1、精選優質文檔-傾情為你奉上露天開采程序第一節 概述最終開采境界是在當前的技術經濟條件下對可采儲量的圈定，也是對開采終了時采場幾何形態的預估。那么，如何采出最終境界內的礦石和巖石則是露天開采程序問題。簡單地講，露天開采是從地表開始逐層向下進行的，每一水平分層稱為一個臺階。一個臺階的開采使其下面的臺階被揭露出來，當揭露面積足夠大時，就可開始下一個臺階的開采。隨著開采的進行，采場不斷向下延伸和向外擴展，直至到達設計的最終境界。每一臺階在其所在水平面上的任何方向均以同一臺階水平的最終境界為限。推到最終境界線的臺階所組成的空間曲面稱為最終邊幫（或非工作幫）。可以想象，最終邊幫并不是一“光滑”的曲面，而是

2、呈階梯狀的。為了開采一個臺階并將采出的礦巖運出采場，需要在本臺階及其上部各臺階修筑至少一條具有一定坡度的運輸通道，稱為斜坡道或出入溝。圖15-1是一采場的水 平投影與剖面示意圖。本章從臺階的幾何參數入手較為詳細地討論露天開采中的掘溝、臺階推進、采場擴延、線路布置及臺階和工作面參數的計算等內容。第二節 臺階幾何要素一、 基本概念圖15-2是兩個相鄰臺階的局部剖面及其平面投影示意圖。臺階由坡 頂面、坡底面和臺階坡面組成。臺階常以其坡頂面水平和坡底面水平命名，例如圖15-2中的上部臺階稱為188 - 200米臺階。臺階坡頂面和 坡底 面與臺階坡面的交線分別稱為臺階的坡頂線和坡底線。一個臺階的坡底面水

3、平同時又是其下一個臺階的坡頂面水平。臺階坡面與水平面的夾角稱為臺階坡面角（），臺階坡頂面與坡底面之間的垂直距離即為臺階高度（H）。從本臺階的坡頂線（本臺階外緣）到上一個臺階的坡底線（本臺階內緣）之間的距離稱為臺階寬度（W）。臺階是垂直方向上的最小開采單元，即臺階在其整個高度上是一次爆破、一次鏟裝的。穿孔和裝藥作業在臺階的坡頂面水平進行，鏟裝和運輸作業在臺階的坡底面水平進行。二、臺階高度臺階高度是露天開采中最重要的幾何參數之一。影響臺階高度的因素有生產規模、采裝設備的作業技術規格以及對開采的選別性要求等。為保證挖掘機挖掘時能獲得較高的滿斗系數（鏟斗的裝滿程度），臺階高度應不小于挖掘機推壓軸高度的

4、2 / 3。另一方面，為避免挖掘過程中 圖15-1 露天采場平面投影與剖面示意圖 aaWWAHHA200m200m176m176m188m188m圖15-2 臺階幾何要素臺階坡面坡頂線A-A坡頂面坡底線臺階坡面坡底面在臺階的頂部形成懸崖，臺階高度應小于挖掘機的最大挖掘高度。圖15-3所示是斗容為6.88m3的電鏟，其各種作業技術規格列于表15-1。從表 15-1中可知，該挖掘機的最大挖掘高度是13.26m。若選用這樣的電鏟 ，臺階高度定為12m較為合適。在品位變化大、礦物價值高的礦山（如金礦），開采選別性是制約臺階高度的重要因素。開采選別性系指在開采過程中能夠將不同品位和類型的礦石及廢石進行區

5、分開采的程度。以金礦為例，往往需要對于一個區域內的高品位礦、低品位礦、硫化礦、氧化礦及廢石進行區分開采，運往各自的目的地。例如，將低品位礦送往浸堆，高品位氧化礦送往選礦廠，硫化礦送往焙燒爐，廢石送往排土場，等等。由于一個臺階在垂直方向上是不可分采的，即使在臺階高度內礦石的品位、礦種或礦巖界線變化很大（如某處臺階的上半部分是礦石、下半部分是巖石），也不可能在開采過程中將不同種類的礦石及巖石分離出來，由此所造成的貧化和不同礦種的混雜是不可避免的。可見，臺階高度越大開采選別性越差。因此，在開采對選別性要求較高的礦床時，應選取較小的臺階高度。一般說來，黑色金屬礦床的品位變化較小、礦體形態較為規則、礦物

6、價值低、對選別性要求較低，臺階高度一般大于10m，以12m15m最為常見。大多數貴重金屬礦床的特征恰恰相反，故臺階高度一般小于10m，以68m最為常見。圖 15-3 電鏟作業技術規格圖解表 15-1 圖15-3中電鏟的作業技術規格斗容6.88m3起重臂長度12.65 m起重臂傾角45。有效斗桿長度7.77m斗桿全長9.38m最大卸載高度(A)8.54m最大卸載半徑(B1)14.48m最大卸載半徑處的卸載高度(A1)6.25m最大卸載高度處的卸載半徑(B)13.87m最大挖掘高度(D)13.26m最大挖掘半徑(E)16.62m站立水平挖掘半徑(G)10.75m下挖深度(H)2.59m天輪頂距地面

