露天开采基础知识

露天开采基础知识

露天开采是从地表开始逐层向下进行的，每一水平分层称为一个台阶。一个台阶的开采使其下面的台阶被揭露出来，当揭露面积足够大时，开始下一个台阶的开采。随着开采的进行，采场不断向下延伸和向外扩展，直至到达设计的最终境界。每一台阶在其所在水平面上的任何方向均以同一台阶水平的最终境界为限。推到最终境界线的台阶所组成的空间曲面称为最终边帮。可以想象，最终边帮并不是一“光滑”的曲面，而是呈阶梯状的。为了开采一个台阶并将采出的矿岩运出采场，需要在本台阶及其上部各台阶修建至少一条具有一定坡度的运输通道，称为斜坡道或出入沟。

一、露天开采台阶的几何要素

图2-1是一采场的水平投影与剖面示意图，图2-2是两个相邻台阶的局部剖面及其

平面投影示意图。台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。台阶常以其坡顶面水平和坡底面水平命名，如图2-2中的上部台阶称为188~200m台阶。台阶坡顶面和坡底面与台阶坡面的交线分别称为台阶的坡顶线和坡底线；一个台阶的坡底面水平同时又是其下一个台阶的坡顶面水平，台阶坡面与水平面的夹角称为台阶坡面角（α），台阶坡顶面与坡底面之间的垂直距离即为台阶高度（H）。从本台阶的坡顶线（台阶外缘）到上一个台阶的坡底线（台阶内缘）之间的距离称为台阶宽度（W）。台阶是垂直方向上的最小开采单元，即台阶在其整个高度上是一次爆破、一次铲装的。穿孔和装药作业在台阶的坡顶面水平进行，铲装和运输作业在台阶的坡底面水平进行。

（一）台阶高度

台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影响台阶高度的因素有生产规模、采装设备的作业技术规格以及对开采的选择性要求等。为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数，即铲斗的装满程度，台阶高度应不小于挖掘机推压轴高度的2/3。为避免挖掘过程中在台阶的顶部形成悬崖，台阶高度应小于挖掘机的最大挖掘高度。图2-3是电铲作业工况，其各种作业技术参数见表2-1。可以看出，该挖掘机的最大挖掘高度是13.26m。若选用这类的电铲，台阶高度一般取12m较为合适。

由于一个台阶在垂直方向上是不可分采的，如台阶的上半部分是矿石、下半部分是岩石，不可能在开采过程中将不同种类的矿石及岩石分离出来，由此所造成的贫化和不同矿种的混杂是不可避免的。可见，台阶高度越大，开采选别性越差。因此，在开采对选别性要求较高的矿床时，应选取较小的台阶高度。一般说来，黑色金属矿床的品位变化较小，矿体形态较为规则，矿物价值低，对选别性要求较低，台阶高度一般以12～15m最为常见。大多数贵重金属矿床的特征恰恰相反，故台阶高度一般小于10m，以6~8m最为常见。

另一方面，台阶高度也制约着铲装设备的选择，当选用汽车运输时，铲装设备的斗容和装卸参数又进一步制约着汽车的选型。台阶高度同时也影响着最终边帮的几何特征。由此可以看出，台阶高度的选取对整个露天矿的开采经济效益有着重要的影响。在一定范围内增加台阶高度，会降低穿孔、爆破和铲装成本，但确定最佳的台阶高度应综合考虑各种相关因素，使矿床开采的经济效益达到最高值。

（二）台阶坡面角

台阶坡面角主要是岩体稳定性的函数，其取值随岩体的稳定性的增强而增大。确定台阶坡面角时需要进行岩体稳定性分析，或参照岩体稳定性类似的矿山选取。另外，岩体层理面的倾向对台阶坡面角有直接的影响，当台阶坡面与岩体层理面的倾向相同或相近且层理面倾角较陡时，台阶坡面角等于层理面的倾角。表2-1是均质岩体中台阶坡面角与岩石硬度的大体关系。

（三）工作平台与安全平台

正在被开采的台阶称作工作平台或工作平盘。如图2-4所示，工作台阶上正在被爆破、采掘的部分称为爆破带，其宽度（W。）为爆破带宽度，或采区宽度。台阶的采掘方向是挖掘机沿采掘带前进的方向，台阶的推进方向是台阶向外扩展的方向。在开采过程中，工作台阶不能一直推进到上个台阶的坡底线位置，而是应留有一定的宽度（W。）。留下的这部分称为安全平台。安全平台的作用是收集从上部台阶滑落的碎石和阻止大岩石块滚落。安全平台的宽度一般为2/3~1个台阶高度。在矿山开采寿命的末期，有时将安全平台的宽度减小到台阶高度的1/3左右。工作平盘的宽度（W）等于采区宽度与安全平台宽度之和。最小工作平盘宽度是刚刚满足采运作业所需要的空间的宽度。

沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙（图2-5），用于阻止石块滚落到下面的台阶和防止汽车或其他设备驶落台阶。安全挡墙的高度一般不小于汽车轮胎的半径。其坡面角等于碎石的安息角，一般为35°左右。

二、工作边坡角

工作帮是由工作台阶组成的边帮，并随台阶的推进而向最终边帮靠近。工作边坡角一般定义为最上一个工作台阶的坡顶线与最下一个工作台阶的坡底线联成的假想斜面与水平面的夹角（图2-6）。

三、剥采比

（一）境界剥采比

境界剥采比是指露天开采增加单位深度后所引起岩石增量与矿石增量之比，也称为瞬间剥采比。R=dW/d0，如图2-7所示。

（二）平均剥采比

平均剥采比是指露天开采境界内总的岩石量与总的矿石量之比。R。=V，/A。如图2-8所示。