露天矿生产能力及采掘进度计划

---露天采矿学露天矿生产能力与采掘进度计划9.1露天矿生产能力露天矿生产能力是露天矿设计中的一个重要参数。生产能力的大小直接影响到矿山设备的选型和数量，工业场地建设的规模，矿山的定员，投资的大小，生产成本的高低和矿山服务年限的长短等。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等要按矿岩生产能力来计算。矿岩生产能力与矿石生产能力可以通过生产剥采比进行换算：露天矿的矿石生产能力应从市场或用户要求，技术上可行和经济上合理等方面予以综合考虑，最后编制采掘进度计划，使之落实。9.1.1按需求量确定生产能力按需求量确定生产能力是将成品矿（精矿）的市场需求量换算成原矿产量，即：换算Tj公式：成品矿需求量受许多因素的影响。要克服盲目生产，提高投资的经济效益，就必须对市场的需求量进行预测。需求量要根据国内和国际历年供求实际情况进行统计和分析，在此基础上预测未来的供求关系。同时，还应对技术上的新成就如新材料替代等及时进行预测。9.1.2按采矿技术条件确定生产能力露天矿的生产能力常常受到矿山具体的技术条件及技术水平的限制，因此，要从采矿技术条件方面研究矿山可能达到的生产能力。这可以从以下两个方面进行试算。1）按可能布置的挖掘机工作面数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能布置的挖掘机工作面数，其中可能布置的采矿工作面数决定了矿石生产能力。首先确定一个采矿台阶可能布置的挖掘机台数NW·K计算式为：然后计算可能同时采矿的台阶数目。对于较厚的倾斜矿体可根据下图中的几何关系计算：露天矿可能的生产能力为：

2）按矿山工程延深速度确定生产能力

露天矿通常用工作线推进速度和矿山工程延深速度两个指标来表示开采强度。对于水平和近水平矿体，除了基建时间以外，一般不存在延深的问题，此时露天矿的生产能力主要取决于工作线水平推进速度。对于倾斜和急倾斜矿体，延深速度快意味着采矿量大，这时工作线水平推进速度与矿山工程延深速度之间要满足一定的关系。这一关系如下图所示，即：从上式可以看出，在φ、θ一定的情况下，欲加快延深速度，必须相应地加快水平推进速度，否则将影响延深，出现采剥失调。水平推进对山坡露天矿（θ

＞900）的延深制约较小，对凹陷露天矿（θ

＜900）的制约较大。延深速度有两两个概念，一一个是矿山工工程近深速度度，另一个是是采矿工程延延深速度。矿矿山工程延深深速度是根据据新水平的准准备时间及其其台阶高度，，折合每年下下降的进尺来来计算。采矿矿工程延深速速度是指开采采境界内每年年采出矿体的的垂直深度。。两者的几何何关系及数值值关系如上图图（a）所示，即：：露天矿按延深深速度可能达达到的生产能能力用下式计计算：从上两公式可可以看出，生生产能力与矿矿山工程延深深速度成正比比。因此，按按延深这度确确定可能的生生产能力可以以归结为论证证可能达到的的延深速度。。在台阶高度度不变时，矿矿山工程延深深速度取决于于新水平的准准备时间。新新水平准备一一般包括上一一水平为保证证新水平掘沟沟所需的扩帮帮工程及新水水平出入沟、、开段沟的掘掘沟工程。完完成这些工程程所需时间即即新水平准备备时间，它随随采用的设备备及工艺方式式、工程顺序序等条件的不不同而异。