7、的高度(I)12.88m天輪外緣回轉半徑(J)12.20m機體尾部回轉半徑(K)6.02m機體(包括駕駛室)寬度(S)6.86m司機視線水平高度(U)5.49m另一方面，臺階高度也制約著鏟裝設備的選擇，當選用汽車運輸時，鏟裝設備的斗容和裝卸參數又進一步制約著汽車的選型。臺階高度同時也影響著最終邊幫的幾何特征。由此可以看出，臺階高度的選取對整個露天礦的開采經濟效益有著重要的影響。在一定范圍內增加臺階高度會降低穿孔、爆破和鏟裝成本，但確定最佳的臺階高度應綜合考慮各種相關因素，使礦床開采的經濟效益（不僅僅是穿孔、爆破和鏟裝成本） 達到最高值。三 臺階坡面角臺階坡面角主要是巖體穩定性的函數，其取值隨巖

8、體的穩定性的增強而增大（最大為90。）。確定臺階坡面角時需要進行巖石穩定性分析，或參照巖體穩定性相類似的礦山選取。另外，巖體層理面的傾向對臺階坡面角有直接的影響，當臺階坡面與巖體層理面的傾向相同或相近， 而且層理面傾角較陡時，臺階坡面角等于層理面的傾角。表15-2是均質 巖體中臺階坡面角與巖石硬度的大體關系。表153列出了國內部分金 屬露天礦的臺階坡面角取值。表152 均質巖體中臺階坡面角的參考值巖石硬度系數臺階坡面角(度)814以上7075386070135060表153 國內部分露天礦的臺階坡面角礦山名稱臺階坡面角(度)大孤山鐵礦70東鞍山鐵礦75南芬鐵礦4850(巖石層理傾角)大石河鐵礦

9、65白云鄂博鐵礦70白銀廠銅礦70四 工作平臺與安全平臺正在被開采的臺階稱作工作臺階（或工作平臺、工作平盤）。如圖15-4所示，工作臺階上正在被爆破、采掘的部分稱為爆破帶，其寬度HWWcWsWs安全平臺爆破帶WWcWs采區寬度爆破帶安全平臺采掘方向臺階推進方向圖 15-4 工作平臺要素示意圖(Wc)為爆破帶寬度（或采區寬度 ） ，臺階的采掘方向是挖掘機沿采掘 帶前進的方向，臺階的推進方向是臺階向外擴展的方向。在開采過程中，工作臺階不能一直推進到上個臺階的坡底線位置，而是應留有一定的寬度（Ws）。留下的這部分稱為安全平臺。安全平臺的作用是收集從 上部臺階滑落的碎石和阻止大巖石塊滾落。安全平臺的寬

10、度一般為2/31個臺階高度。在礦山開采壽命期末，有時將安全平臺的寬度減小到臺 階高度的1/3左右。工作平盤的寬度（W）等于采區寬度與安全平臺寬 度之和。最小工作平盤寬度是剛剛滿足采運作業所需要的空間的寬度，其計算詳見后面第四節。沿工作平盤的外緣常用碎石堆筑一道安全擋墻（圖15-5），用于阻 止石塊滾落到下面的臺階和防止汽車或其它設備駛落臺階。安全擋墻的高度一般等于汽車輪胎的半徑。其坡面角等于碎石的安息角(一般為35。左右）。圖 15-5 安全擋墻第三節 掘溝如前所述，露天開采是分臺階進行的。那么，每一臺階的開采是怎樣開始的呢？由于采裝與運輸設備是在工作臺階的坡底面水平作業，所以，必須在新臺階頂

11、面的某一位置開一道斜溝，使采運設備到達作業水平，而后以溝端為初始工作面向前、向外推進。因此，掘溝是新臺階開采的開始。按運輸方式的不同，掘溝方法可分為不同的類型，如汽車運輸掘溝、鐵路運輸掘溝、無運輸掘溝等。由于現代露天礦山，特別是新設計的露天礦山大都采用汽車運輸，故本節只介紹汽車運輸掘溝，稍加擴展即可處理鐵路運輸及其它方式的掘溝問題。有關各種掘溝方法的更全面的介紹可在其他的參考書目和設計手冊中查到。山坡露天礦與深凹露天礦的掘溝方式有所不同，下面分別給予簡要的介紹。一 深凹露天礦掘溝如圖15-6所示，假設152m水平已被揭露出足夠的面積，根據采掘計 劃，現需要在被揭露區域的一側開挖通達140m水平

12、的出入溝，以便開 采 140-152m臺階。掘溝工作一般分為兩階段進行：首先挖掘出入溝， 以建立起上、下兩個臺階水平的運輸聯系；然后開掘段溝，為新臺階的開采推進提供初始作業空間。出入溝的坡度取決于汽車的爬坡能力和運輸安全要求。現代大型露天礦多采用載重100噸以上的大噸位礦用汽車，出入溝的坡度一般在810%左右。出入溝的長度等于臺階高度除以出入溝的坡度。例如，當 臺階高度為12m、出入溝的坡度為8%時，出入溝的長度為150m。圖 15-6 出入溝與段溝示意圖掘溝時的穿孔與爆破方式沒有統一的模式，不同的礦山由于巖性不同，掘溝時的爆破設計各異。總的可分為兩種：全溝等深孔爆破與沿坡面的不等深孔爆破。當

13、采用全溝等深孔爆破時，出入溝的斜坡路面修在爆破后的松散碎石上。這種掘溝方法的優點是穿孔、爆破作業簡單，而且當出入溝位置需要移動時，可避免在斜坡上穿孔、裝藥。其缺點是路面質量差，影響汽車的運行效率，加重了汽車輪胎的磨損。當采用沿坡面的不等深孔爆破時，需要沿出入溝的坡面從上至下穿鑿不同深度的炮孔進行分段爆破。圖15-7是這種掘溝方式的一種爆破設 計的縱斷面示意圖。這里假設臺階高度為12m，坡度為8，穿孔設備 選用250mm牙輪鉆機。圖中將出入溝沿縱向全長分為三個爆破區段，依次進行爆破和采運。從溝口起25m范圍內的炮孔深度為4.5m，此后各區段的炮孔與擬形成的出入溝坡面保持2m的超深(如圖中虛線所示

