13-露天开采基本概念课件

金属矿床露天开采——露天开采基本概念1金属矿床露天开采——露天开采基本概念1第十三章露天开采基本概念

概述台阶要素帮坡与帮坡角露天开采一般过程2第十三章露天开采基本概念概述21概述最终开采境界（14章）是在当前的技术经济条件下对可采储量的圈定，也是对开采终了时采场几何形态的预估。如何采出最终境界内的矿石和岩石则是露天开采程序（15章）问题。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，就可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。31概述最终开采境界（14章）是在当前的技术经济条件下对可露天采场平面投影与剖面示意图-12m0m12m24m36m48m48m-12m0m12m24m36m封闭圈48m36m24m0m12m采场要素包括：台阶、运输坡道及其缓冲平台、安全平台、工作平盘、工作帮、非工作帮（也称为最终边帮）等。本章介绍露天开采的基本概念。4露天采场平面投影与剖面示意图-12m0m12m24m36m42台阶要素台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。台阶几何要素：2.1台阶高度2.2台阶坡面角2.3台阶宽度，W=Wc(爆破带宽度)+Ws(安全平台宽度)。52台阶要素台阶由坡顶面、坡底面和台台阶组成及其几何要素WWAHHA200m200m176m176m188m188m台阶坡面坡顶线A-A坡顶面坡底线台阶坡面坡底面台阶三要素：W—台阶宽度H—台阶高度—台阶坡面角6台阶组成及其几何要素WWAHHA200m200m176m台阶立体图7台阶立体图72.1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别性要求等。为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数（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。另一方面，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。82.1台阶高度台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影电铲作业技术规格图解9电铲作业技术规格图解96.88m3电铲的作业技术规格起重臂长度 12.65m

起重臂倾角 45°

有效斗杆长度 7.77m

斗杆全长 9.38m

最大卸载高度(A) 8.54m

最大卸载半径(B1) 14.48m

最大卸载半径处的卸载高度(A1) 6.25m

最大卸载高度处的卸载半径(B) 13.87m

最大挖掘高度(D) 13.26m

最大挖掘半径(E) 16.62m

站立水平挖掘半径(G) 10.75m

下挖深度(H) 2.59m

天轮顶距地面的高度(I) 12.88m

天轮外缘回转半径(J) 12.20m

机体尾部回转半径(K) 6.02m

机体(包括驾驶室)宽度(S)6.86m

司机视线水平高度(U) 5.49m106.88m3电铲的作业技术规格起重臂长度 12.1台阶高度开采选别性是指在开采过程中能够将不同品位和类型的矿石及废石进行区分开采的程度。以金矿为例，往往需要对于一个区域内的高品位矿、低品位矿、硫化矿、氧化矿及废石进行区分开采，运往各自的目的地。一个台阶在垂直方向上是不可分采的。台阶高度越大，开采选别性越差。开采对选别性要求较高的矿床时，应选取较小的台阶高度。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，台阶高度一般大于10m，以12～15m最为常见。大多数贵重金属矿床的特征恰恰相反，故台阶高度一般要小一些。112.1台阶高度开采选别性是指在开采过程中能够将不同品位和类2.1台阶高度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。台阶高度较高时，可以选用大型铲装和运输设备，矿山的生产能力也高。在一定范围内增加台阶高度会降低穿孔、爆破和铲装成本。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和生产效率有着重要的影响。因此，确定最佳的台阶高度应综合考虑各种相关因素。122.1台阶高度台阶高度也制约着铲装设备的选择，当选用汽车运2.2台阶坡面角台阶坡面角主要是由岩体稳定性决定的，其取值随岩体的稳定性的增强而增大。确定台阶坡面角时，需要进行岩石稳定性分析，或参照岩体稳定性相类似的矿山选取。均质岩体中台阶坡面角的参考值岩石硬度系数台阶坡面角/°8～14以上70～753～860～701～350～60132.2台阶坡面角台阶坡面角主要是由岩体稳定性决定的，其取值2.2台阶坡面角国内部分露天矿的台阶坡面角矿山名称台阶坡面角/°大孤山铁矿70东鞍山铁矿75南芬铁矿48～50(岩石层理倾角)大石河铁矿65白云鄂博铁矿70白银厂铜矿70142.2台阶坡面角国内部分露天矿的台阶坡面角矿山名称台阶坡面2.3台阶宽度HWWWcWcWsWsWs安全平台采区宽度爆破带爆破带安全平台采掘方向台阶推进方向正在被开采的台阶称作工作台阶（或工作平台、工作平盘）。工作台阶上正在被爆破、采掘的部分称为爆破带，其宽度(Wc)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（Ws）。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。在矿山开采寿命期末，有时将安全平台的宽度减小到台阶高度的1/3左右。W=Wc+Ws。152.3台阶宽度HWWWcWcWsWsWs安全平台采区宽度安全挡墙沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙，用于阻止石块滚落到下面的台阶和防止汽车或其它设备驶落台阶。安全挡墙的高度一般等于汽车轮胎的半径。其坡面角等于碎石的安息角(一般为35°左右）。16安全挡墙沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙，用于阻练习绘制一露天采场平面图。已知：台阶高度12m，台阶坡面角70°，安全平台宽度6m，出入沟宽24m，出入沟坡度为8%。要求至少画出两个工作台阶，两个非工作台阶。17练习绘制一露天采场平面图。已知：3帮坡形式与帮坡角3.1工作帮坡角3.2各种帮坡形式183帮坡形式与帮坡角3.1工作帮坡角186HWWW非工作帮工作帮3.1工作帮坡角工作帮：是由工作台阶组成的边帮，并随台阶的推进而向最终边帮（非工作帮）靠近。工作帮坡角：西方国家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。如果W=40m,H=12m,α=70º,则θ=21.4º196HWWW非工作帮工作帮3.1工作帮坡角工作帮：是由若工作帮由n个相邻的工作台阶组成，且工作平盘宽度相等，工作帮坡角（θ）可由下式计算：

