金屬礦露天開(kāi)采

第1章

露天開(kāi)采基礎(chǔ)知識(shí)

1.1礦石和礦床

1.1.1礦石、廢石等概念

凡是地殼中的礦物自然聚合體,在現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平條件下,能以工業(yè)規(guī)模從中提取國(guó)民經(jīng)濟(jì)所必需的金屬或礦物產(chǎn)品者,叫做礦石。以礦石為主體的自然聚集體叫礦體。礦床是礦體的總稱(chēng),一個(gè)礦床可由一個(gè)或多個(gè)礦體所組成。礦體周?chē)膸r石稱(chēng)圍巖,據(jù)其與礦體的相對(duì)位置的不同,有上盤(pán)圍巖、下盤(pán)圍巖與側(cè)翼圍巖之

分。緩傾斜及水平礦體的上盤(pán)圍巖也稱(chēng)為頂板,下盤(pán)圍巖稱(chēng)底板。礦體的圍巖及礦體中的巖石(夾石),不含有用成分或含量過(guò)少,從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)無(wú)開(kāi)采價(jià)值的,稱(chēng)為廢石。礦石中有用成分的含量,稱(chēng)為品位。品位常用百分?jǐn)?shù)表示。黃金、金剛石、寶石等貴重礦石,常分別用1t或1m3礦石中含多少克和克拉有用成分來(lái)表示礦床內(nèi)的礦石品位分布很少是均勻的。邊界品位是劃分礦石與廢石(圍巖或夾石)的有

用組分最低含量標(biāo)準(zhǔn)。礦山計(jì)算礦石儲(chǔ)量分為表內(nèi)儲(chǔ)量與表外儲(chǔ)量。表內(nèi)外儲(chǔ)量劃分的標(biāo)準(zhǔn)是按最低可采平均品位,又名最低工業(yè)品位,筒稱(chēng)工業(yè)品位。按工業(yè)品位圈定的礦體稱(chēng)工業(yè)礦體。顯然工業(yè)品位高于或等于邊界品位。礦石和廢石,工業(yè)礦床與非工業(yè)礦床劃分的概念是相對(duì)的。1.1.2礦床的開(kāi)采方法

露出地表或靠近地表的礦體，往往可以采取剝除掩蓋在礦體上部的表土及部分的兩盤(pán)圍巖的方法，使礦體暴露在外，以便把礦石采出來(lái)，這種方法就是露天開(kāi)采方法。在露天開(kāi)采中主要有機(jī)械法開(kāi)采和水力開(kāi)采兩種。水力開(kāi)采是用水槍射出高速高壓的水流沖采礦巖，并用水力沖運(yùn)礦巖，此法多用于開(kāi)采松軟的砂礦床。機(jī)械法則是采用各種采、裝、運(yùn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開(kāi)采的。這是最常用的一種露天采礦方法。

露天采礦方法有物理開(kāi)采方法和化學(xué)開(kāi)采方法兩大類(lèi)。物理開(kāi)采法有機(jī)械化開(kāi)采方法，如掘坑外排開(kāi)采法、倒堆內(nèi)排開(kāi)采法、螺旋鉆開(kāi)采法、石料開(kāi)采法、水力機(jī)械化開(kāi)采法等；化學(xué)開(kāi)采法主要有溶浸采礦法和細(xì)菌采礦法。礦床埋藏較錢(qián)，甚至出露地表。礦床規(guī)模較大,需要以較大的生產(chǎn)能力來(lái)開(kāi)采。露天開(kāi)采只要將上部覆土及兩盤(pán)圍巖剝離，不需要大量的井巷工程，就可以開(kāi)采有用礦石,且露天開(kāi)采作業(yè)條件方便、安

全程度高、環(huán)境好、生產(chǎn)安全可靠、生產(chǎn)空間不受限制。為大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用能夠?qū)嵭袡C(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。開(kāi)采強(qiáng)度大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)效益好。露天開(kāi)采時(shí)，最常用的配套設(shè)備是穿孔鉆機(jī)、單斗機(jī)械鏟、電機(jī)車(chē)或汽車(chē)等。此時(shí)生產(chǎn)工藝是不連續(xù)的，但它卻是適用范圍最廣而又普遍應(yīng)用的方式，目前我國(guó)主要采用這種方式進(jìn)行露天開(kāi)采。此外，還有采用多斗挖掘機(jī)與皮帶運(yùn)輸機(jī)相配合，形成挖掘、運(yùn)輸?shù)牧魉鳂I(yè)，其生產(chǎn)工藝是連續(xù)的。但它的適用性小，到目前為止，它只是在

開(kāi)采松軟的．褐煤、砂礦、磷灰石等礦床中有應(yīng)用的可能。

金屬礦床地下開(kāi)采適用于礦床規(guī)模不大，埋藏較深的礦體，是通過(guò)開(kāi)挖大量的井巷工程接觸礦體，通過(guò)一定的工藝采出有用礦石。由于作業(yè)空間狹窄，大型機(jī)械應(yīng)用困難，生產(chǎn)能力受到限制，作業(yè)環(huán)境惡劣，需要通風(fēng)、排水等系統(tǒng)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，損失貧化較大。對(duì)于賦存條件特殊的礦床如砂礦、海洋礦床等，可以來(lái)用水力開(kāi)采、采金船開(kāi)采、海洋采礦、化學(xué)采礦等。1.1.3礦石的種類(lèi)

地球外部的一層堅(jiān)硬外殼稱(chēng)為地殼。地殼是由天然的礦物元素組成，這些元素包括非金屬元素（如：氧、硅等）和金屬元素（如：鐵、銅、鉛等）礦物在地殼中很少是單獨(dú)存在的，它們常呈集合體出現(xiàn)，這種礦物集合體就稱(chēng)為巖石。其中凡是含有某種礦物能滿足工業(yè)上的要求，而且在現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平能工業(yè)規(guī)模從中提取國(guó)民經(jīng)濟(jì)所必需的金屬或礦物產(chǎn)品的就叫做礦石。

若不含上述成分或在含量上不適于目前工業(yè)應(yīng)用的巖石，則稱(chēng)為廢石。

礦石和廢石的含意是相對(duì)的。

金屬礦石可分為自然金屬礦石（如：金、銀、鉑等）、氧化礦石（如：Fe2O3

、Fe3O4

等）、硫化礦石（如：PbS、ZnS等）和混合礦石四種。一般鐵礦石大都屬于氧化礦石這一類(lèi)。

礦石中含有益成分和有害成分的多少，可反映礦石質(zhì)量的好壞。有益成分的含量高低，一般以“品位”表示，即礦石中有益成分含量的比率。

最低工業(yè)品位（或稱(chēng)最低可采品位）是劃分礦石是否具有開(kāi)采價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)。它是指礦體內(nèi)能夠單獨(dú)開(kāi)采的某一塊段的最低平均品位而言。當(dāng)塊段的礦石平均品位達(dá)到了這個(gè)最低品位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該塊段才具有工業(yè)開(kāi)采的價(jià)值。最低工業(yè)品位的確定，一方面既要保證礦石能夠?yàn)楣I(yè)所利用，另一方面又要保證最大限度地利用國(guó)家的礦產(chǎn)資源。1.1.4礦巖的性質(zhì)

（1）結(jié)塊性：爆破下來(lái)的礦、巖，如含有黏土、滑石及其他黏性微粒時(shí)，受濕及受壓后，在一定時(shí)間內(nèi)就能結(jié)成整塊。這種使碎礦巖結(jié)成整塊的性質(zhì)就是結(jié)塊性。它對(duì)裝運(yùn)、排卸工作都有較大的影響。（2）氧化性：硫化礦石受水和空氣的作用變?yōu)檠趸V石而降低選礦回收指標(biāo)的性能。（3）含水性：礦、巖吸入和保持水分的性能。含水的巖石容易造成排上場(chǎng)邊坡的滑落，對(duì)排土工作影響較大。（4）松脹系數(shù)：采下礦、巖的體積與其原來(lái)的整體體積之比。（5）容重：?jiǎn)挝惑w積礦、巖的重量，噸／米3。（6）硬度：礦、巖的堅(jiān)硬程度。它直接影響穿爆工作。（7）穩(wěn)固性：礦、巖在一定的暴露面下和一定時(shí)間內(nèi)不塌落的性能。礦巖的節(jié)理發(fā)育程度、含水性對(duì)穩(wěn)固性有很大的影響，在設(shè)計(jì)露天礦邊坡時(shí)要切實(shí)加以考慮。1.1.5礦體埋藏條件

由于受某種地質(zhì)作用的影響，由一種或數(shù)種有用礦物形成的堆積體稱(chēng)為礦體。與礦體四周接觸的巖石稱(chēng)圍巖。在礦體上方的圍巖稱(chēng)上盤(pán)，反之則稱(chēng)下盤(pán)。相鄰的一系列礦體或一個(gè)礦體組成礦床。其質(zhì)與量適于工業(yè)應(yīng)用并在一定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下能夠開(kāi)采的，謂之工業(yè)礦床，否則叫非工業(yè)礦床。影響露天開(kāi)采的礦床埋藏特征主要有形狀、產(chǎn)狀和大小。1.1.5.1金屬礦床的形狀

（1）脈狀：主要是熱液作用和氣化作用將礦物質(zhì)充填于地殼裂縫而成。其特點(diǎn)是埋藏不定、和有用成分含量不均，大多數(shù)為長(zhǎng)度較大、埋藏較深的礦體。（2）層狀：多數(shù)是由沉積生成。其特點(diǎn)是長(zhǎng)度和寬度都較大，形狀和埋藏條件穩(wěn)定，有用成分的組成和含量比較均勻。（3）塊狀：此形狀礦體在空間上三個(gè)方向大小比例大致相等，其大小和形狀不規(guī)則，常呈透鏡狀、礦巢和礦株，一般和圍巖無(wú)明顯界限。有色金屬礦床多為此類(lèi)形狀。1.1.5.2礦床的產(chǎn)狀要素

走向：礦體層面與水平面所成交線的方向。傾向：礦體層面傾斜的方向。傾角：礦體層面與水平面的夾角。據(jù)傾角大小不同，礦體可分為：近水平、緩傾斜、傾斜、急傾斜礦體。對(duì)露天開(kāi)采而言，可作如下劃分：近水平礦體傾角在0°－10°之間。緩傾斜礦體傾角在10°－25°之間。傾斜礦體傾角為25°－40°之間。急傾斜礦體傾角大于40°。1.1.5.3礦體的大小