设计中，新水水平准备时间间及矿山工程程延深速度可可以参照类似似矿山的实际际资料选取，，也可以通过过编制新水平平准备的进度度计划来确定定。下面以汽汽车运输为例例说明新水平平准备时间的的确定。某矿设计采用用载重68t的汽车运输，，7.6m3挖掘机采装，，挖掘机效率率为120～130万m3/台年。沿矿体体上盘掘开段段沟，向顶、、底帮推进，，移动坑线推推至底帮成固固定坑线，出出入沟纵坡为为8％～10％，台阶高度度12m，沟底宽度30m，最小工作平平盘宽度50m。新水平准备备工程当开段段沟掘进400m后，边掘开段段沟，边向顶顶帮扩帮。当当扩帮宽度达达71m后，又开始下下一水平的掘掘沟工作。工工程布置情况况见如下几个个图片，各项项工程的进度度见课本表9-1。从表9-1可以看出，新新水平准备工工程完成一个个循环所需时时间为7.6个月，台阶高高度是12m，因此矿山工工程延深速度度为19m/a。对于采用大型型采掘设备的的现代露天矿矿，技术上可可能达到的生生产能力主要要取决于矿山山工程延深速速度。因此，目前设设计中通常依依据计算的分分层矿量和选选定的矿山工工程延深速度度估算可能达达到的生产能能力。9.1.3按经济台理条条件确定生产产能力对于技术上可可能的生产能能力，尚需按按经济合理条条件进行优化化，以寻求经经济上最佳的的生产能力。。目前，国内内主要是按矿矿山服务年限限加以分析论论证。显然，露天矿矿合理的服务务年限应与主主要生产设备备的寿命以及及矿山工业构构筑物、建筑筑物和后续工工业设施的折折旧年限相适适应。若服务务年限过短，，除采装运输输设备及部分分机具可折旧旧处理外，其其他固定资产产将提前报废废，造成经济济损失。露天开采境界界内的矿石工工业储量圈定定后，原矿的的生产能力决决定了露天矿矿的服务年限限，两者的关关系是：露天矿合理服服务年限受诸诸多因素影响响，尤其与矿矿山生产规模模密切相关。。国内矿山规规模类型的划划分见课本表表9-2，一般矿山服服务年限的确确定可参考课课本表9－3。泰勒公式是反反应矿石工业业储量与矿山山经济寿命之之间合理关系系的经验公式式，确定露天天矿服务年限限时可以参考考。该公式可写作作：9.2露天矿生产剥剥采比露天矿为了保保持一定的生生产能力，经经济、持续地地开采境界内内的矿石，就就要合理地推推进矿山工程程。通常，露露天矿每个水水平分层按先先掘出人沟和和开段沟再扩扩帮的程序进进行开采。在开采时间和和空间上，上上部水平的矿矿山工程进展展先于和超前前下部水平；；在工程形式式和内容上，，上一水平扩扩帮为下一水水平掘沟提供供条件，上部部台阶一般是是剥离台阶，，而下部台阶阶一般是采矿矿台阶。因此此，上下台阶阶的时空超前前关系，反映映了剥离与采采矿的时空超超前关系。露天矿除基建建时期大量剥剥离而不采矿矿或附带采出出少量矿石外外，正常生产产时期都要一一边剥离一边边采矿，剥离离工作必须超超前采矿工作作，这是一条条不能违背的的客观规律。。反映采剥关关系的数量指指标是生产剥剥采比和储备备矿量。9.2.1生产剥采比的的变化规律露天开采过程程中，工作帮帮的范围和位位置随着矿山山工程的进展展不断变化，，剥离岩石量量和采出矿石石量也相应变变化从而使生生产剥采比发发生变化。1）露天天矿工工作帮帮露天矿矿工作作帮及及其帮帮坡角角φ与生产产剥采采比的的变化化有密密切联联系。。现代代露天天矿，，根据据工作作帮坡坡角的的大小小，可可分为为缓帮帮（φ＝80～150）和陡陡帮（（φ＝160～350）两种种开采采方式式。