第11讲 露天开采境界.docx

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第11讲露天开采境界

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。

⑵经济因素

包括矿石的质量和价值、原矿和精矿成本及售价、矿石的损失与贫化、共生矿物的综合利用、基建投资和建设期限，等。

⑶技术组织因素

主要是指露天开采与地下开采的技术水平、装备水平和发展趋势，以及制约和促进其应用推广的技术与组织条件。

例如，克服地面障碍物的技术组织条件，开采易燃、松软、涌水大的矿床以及需要分采或高速开采的矿床的技术组织条件，可以选用的开拓运输及生产工艺系统的技术组织条件等。

⑷国家及地区经济发展的方针政策、环保、劳动保护等。

以上各种因素，对不同地区、不同矿床、不同开采时期所起的作用是不同的。

例如，地面构筑物、河流等障碍物，在一般情况下是次要因素；但在由于受技术经济条件的限制而不能迁移时，则将起决定性作用。

因此，在露天开采境界设计时，必须充分掌握各影响因素的基础资料的基础上，全面分析和综合考虑各种因素，分清主次关系，确定最优境界。

应该指出，露天开采境界不是一成不变的。

随着科学技术的发展和市场对矿石需求量的增加，以及露天开采经济效果的改善，原来设计的开采境界常常要扩大。

例如，曾经是我国最大的露天煤矿的抚顺西露天煤矿，1924年设计的开采深度为150m，1931年确定为350m，1955年的扩建设计确定为450m。

另一方面，当所确定的露天开采境界很大、服务年限过长（如，超过30年），为提高前期的开采经济效益，通常采用分期开采，即先确定前期开采的小境界，开采数年后再逐渐过渡到最终的境界，因此要确定相应的分期开采境界。

例如，我国大冶铁矿东露天采场，原设计的一期开采境界采用境界剥采比为8m3/m3圈定。

境界上部尺寸（长×宽）为2150m×360m，深366m。

一期开采即将结束，目前正进行二期扩帮。

二期境界按经济剥采比为12m3/m3圈定。

设计确定将尖山区原露天底标高-96m水平延深到-168m水平，狮子山区原露天底标高由-36m水平延深到-48m水平。

二期境界上部尺寸（长×宽）为2250m×l000m，深438m。

扩帮工作在南帮、北帮和东帮进行。

扩帮工程量4500万吨，过渡期为5年。

由此可见，露天开采境界可分为分期境界和最终境界。

3.概述——剥采比的定义

㈡剥采比的定义

露天开采与地下开采的重要区别之一，就是露天开采除采出矿石外，还需剥离大量的岩石（亦即：

露天矿采出矿石过程中必须剥离大量岩石）。

如图7-1的地质横断面图所示，随着露天开采境界出abcd扩大到时，可采的矿石量从A1增加到A1+A2，需要剥离的岩石量也从V1增加到V1+V2。

因此，露天开采境界的确定，就与采出矿量和剥离量联系在一起。

剥离的岩石量与采出的矿石量之比称为剥采比（亦可称，每开采单位矿石量所需剥离的岩石量），常用的单位是m3/m3、t/t。

在露天矿开采设计和生产中，常常采用各种不同含义的剥采比反映不同的开采空间和/或开采时间的剥采关系及其限度。

⑴平均剥采比nP

指露天开采境界内的岩石总量VP与矿石总量AP之比（图1.6.1（a）），即：

（m3/m3或t/t）

平均剥采比反映露天矿的总体经济效果，在设计中常作为参照指标，用来衡量设计的质量。

⑵分层剥采比nF

指露天开采境界内某一水平分层的剥离岩石量VF与采出矿石量AF之比（图1.6.1（b））：

尽管露天矿极少采用单一水平生产，但分层剥采比可以作为参照指标用于理论分析。

此外，分层矿岩量是计算平均剥采比和估算均衡生产剥采比的基础数据。

⑶生产剥采比nS

指露天矿投产后某一生产时间的剥离岩石量VS与所采出矿石量AS之比（图1.6.1（c））：

生产剥采比有许多衍生形式，可用来分析和反映露天矿生产中各种可能和剥采关系。

在矿山生产统计中，生产剥采比按年、季、月来计算。

⑷境界剥采比nJ

假若露天开采境界的最终边坡角和底部宽度固定不变，其深度由H-ΔH延伸到H，境界内的岩石增量和矿石量增量分别记作ΔV和ΔA（图1.6.1（d）），当ΔH→0时，ΔV和ΔA之比的极限称为深度H的境界剥采比，即。