表示礦體大小的主要參數(shù)是走向長(zhǎng)度、厚度、寬度（對(duì)水平礦體而言）或下延深度（對(duì)傾斜礦體而言）。礦體厚度又有水平厚度和垂直厚度之分。礦體上下盤(pán)邊界間的水平距離稱(chēng)為礦體水平厚度；而礦體上下盤(pán)邊界間的垂直距離則為礦體垂直厚度。一般來(lái)說(shuō)，水平的和緩傾斜礦床只用垂直厚度表示。礦體按其厚度可分為：薄礦體、中厚礦體和厚礦體。對(duì)于露天開(kāi)采可作如下劃分：薄礦體厚度在0.3-0.5米之間，對(duì)這種礦體很難進(jìn)行選擇開(kāi)采；中厚礦體厚度為3-10米，選擇開(kāi)采較易，對(duì)于水平礦體，一般用一個(gè)臺(tái)階即可開(kāi)采全厚。厚礦體厚度為10-30米或更大，選擇開(kāi)采容易，對(duì)于水平礦體，一般需要幾個(gè)臺(tái)階才能開(kāi)采全厚。第1章

露天開(kāi)采基礎(chǔ)知識(shí)

1.2露天開(kāi)采的基本概念1.2.1常用名詞采用露天開(kāi)采方法進(jìn)行開(kāi)采的礦床或其一部分，稱(chēng)為露天礦田。從事露天礦田開(kāi)采的礦山企業(yè)則稱(chēng)為露天礦。露天開(kāi)采時(shí)，通常把礦巖劃分成具有一定厚度的水平分層，用獨(dú)立的采掘、運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行開(kāi)采。在開(kāi)采過(guò)程中各分層保持一定的超前關(guān)系，從而形成了階梯狀，每一個(gè)階梯就是一個(gè)臺(tái)階或稱(chēng)作階段。已經(jīng)進(jìn)行和正在進(jìn)行露天開(kāi)采的區(qū)域，叫做露天礦場(chǎng)。它由已開(kāi)采的臺(tái)階和露天坑道組成。由于礦體在自然界中賦存的條件是多種多樣的，就其地形條件來(lái)看，有的礦體地處高山，有的在平地或緩丘，這就使露天礦山形成山坡和深凹兩種形態(tài)。如露

天礦場(chǎng)內(nèi)開(kāi)采水平處于相對(duì)地表標(biāo)高之上，則為山坡露天礦，而位于相對(duì)地表標(biāo)高以下的，則稱(chēng)深凹露天礦。對(duì)于一個(gè)露天礦山來(lái)說(shuō)，從開(kāi)始到終了，可能一直以一種形態(tài)存在，也可能開(kāi)始是山坡露天，而到后期發(fā)展為深凹露天礦1.2.2境界方面名詞

露天礦開(kāi)采終了時(shí)一般形成一個(gè)以一定的底平面、傾斜邊幫為界的一個(gè)斗形礦坑，即露天坑。露天采場(chǎng)開(kāi)采終了時(shí)或某一時(shí)期形成的露天礦場(chǎng)稱(chēng)為露天境界。露天礦場(chǎng)邊幫與地表平面形成的閉合交線稱(chēng)為地表境界線。露天礦場(chǎng)邊幫與底平面形成的交線叫底部界線或叫底部周界。露天礦場(chǎng)的邊幫即露天礦場(chǎng)的四周表面，它由臺(tái)階平盤(pán)、坡面和露天坑道底面等組成。位于礦體底盤(pán)一側(cè)的稱(chēng)底幫，位于礦體頂盤(pán)的稱(chēng)頂幫，其余兩端稱(chēng)端幫。露天礦場(chǎng)工作幫：（AD）正在進(jìn)行開(kāi)采的工作臺(tái)階所組成的邊幫或邊幫的一部分。工作幫的位置不是固定的，它隨著開(kāi)采工作的進(jìn)行而不斷移動(dòng)。露天礦場(chǎng)的構(gòu)成要素包括：露天礦場(chǎng)非工作幫：（CD及AB）由已經(jīng)結(jié)束開(kāi)采工作的非工作臺(tái)階組成的邊幫或其一部分。非工作幫的位置一般是固定的，所以必須保持穩(wěn)定。工作幫坡面:（KG）通過(guò)工作幫最上和最下一個(gè)臺(tái)階的坡底線所作的假想平面。工作幫坡角:（）工作幫坡面與水平面的夾角。非工作幫坡面:（AB及CD）通過(guò)露天礦非工作幫最上部一個(gè)臺(tái)階的坡頂線和最下部一個(gè)臺(tái)階的坡底線所作的假想平面。它是代表露天礦邊幫的最終位置的。露天礦最終邊坡角:（β及γ）非工作幫坡面與水平面間的夾角。上部最終境界線:（B及C）開(kāi)采結(jié)束時(shí)，非工作幫坡面與地表相交的閉合曲線。下部最終境界線:（E及F）開(kāi)采結(jié)束時(shí)，非工作幫坡面與露天礦底平面相交的閉合曲線。露天礦場(chǎng)最終境界:即露天礦場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束時(shí)，由其上、下部最終境界線所限定的位置。開(kāi)采深度：是指開(kāi)采水平的最高點(diǎn)到露天礦場(chǎng)的底平面的垂直距離。圖1-2露天礦場(chǎng)構(gòu)成要素1.2.3生產(chǎn)方面名詞臺(tái)階：露天開(kāi)采過(guò)程中，露天礦場(chǎng)被劃分或若干具有一定高度的水平分層，這些分層稱(chēng)為臺(tái)階，分層的垂直高度為臺(tái)階高度如圖1－3。臺(tái)階通常以下部水平的海拔標(biāo)高來(lái)標(biāo)稱(chēng)，如臺(tái)階的上平面稱(chēng)為上部平臺(tái)，相對(duì)其上的工作平面稱(chēng)為工作平盤(pán)。也以其海拔高度標(biāo)稱(chēng)。臺(tái)階的下平面稱(chēng)為下部平臺(tái)，上下平臺(tái)間的坡面稱(chēng)臺(tái)階坡面，其與水平面的夾角稱(chēng)坡面角。臺(tái)階坡面與上部平臺(tái)的交線稱(chēng)坡頂線，臺(tái)階坡面與下部平臺(tái)的交線稱(chēng)坡底線。圖1-3臺(tái)階要素圖非工作平臺(tái)：組成非工作幫面上的臺(tái)階上的平盤(pán)叫非工作平盤(pán)，也叫非工作平臺(tái)。非工作平臺(tái)按用途有清掃平臺(tái)，是非工作幫上為了清掃風(fēng)化下的巖石而設(shè)立的平臺(tái)，上面能運(yùn)行清掃設(shè)備。安全平臺(tái)是為降低最終邊坡角而設(shè)立的平臺(tái)，起到保證邊坡穩(wěn)定的作用。運(yùn)輸平臺(tái)：是為行走運(yùn)輸設(shè)備而設(shè)立的平臺(tái)，保持礦石和廢石從深部或頂部運(yùn)往選礦廠或排土場(chǎng)。采區(qū)：采區(qū)是指位于工作平盤(pán)上的鑿巖、采裝、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備工作的區(qū)域，沿臺(tái)階走向?qū)⒛彻ぷ髌奖P(pán)劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的采區(qū)。每個(gè)采區(qū)又稱(chēng)采掘帶。采掘帶的大小由采區(qū)長(zhǎng)度和采掘帶寬度來(lái)表示。圖1-4采掘帶、采區(qū)示意圖

新水平準(zhǔn)備：露天開(kāi)采由高向低（深）發(fā)展過(guò)程中。需開(kāi)辟新的水平形成新的臺(tái)階。這項(xiàng)工作叫準(zhǔn)備新水平。準(zhǔn)備新水平首先向下開(kāi)挖一段傾斜的梯形溝段，稱(chēng)為出入溝，到達(dá)一定深度（臺(tái)階高度）再開(kāi)挖一定長(zhǎng)度的梯形段溝叫開(kāi)段溝。深凹露天礦形成完整的梯形開(kāi)段溝，山坡露天礦形成不完整的梯形開(kāi)段溝。圖1－5露天開(kāi)采的露天坑

隨著開(kāi)段溝的形成，接下來(lái)開(kāi)始擴(kuò)幫，礦山工程逐漸發(fā)展直至形成完整的露天坑。決定露天坑大小和形狀的要素為境界三要素。在礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于各種礦床的埋藏條件不同，可能遇到下列幾種情況：（1）礦床用露天開(kāi)采剝離量太大，經(jīng)濟(jì)上不合理，而只能全部采用地下開(kāi)采；（2）礦床上部適合于露天開(kāi)采，下部適合于用地下開(kāi)采；（3）礦床全部宜用露天開(kāi)采或部分宜用露天開(kāi)采，另一部分目前不宜開(kāi)采。對(duì)于后兩種情況，都需要?jiǎng)澏短扉_(kāi)采的合理界限，即確定露天開(kāi)采境界

露天開(kāi)采境界是由露天采礦場(chǎng)的底平面，露天礦邊坡和開(kāi)采深度三個(gè)要素組成的。因此，露天開(kāi)采境界應(yīng)包括：確定合理的開(kāi)采深度、確定露天礦底平面周界和露天礦最終邊坡角。在上述三項(xiàng)內(nèi)容中，對(duì)于埋藏條件不同的礦床，確定境界的重點(diǎn)內(nèi)容也不同。對(duì)水平或近水平礦床來(lái)說(shuō)，合理確定露天采礦場(chǎng)底平面周界是最主要的，對(duì)于傾斜和急傾斜礦床來(lái)說(shuō)，主要是確定合理的開(kāi)采深度，對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖層破碎、水文地質(zhì)條件較差的礦床，則如何確定露天礦的最終邊坡角，以保證露天礦

安全、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)，就將成為主要問(wèn)題。由此可見(jiàn)，在確定露天開(kāi)采境界時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體的礦床條件，找出關(guān)鍵問(wèn)題，綜合研究各方面的影響因素，合理地加以解決。第2章

露天開(kāi)采境界

2.1概述2.1.1境界三要素

在礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于各種礦床的埋藏條件不同，可能遇到下列幾種情況：（1）礦床用露天開(kāi)采剝離量太大，經(jīng)濟(jì)上不合理，而只能全部采用地下開(kāi)采；（2）礦床上部適合于露天開(kāi)采，下部適合于用地下開(kāi)采；（3）礦床全部宜用露天開(kāi)采或部分宜用露天開(kāi)采，另一部分目前不宜開(kāi)采。對(duì)于后兩種情況，都需要?jiǎng)澏短扉_(kāi)采的合理界限，即確定露天開(kāi)采境界。