14、）。 炮 孔在平面上采用間距等于行距的交錯布置，各個區段上采用不同的間距（如圖中括號內的數字所示）。爆破區段2爆破區段3爆破區段1(4.5x4.5)(5.5x5.5)(6.0x6.0)(6.5x6.5)(6.5x6.5)4.5m25m30m35m段溝2m12m50m35m圖 15-7 出入溝爆破設計實例出入溝掘完后繼續掘段溝。掘段溝時是否需要分區段爆破要看段溝的長度而定。由于段溝為等深度，沒有必要采用不同的爆破設計。在圖15-7所示的情形中，段溝的爆破設計除采用等深孔外與最后一段出入溝 的爆破設計相同。溝底寬度是掘溝的重要參數。一般說來，為了盡快到達新水平，在新的工作臺階形成生產能力，應盡量減

15、少掘溝工作量。因此溝底寬度應盡量小一些。最小溝底寬度是滿足采運設備基本的作業空間要求的寬度，其值取決于電鏟的作業技術規格、鏟運方式與汽車的調車方式。最節省空間的調車方式是汽車在溝外調頭，而后倒退到溝內裝車（圖15-8和15-9）。這種調車方式下的溝底寬度只取決于電鏟的作業方式 和采裝方式。最常用的采裝方式是中線采裝，即電鏟沿溝的中線移動，向左、右、前三方挖掘（圖15-8）。這種采裝方式下的最小溝底寬度是 電鏟在左、右兩側采掘時清底所需要的空間，即WDmin = 2G(15-1) 式中，G為電鏟站立水平挖掘半徑。若選用圖15-3所示的電鏟，從 表15-1中查得G為10.75m。則最小溝底寬度為2

16、1.5m。另一種更節省空間的采裝方式是雙側交替采裝（圖15-9）。電鏟沿 左右兩條線前進，當電鏟位于左側時，采掘右前方的巖石，裝入停在右側的汽車；而后電鏟移到右側，采裝左前方的巖石，裝入停在左側的汽車。這種采裝方式下的最小溝底寬度為：WDmin = G + K (15-2）式中，K為電鏟尾部回轉半徑。若選用圖15-3中的電鏟，從表15-1查 得G10.75m，K=6.02m，計算出WDmin 16.77m »17m。雙側交替采裝 所需的作業空間雖然小，但電鏟移動頻繁，作業效率低，一般用于境界最底部作業空間有限的幾個臺階上的掘溝。實際采用的溝底寬度應適當大于最小溝底寬度，以保證作業的安

17、全和正常的作業效率。采用溝外調頭、倒車入溝的調車方式雖然節省空間，但影響行車的速度與安全，因此有的礦山采用溝內調車的方式，包括溝內折返和環形調車（圖15-10和圖15-11）。由于汽車在溝內調車所需的空間一般 要比電鏟作業所需的空間大，因此溝內調車方式下的溝底寬度（WD ） 是由汽車的作業技術參數決定的，可用下面的公式計算：折返調車： WD = R + l + d/2 + 2e (15-3)環形調車： WD = 2R + d + 2e (15-4)KGBBGK圖 15-9 溝外調頭雙側交替采裝GGB圖 15-8 溝外調頭中線采裝式中，R為汽車最小轉彎半徑；l為汽車車身長度；d為汽車車身寬 度；

18、e為汽車距溝壁的安全距離。leedRRleeddRR圖 15-10 溝內折返調車圖 15-11 溝內環形調車若采用Webco-120c(109噸）汽車，R=12.4m，l=11.37m，d=6.197m ，并設e=1.5m。則折返和環形調車時的溝底寬度分別為30m和34m。二 山坡露天礦掘溝在許多礦山，最終開采境界范圍內的地表是山坡或山包(圖15-12)， 隨著開采的進行，礦山由上部的山坡露天礦逐步轉為深凹露天礦。采場由山坡轉為深凹的水平稱為封閉水平，即在該水平上采場形成閉合圈。從圖15-12 所示的剖面上看，閉合圈位于箭頭所指的水平。在山坡地帶的開采也是分臺階逐層向下進行的。與深凹開采不同的

19、是不需要在平地向下掘溝以到達下一水平，只需要在山坡適當位置拉開初始工作面就可進行新臺階的推進。不過在習慣上將“初始工作面得拉開”也稱之為掘溝。山坡上掘出的“溝”是僅在指向山坡的一面有溝壁的單壁溝。 圖 15-13 推土機開掘單壁溝 圖 15-12 山坡露天礦剖面示意圖H 最終境界礦體封閉圈如果山坡為較為松散的表土或風化的巖石覆蓋層，可直接用推土機在選定的水平推出開采所需的工作平臺(圖15-13）。如果山坡為硬巖或 坡度較陡，則需要先進行穿孔爆破，然后再行推平。山坡單壁溝也可用電鏟掘出（圖15-14），電鏟將溝內的巖石直接 倒在溝外的山坡堆置，不再裝車運走。溝底寬度應與電鏟作業技術規格相適應。從