缓帮开开采的的特点点是，，组成成工作作帮的的工作作台阶阶各自自独立立开采采（下下图所所示））。因此，，每个个台阶阶必须须保待待正常常或最最小的的工作作平盘盘宽度度。缓缓帮开开采的的工作作帮坡坡角。。可用用下式式计算算：通常h和a是定值值，因因此φ随B变化。。当B＝Bmin时，φ=φmax；当单单台阶阶逐个个开采采时φ=φmin=0。由此此可知知，B值的改改变可可以调调节φ。随着露露天采采矿技技术的的发展展及大大型设设备的的使用用，出出现了了陡帮帮开采采工艺艺，这这种开开采工工艺一一般用用于剥剥离台台阶。。陡帮帮开采采可分分为组组合台台阶开开采和和倾斜斜条带带开采采两种种主要要形式式。组合台台阶开开采是是把采采掘台台阶分分为若若干组组，每每组由由3～6个台阶阶组成成，其其中包包括一一个作作业台台阶和和若于于暂不不作业业台阶阶（下下图所所示））。作作业台台阶保保留工工作平平盘宽宽度，，其他他台阶阶均保保留安安全平平台宽宽度。。每组组台阶阶一般般只配配一台台挖掘掘机，，自上上而下下逐个个台阶阶轮流流作业业，上上一个个台阶阶推进进预定定宽度度后，，设备备转到到下一一台阶阶。当当一组组中的的所有有台阶阶均推推进到到预定定位置置后，，即完完成一一个开开采循循环，，循环环周期期一般般为3～5a。如上图图所示示，工工作平平台宽宽度Bp是扩帮帮宽度度和安安全平平台宽宽度之之和，，该值值不能能小于于最小小工作作平盘盘宽度度。根据国国内部部分矿矿山的的设计计资料料，Bp=40~60m。安全全平台台宽度度b以能截截留大大部分分爆破破滚碴碴为宜宜，一一般为为10～20m。组合合台阶阶工作作帮坡坡角按按下式式确定定：倾斜条条带开开采（（如下下图所所示））是把把剥岩岩帮划划分为为若干干倾斜斜条带带，由由里向向外逐逐条带带扩帮帮，各各台阶阶从上上而下下尾随随式开开采。。尾随随的工工作平平台长长度根根据运运输方方式和和工作作面运运输线线路的的布置置确定定，一一般为为150～250m。各台台阶除除正在在作业业的地地段留留有较较宽的的工作作平台台外，，其余余地段段仅留留安全全平台台即可可。每每个台台阶设设一台台挖掘掘机，，双侧侧进车车时，，可设设置2台。当当每个个台阶阶全长长都推推进预预定宽宽度后后，即即完成成一个个循环环周期期，每每个周周期一一般为为1～3a。陡帮开开采的的主要要优点点是基基建剥剥离量量小、、投产产早、、达产产快、、初期期生产产剥采采比小小。此此外，，由于于推迟迟了最最终边边帮岩岩体的的暴露露，有有利于于边帮帮的稳稳定与与维护护。2）生产产剥采采比的的变化化规律律露天矿矿的采采剥工工程按按一定定的工工作帮帮坡角角发展展时，，生产产剥采采比通通常是是变化化的。。下面面以一一个示示例来来研究究其变变化规规律。。矿体赋赋存情情况和和开采采境界界如下下图所所示。。采场场沿底底帮掘掘沟，，工作作帮由由下盘盘向上上盘推推进，，矿山山工程程延深深方向向与矿矿体倾倾向一一致。。按固固定的的工作作帮坡坡角φ开采时时，矿矿山工工程延延深到到各水水平的的工作作帮位位置，，如图图中一一组平平行的的斜线线所示示。每每延深深一个个水平平所采采出的的矿石石量、、岩土土量及及剥采采比用用下图图中的的曲线线表示示。从这些些图示示可以以看出出，工工作帮帮坡角角不变变时，，生产产剥采采比随随着矿矿山工工程的的延深深而变变化。。