盈利比較法就簡化為盈虧平衡法，即： 綜上所述，可以將儲量盈利比較法系列中的各種計算方法及其分類依據(jù)列于表1.6.1。表1.6.2中的分類依據(jù)實質(zhì)上是各種計算方法的理論適用條件，由此可以引申出表表1.6.2所列的三種比較法對應的技術和實際應用條件。需要指出的是，在露天開采境界設計時，必須將上述各式計算的經(jīng)濟合理剝采比換算為對應于儲量采比的經(jīng)濟合理剝采比nJH。表1.6.1 儲量盈利比較法系列計算方法及其分類計算方法計算公式分類依據(jù)（適用條件）精礦原礦儲量盈利比較法產(chǎn)品數(shù)量不等但質(zhì)量不限產(chǎn)品成本比較法產(chǎn)品數(shù)量相等并且質(zhì)量相同盈虧平衡法

23、不宜地下開采表1.6.2 經(jīng)濟合理剝采比計算方法的適用條件計算方法適用條件理論條件技術條件實際條件原礦成本比較法=及=及及精礦成本比較法及及及儲量盈利比較法或9. 確定經(jīng)濟合理剝采比的方法其他計算方法 其他計算方法計算經(jīng)濟合理剝采比的方法還有儲量成本比較法和費用收入比較法兩大系列，這兩大系列計算方法對應于不同的經(jīng)濟效果。另外，依據(jù)儲量盈利比較法系列的計算原理，還可以推導出該系列中適用于多礦種礦床及有副產(chǎn)礦物礦床的經(jīng)濟合理剝采比計算公式。根據(jù)我國礦山技術經(jīng)濟狀況和上述確定方法，在一般情況下，經(jīng)濟合理剝采比也可按下列表格中的數(shù)據(jù)選取。鞍山黑色冶金礦山設計研究院采礦室編制的露天采礦設計技術規(guī)定與定額

24、（1986年10月）推薦的經(jīng)濟合理剝采比，見下表。表× 冶金礦山經(jīng)濟剝采比指標礦床類型經(jīng)濟合理剝采比（m3/m3）1鐵礦、菱鎂礦類類大型礦山8101012中型礦山68810小型礦山68682石灰石、白云石、硅石<23粘土礦12164鋁土礦20255錳礦1416注：類指適用于礦床品位較低，或可選性較差、裝備水平不高的礦山；類指適用于礦床品位較高，可選性較好，裝備水平較高的礦山。表× 露天煤礦經(jīng)濟剝采比指標（單位：m3/t）露天礦類型軟巖石中硬巖石堅硬巖石大中型10128967小型45342310. 境界剝采比的計算方法面積比法境界剝采比的計算方法有許多種，分別適用于不同

25、技術特征的礦床，不過這些計算方法的原理是一致的。下面僅討論長露天礦（長露天礦的長寬比4；短露天礦的長寬比<4）開采傾斜及急傾斜礦床的情況。長露天礦的地質(zhì)橫剖面圖（垂直巖層走向的地質(zhì)剖面圖稱地質(zhì)橫剖面圖；平行巖層走向的剖面圖，習慣稱地質(zhì)縱斷面圖；呈水平方向的剖面圖，習慣稱水平地質(zhì)斷面圖）能充分反映礦體的賦存特征。開采傾斜及急傾斜礦床的長露天礦，是在橫斷面圖上計算其境界剝采比。這種方法又分為面積比法和線段比法。 面積比法面積比法如圖14-5-1。在地質(zhì)橫剖面圖上作通過境界深度H和H-h的水平線。通常取h等于臺階高度。按照確定的露天礦底寬和頂、底幫邊坡角與（根據(jù)巖石穩(wěn)定條件和開拓運輸條件選?。?/p>

26、，繪出開采境界線abcd和a1b1c1d1，用求積儀量出礦石面積增量S和巖石面積增量S1、S2，計算境界剝采比。11. 境界剝采比的計算方法線段比法 線段比法面積比法需用求積儀求算面積，工作繁瑣，為了簡化設計，通常采用線段比法。 計算原理根據(jù)境界剝采比的定義，可推導出投影線段比法，其原理可以用圖1.6.2來說明。該圖表示地形平坦的規(guī)則礦體，其水平厚度為m，傾角為，露天開采境界的頂、底幫邊坡角分別為和，abcd和a1b1c1d1分別是深度H和H-H的境界，ag和dh為cc1的平等線。為了確定境界剝采比，需要分別計算四邊形b1c1cb、aa1b1b和d1dcc1的面積A、V1和V2。根據(jù)幾何關系，