20、圖15-14可以看出，溝底寬度為：WD = G + T + e(15-5)式中，G為電鏟站立水平挖掘半徑；T為電鏟回轉中心到履帶外緣 距離； e為 電鏟履帶外緣到單壁溝外緣的安全距離。WDGeT 圖 15-14 電鏟開掘單壁溝第四節 臺階的推進方式掘溝為一個新臺階的開采提供了運輸通道和初始作業空間，完成掘溝后即可開始臺階的側向推進。由于汽車運輸的靈活性，有時在掘完出入溝后不開段溝，立即以扇形工作面形式向外推進。如圖15-15所示， 剛完成掘溝時，溝內的作業空間非常有限，汽車須在溝口外進行調車，倒入溝內裝車（圖15-15a）；當在溝底采出足夠的空間時，汽車可直接 開到工作面進行調車（圖15-15

21、b）；隨著工作面的不斷推進，作業空間 不斷擴大，如果需要加大開采強度，可在一定時候布置兩臺采掘設備同時作業（圖15-15c）。劃歸一臺采掘設備開采的工作線長度稱為采區長 度。采區長度影響一個臺階可布置的采掘設備臺數，從而影響臺階的開采強度。采區長度隨采運設備的作業技術規格而變。根據有關資料，美國礦山的采區長度一般在60150m，國內礦山一般大于200m。從新水平掘溝開始到新工作臺階形成預定的生產能力的過程叫做新水平準備。(c)(b)(a)圖 15-15 臺階推進示意圖臺階推進方式主要包括采掘方式和工作線布置方式。一 采掘方式及工作平盤參數根據采掘方向和工作線方向之間的關系，有兩種基本的采掘方式

22、，即垂直采掘和平行采掘。(一) 垂直采掘垂直采掘時電鏟的采掘方向垂直于臺階工作線走向（即采區走向）、與臺階的推進方向平行（圖15-16）。開始時，在臺階坡面掘出一個 小缺口，而后向前、左、右三個方向采掘。圖15-16所示是雙點裝 車的 情形。電鏟先采掘其左前側的爆堆，裝入位于其左后側的汽車；裝滿后，電鏟轉向其右前側采掘，裝入位于其右后側的汽車。這種采裝方式的優點是電鏟裝載回轉角度小（10。到110。之間，平均為60。左右），裝 載效率高；缺點是汽車在電鏟周圍調車對位需要較大的空間，要求較寬的工作平盤。當采掘到電鏟的回轉中心位于采掘前的臺階坡底線時，電鏟沿工作線移動到下一個位置，開始下一輪采掘。

23、垂直采掘時一次采掘深度（即采掘帶寬度A）為電鏟站立水平挖掘 半徑（G），沿工作線一次采掘長度為2G。當然，電鏟在同一輪采掘中可以采掘更大的范圍，但超過上述范圍時電鏟需要作頻繁的小距離的移動，影響采裝效率。采掘方向下一輪采掘位置圖 15-16 垂直采掘示意圖工作線采區寬度臺階推進方向(二) 平行采掘平行采掘時電鏟的采掘方向與臺階工作線的方向平行、與臺階推進方向垂直。前面圖15-4所示即為平行采掘推進。根據汽車的調頭與行駛 方式（統稱為供車方式），平行采掘可進一步細分為許多不同的類型。單向行車不調頭和雙向行車折返調頭是兩種有代表性的供車方式。1. 單向行車不調頭平行采掘如圖15-17所示，汽車沿工

24、作面直接駛到裝車位置，裝滿后沿同一 方向駛離工作面。這種供車方式的優點是調車簡單，工作平盤只需設單車道。缺點是電鏟回轉角度大，在工作平盤的兩端都需出口（即雙出入溝），因而增加了掘溝工作量。圖 15-17 單向行車不調頭平行采掘B臺階推進方向工作平盤寬度采掘方向安全擋墻2. 雙向行車折返調車平行采掘如圖15-18所示，空載汽車從電鏟尾部接近電鏟，在電鏟附近停車 、調頭，倒退到裝車位置，裝載后重車沿原路駛離工作面。這種供車方式只需在工作平盤一端設有出入溝，但需要雙車道。工作平盤寬度安全擋墻臺階推進方向采掘方向B圖 15-18 雙向行車折返調車平行采掘(單點裝車)圖15-18所示是單點裝車情形。空車

25、到來時常常需等待上一輛車裝滿駛 離后才能開始調頭對位，而在汽車調車時電鏟也處于等待狀態。為減少等待 時間，可采用雙點裝車。如圖15-19所示，汽車1正在電鏟右側裝車。 汽車2 駛入工作面時，不需等待即可調頭、對位，停在電鏟左側的裝車位置。裝滿 汽車1 后電鏟可立即為汽車2裝載。當下一輛汽車（汽車3）駛入時，汽車1 已駛離工作面，汽車3可立即調車到電鏟右側的裝車位置。這樣左右交替供 車、裝車，大大減少了車鏟的等待時間，提高了作業效率。在理想狀態下， 汽車2調車完畢 ，汽車1恰好裝滿；汽車2裝載完畢，汽車3也剛好調車完畢， 車和鏟的等待時間均為零，作業效率達到最大值。但實際生產中這種理想狀 態是幾

26、乎不存在的。可以看出，雙點裝車比單點裝車需要更寬的工作平盤。安全擋墻臺階推進方向工作平盤寬度采掘方向BB12汽車1正在裝車汽車2正在調車圖 15-19 雙向行車折返調車平行采掘(雙點裝車)(b)(a)圖 15-20 兩種不同供車方式示意圖其它兩種供車方式如圖15-20所示。圖中，(a)為單向行車_折返調車_雙 點裝車， (b)為雙向行車_ 迂回調車_單點裝車。由于汽車運輸的靈活性， 有許多 可行的供車方式。這里不一一例舉。(三) 采區寬度與采掘帶寬度采區寬度是爆破帶的實體寬度，采掘帶寬度是挖掘機一次采掘的寬度。 當礦巖松軟無需爆破時，采區寬度等于采掘帶寬度。絕大多數金屬礦山都需 要爆破，故采掘