露天開(kāi)采境界是由露天采礦場(chǎng)的底平面，露天礦邊坡和開(kāi)采深度三個(gè)要素組成的。因此，露天開(kāi)采境界設(shè)計(jì)應(yīng)包括：確定合理的開(kāi)采深度、確定露天礦底平面周界和露天礦最終邊坡角。在上述三項(xiàng)內(nèi)容中，對(duì)于埋藏條件不同的礦床，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容也不同。對(duì)水平或近水平礦床來(lái)說(shuō)，合理確定露天采礦場(chǎng)底平面周界是最主要的，對(duì)于傾斜和急傾斜礦床來(lái)說(shuō)，主要課題是研究合理的開(kāi)采深度，對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖層破碎、水文地質(zhì)條件較差的礦床，則如何確定露天礦的最終邊坡角，以保證露

天礦安全、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)，就將成為主要問(wèn)題。由此可見(jiàn)，在確定露天開(kāi)采境界時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體的礦床條件，找出設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，綜合研究各方面的影響因素，合理地加以解決。2.1.2影響境界確定的因素

影響露天開(kāi)采境界的因素有：（1）自然因素：包括礦床埋藏條件（礦體的分布情況、傾角、厚度等）、礦石及圍巖的物理機(jī)械性質(zhì)、礦區(qū)地形及水文地質(zhì)情況等。（2）經(jīng)濟(jì)因素：包括基本建設(shè)投資、開(kāi)采成本、礦石質(zhì)量、開(kāi)采時(shí)的礦石損失和貧化、礦山基建期限及達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量的期限、機(jī)械設(shè)備供應(yīng)情況等等（3）組織技術(shù)因素，包括的范圍很廣，其中限制露天開(kāi)采的因素有地面的重要建筑物、廠房、鐵路、河流以及設(shè)置排土場(chǎng)的可能性等；促進(jìn)露天開(kāi)采的因素有：礦石和圍巖松軟極不穩(wěn)定、礦物易燃或含泥量很多的礦床，而使之不能采用地下開(kāi)采方法2.1.3剝采比

反映露天開(kāi)采經(jīng)濟(jì)條件的重要指標(biāo)是剝采比，它是指用露天開(kāi)采方法，采出單位有用礦物所需剝離的巖石量。隨著露天開(kāi)采境界的變化，可采的礦石量和所需要?jiǎng)冸x的巖石量也相應(yīng)改變。因此，露天開(kāi)采境界的確定,就與剝采比聯(lián)系在一起。在確定露天開(kāi)采境界時(shí)，常用下列幾種剝采比圖2-1各種剝采比示意圖（1）平均剝采比np：露天開(kāi)采境界內(nèi)的巖石總量與礦石總量之比，即米3／米3(2-1)式中VP―露天開(kāi)采境界內(nèi)的巖石總量，米3;PP―露天開(kāi)采境界內(nèi)的礦石總量，米3。（2）分層剝采比nc：在同一分層內(nèi)剝離巖石量與采出礦石量之比，即米3／米3(2-2）式中VC―分層的剝離巖石量，米3;

PC―分層的采出礦石量，米3

。（3）境界剝采比nk：將以最終邊坡角劃定的境界，由某一水平延深至另一水平時(shí)，增加的剝離巖石量與采出礦石量之比為米3／米3(2-3)式中△V

一境界延深時(shí)增加的剝離巖石量，米3;

△P一境界延深時(shí)增加的采出礦石量，米3

。（4）時(shí)間剝采比nS：露天礦以最大工作幫坡面角生產(chǎn)時(shí)，延深△H

所采出巖石量與礦石量之比，即

米3／米3(2-4)（5）生產(chǎn)剝采比n：露天礦某一生產(chǎn)時(shí)期內(nèi)剝離巖石量與采出礦石量之比。（6）經(jīng)濟(jì)合理剝采比nj：它是根據(jù)經(jīng)濟(jì)因素確定的，是理論上允許的最大剝采比。以該剝采比進(jìn)行露天開(kāi)采時(shí)，露天開(kāi)采的成本不大于地下開(kāi)采成本。第2章

露天開(kāi)采境界

2.2經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比的含意，是指允許分?jǐn)偟絾挝挥杏玫V物上最大的剝離量。它是確定露天開(kāi)采境界的重要指標(biāo)，也是衡量露天開(kāi)采經(jīng)濟(jì)合理性的主要依據(jù)。盡管它的確定受著多種因素的影響，而且在某種程度上尚具有一定的近似性，但盡力求取一個(gè)最接近實(shí)際的數(shù)值，乃是境界設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的首要目的。經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定方法很多，大體上可合并為兩類(lèi)，即（1）以比較露天開(kāi)采和地下開(kāi)采成本或盈利為基礎(chǔ)；（2）以有用礦物的允許價(jià)格為基礎(chǔ)。2.2.1按成本比較確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比

2.2.1.1按原礦成本比較計(jì)算按原礦成本比較計(jì)算的方法，是用原礦作為計(jì)算的基礎(chǔ)，使露天開(kāi)采出來(lái)的原礦成本等于地下開(kāi)采成。

露天開(kāi)采單位體積礦石的成本為

元／米3(2-5)式中CL―露天開(kāi)采的原礦成本，元／米3;

a―露天開(kāi)采每噸礦石的純采礦成本，元／噸；

b―露天開(kāi)采剝離單位體積巖石的成本，元／米3;

γp--礦石容重，噸／米3，

n―剝采比，米3

／米3

。設(shè)以地下開(kāi)采那部分礦體的原礦成本為CD（元／噸），按露天開(kāi)采的基本要求，應(yīng)保證露天開(kāi)采的原礦成本不超過(guò)地下開(kāi)采成本，其關(guān)系式為：

滿足上式的最大剝采比，就是經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即米3/米3(2-6)式中nj―經(jīng)濟(jì)合理剝采比，米3/米3米;

CD―地下開(kāi)采原礦成本，元／噸。2.2.1.2按最終產(chǎn)品成本比較計(jì)算這種方法是按露天開(kāi)采后經(jīng)選、冶所得產(chǎn)品的成本等于地下開(kāi)采產(chǎn)品的成本進(jìn)行計(jì)算的。根據(jù)這一原則，當(dāng)只計(jì)算到相同品位的精礦成本時(shí)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算可得式中SL

、SD―分別是露天開(kāi)采和地下開(kāi)采時(shí)每噸原礦的選礦成本，元／噸；

ɑ0―礦石的工業(yè)品位；

ɑ″―圍巖的含礦品位；

ρL

、ρ

D分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的貧化率；

εL

、εD

分別為露天開(kāi)采和絲下開(kāi)采的選礦回收率；

如果最終產(chǎn)品不是精礦而是金屬時(shí)，其計(jì)算方法基本相同?？傻檬街笑腖、δD―分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的冶煉回收率；

YL

、YD―分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采時(shí)分?jǐn)偯繃嵲V的冶煉成本，元／噸。

按產(chǎn)品成本比較計(jì)算比按原礦成本比較計(jì)算前進(jìn)了，它考慮了露天開(kāi)采和地下開(kāi)采兩者在貧化率上的差別，但尚未考慮在開(kāi)采回收數(shù)量上的差異。而且該法要求的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較多，計(jì)算繁瑣，給實(shí)際應(yīng)用時(shí)帶來(lái)一定的困難。2.2.2按儲(chǔ)量盈利比較確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比這種方法是以礦石的工業(yè)儲(chǔ)量作為計(jì)算基礎(chǔ)的。其原則是使露天開(kāi)采出來(lái)的礦石盈利等于地下開(kāi)采的礦石盈利，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算可得:若只計(jì)算到原礦盈利，則

米3/米3（2-9）式中：

ηL、ηD―分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的視在回收率；%DL

、DD―分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的原礦銷(xiāo)售價(jià)格，元／噸。若計(jì)算到金屬產(chǎn)品時(shí)，則

式中：

J—扣除稅金后的金屬銷(xiāo)售價(jià)格，元／噸；

KL、KD—分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采時(shí)生產(chǎn)一噸金屬所需原礦噸數(shù)，噸／噸。

2.2.3按礦石的銷(xiāo)售價(jià)格確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比對(duì)于一些只宜用露天開(kāi)采的礦床，如砂礦床、含硫高易自燃的礦床等,只用露天開(kāi)采不宜地下開(kāi)采的礦床，如石灰石、白云石等，由于不能用地下開(kāi)采與之對(duì)比，故不用上述比較法，而按礦石的銷(xiāo)售價(jià)格確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比。確定的原則是使露天開(kāi)采的原礦成本不超過(guò)其銷(xiāo)售價(jià)格，以保證礦山不虧損。式中D―原礦的銷(xiāo)售價(jià)格,元／噸。

2.2.4能附帶回收其他有用礦物時(shí)經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定

對(duì)于某些礦床，上、下盤(pán)巖石中有時(shí)還賦存其他有用礦物和表外礦量，如鋁土礦，常有硬質(zhì)黏土、軟質(zhì)黏土、高鋁黏土及石灰石等多種礦物。對(duì)于露天開(kāi)采來(lái)說(shuō)，這些副產(chǎn)礦物均屬剝離對(duì)象，采出它們無(wú)需額外支付費(fèi)用，而地下開(kāi)采則要付回采費(fèi)。這時(shí)，經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定要考慮這一因素，計(jì)算時(shí)在露天開(kāi)采費(fèi)用中扣除順便采出的有用礦物的收益。式中ω―附帶采出的有用礦物儲(chǔ)量與主要開(kāi)采礦物儲(chǔ)量之比，米3／米3j―附帶采出的有用礦物的價(jià)格，元／噸；

γf―附帶采出的有用礦物的容重，噸／米3

。如果有多種附帶回收有用礦物需逐個(gè)計(jì)算

從以上各計(jì)算nj

的公式表明，正確確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比的重要前提是對(duì)CD、a、b值的正確選取。但這些數(shù)值，只有當(dāng)?shù)V山建成之后才能獲得，或者是在編制了礦山的露天開(kāi)采與地下并采的設(shè)計(jì)之后才能得出估算的數(shù)值。然而在開(kāi)始編制設(shè)計(jì)時(shí)，又必須預(yù)先知道經(jīng)濟(jì)合理剝采比，這就存在一定矛盾。解決這一矛盾的方法就是調(diào)查相似礦床開(kāi)采的實(shí)際情況，采取條件相似的實(shí)際經(jīng)濟(jì)指標(biāo)或設(shè)計(jì)的指標(biāo)，作為新礦設(shè)計(jì)的依據(jù)。由于相似礦床與設(shè)計(jì)礦床的具體條件，所采用的工藝不可能完全相同，