27、有：A = m·HV1 = abe-a1b1e = = 由此可得巖石增加與礦石增量之比值：=當H0時，可得境界剝采比：= （1.6.27）上式表明，境界剝采比nj可用線段（gb+ch）與bc的長度之比來確定。 計算步驟一般情況下，用投影線段比法計算境界剝采比的步驟如下（如圖1.6.3所示）： 首先在地質(zhì)橫剖面圖上作通過境界深度H的水平線； 按照選取的最終邊坡角和露天底寬，繪出深度為H的露天開采境界abcd，它交地表于a、d兩點，交分支礦體于e、f、g、h諸點； 確定境界底部的延深方向，即將本水平一側(cè)下部境界點c與上水平同側(cè)下部境界點c0相連，得投影方向線cc0； 依次從a、e、f、g

28、、h和d作cc0的平行線，交水平線bc于a1、e1、f1、g1、h1和d1。由此，得到深度H的境界剝采比為：公式是儲量境界剝采比的計算公式，簡化后為： （） 將上式代入公式，可以得到原礦境界剝采比的計算公式： 確切地說，長露天礦的境界剝采比是利用各橫斷面圖分段計算的。與此不同的是，短露天礦（即，走向短深度大的露天礦），端幫剝離量占比重較大，一般不用地質(zhì)橫剖面圖確定礦床境界剝采比和開采深度，而是把露天礦作為一個整體，求總的境界剝采比。當露天礦場上部境界線各點標高相差不大，或雖相差較大，但延深方向很陡，且露天礦的長、寬隨深度的變化很小時，短露天礦的境界剝采比可近似地用面積垂直投影法（平面圖法）求得

29、。以平面圖法求境界剝采比的步驟如下： 取任一開采深度的地質(zhì)分層平面圖，并按選定的最小底寬和礦體形狀圈定露天礦底部周界，如圖7-6。 在各縱橫斷面圖上，按確定的邊坡角作邊坡線，找出邊坡線同地形線及礦體接觸的交點，并垂直投影到分層平面圖上。在缺少斷面圖的地方，則在分層平面圖上，選有代表性的點作垂直于底部周界的輔助斷面，繪出邊坡線，找出與地形線及礦巖接觸的交點，并投影到分層平面圖上。 按順序連接各縱、橫斷面及輔助斷面上所得的地表交點及礦巖交點的投影點，求得該開采深度的露天礦上部最終境界線和邊坡上礦巖接觸點的垂直投影點。 用求積儀分別求得整個采礦場的礦巖投影面積（SZ）和底平面及邊幫上的礦體投影面積（

30、SK）。 計算該水平的境界剝采比nJ，即 當露天礦地形不很復雜，礦體為急傾斜且變化較小時，計算效果較好。當條件復雜時，為提高計算效果，應多做輔助斷面。12. 確定露天礦開采境界的原則境界剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則露天開采境界的大小決定了露天礦采礦量和剝離量的多少。隨著露天開采境界的延深和擴展，在采礦量增加的同時剝離量也大幅度增加，且剝離量的增加速度要超過可采工業(yè)儲量的增長速度，從而導致剝采比不斷增大。因此，露天開采境界的確定，實質(zhì)上是對剝采比的大小加以控制，使之不超過經(jīng)濟合理剝采比。確定露天開采境界時，以投資經(jīng)濟效果最優(yōu)為基本原則。衡量投資經(jīng)濟效果的指標有產(chǎn)品成本、盈利、投資返本期、單位礦

31、石生產(chǎn)能力的投資額、勞動生產(chǎn)率、投產(chǎn)及達產(chǎn)時間等。要綜合利用上述指標確定境界較復雜。因比通常以其中某一指標作為確定境界的準則（如，按礦石成本最低或盈利最大確定境界等），有時也以其它指標作為輔助準則。在這里，剝采比能較好地體現(xiàn)上述經(jīng)濟指標，因此，露天開采境界的確定，實質(zhì)上是在盡量多劃入可采儲量和少劃入剝離量的前提下，選擇一個剝采比不超過經(jīng)濟合理剝采比的開采境界。然而，究竟要控制哪一種剝采比，存在許多不同觀點，但目前常用的是控制境界剝采比、平均剝采比和生產(chǎn)剝采比三種原則，即 境界剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比； 平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比； 生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比。 境界剝采比不大于經(jīng)濟合