27、帶寬度一般指一次采掘的爆堆寬度。二者關系見圖15-21 。 圖中，(a)為一次穿爆兩次采掘，(b)為一次穿爆一次采掘。圖 15-21 采區與采掘帶示意圖采掘帶寬度采掘帶寬度爆堆寬度bAcAcWcWs采區寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆寬度bWcWs采區寬度爆破帶安全平臺臺階推進方向爆堆爆堆(b)(a)從圖15-21可以看出，采區寬度應與采掘帶寬度相適應，即實體(采區 ） 爆破后的爆堆寬度應與挖掘機的采掘帶寬度和采掘次數相適應。采掘帶寬度 過寬或過窄都會影響挖掘機的生產能力：過寬時挖掘機回轉角度大，且爆 堆外緣殘留礦巖多，清理工作量大；過窄時則挖掘機移動頻繁，行走時間 長。采掘帶寬度一般應保持

28、挖掘機向里側回轉角不大于90。，向外不大于30。 ，其 變化范圍一般為：Ac = (1 1.8) G(15-6)式中，G為挖掘機站立水平挖掘半徑。國內礦山采掘帶寬度一般為11.5G，國外礦山的采掘帶寬度可達1.8G。國內采用汽車運輸和45m3挖掘機的礦山，其采掘帶寬度一般為915m。采用一次穿爆兩次采掘時，第一采掘帶 (外 采掘帶)一般要比第二采掘帶寬一些。采區寬度與爆堆寬度的關系，可根據礦山實際爆破的統計資料進行估計 ，也可用下式作粗略估算：(15-7)式中，b為爆堆寬度；ks為礦巖爆破后的松散系數；Wc為采區寬度；H為 臺階高度；Hb 為爆堆高度； 為爆堆形態系數。堅硬巖石爆堆橫斷面近似三

29、 角形，0；不堅硬巖石爆堆橫斷面近似梯形，=1；中等堅硬巖石，0<<1 。采用一爆一采時，爆堆寬度即為采掘帶寬度（即b=Ac）。式(15-7)可用來 根據采掘帶寬度反算出采區寬度。有的礦山采用大區微差爆破，采區寬度很大。這時可將爆破方向轉90。 ， 使之與工作線平行，并采用橫向采掘（圖15-22）。工作線采掘方向爆破方向圖 15-22 沿工作線方向爆破、橫向采掘(四) 最小工作平盤寬度最小工作平盤寬度是剛好滿足采運設備正常作業要求的工作平盤寬度， 其取值需依據采運設備的作業技術規格、采掘方式和供車方式確定。采用單 向行車、不調頭供車的平行采掘方式時，最小工作平盤寬度可根據裝車條件

30、計算（圖15-23）。這時，最小工作平盤寬度（Wmin）為： Wmin = G + B + d/2 + e + s(15-8)式中，G為挖掘機站立水平挖掘半徑；B為最大卸載高度時的卸載半徑 ；d為汽車車體寬度；e為汽車到安全擋墻距離；s為安全擋墻寬度。GBesdAcWc圖 15-23 按鏟裝條件確定最小工作平盤寬度 例 15-1 已知臺階高度H=12m，坡面角a=70。；采用圖15-3中的電鏟， 從表15-1查得G=10.75m，B=13.87m；Webco-120c汽車車體寬度 d=6.2m； 假設e=1.5m，s=3.5m；采用平行采掘，一爆一采。根據采裝條件計算最小工作平盤寬度、采掘帶寬

31、度和采區寬度。解：直接套用式（15-8）得Wmin=32.72m » 33m；采掘帶寬度Ac=1.5G=16.125m » 16m；采區寬度：設爆堆高度Hb=1.2H，松散系數Ks=1.3，巖石為中等硬度，取=0.5，應用式（15-7）得：Wc=9.6m » 10m；必要的檢驗：a：爆堆外緣與汽車距離B + G - d/2 =21.52m > Ac說明爆堆外緣與汽車輪胎間有一定的距離，檢驗通過。b：挖掘高度與坡面角電鏟最大挖掘高度為13.26m，大于臺階高度（12m）。故電鏟可 以挖到坡頂。電鏟最大挖掘半徑E=16.62m，電鏟可以鏟成的最緩坡面角為： ，小

32、于臺階坡面角 因此，鏟斗可以鏟到坡面上的任何地方。檢驗通過。當采用折返調車，單點裝車時，裝車位置一般在電鏟的右后側，遠離工 作面外緣，最小工作平盤寬度主要取決于調車所需空間的大小。參照圖15-24有：圖 15-24 折返調車單點裝車時最小工作平盤寬度臺階推進方向采掘方向BeelsdRWmin = R + d/2 + l + 2e + s(15-9)式中，R為汽車最小轉彎半徑；l為汽車車體長度；e為汽車距擋墻和臺 階坡底線的安全距離。若選用Webco-120c汽車，R=12.4m，d=6.2m， l=11.38m，設 e=1.5m。則Wmin=33.5m。若采用雙點裝車，當汽車位于電鏟右后側時，