式中，H为台阶高度，W为工作平盘宽度，为台阶坡面角。实际生产中各工作平盘的宽度一般不相等。上式变为：

工作帮坡角的计算20若工作帮由n个相邻的工作台阶组成，且工工作帮坡角与剥岩量关系32154ΔVΔH1H2T最终境界陡工作帮缓工作帮如采用缓工作帮，由于矿体规整，每一条带的矿量基本保持不变，但所需的剥岩量先是随着采场的延深而增加，采到第五条带（H1深度）时达到最大值，而后逐年下降。如果采用如图中虚线所示的陡工作帮，则前期的剥岩量大大降低，峰值的到来将大大推迟（推迟到H2深度）。资金时间价值显示出陡工作帮开采的优越性。21工作帮坡角与剥岩量关系32154ΔVΔH1H2T最终境界陡工3.2a各种帮坡（一段边帮）1236H456WsWsWsWsWs右图是在开采过程中形成的由6个台阶组成的一段帮坡，每一台阶均保持安全平台宽度（Ws）。从最上一个台阶的坡顶线到最下一个台阶的坡底线的斜面与水平面的夹角（θ）称为该段边帮的总帮坡角，其计算式与式（15-11）相同，只需将式中的W换成Ws即可。设Ws=10m，H=12m，α=70º。则得

=43.37º。

223.2a各种帮坡（一段边帮）1236H456WsWs3.2b各种帮坡（具有道路）123456A道路WRDC6HBWsWs12WsWsWs如果上图中的第三台阶的中腰通过一宽度为WR的斜坡道，该段边帮变为左图。左图的

仍为总帮坡角。道路将整段边帮分为AC和DB两段，图中1

和2

称为路间帮坡角。若WR=30m，其它数据不变，则=34.13º

，1

=44.14º，2

=42.84º。可见，在边帮上加入运输道路会使总帮坡角变缓许多（本例中变缓了约9º）。若该段帮坡是最终边帮，帮坡角的变缓意味着多剥离大量的岩石。这一简单的例子说明在设计最终境界时，最终帮坡角的选取应考虑到运输道路的布置情况。233.2b各种帮坡（具有道路）123456A道路WRDC3.2c各种帮坡（具有工作台阶）WsA123456工作平盘WcDC6HBWsWs12WsWs若图a所示的边帮上有一个台阶是工作台阶，边帮将变为左图所示。工作台阶对帮坡角的影响与道路相似。若这6个台阶是组合开采中的一个组合单元，那么，该段边帮的总帮坡角（）即为前面提到的组合单元工作帮坡角(g）。工作平盘上下两段的帮坡角(1和2）有时也称为路间帮坡角。若其它的数据不变，工作平盘宽度W=40m，则