而且各地區(qū)的資源情況、技術(shù)水平和原有經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同所帶來(lái)的成本差異也可能很大，為了使所選用的數(shù)據(jù)盡可能切合實(shí)際，就要針對(duì)具體條件進(jìn)行修改。

應(yīng)當(dāng)指出，關(guān)于nj的計(jì)算方法目前還有爭(zhēng)論，有些問(wèn)題還有待進(jìn)一步探討。然而，無(wú)論采用哪種方法計(jì)算，所得的nj值都不是絕對(duì)的，只是作為確定露天開(kāi)采境界時(shí)經(jīng)濟(jì)上的參考數(shù)據(jù)。根據(jù)我國(guó)冶金礦山技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況和上述確定方法，在一般情況下，經(jīng)濟(jì)合理剝采比也可按表2-1參考選取。

表2-1經(jīng)濟(jì)合理剝采比第2章

露天開(kāi)采境界

2.3確定露天開(kāi)采境界的原則2.3.1使礦床開(kāi)采總費(fèi)用最小的原則

為研究問(wèn)題簡(jiǎn)便起見(jiàn)，現(xiàn)以圖2-2所示的簡(jiǎn)單礦體加以分析。我們假定礦體沿走向方向長(zhǎng)度很大且厚度變化不大，不必考慮端幫的影響。地下、露天兩種開(kāi)采方式的礦石回收率相差不大可視為相同。此時(shí)可按礦床開(kāi)采總費(fèi)用最小的原則確定露天開(kāi)采深度。如圖2-2所示，如果礦床在單位走向長(zhǎng)度上采出的總礦量為P，其中在深度H以上的采出礦量pL用露天開(kāi)采，深度H以下的采出礦量PD用地下開(kāi)采，則聯(lián)合開(kāi)采單位長(zhǎng)度礦床的總費(fèi)用為式中H―露天開(kāi)采的垂直深度，米；

β及γ―露天礦上、下盤(pán)邊坡角，度；

H0―礦床開(kāi)采的總垂直深度，米

M―礦體的水平厚度，米；

γP―礦石容重，噸／米3;

a―露天開(kāi)采純采礦成本，元／噸；

b―露天開(kāi)采剝離成本，元／米3

CD―地下開(kāi)采成本，元／噸。

從公式（2-11）中可看出，礦床開(kāi)采總成本隨露天開(kāi)采深度而變化、變化規(guī)律曲線如圖2-3所示。

由圖2-3可知，總費(fèi)用C最小點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的深度就是露天開(kāi)采合理深度。用數(shù)學(xué)方法解C的極小值得（2-11）

公式（2-11）又可寫(xiě)成

(2-12)

公式（2-12）的左邊即為深度HK時(shí)的境界剝采比，右邊為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即

nk=nj

2.3.2滿足礦床開(kāi)采總盈利最高的原則

當(dāng)露天開(kāi)采與地下開(kāi)采的礦石回收率相差較大及礦石較貴重的情況下，一般可按礦床開(kāi)采總盈利最大確定露天開(kāi)采深度。圖2-2用露天法與地下法聯(lián)合開(kāi)采該礦床的總盈利為（2-13）式中ηL、ηD分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的回收率；

DL、DD分別為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的銷(xiāo)售價(jià)格，元／噸。

由2-13可知，礦床開(kāi)采總盈利是露天開(kāi)采深度H的二次函數(shù)，兩者的關(guān)系曲線如圖2-4所示

當(dāng)總盈利U最大時(shí)，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)HK就是露天開(kāi)采的合理深度。數(shù)學(xué)求解得（2-14）公式（2-14）的左邊即為深度HK時(shí)的境界剝采比，右邊與公式（2-9）相同為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即nk=nj

在用nk=nj的方法確定露天開(kāi)采境界時(shí)，可能遇到下面幾種情況，要充分注意和正確處理.

（1）由于斷層和礦體自然條件的特殊性，境界剝采比隨深度變化可能是不連續(xù)的，難以找到nk=nj的深度，而在nk<nj的某一深度后突然過(guò)渡到nk>nj或者nk→∞的狀況，這時(shí)露天開(kāi)采深度nk<nj也是合理的，因此確定露天開(kāi)采境界的公式常表示為nk≦nj。（2）當(dāng)境界剝采比與經(jīng)濟(jì)合理剝采比重合或境界剝采比與深度關(guān)系的曲線成上下波浪式變化時(shí)，可能出現(xiàn)多個(gè)滿足nk=nj的深度，如圖2-5所示。這時(shí)確定露天境界應(yīng)滿足兩個(gè)原則條件：第一，用地下及露天開(kāi)采整個(gè)礦床總費(fèi)用最低.第二，劃歸露天開(kāi)采的有用礦物儲(chǔ)量最大。

（3）對(duì)于某些礦體上部小下部大，埋藏較深或上部覆蓋巖層很厚時(shí)會(huì)出現(xiàn)按nk=nj確定的露天開(kāi)采深度，其境界內(nèi)的平均剝采比大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即nk≥nj，此時(shí)說(shuō)明露天開(kāi)采境界內(nèi)，礦石的平均成本超過(guò)地下開(kāi)采成本，因此用露天開(kāi)采是不合理的。有時(shí)即使nk≤nj，也可能由于基建時(shí)期剝離工程量太大，露天礦建設(shè)年限拖長(zhǎng)，投資太大等原因，而不適于采用露天開(kāi)采。這種情況直觀難以判斷，需在分析露天開(kāi)采時(shí)的礦山基建工程量、生產(chǎn)剝采比、建設(shè)年限及達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的年限、投資成本等等指標(biāo)的基礎(chǔ)上加以確定。（4）當(dāng)按nk=nj確定的露天開(kāi)采境界以外所剩的工業(yè)儲(chǔ)量不多，不值得再用地下開(kāi)采時(shí)，或?qū)τ?/p>

用地下開(kāi)采在安全上受威脅或在技術(shù)上有較大困難，如開(kāi)采易發(fā)火的高硫礦床、含泥巴很多的礦床、礦石和圍巖極不穩(wěn)定不利于坑內(nèi)開(kāi)采以及對(duì)礦石分采要求嚴(yán)格的礦床，則可適當(dāng)擴(kuò)大露天開(kāi)采境界。應(yīng)用nk=nj這個(gè)原則確定露天開(kāi)采境界的優(yōu)點(diǎn)是，保證礦床開(kāi)采的總經(jīng)濟(jì)效果最大，方法簡(jiǎn)便，所確定的露天礦境界較小，深度較淺，在較小的露天開(kāi)采境界內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，單位產(chǎn)品投資或成本都要小些。因而它得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。但是，用nk=nj確定露天開(kāi)采境界存在以下幾個(gè)問(wèn)題（1）nk不能反映現(xiàn)代化露天開(kāi)采的生產(chǎn)實(shí)際。也就是說(shuō)，nk=nj這一原則沒(méi)有考慮現(xiàn)代露天礦場(chǎng)工作幫坡角較緩的情況下，為采出礦石△P相應(yīng)需剝離的巖石△V不是同時(shí)進(jìn)行，而是剝離提前進(jìn)行的特點(diǎn)，即剝巖費(fèi)用較采礦費(fèi)用提前支付。這就影響上述分析所得結(jié)論的真實(shí)性。

（2）根據(jù)這一原則設(shè)計(jì)的露天礦，其生產(chǎn)剝采比的變化完全不同于nk的變化規(guī)律，在某些情況

下，如礦床埋藏較深，地形復(fù)雜、礦體厚度及傾角變化劇烈等，就可能產(chǎn)生基建剝離量過(guò)大，基建時(shí)間太長(zhǎng)及有時(shí)生產(chǎn)成本超過(guò)允許成本的現(xiàn)象。（3）未能考慮露天及地下開(kāi)采生產(chǎn)技術(shù)的遠(yuǎn)景發(fā)展和生產(chǎn)費(fèi)用的變化。（4）沒(méi)有考慮投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用的差別。圖2-5境界剝采比與深度關(guān)系曲線成波浪式變化

鑒于上述存在問(wèn)題，有人提出另外一些確定露天開(kāi)采境界的方法，其中主要有：（1）時(shí)間剝采比等于或小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即ns≤nj;（2）均衡生產(chǎn)剝采比與初始剝采比之和等于或小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，即n+n0≤nj。它們都是按露天開(kāi)采的日常生產(chǎn)費(fèi)用不超過(guò)地下開(kāi)采成本或允許的最高成本的原則，確定露天開(kāi)采境界。這種原則反映了現(xiàn)代化露天開(kāi)采剝采比變化的實(shí)際規(guī)律，而后者比前者更完善和接近實(shí)際一些。但它不能滿足礦床開(kāi)采總經(jīng)濟(jì)效果最大的要求，確定的露天礦開(kāi)采深度較大，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)生產(chǎn)剝采比通常又只能在確定了境界并相應(yīng)地確定了開(kāi)采程序之后才能確定，從而使原則本身的理論推導(dǎo)與境界確定有著程序上的矛盾，而且計(jì)算復(fù)雜、工作量大。因此這一方法沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用。關(guān)于合理的確定露天開(kāi)采境界的方法，國(guó)內(nèi)外采礦工作者仍在努力探討研究中。

目前我國(guó)冶金礦山設(shè)計(jì)部門(mén)普遍采用境界剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比即nk=nj來(lái)確定露天開(kāi)采境界，同時(shí)平均剝采比也不應(yīng)大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。但是，對(duì)于特厚的巨大礦床，有時(shí)是根據(jù)勘探程度確定露天開(kāi)采境界，而不是按境界剝采比來(lái)確定。而對(duì)于石灰石、白云石、硅石等很少采用地下法開(kāi)采的礦床，則主要是根據(jù)服務(wù)年限和勘探程度確定合理的開(kāi)采境界。第2章

露天開(kāi)采境界

2.4境界剝采比的計(jì)算方法

確定境界剝采比首先要計(jì)算邊界的礦巖量。因此，必須知道礦體的最低工業(yè)品位、邊界品位及可采厚度和夾石剔除厚度等指標(biāo)。在計(jì)算礦量時(shí)，礦層大于或等于最低可采厚度的計(jì)入礦量，否則按巖石計(jì)算。在可采的礦層中夾有巖層時(shí)，巖層厚度小于夾石剔除厚度的，上下層礦體及夾石一起計(jì)入礦量，但平均品位還應(yīng)大于最低工業(yè)品位，否則按礦層計(jì)算礦量。