33、所需的最小平盤寬度與上 述單點裝車相同。但當汽車向電鏟左側（靠近工作平盤外緣）的裝車位置調 車對位時，為節省調車時間，汽車一般回轉近180。后退到裝車位置（ 圖15-25） 。這時的最小工作平盤寬度為 ：Wmin = 2R + d + 2e + s(15-10)應用 Webco-120c型汽車的作業技術參數，計算得 Wmin=37.5m實際上，由于汽車的靈活性，即使最小工作平盤寬度比式（15-9）和 式（15-10）的計算結果小一些，也可實現調車。但調車的時間會增長，影 響作業效率。其它供車方式下的最小工作平盤寬度可以仿照上述做法，通過簡單的幾 何分析計算求得。實際生產中的工作平盤寬度一般應大

34、于理論計算值。當采 用一次穿爆兩次采掘（或如圖15-22所示的橫向采掘）時，由于采區寬度 (Wc) 大大增加，工作平盤寬度也將大大增加。臺階推進方向采掘方向2RBB12eedds圖 15-25 折返調車雙點裝車時最小工作平盤寬度二 工作線的布置方式依據工作線的方向與臺階走向的關系，工作線的布置方式可分為縱向、 橫向和扇形三種。縱向布置時，工作線的方向與礦體走向平行(圖15-26 )。 這種方式一般是沿礦體走向掘出入溝、并按采場全長開段溝形成初始工作 面，之后依據溝的位置(上盤最終邊幫、下盤最終邊幫或中間開溝），自上盤向下盤、自下盤向上盤或從中間向上、下盤推進。橫向布置時工作線與礦體走向垂直（圖

35、15-27）。這種方式一般是沿礦 體走向掘出入溝，垂直于礦體掘短段溝形成初始工作面，或不掘段溝直接在出入溝底端向四周擴展，逐步擴成垂直礦體的工作面，沿礦體走向向一端或兩端推進。由于橫向布置時，爆破方向與礦體的走向平行，故對于順礦層節理和層理較發育的巖體，會顯著降低大塊與根底，提高爆破質量。由于汽車運輸的靈活性，工作線也可視具體條件與礦體斜交布置。扇形布置時工作線與礦體走向不存在固定的相交關系，而是呈扇形向四周推進（圖15-28）。這種布置方式靈活機動、充分利用了汽車運輸的靈活 性，可使開采工作面盡快到達礦體。 第五節 采場擴延過程與布線方式一個臺階的水平推進使其所在水平的采場不斷擴大，并為其下

36、面臺階的開采創造條件；新臺階工作面的拉開使采場得以延深。臺階的水平推進和新水平的拉開構成了露天采場的擴展與延深。圖15-26 縱向工作面布置示意圖圖15-27 橫向工作面布置示意圖圖15-26 扇形工作面布置示意圖第六節 幫坡形式與幫坡角在采場的擴延過程中，會形成各式各樣的幫坡。本節對幫坡角及 其經濟內涵、增加工作幫坡角的途徑、各種幫坡角的計算進行較詳細 的論述。一 工作幫坡角工作幫是由工作臺階組成的邊幫，并隨臺階的推進而向最終邊幫 （非工作幫）靠近。工作幫坡角一般定義為最上一個工作臺階的坡頂 線與最下一個工作臺階的坡底線聯成的假想斜面與水平面的夾角（圖15-33）。若工作幫由n個相鄰的工作臺

37、階組成，且工作平盤寬度相等， 工作幫坡角（）可由 下式計算：q (15-11)式中，H為臺階高度，W為工作平盤寬度，a為臺階坡面角。實際 生產中各工作平盤的寬度一般不相等。式(15-11)變為：q (15-12)式中，Wi為從最下部工作臺階算起第i個工作平盤的寬度，最上部 工作平盤寬度不參與運算。6HWaWWq非工作幫工作幫圖 15-33 工作幫與工作幫坡角設圖15-33中三個工作平盤的寬度均為40m，臺階高度為12m，臺階坡 面角為70。，則由式(15-11)求得工作幫坡角為 q 21.14。工作幫坡角對露天礦開采壽命期內的剝巖量變化有很大的影響。 圖15-34所示是礦體規整、在上盤礦巖接觸

38、帶掘溝、向兩側推進時的采 剝關系示意 圖。圖中將臺階式的工作幫簡化為一條直線。可以看出， 當采到第三條帶時，要想采出礦量，必須剝離巖石量。在開采過程中，由于礦體規整，每一條帶的礦量基本保持不變，但所需的剝巖量先是隨著采場的延深而增加，采到第五條帶（H1深度）時達到最大值，而后逐年下降。如果采用如圖中虛線所示的陡工作幫，則前期的剝巖量大大降低，峰值的到來將大大推遲（推遲到H2深度）。若工作幫坡角等于最終幫坡角，剝巖量將隨采場的延深單調增加，剝巖高峰推遲到最后。因此，工作幫越緩，前期剝巖量越大，基建投資越高 ，基建周期越長。由于資金的時間價值，前期剝巖量的增加會降低整 個礦山的經濟效益。所以從動態

39、經濟觀點出發，工作幫坡角應盡量陡一些。32154VH1H2T最終境界陡工作幫緩工作幫圖 15-34 剝巖量-工作幫坡角關系示意圖增加臺階高度或減小工作平盤寬度可以使工作幫坡角變陡。然而 ，臺階高度受到設備規格和開采選別性的制約，沒有多大的變化余地 ；工作平盤的寬度又必須滿足采運設備所需的作業空間的要求，并保 持較高的設備作業效率，可減小的幅度也非常有限。（即使采用前面 所述的最小工作平盤寬度，工作幫坡角仍較緩）。采用組合臺階開采 是提高工作幫坡角的有效方法。二 組合臺階組合臺階是將若干個（一般4個左右）臺階組成一組，劃歸一臺采掘設 備開采。這組臺階稱為一個組合單元。 圖15-35所示是四個臺階