=34.13º，1

=52.02º，2

=45.32º。243.2c各种帮坡（具有工作台阶）WsA123456工作3.3d各种帮坡(具有道路和工作台阶)123456工作平盘道路Wc6HWsWs123WsWRWsWs更复杂的边帮是既有工作台阶又有道路，

＝27.86º。253.3d各种帮坡(具有道路和工作台阶)123456工作3.3e各种帮坡（组合台阶开采工作帮）若将图a中的6个台阶沿垂直方向平分为两个组合单元进行组合台阶开采，边帮变为图e。单个组合单元的工作帮坡角可用式（15-15)计算。利用前面的数据，计算结果为：

＝27.86º，g

＝29.70º。123456工作平盘工作平盘WcWsWsgWsWcWsg6H263.3e各种帮坡（组合台阶开采工作帮）若将图a中的6个台3.3e各种帮坡（组合台阶开采工作帮）6HWs右图是实行三台阶并段的最终边帮。若坡面角α＝70º，台阶高度H=12m，安全平台宽度Ws=17m，则该段边帮的总帮坡角为

=59º。若一露天矿最终境界深为42个台阶高度（即504m），采用这样的安全平台宽度和并段方式，不考虑运输道路时，最终帮坡角可达51.25º。如果不实行并段，每一台阶都留7m宽的安全平台，同一露天矿的最终帮坡角为46.97º。273.3e各种帮坡（组合台阶开采工作帮）6HWs4露天开采一般过程假设一露天矿最终境界内的地表地形较为平坦，地表标高为200m，台阶高度为12m。首选在地表境界线的一端沿矿体走向掘沟到188m水平（图a）。出入沟掘完后在沟底以扇形工作面推进（图b）。284露天开采一般过程假设一露天矿最终境界内4露天开采一般过程当188m水平被揭露出足够面积时，向176m水平掘沟，掘沟位置仍在左侧最终边帮(图c)。之后，形成了188-200米台阶和176-188米台阶同时推进的局面（图d）。294露天开采一般过程当188m水平被揭露出4露天开采一般过程随着开采的进行，新的工作台阶不断投入生产，上部一些台阶推进到最终边帮（即已靠帮）。若干年后，采场现状变为如图e所示。当整个矿山开采完毕时便形成了如图f所示的最终境界。当纵坡坡度为8%左右时，连续陡坡坡长限制在约350m以内。缓冲平台的坡度一般不大于3%，长度在80m左右。304露天开采一般过程随着开采的进行，新的4露天开采一般过程上述露天开采过程通过穿孔（钻孔）、爆破、铲装、运输、排岩等工序具体实现，各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，共同构成了露天开采的最基本生产周期。314露天开采一般过程上述露天开采过程通过穿孔（钻孔）、爆破写在最后成功的基础在于好的学习习惯Thefoundationofsuccessliesingoodhabits32写在最后成功的基础在于好的学习习惯32谢谢聆听·学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折LearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal谢谢聆听LearningIsToAchieveAC金属矿床露天开采——露天开采基本概念34金属矿床露天开采——露天开采基本概念1第十三章露天开采基本概念

概述台阶要素帮坡与帮坡角露天开采一般过程35第十三章露天开采基本概念概述21概述最终开采境界（14章）是在当前的技术经济条件下对可采储量的圈定，也是对开采终了时采场几何形态的预估。如何采出最终境界内的矿石和岩石则是露天开采程序（15章）问题。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，就可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。361概述最终开采境界（14章）是在当前的技术经济条件下对可露天采场平面投影与剖面示意图-12m0m12m24m36m48m48m-12m0m12m24m36m封闭圈48m36m24m0m12m采场要素包括：台阶、运输坡道及其缓冲平台、安全平台、工作平盘、工作帮、非工作帮（也称为最终边帮）等。本章介绍露天开采的基本概念。37露天采场平面投影与剖面示意图-12m0m12m24m36m42台阶要素台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。台阶几何要素：2.1台阶高度2.2台阶坡面角2.3台阶宽度，W=Wc(爆破带宽度)+Ws(安全平台宽度)。382台阶要素台阶由坡顶面、坡底面和台台阶组成及其几何要素WWAHHA200m200m176m176m188m188m台阶坡面坡顶线A-A坡顶面坡底线台阶坡面坡底面台阶三要素：W—台阶宽度H—台阶高度—台阶坡面角39台阶组成及其几何要素WWAHHA200m200m176m台阶立体图40台阶立体图72.1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别性要求等。为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数（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。另一方面，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。412.1台阶高度台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影电铲作业技术规格图解42电铲作业技术规格图解96.88m3电铲的作业技术规格起重臂长度 12.65m