根據(jù)露天礦端幫量與礦巖總量之比值，將露天

礦劃分為長(zhǎng)露天礦與短露天礦兩類(lèi)。該比值小于0.15-0.20時(shí)為長(zhǎng)露天礦，反之為短露天礦。在設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)便地按長(zhǎng)寬比等于或大于4:1為長(zhǎng)形露天礦，反之為短露天礦。長(zhǎng)露天礦可不考慮端幫量，短露天礦必須考慮端幫量。

確定境界剝采比的目的在于找出境界剝采比與深度的變化關(guān)系，從而確定合理的露天開(kāi)采深度。為了使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際，應(yīng)針對(duì)礦床的埋藏條件，采用不同的確定方法。2.4.1長(zhǎng)露天礦境界剝采比的計(jì)算

對(duì)于礦體埋藏條件比較穩(wěn)定的長(zhǎng)露天礦，境界剝采比可在地質(zhì)橫斷面圖上進(jìn)行計(jì)算。這種方法又可分為面積比法、分析法和線段比法。2.4.1.1面積比法圖2-6用面積比法計(jì)算境界剝采比

任意深度H的境界剝采比確定方法如圖2-6所示。根據(jù)確定的頂?shù)讕瓦吰陆铅潞挺米鞒錾疃菻時(shí)的境界位置ABCD，當(dāng)露天底平面寬度小于礦體水平厚度時(shí)，按AE:EB=DF:FC的條件確定露天底的位置。同樣，再在深度H-△H上作出境界A′B′C′D′，則露天礦從深度H-△H延深至H時(shí)增加的礦石量為△P，增加的巖石量為△V,露天礦開(kāi)采深度延深了△H，于是，深度H的境界剝采比為

米3/米3

（2-15）式中SVSP—分別為橫斷面圖上露天礦從深度H-△H延深至H時(shí)增加的巖石與礦石的面積，米2,SV

及SP

可用求積儀量出；L—沿走向長(zhǎng)度。2.4.1.2線段法

圖2-7用線段法計(jì)算剝采比

當(dāng)開(kāi)采第n水平時(shí)，境界剝采比在該地質(zhì)斷面圖上等于：

米3/米3（2-16）當(dāng)邊坡角在研究的水平范圍內(nèi)不變，礦體的水平厚度為Mn,在露天礦單位走向長(zhǎng)度上開(kāi)采第n個(gè)水平面采出的邊界礦巖量可按下式計(jì)算

（2-17）

從上兩式（2-16）（2-17）可見(jiàn)，境界剝采比取決于露天礦場(chǎng)頂?shù)讕偷母叨?、該水平礦體上下盤(pán)的傾角、礦體的水平厚度，以及邊坡角。將vnu、vns、pn代入公式2-16得

由圖2-7可知上式可變?yōu)閳D2-8用線段比法計(jì)算境界剝采比

首先通過(guò)任意深度作水平線X，在該水平線上確定露天底的位置，即A、B兩點(diǎn)，然后確定露天底的延深方向，一般取上一水平與本水平露天礦底的坡底線的連線Xg，延深方向通常與該水平礦體延深方向一致，該標(biāo)志露天礦底的延深方向線稱(chēng)投影基線，通過(guò)露天礦場(chǎng)上部境界X1、X2作基線Xg的平行線與水平線X交于X′1、X′2，此外，邊坡線上礦巖的各交點(diǎn)分別平行于基線Xg。向水平線X作投影線，與水平線X交于lx、2x、3x等處。露天開(kāi)采深度達(dá)X水平時(shí)的境界剝采比為2.4.2短露天礦境界剝采比的計(jì)算

短露天礦需要考慮端幫的礦巖量,一般不用橫斷面圖確定境界剝采比，而是把露天礦作為一個(gè)整體，在平面圖上確定總的境界剝采比。

首先根據(jù)各分層平面圖礦體的形狀，確定出露天礦底部的最小尺寸。然后繪出到達(dá)某水平的露天底的周界，當(dāng)有該水平的分層平面圖時(shí)，底的周界可在分層平面圖上圈定，否則在斷面圖上確定底的尺寸和位置，再投影到平面圖上。

在平面圖上確定露天礦上部境界線及露天邊幫上

礦巖接觸線。若有剖面圖時(shí)，可在橫斷面圖及縱斷面圖上作出邊坡線，找出每條邊坡線與上部境界線交點(diǎn)及礦巖接觸線交點(diǎn)，然后投影到平面圖上。

若無(wú)剖面圖時(shí)，則可在平面圖中選有代表性的各點(diǎn)做垂直于底部境界的輔助剖面如圖2-9中的1-1′、2-2′、3-3′．等等，在各輔助剖面上確定采礦場(chǎng)頂部境界及邊幫礦巖接觸線，然后投到平面圖上，連結(jié)各點(diǎn)得出露天采場(chǎng)上部境界線。

上部境界線上各點(diǎn)應(yīng)符合下列條件

式中l(wèi)―上部境界線上的點(diǎn)到露天礦底的法線距離，米；

ou―上部境界線上的點(diǎn)的標(biāo)高，米；

os―露天底的標(biāo)高，米；

β一露天礦邊坡角，度。

在平面圖繪出上部境界線和礦巖接觸線之后，可用求積儀求得境界線內(nèi)礦巖面積及礦石面積。露天開(kāi)采深度到達(dá)某水平時(shí)的境界剝采比為米3/米3(2-18)式中SA—露天礦場(chǎng)上部境界水平投影總面積，米2;SP—露天礦場(chǎng)底及邊幫上礦石投影面積之和，米2

。

圖2-9短露天礦境界剝采比確定示意圖第2章

露天開(kāi)采境界

2.5露天開(kāi)采境界的確定方法和步驟

2.5.1臺(tái)階高度和結(jié)構(gòu)的確定

在確定露天開(kāi)采境界之前必須首先確定臺(tái)階高度，因?yàn)榕_(tái)階高度對(duì)開(kāi)拓方法，基建工程量，礦山生產(chǎn)能力等都有很大影響，它不僅是露天礦床開(kāi)拓的基本要素之一，而且也是露天礦設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一。同時(shí)，合理的臺(tái)階高度對(duì)露天開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和作業(yè)的安全都具有重要的意義。臺(tái)階高度大小受各方面因素所限制，確定時(shí)一般應(yīng)考慮下列影響因素2.5.1.1被開(kāi)采礦巖的埋藏條件和性質(zhì),

這一因素主要從兩方面，即臺(tái)階的穩(wěn)定性和同一臺(tái)階上礦巖的均質(zhì)性來(lái)限制臺(tái)階的劃分。

合理的臺(tái)階高度首先應(yīng)保證臺(tái)階的穩(wěn)定性，以便礦山工程能安全進(jìn)行。但由于按穩(wěn)定條件求出的臺(tái)階高度，一般要比按其他因素確定的高，所以在實(shí)踐中，都不作穩(wěn)定臺(tái)階高度的計(jì)算

在確定臺(tái)階高度及標(biāo)高時(shí)，為便于采掘，應(yīng)盡量使每個(gè)臺(tái)階都由均質(zhì)礦巖組成，采礦和剝離臺(tái)階的上下平盤(pán)標(biāo)高盡可能與礦巖的接觸線一致，以利于采掘和減少礦石的損失與貧化。特別是對(duì)于水平的層狀礦體，應(yīng)考慮礦層的厚度進(jìn)行整層或分層開(kāi)采。2.5.1.2必要的礦床開(kāi)采強(qiáng)度，臺(tái)階高度對(duì)工作線推進(jìn)速度和掘溝速度都有很大的影響，因而也影響到露天礦的開(kāi)采強(qiáng)度。

臺(tái)階工作線推進(jìn)速度為米／年(2-19)式中QW—挖掘機(jī)平均年生產(chǎn)能力，米3／臺(tái)年；

Nw—臺(tái)階上工作的挖掘機(jī)數(shù)；

L—臺(tái)階的工作線長(zhǎng)度，米；，

h—臺(tái)階高度，米。

由公式2-19可知，臺(tái)階高度增加，工作線推進(jìn)速度就隨之降低，這樣就有可能影響下一個(gè)水平的淮備。此外，出人溝和開(kāi)段溝的掘進(jìn)工程量分別與臺(tái)階高度的立方和平方成正比，這就是說(shuō)臺(tái)階高度增加，掘溝工程量也急劇增加，因而延長(zhǎng)了新水平的準(zhǔn)備時(shí)間，影響礦山工程的發(fā)展速度。所以，在實(shí)踐中為加速礦山建設(shè)，盡快投入生產(chǎn)和達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，在露天礦的初期，最好采用較小的臺(tái)階高度，以保證在初期的礦山工程進(jìn)展較快，而當(dāng)露天礦轉(zhuǎn)人正常生產(chǎn)后，臺(tái)階高度可適當(dāng)增加.2.5.1.3穿爆工作的要求臺(tái)階高度的增加，能提高爆破效率，但往往增加不合格大塊的產(chǎn)出率和根底，使挖掘機(jī)生產(chǎn)能力降低。另外，臺(tái)階的高度還必筑保證穿孔人員和設(shè)備的工作安全。當(dāng)使用垂直深孔時(shí)，臺(tái)階高度與底盤(pán)抵抗線應(yīng)保持如下關(guān)系

米(2-20)式中h―合階高度，米；

W－底盤(pán)抵抗線，米；

e-鉆孔中心至坡頂線的安全距離，米；

α-臺(tái)階坡面角，度。

此外，裝藥條件對(duì)臺(tái)階高度也有一定的限制，即鉆孔的容藥能力必須大于所需的裝藥量.用關(guān)系式表示為米(2-21)式中q―每米鉆孔長(zhǎng)度的裝藥能力，公斤／米；

Z―填塞系數(shù)，一般0.75-0.8;P―超鉆系數(shù)，一般0.1-0.25;C―炸藥單位消耗量，公斤／米3;m―鉆孔密集系數(shù)，一般m=0.8-1.0。2.5.1.4采掘工作的要求

采掘工作的要求是影響臺(tái)階高度的重要因素之一。用挖掘機(jī)采裝礦巖時(shí)，它對(duì)臺(tái)階高度的要求將以后討論，此處不再敘述。用小型機(jī)械化（裝巖機(jī)、電耙）或人工裝礦時(shí)，臺(tái)階高度的確定，則主要考慮工作的安全性，一般都在10米以下。2.5.1.5露天礦運(yùn)輸條件的要求：