32、理剝采比（）原則該原則的實質(zhì)是，露天開采境界向下延深時，露天開采的邊界經(jīng)濟效益不劣于地采經(jīng)濟效益，即確定露天開采界限的臨界條件是nJ=nJH。該原則的技術經(jīng)濟目標是使整個礦床的開采盈利最大。某礦體從地表延伸到H0深度，其橫斷面如圖1.6.4所示。礦床上部和下部分別采用露天開采和地下開采，其開采盈利可表示為露天開采境界深度H的函數(shù)u(H)，即： 式中 b露天開采的剝離成本，元/m3；r礦石的容積密度，t/m3；uL、uD分別為露采與地采每噸原礦的最終盈利；、分別為露采和地采的礦石視在回收率。函數(shù)u(H)的一階導數(shù)和二階導數(shù)分別為： 由上式可知，u(H)的極大值。令du/dH=0，可以獲得使u(H

33、)達到最大值的露天開采境界最佳深度，并由此可以得出開采境界最佳深度所對應的技術經(jīng)濟條件： 上式等號左邊和右邊分別為原礦境界剝采比（）和由盈利比較法確定的經(jīng)濟合理剝采比（），即。上述證明，這一原則還體現(xiàn)了礦床上部采用露天開采，下部采用地下開采，整個礦床采用聯(lián)合開采時，其總費用最小這原則。正是由于nJnJH原則具有使整個礦床開采的總經(jīng)濟效果最佳這個含意，這一原則獲得了廣泛贊同，再加上運用起來簡單方便，因而國內(nèi)外廣泛運用這原則來圈定露天礦境界。然而，nJnJH原則亦存在一些缺陷，主要是： 它只是概略地研究整個礦床的開采效果，并未細致地分析露天開采各過程的經(jīng)濟狀態(tài)。因此，接這一原則圈定出來的露天開采境

34、界，只能使礦床開采的總經(jīng)濟效果最佳，而不能保證開來過程個任何時期的經(jīng)濟性都最好。 對于某些覆蓋層較厚或不連續(xù)的礦體，這原則有時不適用。如圖6-9那樣的不連續(xù)礦體abcd是按這一原則確定的露天開采境界，其境界剝采比符合要求，但基建剝采比及平均剝采比都大于經(jīng)濟合理剝采比，這意味著該境界在經(jīng)濟上明顯不合理。13. 確定露天礦開采境界的原則平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則 平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比（nPnJH）原則這一原則是針對露天開采境界內(nèi)的全部礦巖量而言，要求露天開采的總體經(jīng)濟效果（成本或盈利）不劣于地下開采。如圖6-10所示，設abcd是露天開采境界，境界內(nèi)礦石量為A、需要剝離的巖石量為

35、V，L=D，L=D和。根據(jù)原礦成本比較法：上式的左端是平均剝采比nP，右端是經(jīng)濟合理剝采比nJH，即nPnJH。nP是整個露天礦的平均指標，nP僅能反映平均的經(jīng)濟效果。因此，nP是一個籠統(tǒng)的原則，也是一個平均的優(yōu)劣搭配的原則?？梢宰C明，平均剝采比nP不大于經(jīng)濟合理剝采比nJH原則的技術經(jīng)濟目標是在滿足露采的平均經(jīng)濟效果不劣于地采的條件下，使劃歸露天開采境界的礦石儲量最大。也就是說，按這一原則所確定的境界，是將露天開采過程中優(yōu)于地采和劣于地采的兩個部分進行搭配，其平均效果等于地采效果。由于這一原則是采用算術平均的方法，因此難免會使露天開采某些時期的經(jīng)濟效果劣于地下開采。nPnJH原則可以與nJn

