露天矿生产能力与采掘进度计划

露天开采矿床，第9章露天矿山生产能力和开采进度，9.1露天矿山生产能力，露天矿山生产能力是露天矿山设计中的一个重要参数。生产能力的大小直接影响采矿设备的选择和数量、工业场地建设的规模、矿井中人员的数量、投资的规模、生产成本的水平和在矿井中的服务年限等。露天矿生产能力包括两个指标：矿石生产能力和矿岩生产能力。露天矿所需的人员和设备应根据矿石和岩石的生产能力计算。矿石和岩石的生产能力和矿石的生产能力可以通过生产剥采比来换算。露天矿山的矿石生产能力应从市场或用户需求、技术可行性和经济合理性等方面综合考虑。最后，应制定并实施采矿进度计划。9.1.1根据需求确定生产能力。根据需求确定生产能力是将成品矿(精矿)的市场需求转化为原矿产量，即：转化Tj公式：成品矿的需求受多种因素影响。为了克服盲目生产，提高投资的经济效益，有必要对市场需求进行预测。需求应根据国内外年份的实际供求情况进行统计和分析，并在此基础上预测未来的供求关系。与此同时，新材料的替代等新技术成果也应及时预测。9.1.2、根据开采技术条件来确定生产能力，露天矿的生产能力往往受矿井的具体技术条件和技术水平的限制，因此，从开采技术条件来研究矿井的生产能力。这可以从以下两个方面进行计算。1)根据可能布置的挖掘机工作面数量确定生产能力。挖掘机是露天矿的主要生产设备，每个采区工作线布置一个挖掘机工作面。挖掘机选型后，露天矿的生产能力取决于可布置的挖掘机工作面数量，可布置的采掘工作面数量决定了矿石的生产能力。首先确定一个采矿步骤可能安排的挖掘机数量NWK公式是：然后计算可能同时开采的步骤数量。对于较厚的倾斜矿体，可根据下图中的几何关系进行计算：露天矿可能的生产能力为：2)根据矿山工程的延深速度确定生产能力。露天矿通常用矿山工程的工作线推进速度和深度延伸速度两个指标来表示开采强度。对于水平和近水平矿体，除基本建设时间外，一般不存在深度延伸问题。此时，露天矿的生产能力主要取决于工作线的水平推进速度。对于倾斜和急倾斜矿体，深度延伸速度快意味着大量开采。此时，工作线的水平推进速度和矿井工程的深度延伸速度必须满足一定的关系。这种关系如下图所示，即从上式可以看出，在一定的和下，为了加快延深，必须相应加快水平推进速度，否则会影响延深，出现采剥失衡。水平推进对山坡露天矿延伸深度的限制较小( 900)，对凹陷露天矿的限制较大( 900)。深度延伸速度有两个概念，一个是矿山工程的近深度速度，另一个是矿山工程的深度延伸速度。矿井工程的延伸速度根据新水平的准备时间和台阶高度计算，相当于年下降进尺。开采过程的延伸速度是指在开采边界内每年开采的矿体的垂直深度。两者之间的几何关系和数值关系见上图(a)，即：露天矿可能达到的生产能力在设计中，可以参照同类矿井的实际数据选择新水平的准备时间和矿井工程的延伸速度，也可以通过编制新水平准备的进度计划来确定。以下是汽车运输的一个例子，说明新级别准备时间的确定。一个矿井被设计成用68吨的汽车运输。7.6m3挖掘机用于采矿和装载。挖掘机的效率为120 130万m3/年。沿着矿体的上壁挖一段沟，并将其推到顶部和底部。移动的坑线被推到底侧以形成固定的坑线。通道沟纵坡8% 10%，台阶高度12m，沟底宽度30m，最小工作平板宽度50m。对于新的平整工程，当开挖400米的管沟时，将开挖管沟，同时扩大顶面。当侧膨胀宽度达到71m时，开始下一阶段的沟槽开挖。项目的布局如下图所示，每个项目的进度见教材表9-1。从表9-1可以看出，新水平准备项目完成一个周期所需时间为7.6个月，台阶高度为12m，因此矿山项目的延伸速度为19m/a。对于使用大型采矿设备的现代露天矿山，技术上可能的生产能力主要取决于矿山工程的深度延伸速度。因此，目前的设计通常根据计算的分层矿石量和选定的矿山工程延伸速度来估计可能的生产能力。9.1.3、根据经济条件确定生产能力，对于技术上可能的生产能力，仍需根据经济合理条件进行优化，以寻求最佳的经济生产能力。