40、 組成的一個單元。在組合單元中，任一時間只有一個臺階處于工作狀 態，保持正常的工作平盤寬度，其它臺階處于待采狀態，只保持安全 平臺的寬度。組合臺階開采只有當采場下降到一定的深度后才能實現。如果采 場空間允許，可以在不同區段布置多臺采掘設備同時進行組合臺階開 采，也可視工作幫的高度在同一區段垂直方向上布置多個組合單元。 組合臺階開采常用于分期開采的擴幫工作。（分期開采將在后面介紹 ）。qg4HWsWcWWsWs圖 15-35 組合臺階開采中的一個組合單元組合單元內的工作幫坡角一般定義為單元內最上一個臺階的坡頂 線與最下一個臺階的坡底線連成的斜面與水平面之間的夾角，計算公式為：qg (15-13)

41、式中，n為組合單元中臺階的數目；Ws為安全平臺的寬度；W為工 作平盤寬度。假設n=4，H=12m，Ws=10m，W=40m，=70。，則求得 qg =31.78。三 各種幫坡形式圖15-36所示是在開采過程中形成的由6個臺階組成的一段幫坡， 每一臺階均保持安全平臺寬度（Ws）。從最上一個臺階的坡頂線到最 下一個臺階的坡底線的斜面與水平面的夾角（）稱為該段邊幫的總幫坡角，其計算式與 式（15-11）相同，只需將式中 的W換成Ws即可。 設Ws=10m，H=12m， =70。則得 q = 43.37。 如果圖15-36中的剖面通過一寬度為WR的斜坡道，斜坡道位于第三 臺階的中腰，該段邊幫變為圖15

42、-37。建議讀者畫出這段邊幫的水平投 影草圖。圖15-37中的q 仍為總幫坡角。道路將整段邊幫分為AC和DB兩段 ，圖中q1 和q2 稱為路間幫坡角。若WR=30m，其它數據不變，則 q =34.13。 ，q1 =44.14。， q2 =42.84。可見，在邊幫上加入運輸道路 會使總幫坡角變緩許多（本例中變緩了約9。）。若該段幫坡是最終邊 幫，幫坡角的變緩意味著多剝離大量的巖石。這一簡單的例子說明在 設計最終境界時，最終幫坡角的選取應考慮到運輸道路的布置情況 。1a23456A道路WRDC6HBWsWsq1q2qWsWsWs圖 15-37 具有道路的一段邊幫1a236H456qWsWsWsWs

43、Ws圖 15-36 一段邊幫WsA1a23456工作平盤WcDC6HBWsWsq1q2qWsWs圖 15-38 具有一個工作臺階的一段邊幫若圖15-36所示的邊幫上有一個臺階是工作臺階，邊幫將變為如圖 15-38所示。工作臺階對幫坡角的影響與道路相似。若這6 個臺階是組 合開采中的一個組合單元，那么，該段邊幫的總幫坡角（q）即為前面提到的組合單元工作幫坡角(qg）。工作平盤上下兩段的幫坡角(q1和q2 ）有時也稱為路間幫坡角。若其它的數據不變，工作平盤寬度W=40m ，則q =34.13。，q1 =52.02。，q2 =45.32。更復雜的邊幫是既有工作臺階又有道路，如圖15-39所示。讀者可

44、 利用前面的有關數據計算總幫坡角和路間幫坡角。若將圖15-36中的6個臺階沿垂直方向平分為兩個組合單元進行組合 臺階開采， 邊幫變為圖15-40。單個組合單元的工作幫坡角可用式（15-13)計 算。利用前面的數據，計算結果為： q 27.86。，qg 29.70。圖15-41是實行三臺階并段的最終邊幫。若坡面角70。，臺階 高度H = 12m， 安全平臺寬度Ws = 17m，則該段邊幫的總幫坡角為 q =59。若一露天礦最終境界深為42個臺階高度（即504m），采用這 樣的安全平臺寬度和并段方式，不考慮運輸道路時，最終幫坡角可達51.25。如果不實行并段，每一臺階都留7m寬的安全平臺，同一露天

45、礦的最終幫坡角為46.97。1a23456工作平盤道路Wc6HWsWsq1q2q3qWs圖 15-39 具有工作臺階和道路的一段邊幫WRWsWsa123456工作平盤工作平盤WcWsWsWsqgq圖 15-40 組合臺階開采工作幫WsWcWsqg6Ha6HWs圖 15-41 實行并段的最終邊幫第七節 生產剝采比生產剝采比是露天生產過程中某一時段（或某一開采區域）內的 巖石量與礦石量之比。常用的生產剝采比的單位有m3(巖石)/m3(礦石)、 t(巖石)/t(礦石)、m3(巖石)/t(礦石)。如圖15-42所示，生產剝采比一般 是按工作幫坡計算的、采場下降一個臺階采出的巖石量與礦石量之比 ，即VH