起重臂倾角 45°

有效斗杆长度 7.77m

斗杆全长 9.38m

最大卸载高度(A) 8.54m

最大卸载半径(B1) 14.48m

最大卸载半径处的卸载高度(A1) 6.25m

最大卸载高度处的卸载半径(B) 13.87m

最大挖掘高度(D) 13.26m

最大挖掘半径(E) 16.62m

站立水平挖掘半径(G) 10.75m

下挖深度(H) 2.59m

天轮顶距地面的高度(I) 12.88m

天轮外缘回转半径(J) 12.20m

机体尾部回转半径(K) 6.02m

机体(包括驾驶室)宽度(S)6.86m

司机视线水平高度(U) 5.49m436.88m3电铲的作业技术规格起重臂长度 12.1台阶高度开采选别性是指在开采过程中能够将不同品位和类型的矿石及废石进行区分开采的程度。以金矿为例，往往需要对于一个区域内的高品位矿、低品位矿、硫化矿、氧化矿及废石进行区分开采，运往各自的目的地。一个台阶在垂直方向上是不可分采的。台阶高度越大，开采选别性越差。开采对选别性要求较高的矿床时，应选取较小的台阶高度。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，台阶高度一般大于10m，以12～15m最为常见。大多数贵重金属矿床的特征恰恰相反，故台阶高度一般要小一些。442.1台阶高度开采选别性是指在开采过程中能够将不同品位和类2.1台阶高度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。台阶高度较高时，可以选用大型铲装和运输设备，矿山的生产能力也高。在一定范围内增加台阶高度会降低穿孔、爆破和铲装成本。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和生产效率有着重要的影响。因此，确定最佳的台阶高度应综合考虑各种相关因素。452.1台阶高度台阶高度也制约着铲装设备的选择，当选用汽车运2.2台阶坡面角台阶坡面角主要是由岩体稳定性决定的，其取值随岩体的稳定性的增强而增大。确定台阶坡面角时，需要进行岩石稳定性分析，或参照岩体稳定性相类似的矿山选取。均质岩体中台阶坡面角的参考值岩石硬度系数台阶坡面角/°8～14以上70～753～860～701～350～60462.2台阶坡面角台阶坡面角主要是由岩体稳定性决定的，其取值2.2台阶坡面角国内部分露天矿的台阶坡面角矿山名称台阶坡面角/°大孤山铁矿70东鞍山铁矿75南芬铁矿48～50(岩石层理倾角)大石河铁矿65白云鄂博铁矿70白银厂铜矿70472.2台阶坡面角国内部分露天矿的台阶坡面角矿山名称台阶坡面2.3台阶宽度HWWWcWcWsWsWs安全平台采区宽度爆破带爆破带安全平台采掘方向台阶推进方向正在被开采的台阶称作工作台阶（或工作平台、工作平盘）。工作台阶上正在被爆破、采掘的部分称为爆破带，其宽度(Wc)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（Ws）。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。在矿山开采寿命期末，有时将安全平台的宽度减小到台阶高度的1/3左右。W=Wc+Ws。482.3台阶宽度HWWWcWcWsWsWs安全平台采区宽度安全挡墙沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙，用于阻止石块滚落到下面的台阶和防止汽车或其它设备驶落台阶。安全挡墙的高度一般等于汽车轮胎的半径。其坡面角等于碎石的安息角(一般为35°左右）。49安全挡墙沿工作平盘的外缘常用碎石堆筑一道安全挡墙，用于阻练习绘制一露天采场平面图。已知：台阶高度12m，台阶坡面角70°，安全平台宽度6m，出入沟宽24m，出入沟坡度为8%。要求至少画出两个工作台阶，两个非工作台阶。50练习绘制一露天采场平面图。已知：3帮坡形式与帮坡角3.1工作帮坡角3.2各种帮坡形式513帮坡形式与帮坡角3.1工作帮坡角186HWWW非工作帮工作帮3.1工作帮坡角工作帮：是由工作台阶组成的边帮，并随台阶的推进而向最终边帮（非工作帮）靠近。工作帮坡角：西方国家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。如果W=40m,H=12m,α=70º,则θ=21.4º526HWWW非工作帮工作帮3.1工作帮坡角工作帮：是由若工作帮由n个相邻的工作台阶组成，且工作平盘宽度相等，工作帮坡角（θ）可由下式计算：