36、JH原則聯(lián)合使用。對于某些覆蓋層厚度大、上薄下厚或不連續(xù)的礦體，按nJnJH原則圈定開采境界后，還要核算該境界內(nèi)的平均剝采比，看它是否滿足nPnJH原則（即，nPnJH原則常作為nJnJH原則的補充）。此外，對于某些貴重或稀有礦物的高價值礦床或小型礦山，為了盡量采用露天開采以減少礦石的貧化損失，可以運用這個原則來確定開采境界，借以擴大露天開采范圍。14. 確定露天礦開采境界的原則生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比原則 生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比（nSnJH）原則對于露天開采而言，只在生產(chǎn)剝采比才能真實反映露天礦實際發(fā)生的剝采關系，反映出不同生產(chǎn)工藝系統(tǒng)及開采程序?qū)辰绱_定的影響。因此，按nSn

37、JH原則確定開采境界，可以使露天礦任何生產(chǎn)時期的經(jīng)濟效果都不劣于地下開采。該原則中的生產(chǎn)剝采比，可以是均衡生產(chǎn)剝采比，也可以是非均衡的生產(chǎn)剝采比，即時間剝采比。無論采用時間剝采比還是均衡生產(chǎn)剝采比，都是基于對生產(chǎn)剝采比的變化規(guī)律進行深入分析之后，主張控制實際發(fā)生的生產(chǎn)剝采比，而不是以脫離實際生產(chǎn)過程的平均剝采比或境界剝采比作為依據(jù)，這種結(jié)合實際生產(chǎn)過程研究境界確定的課題無疑是可取的。但是，這一方法亦存在一些缺陷： 沒有考慮整個礦床開采的總經(jīng)濟效果，它只顧及礦床上部的露天開采而不管剩余部分的開采； 按該原則圈定的露天開采境界比按nPnJH原則圈定的小，而較按nJnJH原則圈定的要大。因此，隨之而

38、來的初始剝離量和基建投資也較大。另外，由于生產(chǎn)剝采比的概念不易明確界定，加之它與采深的關系較為復雜而不易把握，因而與該原則相應的設計方法的可操作性較差。鑒于上述原因，這個原則很少采用。15. 確定露天開采境界的方法和步驟露天礦最終邊坡角的選取確定露天開采境界是在露天礦主要的生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝及工藝參數(shù)、露天礦剝采程序、開拓運輸方式、線路參數(shù)等初步擬定以后進行的。確定露天開采境界的方法因礦床的賦存條件不同而異。下面僅以傾斜和急傾斜礦床為對象，介紹設計中廣泛應用的按nJnJH原則確定露天開采境界的方法和步驟。其步驟是：根據(jù)選取的露天礦最終邊坡角及平臺尺寸和確定境界的原則，長露天礦一般按地質(zhì)橫剖面圖

39、逐個確定其深度，然后進行縱斷面調(diào)整，并圈定底的合理周界，按照選擇的開拓運輸系統(tǒng)繪制露天礦開采終了平面圖。 露天礦最終邊坡角的選取露天礦最終邊破角對露天礦的生產(chǎn)、安全與經(jīng)濟效果都有很大影響。過小的邊坡角將增加剝巖量，使剝采比增大，從經(jīng)濟效果來考慮，希望邊坡角盡可能大些。然而，過大的邊坡角將導致邊坡失穩(wěn)，嚴重影響礦山正常生產(chǎn)。因此，露天礦的最終邊坡角，要同時滿足安全穩(wěn)定條件和開采技術條件的要求，并盡可能地加陡。安全穩(wěn)定條件是指根據(jù)邊坡巖體的構(gòu)造和力學性質(zhì)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，通過穩(wěn)定性分析計算，確定能保證邊坡穩(wěn)定的邊坡角。目前，邊坡角的計算分析方法還不完善，在境界設計階段，一般是參照類似礦山的

40、經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選取穩(wěn)定的邊坡角。在確定露天礦邊坡角后，還應根據(jù)邊幫組成及邊幫的細部結(jié)構(gòu)尺寸進行驗算。關于開采技術條件，是指按邊坡的構(gòu)成要素確定最終邊坡角。露天礦最終邊坡由最終臺階，即非工作臺階組成（圖7-12）。露天礦的的工作臺階推進到最終境界時，變成固定的非工作臺階，經(jīng)過長期暴露風化引起剝落和塌落，因此其最終的臺階坡面角通常小于原來的臺階坡面角。最終臺階的穩(wěn)定坡面角與巖體的性質(zhì)、構(gòu)造、節(jié)理、產(chǎn)狀、臺階高度及形成最終臺階的穿爆工藝條件等有關。通常采掘作業(yè)形成的臺階坡面經(jīng)人工刷坡、局部加固或自然剝落、塌落后，形成最終臺階坡面。當采用自然剝落法形成最終坡面時，事先應留下足夠的平臺寬度。為了減少刷坡工程