目前，国内的分析主要基于矿山服务年限。显然，露天矿的合理使用寿命应与主要生产设备的寿命和矿山工业结构、建筑物及后续工业设施的折旧寿命相适应。如果使用寿命太短，除运输设备和一些机器工具的折旧处理外，其他固定资产将提前报废，造成经济损失。露天矿开采边界内的矿石工业储量划定后，原矿的生产能力决定了露天矿的使用寿命。二者的关系是，露天矿的合理使用寿命受多种因素影响，尤其与矿山的生产规模密切相关。国内矿山规模类型分类见表9-2，一般矿山服务年限确定见表9-3。泰勒公式是反映矿石工业储量与矿山经济寿命之间合理关系的经验公式。可作为确定露天矿使用寿命的参考。公式如下：9.2露天矿生产剥采比。为了保持一定的生产能力，经济持续地开采边界内的矿石，露天矿必须合理地推进矿山工程。一般来说，露天矿的每一个水平层都是按照先挖人工沟，后挖断面沟，再扩帮的程序开采的。就开采时间和空间而言，上层矿山工程的进展领先于下层矿山工程，并超越了下层矿山工程。在项目的形式和内容上，上部水平边的扩大为下一次水平管沟开挖提供了条件。上部步骤通常是剥离步骤，而下部步骤通常是开采步骤。因此，上下台阶之间的时空推进关系反映了剥采之间的时空推进关系。除了在基本建设期间大量剥离而不开采或少量矿石偶然产生之外，在正常生产期间需要剥离开采，剥离工作必须先于开采工作，这是一个不可违反的客观规律。反映采剥关系的定量指标是采剥比和储量的产量。9.2.1、生产中剥采比的变化，在露天开采过程中，工作面的范围和位置随着矿山工程的进展而变化，剥采的岩石量和开采的矿石量也随之变化随着露天开采技术的发展和大型设备的使用，陡坡开采技术应运而生，一般用于剥离步骤。陡坡开采可分为台阶开采和倾斜条带开采。组合台阶开采是将开采步骤分成若干组，每组由3 6个步骤组成，包括一个工作步骤和非工作步骤(如下图所示)。工作平板的宽度为工作台阶预留，安全平台的宽度为其他台阶预留。每组台阶通常只配备一台挖掘机，挖掘机从上到下一步一步依次工作。在前一步前进到预定宽度后，设备移动到下一步。当一组中的所有步骤被推到预定位置时，采矿循环完成，并且循环周期通常为3-5a。如上图所示，工作平台的宽度Bp是侧胀宽度和安全平台宽度之和，该值不能小于工作平板的最小宽度。根据我国部分矿山的设计资料，Bp=4060m。安全平台的宽度b适合拦截大部分爆破碴，一般为10 20m。组合台阶工作边坡的坡角按下式确定：倾斜条带开采(如下图所示)是将岩石剥离边坡分成若干个倾斜条带，由内向外逐层扩大，每个台阶自上而下逐层开采。拖运工作平台的长度根据运输方式和工作面运输线路的布置而定，一般为150 250米，除了作业区段的工作平台较宽外，其他区段只能留有安全平台。每一步配备一台挖掘机，当进入车辆两侧时，可安装两台挖掘机。当每一步的全长前进一个预定的宽度时，就完成了一个循环，每个循环通常是1-3a。陡坡开采的主要优点是基建剥离小、生产早、生产快、初期生产剥离率小。此外，由于最终边坡岩体的暴露被延迟，有利于边坡的稳定和维护。2)剥采比产量的变化规律当露天矿采剥工程按一定的工作坡角发展时，剥采比产量通常会发生变化。下面是一个研究其变化规律的例子。矿体的产状和开采边界如下图所示。采场沿底壁开挖，工作壁从下盘向上推。矿山工程的延伸方向与矿体的倾角一致。当以固定的工作边坡角开采时，矿井工程延伸到每一层的工作边坡位置，如图中一组平行的对角线所示。下图中的曲线表示了每个延伸深度的一个层面上产生的矿石、岩石和土壤的数量以及剥离率。从这些图中可以看出，当工作边坡的坡角不变时，生产剥采比将随着采矿工程的扩大而变化。起初，只进行剥离，不进行开采，然后开始开采。此时，生产剥采比随着采矿项目的扩大而增加，达到最大值后逐渐下降。这个最大值称为剥离峰或剥离比峰。高峰期通常出现在凹陷露天矿上最终边界线附近的工作边坡的上端。剥采比的这种变化是开采倾斜和急倾斜矿体的一般规律。