式中，H为台阶高度，W为工作平盘宽度，为台阶坡面角。实际生产中各工作平盘的宽度一般不相等。上式变为：

工作帮坡角的计算53若工作帮由n个相邻的工作台阶组成，且工工作帮坡角与剥岩量关系32154ΔVΔH1H2T最终境界陡工作帮缓工作帮如采用缓工作帮，由于矿体规整，每一条带的矿量基本保持不变，但所需的剥岩量先是随着采场的延深而增加，采到第五条带（H1深度）时达到最大值，而后逐年下降。如果采用如图中虚线所示的陡工作帮，则前期的剥岩量大大降低，峰值的到来将大大推迟（推迟到H2深度）。资金时间价值显示出陡工作帮开采的优越性。54工作帮坡角与剥岩量关系32154ΔVΔH1H2T最终境界陡工3.2a各种帮坡（一段边帮）1236H456WsWsWsWsWs右图是在开采过程中形成的由6个台阶组成的一段帮坡，每一台阶均保持安全平台宽度（Ws）。从最上一个台阶的坡顶线到最下一个台阶的坡底线的斜面与水平面的夹角（θ）称为该段边帮的总帮坡角，其计算式与式（15-11）相同，只需将式中的W换成Ws即可。设Ws=10m，H=12m，α=70º。则得

=43.37º。

553.2a各种帮坡（一段边帮）1236H456WsWs3.2b各种帮坡（具有道路）123456A道路WRDC6HBWsWs12WsWsWs如果上图中的第三台阶的中腰通过一宽度为WR的斜坡道，该段边帮变为左图。左图的

仍为总帮坡角。道路将整段边帮分为AC和DB两段，图中1

和2

称为路间帮坡角。若WR=30m，其它数据不变，则=34.13º

，1

=44.14º，2

=42.84º。可见，在边帮上加入运输道路会使总帮坡角变缓许多（本例中变缓了约9º）。若该段帮坡是最终边帮，帮坡角的变缓意味着多剥离大量的岩石。这一简单的例子说明在设计最终境界时，最终帮坡角的选取应考虑到运输道路的布置情况。563.2b各种帮坡（具有道路）123456A道路WRDC3.2c各种帮坡（具有工作台阶）WsA123456工作平盘WcDC6HBWsWs12WsWs若图a所示的边帮上有一个台阶是工作台阶，边帮将变为左图所示。工作台阶对帮坡角的影响与道路相似。若这6个台阶是组合开采中的一个组合单元，那么，该段边帮的总帮坡角（）即为前面提到的组合单元工作帮坡角(g）。工作平盘上下两段的帮坡角(1和2）有时也称为路间帮坡角。若其它的数据不变，工作平盘宽度W=40m，则

=34.13º，1

=52.02º，2

=45.32º。573.2c各种帮坡（具有工作台阶）WsA123456工作3.3d各种帮坡(具有道路和工作台阶)123456工作平盘道路Wc6HWsWs123WsWRWsWs更复杂的边帮是既有工作台阶又有道路，

＝27.86º。583.3d各种帮坡(具有道路和工作台阶)123456工作3.3e各种帮坡（组合台阶开采工作帮）若将图a中的6个台阶沿垂直方向平分为两个组合单元进行组合台阶开采，边帮变为图e。单个组合单元的工作帮坡角可用式（15-15)计算。利用前面的数据，计算结果为：

＝27.86º，g

＝29.70º。123456工作平盘工作平盘