41、量，減少巖體破壞，提高臺階坡面的穩(wěn)定性，在臨近最終境界時應盡可能采用預裂爆破和光面爆破。 露天礦邊幫由臺階的坡面及平臺組成，平臺分保安平臺、清掃平臺、運輸平臺，運輸平臺又分水平運輸平臺和傾斜運輸平臺（如，平臺與平臺之間的出入溝），如圖6-2所示。 安全平臺是用來容納從邊坡上掉落下的巖石，調(diào)節(jié)邊坡角的大小，以保證下部水平的工作安全和最終邊坡的穩(wěn)定性。邊幫巖體因受長期風化及爆破影響而易碎落，較窄的平臺常被破壞，故一般不小于24m。為保證用機械清除安全平臺上積存的巖塊，一般在四周邊幫上每隔23個臺階設一清掃平臺。清掃平臺也起安全平臺的作用，其寬度取決于清掃用的裝載、運輸設備，一般小于6 m。近年來，

42、有些礦山根據(jù)安全平臺和清掃平臺的寬度不夠，難以保證安全的實際情況，當最終邊幫穩(wěn)定性較好，允許增加非工作臺階高度時，可以把幾個臺階并為一個高臺階并設一個較寬的清掃平臺。一般24個臺階并為一個高臺階，然后設置一個寬度達1012m的清掃平臺，以便能有效地發(fā)揮攔截和清掃落石的作用。如果邊坡穩(wěn)定性較差，并段后的臺階常發(fā)生滑坡或塌落，則不宜并段，需采用較緩的最終邊坡角。在最終邊幫某剖面上的傾斜運輸平臺數(shù)目，取決于開拓運輸坑線系統(tǒng)的布設情況。當兩個臺階設一個回返站時，隔一個臺階出現(xiàn)一個傾斜運輸平臺。水平運輸平臺的數(shù)目，取決于開拓運輸坑線系統(tǒng)和工作線的進出車方式及開采程序。最終臺階坡面角（是露天采場最下一個臺

43、階的坡底線和最上一個臺階坡頂線構(gòu)成的假想平面與水平面的夾角），安全平臺（為保證工作安全而設，其寬度不應小于24m）、清掃平臺（為清除安全平臺上積存的巖塊而設，一般每隔23個臺階設一清掃平臺，其寬度決定于清掃時所用的裝載及運輸設備，一般大于6m）、運輸平臺（為各個工作面出入運輸設備而設）和出入溝的寬度a、b、c和d，以及相應平臺數(shù)n1、n2、n3和n4，臺階高度h等參數(shù)確定之后，符合開采技術條件的最終邊坡角可用下式計算：式中 n最終臺階數(shù)目。當安全條件所需的邊坡角和技術條件所需的邊坡角相差不大時，邊坡穩(wěn)定條件和所采用的開拓運輸坑線等技術條件是協(xié)調(diào)的；當根據(jù)安全條件選定的邊坡角比按照技術條件所確定

44、的邊坡角大得很多時，則說明除滿足邊坡穩(wěn)定條件之外，為設置開拓運輸坑線還需要進行大量擴幫。此時，應在技術經(jīng)濟允許的范圍內(nèi)綜合研究開拓開采方案，盡量增大邊坡角，以減少剝離量，增加經(jīng)濟效益。相反，當技術條件所需的邊坡角比安全條件所需的邊坡角大很多時，則應在技術經(jīng)濟合理的條件下，采用各種人工加固邊坡措施，增大邊坡穩(wěn)定條件和邊坡角度。16. 確定露天開采境界的方法和步驟確定露天礦底部寬度和位置 確定露天礦底部寬度和位置露天礦的最小寬度，應滿足采掘運輸設備在底部正常運行與安全作業(yè)的要求。當采用汽車運輸時，底寬應滿足汽車調(diào)頭的要求。汽車在工作面的配置和入換方式通常有三種：同向行車、折返式和回返式（圖3-15