從露天礦場(chǎng)更好地組織運(yùn)輸工作來(lái)看，臺(tái)階高度較大是有利的，因?yàn)檫@樣可以減少露天礦場(chǎng)的臺(tái)階數(shù)目，簡(jiǎn)化開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)，從而能減少鋪設(shè)和移設(shè)線路的工程量，但在露天礦場(chǎng)長(zhǎng)度較小的情況下，臺(tái)階高度又受運(yùn)輸設(shè)備所要求的出人溝長(zhǎng)度的限制。綜上所述，影響臺(tái)階高度的因素較多，這些因素往往既互相矛盾，又互相聯(lián)系，互相影響，因此，不能單純地、片面地以某一個(gè)因素來(lái)確定臺(tái)階高度，應(yīng)當(dāng)由技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合分析來(lái)確定。

一般來(lái)說(shuō)，采掘工作方式及其使用的設(shè)備規(guī)格，往往是確定臺(tái)階高度的主要因素。

目前我國(guó)大多數(shù)露天礦，在采用鏟斗容積為1至4米3

的挖掘機(jī)時(shí)，臺(tái)階高度一般為10-12米。在我國(guó)一些中小礦山，有的采用鑿巖機(jī)打眼，人工裝車(chē)，窄軌運(yùn)輸，機(jī)械化程度較低，因此確定臺(tái)階高度的主要因素是確保安全和提高工效。如不需要爆破的松軟巖石，臺(tái)階高度可取為1.0-2.5米；用鑿巖機(jī)打眼，人工裝車(chē)的礦山，臺(tái)階高度可取5-10米。對(duì)干山坡露天礦，在巖石較穩(wěn)定的條件下，如儲(chǔ)量大和有發(fā)展前途的礦山，臺(tái)階高度應(yīng)取10-14米左右，為今后采用大型設(shè)備準(zhǔn)備條件。2.5.2露天礦最小底寬的確定

露天礦底寬可能大于或小于礦體的水平厚度，但必須滿足最小寬度的要求。確定原則是，保證在全部露天開(kāi)采范圍內(nèi)，礦石的回采率最高，而剝離的巖石量最少。露天礦底平面最小寬度應(yīng)保證生產(chǎn)安全和采掘運(yùn)輸設(shè)備的正常工作。從礦山采剝工程要求來(lái)看，它相當(dāng)于開(kāi)段溝的掘進(jìn)寬度，取決于掘進(jìn)方法及設(shè)備類(lèi)型規(guī)格，見(jiàn)表2-2。按工作安全條件要求，一般不小于20-30米。

表2-2露天礦底平面最小底寬值2.5.3最終邊坡角和邊坡結(jié)構(gòu)的確定

露天礦場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定是保證露天礦生產(chǎn)正常進(jìn)行的必要條件。邊坡穩(wěn)定性的破壞，必將造成滑坡或巖石塌落等嚴(yán)重事故。正確選擇露天采場(chǎng)的邊坡角，是保證邊坡穩(wěn)定的首要措施。其數(shù)值大小對(duì)安全生產(chǎn)有著重大意義，而且對(duì)露天開(kāi)采境界也有重大影響，故在技術(shù)條件及穩(wěn)定安全條件允許情況下，應(yīng)取最大的最終邊坡角，其目的是減少剝離工程量。實(shí)踐表明，當(dāng)其他條件不變時(shí)，邊坡角度每增加1°，則沿邊坡每米長(zhǎng)度上的剝巖量相應(yīng)增加4％。

確定露天礦邊坡角時(shí)，應(yīng)全面考慮各種因素對(duì)邊幫穩(wěn)定的影響，如巖石物理力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采年限及氣候條件等。在有條件的地方，可作巖體力學(xué)性質(zhì)研究試驗(yàn)，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算。但由于現(xiàn)有計(jì)算方法仍不很完善，目前在實(shí)踐中，大多數(shù)仍按類(lèi)似礦山經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取最終邊坡角。若缺乏實(shí)際資料，表2-3所列數(shù)據(jù)可作選取時(shí)的參考。在確定露天礦邊坡角后，還應(yīng)根據(jù)邊幫組成進(jìn)行驗(yàn)算，并確定邊坡細(xì)部結(jié)構(gòu)尺寸。露天礦邊幫由臺(tái)階的坡面及平臺(tái)組成。平臺(tái)分有保安平臺(tái)、清掃平臺(tái)和運(yùn)輸平臺(tái)（水平的及傾斜的），如圖2-10所示。表2-3露天礦最終邊坡角圖2-10露天礦最終邊坡組成示意圖

圖中a是保安平臺(tái)，為了保證工作安全而設(shè)的，但考慮到邊幫長(zhǎng)期存在的過(guò)程中，巖石由于風(fēng)化及爆破引起的裂縫而碎落，較小的平臺(tái)常被破壞，因而寬度一般不小于2-4米。為了清除安全平臺(tái)上積存的巖塊，一般每隔2-3個(gè)臺(tái)階設(shè)一清掃平臺(tái)b，其寬度決定于清掃時(shí)采用的裝載及運(yùn)輸設(shè)備，一般大于6米。當(dāng)運(yùn)輸平臺(tái)與安全平臺(tái)或清掃平臺(tái)重合時(shí)，為了工作安全，應(yīng)加寬1-2米。

除上述兩種平臺(tái)外，在設(shè)有開(kāi)拓坑線的邊幫上，還有為設(shè)置開(kāi)拓運(yùn)輸坑線的傾斜運(yùn)輸平臺(tái)d和為各工作面出入運(yùn)輸設(shè)備服務(wù)的水平運(yùn)輸平臺(tái)c。傾斜運(yùn)輸平臺(tái)的數(shù)目（在非工作幫某一垂直斷面上），決定于所采用的開(kāi)拓方法，運(yùn)輸線路坡度及露天礦場(chǎng)范圍。對(duì)于內(nèi)部折返（或回返）坑線開(kāi)拓，在非工作幫的每一臺(tái)階設(shè)一折返站時(shí)，傾斜運(yùn)輸臺(tái)階數(shù)目等于露天礦場(chǎng)臺(tái)階數(shù)目；當(dāng)隔一個(gè)臺(tái)階設(shè)一個(gè)折返站時(shí)，傾斜運(yùn)輸平臺(tái)每隔一個(gè)臺(tái)階設(shè)置一個(gè)，依此類(lèi)推。

按滿足設(shè)置上述平臺(tái)的要求，露天礦場(chǎng)最終邊坡角可按下式確定：

度（2-22)

式中h―臺(tái)階高度，米；n―臺(tái)階數(shù)目；

α―臺(tái)階坡面角，度；a―保安平臺(tái)寬度，米；

n1―保安平臺(tái)數(shù)目；b―清掃平臺(tái)寬度，米；氣

n2―清掃平臺(tái)數(shù)目；c―水平運(yùn)輸平臺(tái)寬度，米；

n3―水平運(yùn)輸平臺(tái)數(shù)目；d―傾斜運(yùn)輸平臺(tái)寬度，米；

n4―傾斜運(yùn)輸平臺(tái)數(shù)目。

按上式確定的邊坡角，絕不允許大于根據(jù)邊坡穩(wěn)定條件所選定的數(shù)值，應(yīng)盡可能接近并略小于該值，以求在保證安全的前提下使邊坡剝巖量達(dá)到最小。

對(duì)于無(wú)開(kāi)拓坑線的勢(shì)幫，通常是先按穩(wěn)定條件選定邊坡角，再確定邊幫的細(xì)部構(gòu)造尺寸，此時(shí)可按下列程序進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)露天開(kāi)采深度H為150米，臺(tái)階高度h=10米，巖石硬度系數(shù)f=10。選定的臺(tái)階坡面角a=70°，采場(chǎng)最終邊坡角γ＝50°，則

露天礦邊坡的水平投影寬度為

米臺(tái)階坡面的水平投影長(zhǎng)度為

L=hctga==10×ctg70°=3.64米露天礦的臺(tái)階數(shù)為個(gè)每個(gè)平臺(tái)的平均寬度米

于是，邊坡的組成可按安全平臺(tái)寬度為5米、清掃平臺(tái)寬度為7.1米、每隔兩個(gè)安全平臺(tái)設(shè)一個(gè)清掃平臺(tái)，或按安全平臺(tái)寬度為5米、清掃平臺(tái)寬度為7.8米,每隔三個(gè)安全平臺(tái)設(shè)一清掃平臺(tái)來(lái)布置。2.5.4開(kāi)采深度的確定2.5.4.1長(zhǎng)露天礦開(kāi)采深度的確定確定各地質(zhì)橫斷面圖上的露天開(kāi)采深度在地質(zhì)橫斷面圖上確定開(kāi)采深度時(shí)，首先要根據(jù)礦巖性質(zhì)和工程水文地質(zhì)條件及開(kāi)拓運(yùn)輸條件，初步選擇頂?shù)讕瓦吰陆堑臄?shù)值，然后利用方案法或圖解法確定出各地質(zhì)橫斷面圖上的露天開(kāi)采深度。

在橫斷面圖上（如圖2-11a)，根據(jù)確定的邊幫角β及γ，和露天礦最小底寬作出若干個(gè)深度的最

終邊幫位置。當(dāng)?shù)V體埋藏條件簡(jiǎn)單時(shí)，深度方案取得少些，礦體復(fù)雜時(shí)深度方案應(yīng)取多些，并且必須包括境界剝采比有顯著變化的深度。

根據(jù)選定的開(kāi)采深度方案，計(jì)算不同深度的境界剝采比列于表2-4中，并作出境界剝采比與開(kāi)采深度的關(guān)系曲線（圖2-11b)，該線與nJ

線相交所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)HK

就是露天開(kāi)采深度。

表2-4不同開(kāi)采深度方案的境界剝采比圖2-11確定露天開(kāi)采深度圖2-12在地質(zhì)縱斷面圖上確定露天礦底平面標(biāo)高2.5.4.2短露天礦開(kāi)采深度的確定走向很短、深度和寬度相對(duì)較大的露天礦，必須考慮端幫擴(kuò)幫的影響，不能在斷面圖上直接確定開(kāi)采深度。對(duì)此種類(lèi)型的礦床，可用平面圖法計(jì)算境界剝采比確定露天開(kāi)采深度。具體步驟是，把預(yù)計(jì)幾個(gè)可能深度的境界剝采比分別算出后，選取境界剝采比等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比的階段做為露天礦場(chǎng)的底，則其深度就為露天礦開(kāi)采深度。