工作边坡坡角的大小对生产剥采比的演变有很大影响。例如，在其他条件相同的情况下，工作面分别以=150和=300两种方式延伸(下图第一幅)，相应的生产剥采比变化曲线如下图第二幅所示。从图中可以看出，当工作坡度的坡角取不同值时，生产剥采比由小到大，再由大到小。但是，当工作坡角较陡时，剥离洪峰出现在较大的开采深度。工作坡度的倾斜角越小，曲线o越接近9.2.2剥采比的调整与平衡1)问题与意义如果矿石和岩石的生产能力是固定的，从公式(9-1)可以看出矿石产量的大小取决于剥采比的产量。由于剥采比的频繁变化，矿石产量也随之变化。矿石产量的频繁变化不利于原矿的后续加工和生产，因此要求矿石产量相对稳定。为了保持矿石产量的稳定，允许矿石和岩石的生产能力随着剥采比的生产而不断变化也是不合适的。例如，在剥离率的高峰期，大量的生产设备和人员将不得不增加，而在高峰期之后将会有减少。这种短期波动显然是不经济的。因此，提出了调整生产剥采比使之平衡的问题，即在一定时期内保持剥采比的生产稳定，使露天矿的设备和产量相对稳定。调整方法调整剥离率生产的基本方法是调整工作步骤之间的相互位置，即改变工作平板的宽度。如下图所示，如果峰值反萃取量的一部分(V1m3)提前，另一部分(V2m3)推迟，反萃取比峰值将降低。减少的剥离比(nm3/m3)是：改变工作平板的宽度有一定的限制。工作平板的宽度减小后，不得小于工作平板的最小宽度。宽度增加后，工作面应保持足够数量的工作台阶，以满足配置采矿设备的需要。除了改变工作平板的宽度外，还可以通过改变明沟的长度、改变矿山工程深度延伸的方向和改变工作线前进的方向来实现剥离率的调整。有两种方法来平衡汽提比的产量：全期平衡和分阶段平衡。前者是指在露天矿的整个或主要生产期间，按照平衡的生产剥采比进行生产。后者表明生产将根据几种不同的平衡生产以汽提比进行。平衡生产剥采比是指在一定时间内，经过调整的稳定生产剥采比。以下两幅图分别为采用不平衡(=300)、相平衡和全相平衡方法时，长寿命大型露天矿生产剥采比变化曲线图。在图中，h I、h ii和h iii代表具有平衡阶段的分阶段开采深度。n、n和n代表各阶段汽提比的平衡产量。Nc是深度为H及以上的反萃比的平衡产物，采用全相平衡。总的来说，对于寿命较短的小型矿山，长期均衡问题并不突出。对于大中型矿山来说，整个阶段的均衡将被提前剥离，这意味着几年甚至十几年的项目将被提前投资，这显然是不经济的。因此，大中型矿山应采取阶段性均衡。平衡生产剥采比的分析和公式可以在矿岩变化曲线V=f(P)或生产剥采比变化曲线n=f(P)上进行，也可以用经验系数法或最大水平分层矿岩量法进行粗略估算。9.2.3、露天矿山储量矿石量，又称生产储量矿石量，是指开采和剥采准备的矿石量。对于生产矿井来说，保持一定的储量是维持正常生产的可靠方法。对于基本建设矿山，采剥项目的基本建设投资按照矿山投产或投产时应保留的储量所需数量进行分配。因此，矿石储量也是关系到基建投资的一个重要指标。目前，国内金属矿、非金属矿和化工原料矿倾向于将储量分为两个层次：开发矿量和回收矿量。开采的矿石量是指储备矿石的保存期可根据矿山矿体的产状、运输方式的发展、采矿工作空间和装载运输设备等因素确定。正常情况下，回收矿石的保存期为3-6个月，开采矿石的保存期为1-2年。新矿山投产时，应根据设计规模和投产矿山年产量分别计算开发矿山数量和回收矿山数量的保有期。9.3、编制露天开采进度计划，露天开采进度计划是用图表形式来表达设计或生产的矿山开采工程发展的时间进度、空间位置和数量指标以及它们之间的关系的综合性文件。通过编制开采进度计划，对初步提出的矿井生产能力、均衡生产剥采比和保留期的留矿量进行核实和修正，并予以安排实施。因此，开采进度计划的编制应建立在对剥采关系、生产能力协调和各种生产技术协调的全面系统研究的基础上。采矿进度计划分为长期计划和生产作业计划。1)在长期计划设计中，以