45、）。同向行車（圖3-15a）是汽車在工作平盤上不改變運行方向，這對于入換和裝車均有利，工作平盤只需單干道，所占平盤寬度小，但臺階需有兩個出入口。折返式入換（圖3-15b、c）是汽車在工作面換向倒退至裝車地點，而回返式入換（圖3-15d、e）是汽車在工作面迂回換向。它們都是在臺階只有一個出入口的條件下應用，工作平盤上需設雙車道。但由于入換方式不同，入換時間和所占工作平盤寬度也不同。折返倒車的入換時間較長，而工作平盤寬度較窄，回返行車則與之相反。這兩種入換方式要根據(jù)生產(chǎn)中實際的工作平盤寬度靈活運用。若采用回返式調(diào)車，露天礦最小底度為： 若采用折返式調(diào)車，露天礦最小底度為：式中 Rcmin汽車最小轉(zhuǎn)

46、彎半徑，m；bc汽車寬度，m；lc汽車長度，m；e汽車距邊坡的安全距離，1.01.5m。在確定露天開采境界時，若礦體厚度小于最小底寬，則境界底部取最小底寬；若礦體厚度比最小底寬大得不多，則取礦體厚度；若礦體厚度遠大于最小底寬，則通常取最小底寬，或可適當放寬一些。露天礦底部位置沿水平方向移動時，開采境界內(nèi)的礦巖量及平均剝采比也隨之變化。因此，在無其他特別要求的情況下，露天礦底應置于使平均剝采比最小的位置，且盡可能布置在礦體中間。確定露天礦底平面位置的基本要求是： 使露天開采境界內(nèi)的礦石儲量最多而剝離量最少； 為使劃入可采儲量最可靠，通常把露天礦底平面置于礦體中間，以避免地質(zhì)作圖誤差的影響； 根據(jù)

47、礦石質(zhì)量分布，使采出礦石質(zhì)量最好； 根據(jù)礦巖的物理力學性質(zhì)調(diào)整露天礦底的位置，盡可能使邊坡穩(wěn)固，穿爆方便。從礦山采剝工程的要求來看，露天礦場的底寬相當于開段溝的掘溝寬度，其寬度取決于掘溝方法及采掘設備。按工作安全條件要求，一般不小于2030m。在西方國家中，最小底寬通常在50200m之間變化，視采、運設備規(guī)格而定。當前，為保證坑底作業(yè)安全并提高作業(yè)效率，露天礦底寬有增大趨勢。17. 確定露天開采境界的方法和步驟確定露天礦開采深度 確定露天礦開采深度確定露天礦開采境界的原則實質(zhì)上是確定露天礦合理開采深度的理論依據(jù)。露天礦走向長度大（長露天礦）時，首先沿礦體走向選擇數(shù)個有代表性的地質(zhì)橫剖面圖，初步

48、確定各個地質(zhì)橫剖面圖上的開采深度，然后用縱剖面圖進行調(diào)整，最后確定露天礦的底部標高。在橫斷面圖上確定露天開采深度的方法為方案分析法、分析法和圖解法三種，其中方案分析法應用最廣，其具體操作步驟如下： 在選定的各地質(zhì)橫剖面圖上初步擬定開采深度在各地質(zhì)橫剖面圖上，根據(jù)已確定的最終邊坡角和底寬，選擇適當?shù)牡撞课恢米鞒鋈舾蓚€不同深度的開采境界方案（圖1.6.8）。當?shù)V體埋藏條件簡單時，開采深度方案可少取一些；礦體形態(tài)復雜時，開采深度方案應多取一些，且必須包括礦體水平厚度有明顯變化（或是境界剝采比有明顯變化）的深度。應注意，當橫斷面與礦體走向非正交時，該橫斷面圖上的最終邊坡角實際上是偽傾角，需換算成真傾角。通常采用線段比法計算各深度方案的境界剝采比。將各方案的境界剝采比與開采深度的關系繪成曲線（圖1.6.9），再繪出表示經(jīng)濟合理剝采比的水平線，兩線交點的橫坐標HJ就是該斷面所尋求的理論開采深度。在利用地質(zhì)橫斷面圖確定開采境界時，由于橫斷面線與采礦場縱軸線不恰好直交而產(chǎn)生計算誤差。橫斷面線與采