46、/TH。為了與下面將要提到的其它生產剝采比相區別，這里將圖15-42所示的生產剝采比稱 為幾何 生產剝采比，記為SRH。從圖15-42中可以看出，一般情況下，幾何生產剝采比先隨采場的 降深而增加，在某一深度達到最大值，然后隨深度的增加而減小。在 礦體形態較復雜的礦山，幾何生產剝采比隨采場深度變化的曲線可能 出現幾個峰值。圖 15-42 幾何生產剝采比HDVHTH最終邊幫工作幫累積生產剝采比是指從開采開始到某一深度（或時間）累積采出 的巖石量與礦石量之比，記為SRc。如圖15-43所示，采場下降到深度 D時的累積生 產剝采比為 SRc =VD/TD。圖 15-43 累積生產剝采比DVDTD最終邊

47、幫工作幫在編制采掘計劃時，往往需考慮剝采比的逐年變化情況，并采取 措施（如改變臺階的推進方向、調整工作面的布置方式等），盡量避 免剝采比的大幅度波動。因此，年生產剝采比是編制采掘進度計劃時 最常用的生產剝采比。顧名思義，年生產剝采比（SRy）是某一年內采出的巖石量(Vy)與礦石量（Ty )之比,即： SRy = Vy / Ty 。從設備管理（包括備品備件）和生產組織的角度，生產剝采比在 生產過程中的波動越小越好。這樣可以保持較穩定的設備數量、備品 備件的庫存量、機修設施的能力以及設備操作和維護人員隊伍。因此 在生產計劃中常進行所謂的剝采比均衡，以得到較穩定的生產剝采比 。然而，對于一定的礦體形

48、態、最終境界和開采方式，剝采比均衡的 結果往往是將剝離高峰處的巖石提前剝離。圖15-44中曲線A是不進行 剝采比均衡的生產剝采比隨時間變化的曲線。在“極限均衡狀態”， 即均衡后的生產剝采比是一常數時（圖中的直線B），需要將高峰期的剝巖量Vp提前到Vp'剝離。由于資金的時間價值，提前剝離量大會降低 總體經濟效益。因此，在提前剝離所帶來的經濟效益損失與剝采比均 衡所能帶來的好處之間應進行成本_效益分析，以確定每年最佳的生 產剝采比。這是一個生產剝采比的優化問題，采礦優化界已研究出基 于動態規劃的剝采比動態優化算法。應用這些算法可求出在滿足每年 礦石目標產量的條件下，使礦山生產的總體經濟效益

49、達到最大的最佳 年生產剝采比。優化后的生產剝采比曲線一般位于A與B之間（圖15-44中曲線C）。VpVp'圖 15-44 剝采比均衡示意圖時間 t (年)剝采比A - 未均衡剝采比曲線C - 優化剝采比曲線B - 極限均衡剝采比曲線第 八 節 分期開采在前面圖15-29所描述的開采過程中，工作幫沿水平方向一直推進 到最終開采境界，這種開采方法稱為全境界開采法。由于工作幫坡角一般比最終境界幫坡角緩得多，所以全境界開采的初期生產剝采比高，大型深凹露天礦尤為如此。全境界開采法的缺點是基建時間長、初期投資多，故僅適用于埋藏較淺、初期剝采比低、開采規模較小的礦山。與全境界開采方法相對應的是分期開

50、采，所謂分期開采就是將最終開采境界劃分成幾個小的中間境界（稱為分期境界），臺階在每一分期內只推進到相應的分期境界。當某一分期境界內的礦巖將近采完時，開始下一分期境界上部臺階的采剝，即開始分期擴幫或擴幫過渡，逐步過渡到下一分期境界內的正常開采。如此逐期開采、逐期過渡，直至推進到最后一個分期，即最終開采境界。圖15-45是分期開采概念示意圖。從圖中可以看出，由于第一分期 境界比最終境界小得多，所以初期剝采比大大降低，從而減小了初期投資，提高了開采的整體經濟效益。一期開采境界二期開采境界最終開采境界圖 15-45 分期開采示意圖分期開采的另一個重要優點是可以降低由最終境界的不確定性所帶來的投資風險。

51、一個大型露天礦一般具有幾十年的開采壽命，在進行可行性研究（或初步設計）時確定的最終境界在幾十年以后才能形成。在科學技術飛速發展、經濟環境不斷變化的今天，幾十年后的開采技術（包括設備）和經濟環境與開采初期相比將有很大的差別，這意味著在優化開采境界時采用的技術、經濟參數在一個時期后將不再適用，最初設計的最終開采境界也不再是最優境界，甚至是一個很糟糕的境界。因此，最終開采境界的設計應當是一個動態的過程，而不應是一成不變的。一開始就將臺階推進到最終境界是高風險的、不明智的。若采用分期開采，最初設計的各分期境界（除第一分期境界之外）都是參考性質的。在一個分期將要開采完畢，向下一分期過渡時，可充分利用在開

52、采過程中已獲得的礦床地質資料和當時的技術、經濟參數，對礦床未開采部分建立新的礦床模型，對未來的分期境界（尤其是下一分期境界）做更適合當時的技術和經濟條件的優化設計。依此類推，直至開采結束。實踐證明，許多大型露天礦最終形成的開采境界與可行性研究（或初步設計）階段設計的境界有較大的差別。采用分期開采，對境界實行動態優化大大降低了最終境界隨時間的不確定性可能帶來的經濟損失。分期開采對生產技術手段和管理水平要求較高，這主要體現在從一個分期向下一個分期的過渡上。分期間的過渡時間尤為重要，若過渡得太早，則會增加前期剝巖量，與分期開采的目的相悖；若過渡得太晚，因下一分期境界上部臺階沒有礦石或礦石量很少，而其下部臺階還未被揭露，當前分期的開采卻已經結束，從而造成一段時間內減產、甚至是停產剝離的被動局面，這是重大的生產技術事故。所以，在進行采剝計