2.5.5確定露天開(kāi)采的底部周界

露天礦底平面標(biāo)高及端部位置確定后，即可繪制出底平面的理論周界，繪制的方法是，以地質(zhì)縱斷面圖上已調(diào)整的露天礦底部標(biāo)高為準(zhǔn)，在各地質(zhì)橫斷面圖上繪出露天采礦場(chǎng)的境界，將各地質(zhì)橫斷面圖上露天礦底平面的兩端邊界投影到該標(biāo)高的分層平面圖上，連接各點(diǎn)，即可得出底平面的理論周界（圖2-13中的虛線）。

為了便于采掘運(yùn)輸，露天采礦場(chǎng)底平面應(yīng)盡可能保持平直。因此，對(duì)彎曲處應(yīng)按運(yùn)輸條件的要求進(jìn)行修正，使之保持一定的曲率半徑。圖2-13確定露天采礦場(chǎng)底平面周界2.5.6繪制露天礦終了平面圖

將上述繪有露天礦場(chǎng)底部平面圖（繪在透明紙上），覆在地形地質(zhì)圖上，從底部開(kāi)采境界按照邊坡組成要素的尺寸，由里向外繪出各個(gè)臺(tái)階的坡面和平臺(tái)，如圖2-14所示。露天礦場(chǎng)深部各臺(tái)階坡面在平面圖上部是閉合的，而處在地表以上的各臺(tái)階的坡面則不能閉合。因此，在繪制地表以上各臺(tái)階的坡面時(shí)，應(yīng)特別注意使末端與相同標(biāo)高的地形等高線密接。在圈定各個(gè)階段的斜坡和平臺(tái)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常用地質(zhì)斷面圖或分層平面圖來(lái)校對(duì)礦體邊界,

以保證在所圈定的各個(gè)階段的開(kāi)采范圍內(nèi)，礦石回收率盡可能大而剝巖量盡可能小，此外還要考慮運(yùn)輸要求，在拐彎處保持適應(yīng)的曲線半徑。

初步完成露天采礦場(chǎng)開(kāi)采終了平面圖后，在該平面圖上布置開(kāi)拓運(yùn)輸線路。最后按開(kāi)拓運(yùn)輸線路要求，修改原定的露天開(kāi)采境界，如圖2-15修改后的境界為露天開(kāi)采的最終境界此平面圖為露天礦場(chǎng)開(kāi)采終了平面圖。以已經(jīng)完成的露天采礦場(chǎng)開(kāi)采終了平面圖為準(zhǔn)，再投影到橫斷面圖上，進(jìn)一步修改橫斷面圖，使橫斷面圖上的境界與平面圖上的境界一致。圖2-14初步圈定完畢的露天采礦場(chǎng)開(kāi)采終了平面圖圖2-15露天采礦場(chǎng)開(kāi)采終了平面圖第3章

露天礦床開(kāi)拓

3.1概述3.1.1開(kāi)拓

露天開(kāi)采過(guò)程中，采掘工作是在若干個(gè)具有一定高度的臺(tái)階上進(jìn)行的，所柔出的礦石和巖石，需要轉(zhuǎn)運(yùn)至地面受礦點(diǎn)和排土場(chǎng)，而生產(chǎn)設(shè)備、工具、材料又需要從工業(yè)場(chǎng)地轉(zhuǎn)運(yùn)到采礦場(chǎng)各工作地點(diǎn)。同時(shí)，隨著采掘工作的進(jìn)行，還必須不斷向下延深開(kāi)辟新的工作水平。露天礦床開(kāi)拓就是指按照一定的方式和程序建立地面與采礦場(chǎng)各工作水平之間的運(yùn)輸通道，以保證露天礦場(chǎng)正常生產(chǎn)的運(yùn)輸聯(lián)系，并借助這些通道，及時(shí)準(zhǔn)備出新的生產(chǎn)水平來(lái)。露天礦床開(kāi)拓與運(yùn)輸方式和礦山工程的發(fā)展有著密切聯(lián)系，而運(yùn)輸方式又與礦床埋藏的地質(zhì)、地形條件、露天開(kāi)采境界、生產(chǎn)規(guī)模、受礦點(diǎn)和排土場(chǎng)位置等因素有關(guān)。所以，露天礦床開(kāi)拓問(wèn)題的研究，實(shí)質(zhì)上就是研究整個(gè)礦床開(kāi)發(fā)的程序，綜合解決露天礦場(chǎng)的主要參數(shù)、工作線推進(jìn)方式、礦山工程延深方向、采剝的合理順序和新水平誰(shuí)備，以建立合理開(kāi)發(fā)礦床的運(yùn)輸系統(tǒng)。露天礦開(kāi)拓是通過(guò)掘進(jìn)一系列開(kāi)拓坑道―露天塹溝和地下井巷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而掘進(jìn)的開(kāi)拓坑道又必須與礦山采用的運(yùn)輸方式相適應(yīng)。因此，開(kāi)拓坑道類(lèi)型和運(yùn)輸方式就往往作為劃分露天礦床開(kāi)拓方法的依據(jù)。3.1.2按坑道類(lèi)型分類(lèi)

3.1.3按運(yùn)輸方式分類(lèi)

開(kāi)拓方法以不同的運(yùn)輸方式命名，而針對(duì)各種開(kāi)拓方法分別以千線的布線方式、固定性和所用的運(yùn)輸設(shè)備作為卯汾類(lèi)的依據(jù)。這種分類(lèi)法充分反映了運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，有助于生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中的設(shè)備選擇和擬定開(kāi)拓方案，但卻未能反映出開(kāi)拓溝道（或坑道）類(lèi)型的特征。我國(guó)冶金礦山設(shè)計(jì)單位普遍采用這一種分類(lèi)方法。第3章

露天礦床開(kāi)拓

3.2鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓法

斜坡鐵路開(kāi)拓是露天礦床開(kāi)拓的主要方法之一。四十～五十年代期間，單一斜坡鐵路開(kāi)拓曾經(jīng)盛行一時(shí)，占據(jù)著世界露天礦床開(kāi)拓的統(tǒng)治地位。雖然近十多年來(lái)，由于其他開(kāi)拓方式的發(fā)展，鐵路開(kāi)拓法在露天礦的應(yīng)用已大大減少。但是，我國(guó)目前仍有很多的露天礦采用這種開(kāi)拓方法。

采用斜坡鐵路開(kāi)拓時(shí)，開(kāi)拓坑道是一些鋪設(shè)鐵路干線的露天溝道。這些溝道在平面上的布線形式有：直進(jìn)式、折返式和螺旋式三種。直進(jìn)式干線是溝道設(shè)置在采礦場(chǎng)的一幫或一翼，列車(chē)在干線上運(yùn)行不必改變運(yùn)行方向；折返式干線也是把溝道設(shè)置在采礦場(chǎng)的一幫，但列車(chē)在干線上運(yùn)行時(shí)，需經(jīng)折返站停車(chē)換向開(kāi)至各工作水平；螺旋式干線則是圍繞著采礦場(chǎng)四周邊幫布置開(kāi)拓溝道，呈空間螺旋狀。上述三種布線形式的采用，主要取決于線路縱斷面的限制坡度、地形、露天采礦場(chǎng)的平面尺寸和采礦場(chǎng)相對(duì)于工業(yè)場(chǎng)地的空間位置。

由于鐵路干線的限制坡度較緩，曲線半徑很大，而大多數(shù)金屬露天礦的平面尺寸都有限，而且地形較陡、高差較大，因而采用鐵路開(kāi)拓的礦山，鐵路干線的布置多呈折返式或折返直進(jìn)的聯(lián)合方式。

按鐵路干線在開(kāi)采期間的固定性劃分，可以有固定干線和移動(dòng)干線兩種。這兩種方式各有不同的特點(diǎn)。目前，在國(guó)內(nèi)外采用斜坡鐵路開(kāi)拓的金屬露天礦中，多以固定干線開(kāi)拓為主。但為了某些特殊的目的，鐵路移動(dòng)干線也有所應(yīng)用。根據(jù)礦床埋藏條件，露天礦有山坡和深凹之分。斜坡鐵路開(kāi)拓在山坡露天礦和深凹露天礦的應(yīng)用情況不同。3.2.1鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓法在山坡露天礦的應(yīng)用在金屬礦山中，一開(kāi)始就從深凹露天礦進(jìn)行開(kāi)采是少有的?；旧隙际巧狡侣短斓V開(kāi)采，而后轉(zhuǎn)為深凹露天礦開(kāi)采。目前，我國(guó)仍有部分露天礦仍處于山坡開(kāi)采狀態(tài)，而這些山坡露天礦又有不少采用斜坡鐵路開(kāi)拓法。

山坡露天礦的鐵路干線開(kāi)拓程序是，從地表向采礦場(chǎng)最高開(kāi)采水平鋪設(shè)鐵路，形成全礦的運(yùn)輸干線，然后自上而下開(kāi)采。運(yùn)輸干線隨上部臺(tái)階開(kāi)采結(jié)束而逐步縮短。因此，研究干線的合理布線形式，以建立有效的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)，是解決斜坡鐵路開(kāi)拓法在山坡露天礦應(yīng)用的首要問(wèn)題。

干線的布線形式主要取決于露天礦的地形條件。其設(shè)置的位置應(yīng)保證在同時(shí)開(kāi)采多個(gè)臺(tái)階的情況下，不因下部臺(tái)階的推進(jìn)而切斷上部臺(tái)階的運(yùn)輸聯(lián)系。同時(shí)還要考慮到總平面布置的合理性和以后向深凹露天礦的過(guò)渡。在具體定線時(shí)，應(yīng)能減少填、挖方工程量，并要具有良好的線路技術(shù)條件?？偨Y(jié)斜坡鐵路開(kāi)拓在我國(guó)山坡露天礦的使用情況，鐵路干線可有以下幾種基本布線形式。當(dāng)采場(chǎng)處于孤立山峰地形時(shí)，鐵路干線通常呈折返式或直進(jìn)一折返式布置在不進(jìn)行礦山工程的非工作山坡上。臺(tái)階的進(jìn)車(chē)方式則根據(jù)山峰兩側(cè)的地形條件，采用單線環(huán)形、雙側(cè)交替進(jìn)車(chē)或單側(cè)進(jìn)車(chē)的方式（圖3-1）。歪頭山鐵礦上部開(kāi)拓系統(tǒng)是這種布線形式的典型實(shí)例。