境界剥采比是指露天开采境界增加单位深度所引起的岩石增量ΔV与矿石增量ΔA之比，是露天开采境界的一种边际值，在设计中常用于露天开采境界的经济分析。

⑸经济合理剥采比nJH

指在当前的技术经济条件下，露天开采单位矿石量在经济上允许的最大剥岩量。

经济合理剥采比在露天矿不具有具体的空间含义，需要通过技经济研究和分析后确定，因而是一个理论上许可的最大剥采比。

经济合理剥采比是确定露天开采境界的重要的技术经济依据，其计算方法和运用方法都因矿床开发的技术经济目标不同而异。

⑹储量剥采比和原矿剥采比

露天采矿过程中会产生矿石损失与贫化。

矿石损失是指采出的矿石量少于地质储量的现象；矿石贫化是指由于采出的矿石中混入了部分岩石，导致采出矿石的品位低于地质储量品位的现象。

因而，开采境界内的工业储量与实际采出的原矿量之间有一差值，此差值的大小受回收率和贫化率影响。

原矿是指实际采出的矿石产品，除采出的地质储量矿石外，里面也含有混入的岩石量。

这种关系反映到剥采比中，就有储量剥采比和原矿剥采比之分。

储量剥采比n是露天开采境界内依据地质勘探报告所计算的岩石量V0与矿石储量A0之比，即：

（m3/m3或t/t）

原矿剥采比是同一范围内考虑开采损失和贫化后实际采出的剥离岩石量（包括损失的那部分矿量）与采出原矿量（包括混入的废石）之比，即（m3/m3或t/t）

严格地说，在设计计算中指的是储量剥采比，直接依据地质资料确定；而在生产统计中，为了工作方便，常采用原矿剥采比。

显然，这两种剥采比可以互相换算。

依据实际贫化率ρ（矿石贫化率是指因混入废石量和在个别情况下高品位粉矿的流失而造成矿石品位降低的百分率）、矿石实际回收率η（即，采出的纯矿量与工业矿量A0之比）和矿石视在回收率（即，采出的矿量（包括混入的废石量）与工业矿量A0之比）的定义，有：

式中a0——矿石的工业品位；

——原矿品位；

——围岩的含矿品位，若围岩不含矿，则=0；

A1——原矿中回收的工业储量。

公式的推导：

如右图所示，有：

根据金属量平衡式，有：

∴

这是应注意，当考虑损失贫化时，在一定境界内采出的岩石量和采出的原矿量是同时变化的。

如采出原矿量增加时，采出岩石量减少，但其矿岩总量是不变的，即：

由以上各式以及储量剥采比和原矿剥采比的定义可得：

亦即：

或

露天开采的视在回收率一般为0.95～1.05，因而储量剥采比与原矿剥采比的数值相差不大，但是两者的概念是不同的。

4.确定经济合理剥采比的方法——原则

㈠确定经济合理剥采比的原则

如前所述，根据矿床埋藏条件，按开采方法不同，矿床可大致划分为三种情况。

对于适用露天开采的矿床或部分宜用露天开采，部分用地下开采的矿床，存在应用经济利采比确定开采境界问题。

对于覆盖岩层较厚的缓倾斜或近似水平的厚大矿体，存在着单独采用露天或地下开采方法的可能性，应通过方案比较确定。

确定经济合理剥采比的原则：

1必须保证露天矿或矿山公司（矿务局）正常生产期间有盈利或不超过规定允许成本；

2一般以矿山或矿山公司（采、选）为独立经济核算单位；

3考虑矿产资源的综合利用，对有经济价值的表外矿和其他有益组分，考虑其利用价值；

4经济指标的选取和计算，必须以国家现行规定为准；

5每个计算参数的选取，要经过调查、研究分析，力求接近实际。

经济合理剥采比，是经济上允许的最大剥采比，是确定露天和地下开采界限的重要经济指标，其大小直接影响到露天开采和地下开采所占比例，以及矿产资源的利用程度。

矿床开采设计时，应根据不同的矿床类型和质量进行具体计算。

经济合理剥采比的确定方法可分为两类：

一是比较法。

它是以露天开采和地下开采的经济效果来比较计算的，适用于划分矿床露天开采和地下开采的界线。

目前，应用较为广泛的是储量盈利比较法系列，该系列中有产品成本比较法、储量盈利平衡法和盈亏平衡法。

另一是确定经济合理剥采比的方法是价格法。

它是以露天开采成本和矿石价格作比较来计算，用于只宜露天开采的矿床。

5.确定经济合理剥采比的方法——产品成本比较法

㈡产品成本比较法

矿山企业的最终产品可以是原矿、精矿或其他后续矿产品（如，以氰化和冶炼的黄金产品）。

⑴原矿成本比较法

这种方法的依据，是露天开采的最大允许原矿成本等于地下开采的原矿成本。

露天开采的原矿成本CL（元/t）包括纯采矿成本a（元/t）和所分摊的剥离费用两部分，即：

（元/t）

式中b——露天开采的剥离成本，元/m3；

r——矿石的容积密度，t/m3；

——原矿剥采比，m3/m3。

原矿成本比较法的原理是将原矿的地采成本作为露采成本的上限，并以此作为依据来确定经济合理剥采比，即：

式中CD——地下开采的原矿成本，元/t。

由上式可得：

上述不等式右边算式的值记为，即：

表示每吨原矿的露采成本不大于地采成本时允许的最大剥采比，即经济合理剥采比。

原矿成本比较法计算简单，要求的基础数据少，取得数据比较方便，但没有考虑露天开采和地下开采两者存在损失、贫化方面的差异。

因此，这种方法通常适用于露天和地下开采的矿石损失和废石混入率相差不大、矿石不贵重且地下开采有盈利的情况。

⑵精矿成本比较法

这种方法是以精矿（或矿产品）作为计算基础，使露采的精矿成本不大于地采精矿成本。

该方法考虑了露天与地下开采在贫化率上的差别，即：

上式可以这样理解：

式中DL、DD——分别是露采和地采每吨原矿所分摊的采矿、选矿费用，元/t；

KL、KD——分别是露采和地采每吨原矿的精矿产出率。

类似于原矿成本比较法，可得经济合理剥采比：

原矿的精矿产出率为：

式中ε——选矿回收率；β——精矿品位。

由公式可知原矿品位为：

并假定βL=βD（因此，本法适用于露天采出矿石和地下采出矿石所产精矿的品位相同或相近时）