該礦屬大型露天鐵礦，采用準(zhǔn)軌鐵路運(yùn)輸，礦體出露于較大的孤立山包，山頂最高標(biāo)高為385米，與一般地表相對(duì)高差100多米。根據(jù)礦區(qū)地形，礦山站和破碎站分別設(shè)在礦體端幫和下盤(pán)，標(biāo)高為190米左右。鐵路干線鋪設(shè)在下盤(pán)山坡上，由破碎站經(jīng)10次折返修筑至335米水平。各臺(tái)階由干線單側(cè)遷回入車(chē)，自上盤(pán)向下盤(pán)推進(jìn)。其開(kāi)拓系統(tǒng)如圖3-2所示。對(duì)于礦體埋藏在比高不大的丘陵山坡露天杭鐵路干線也可設(shè)置在非工作山坡上呈折返式。圖3-3是二馬露天礦上部開(kāi)拓系統(tǒng)圖。該礦為中型露天鐵礦，礦區(qū)地處丘陵地帶，礦體與山脊平行出露于山包上，高差80余米。采場(chǎng)全長(zhǎng)2800米，但山頭部分僅長(zhǎng)幾百米。該礦山采用機(jī)車(chē)運(yùn)輸，折返干線布置在下盤(pán)山坡上。工作線從上盤(pán)向下盤(pán)方向推進(jìn)，各工作臺(tái)階采用雙側(cè)交替入車(chē)方式。

實(shí)踐證明，上述布線形式能使各開(kāi)采臺(tái)階經(jīng)常保持固定的運(yùn)輸聯(lián)系，不會(huì)因?yàn)楦删€設(shè)置在露天開(kāi)采境界內(nèi)而影響臺(tái)階的正常采掘工作，并且使會(huì)讓站至電鏟裝車(chē)地點(diǎn)之間的列車(chē)人換距離較短。但是，當(dāng)各工作臺(tái)階開(kāi)采到末期時(shí)，由于入車(chē)彎道逐漸縮小到允許的最小曲線半徑后，如繼續(xù)維持原來(lái)的入車(chē)線路布置，就勢(shì)必嚴(yán)重影響下部各臺(tái)階的推進(jìn)。此時(shí)，一些礦山采用開(kāi)掘雙壁路塹以鋪設(shè)折返渡線向開(kāi)采工作面入車(chē)的方式來(lái)解決（圖3-4）。也

有某些礦山由于受原有站線的條件所限，為了使臺(tái)階開(kāi)采末期實(shí)現(xiàn)折返入車(chē)而不得不對(duì)該臺(tái)階的折返站進(jìn)行移設(shè)和改建，這就給礦山生產(chǎn)帶來(lái)不利的影響。白云鄂博主礦1710折返會(huì)讓站的改建就是其中一例。由此可見(jiàn)，針對(duì)孤立山峰地形的布線特點(diǎn)，在具體設(shè)置折返站線時(shí)，要考慮各臺(tái)階開(kāi)采末期的人車(chē)條件，力爭(zhēng)使線路特別是站場(chǎng)的移設(shè)和拆除工程量最小。

當(dāng)采場(chǎng)附近為單側(cè)山坡時(shí)，運(yùn)輸干線多設(shè)在露天開(kāi)采境界以外的端部。根據(jù)地形條件，采用端部?jī)蓚?cè)或一側(cè)入車(chē)（圖3-5）。大冶東露天鐵礦就是采用這種布線形式的（圖3-6）。該礦區(qū)地形較為復(fù)雜，山頂最高標(biāo)高為300米，破碎站標(biāo)高75米。180米標(biāo)高以下采用斜坡鐵路開(kāi)拓。運(yùn)輸干線設(shè)在開(kāi)采境界以外的兩側(cè)山坡上，開(kāi)采的各個(gè)臺(tái)階都有獨(dú)立的出口與干線聯(lián)系，構(gòu)成兩側(cè)環(huán)形入車(chē)。工作線從下盤(pán)向上盤(pán)推進(jìn)。礦山站設(shè)在礦體下盤(pán)，干線從露天礦最終境界內(nèi)穿過(guò)，但該部分礦巖是在上部臺(tái)階結(jié)束后再進(jìn)行開(kāi)采的，因此并不影響礦山工程的發(fā)展。圖3-5單側(cè)山坡折返干線布置a-一套折返線的一側(cè)進(jìn)車(chē)，b-多套拆返線的一側(cè)進(jìn)車(chē)；c-端部折返雙側(cè)進(jìn)車(chē)

上述布線形式表明，鐵路干線的布置受地形條件影響很大。鑒于鐵路線路要求的縱坡較緩，曲線半徑較大，為了避免過(guò)大的線路工程量，其干線在平面上通常不得不呈折返式或直進(jìn)與折返的聯(lián)合形式，從而使列車(chē)運(yùn)行經(jīng)折返站時(shí)須停車(chē)換向，延長(zhǎng)列車(chē)運(yùn)行周期，降低機(jī)車(chē)效率。因此，在設(shè)計(jì)鐵路開(kāi)拓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意盡量減少折返次數(shù)。在條件許可的地方，可采用回頭彎道代替折返站線，或直接采用螺旋干線的形式。圖3-7是白云鄂博鐵礦上部開(kāi)拓

系統(tǒng)。該礦礦體出露于孤立山峰，最高標(biāo)高為1783米。破碎站設(shè)在礦體上盤(pán)開(kāi)采境界外，標(biāo)高為1629米。鐵路干線繞山而上，呈螺旋狀，從各會(huì)讓站用聯(lián)絡(luò)線路通往各個(gè)開(kāi)采水平。由于干線設(shè)置在開(kāi)采境界以外，與工作線的推進(jìn)互不影響。這種干線布置系統(tǒng)使列車(chē)可以順利通過(guò)各會(huì)讓站，從而消除了折返干線的缺點(diǎn)。3.2.2鐵路運(yùn)輸開(kāi)拓法在深凹露天礦的應(yīng)用

深凹露天礦是從地表開(kāi)始向下開(kāi)采的。采用斜坡鐵路開(kāi)拓時(shí)，首先要從地表向深部開(kāi)采的第一個(gè)水平開(kāi)掘露天溝道以鋪設(shè)鐵路運(yùn)輸干線。以后隨著礦山工程的發(fā)展，鐵路千線再逐步延深加長(zhǎng)。露天礦開(kāi)采終了時(shí)，運(yùn)輸干線才全部形成。因此，深凹露天礦鐵路開(kāi)拓系統(tǒng)的形成與礦山工程的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。開(kāi)拓坑線的位置隨礦山工程的發(fā)展有固走和移動(dòng)之分，下面分別介紹其開(kāi)拓特點(diǎn)和程序表3-5采用斜坡鐵路開(kāi)拓的深凹露天礦的技術(shù)特征3.2.2.1固定坑線深凹露天礦的鐵路干線一般都設(shè)置在露天礦邊幫上,其布線方式因受露天礦平面尺寸的限制而常呈折返式。當(dāng)折返坑線沿著露天開(kāi)采境界內(nèi)的最終邊幫（非工作幫）設(shè)置時(shí)，則運(yùn)輸干線除向深部不斷延深外，不作任何移動(dòng)，故稱(chēng)為固定坑線。圖3-8為固定折返坑線開(kāi)拓的礦山工程發(fā)展示意圖。其發(fā)展程序如下：

（1）按所確定的溝線位置、坡度和方向，從地表向下一水平掘進(jìn)出入溝，自出入溝末端向采場(chǎng)兩端掘進(jìn)開(kāi)段溝，以建立開(kāi)采臺(tái)階的最初工作線；

（2）開(kāi)段溝掘成后，即可進(jìn)行擴(kuò)幫和剝采工作；

（3）當(dāng)該水平擴(kuò)幫達(dá)到一定寬度，即新水平的溝頂至該擴(kuò)幫臺(tái)階坡底線的距離不小于最小工作平盤(pán)寬度后，在該水平進(jìn)行剝采工作的同時(shí)，開(kāi)始按設(shè)計(jì)預(yù)定的溝位，向下一新水平開(kāi)掘出人溝和開(kāi)段溝（4）新水平的開(kāi)段溝完成后即可進(jìn)行擴(kuò)幫工作，以下各水平均按此發(fā)展順序進(jìn)行。

由圖3-8可見(jiàn)，固定折返坑線開(kāi)拓的特點(diǎn)是鐵路干線設(shè)于露天礦不進(jìn)行礦山工程的一幫，在開(kāi)采過(guò)程中，各臺(tái)階工作線向一方平行推進(jìn)。從溝線至工作線需經(jīng)端幫繞行，這就要求從非工作幫至剝采工作線的寬度不小于2倍最小曲線半徑。當(dāng)小于該值時(shí)，為保證列車(chē)出人工作面，可用臨時(shí)渡線連接工作線。從折返干線向工作面配線的方式，通常有單側(cè)進(jìn)車(chē)、雙側(cè)交替進(jìn)車(chē)和雙側(cè)環(huán)行三種。生產(chǎn)能力大的露天礦，當(dāng)每個(gè)臺(tái)階工作的電鏟數(shù)達(dá)到兩臺(tái)或兩臺(tái)以上時(shí)，多采用雙側(cè)進(jìn)車(chē)的環(huán)行線路。生產(chǎn)能力不大的露天礦，為了減少聯(lián)絡(luò)線路和擴(kuò)幫工程量，多采用單側(cè)或雙側(cè)交替進(jìn)車(chē)線。常用的折返站及干線的布設(shè)形式如圖3-9所示圖3-9深凹露天礦折返站及鐵路干線布設(shè)形式a-單線雙側(cè)交替進(jìn)車(chē)，b-單線單側(cè)進(jìn)車(chē)，c-單線折返環(huán)行，d-雙線折返環(huán)行雁尾式站,e-雙線折返環(huán)行套袖式站，f-雙線直進(jìn)式環(huán)行

眼前山鐵礦設(shè)計(jì)的深部開(kāi)拓方式，是深凹露天礦采用固定鐵路折返坑線開(kāi)拓的典型實(shí)例（圖3-10）。該礦從的米水平開(kāi)始轉(zhuǎn)入深凹開(kāi)采，露天采礦場(chǎng)設(shè)計(jì)深度為198米，臺(tái)階高度12米，采用準(zhǔn)軌鐵路運(yùn)輸。固定坑線布設(shè)在底幫，工作線由下盤(pán)向上盤(pán)推進(jìn)，運(yùn)輸干線坡度30‰。由于受干線坡度和采場(chǎng)長(zhǎng)度的限制，干線每下一個(gè)臺(tái)階需折返一次，各臺(tái)階采