最初初只剥剥离不不采矿矿，随随后开开始出出矿，，这时时生产产剥采采比随随着矿矿山工工程的的延深深而不不断增增大，，达到到一个个最大大值后后逐渐渐减小小。这这个最最大值值称为为剥离离洪峰峰或剥剥采比比高峰峰。高高峰期期一般般发生生在凹凹陷露露天矿矿工作作帮上上端接接近上上部最最终境境界线线的部部位。。生产产剥采采比的的这种种变化化是开开采倾倾斜和和急倾倾斜矿矿体的的普遍遍规律律。工作帮帮坡角角的大大小对对生产产剥采采比的的演变变有较较大的的影响响。例例如，，在其其他条条件相相同的的情况况下，，工作作帮分分别按按φ＝150和φ＝300两种方方式延延深（（如下下图第第一幅幅），，相应应的生生产剥剥采比比变化化曲线线如下下图第第二幅幅所示示。从图示示可以以看出出，工工作帮帮坡角角取不不同值值时，，生产产剥采采比的的变化化仍然然是由由小到到大，，再由由大变变小。。但工工作帮帮坡角角较陡陡时剥剥离洪洪峰发发生在在较大大的开开采深深度。。工作作帮坡坡角越越小，，生产产剥采采比与与分层层剥采采比的的变化化曲线线越接接近，，剥采采比初初期上上升较较快，，剥采采比高高峰发发生较较早，，然后后在一一个很很长的的时间间剥采采比逐逐渐下下降。。反之之，工工作帮帮坡角角越大大，生生产剥剥采比比与境境界剥剥采比比的变变化曲曲线越越接近近，即即剥采采比上上升较较慢，，时间间较长长，剥剥采比比高峰峰出现现较晚晚，高高峰之之后剥剥采比比急骤骤下降降。综上所所述，，工作作帮坡坡角越越大，，初期期生产产剥采采比越越小。。显然然，这这对于于减少少投资资、降降低初初期生生产成成本、、早出出矿、、多出出矿是是有利利的。。9.2.2生产剥剥采比比的调调整与与均衡衡1）问题题及意意义矿岩生生产能能力若若固定定不变变，由由公式式（9-1）可可知知，，矿矿石石产产量量的的大大小小取取决决于于生生产产剥剥采采比比。。由由于于生生产产剥剥采采比比经经常常变变化化，，则则矿矿石石产产量量也也随随之之变变动动。。矿矿石石产产量量的的频频繁繁变变动动对对原原矿矿后后续续加加工工生生产产是是不不利利的的，，故故要要求求矿矿石石产产量量相相对对稳稳定定。。为为了了保保持持矿矿石石产产量量稳稳定定而而让让矿矿岩岩生生产产能能力力随随生生产产剥剥采采比比不不断断变变化化也也不不合合适适，，如如到到剥剥采采比比高高峰峰期期就就要要大大量量增增加加生生产产设设备备和和人人员员，，高高峰峰过过后后又又要要裁裁减减，，这这种种短短期期的的波波动动显显然然是是不不经经济济的的。。因因此此，，提提出出了了调调整整生生产产剥剥采采比比使使之之均均衡衡的的问问题题，，即即让让生生产产剥剥采采比比在在一一定定时时期期内内保保持持稳稳定定，，从从而而使使露露天天矿矿的的设设备备和和产产量量也也相相对对稳稳定定。。2）调调整整方方法法调整整生生产产剥剥采采比比的的基基本本方方法法是是调调整整工工作作台台阶阶间间的的相相互互位位置置，，即即改改变变工工作作平平盘盘宽宽度度。。如如下下图图所所示示，，若若将将高高峰峰期期剥剥离离量量的的一一部部分分（（∆∆V1m3）提提前前，，另另一一部部分分（（∆∆V2m3）推推后后，，这这样样便便削削减减了了剥剥采采比比峰峰值值。。其其减减少少的的剥剥采采比比（（∆∆nm3/m3）为为：：改变变工工作作平平盘盘宽宽度度有有一一定定限限度度。。工工作作平平盘盘宽宽度度减减小小后后不不得得窄窄于于最最小小工工作作平平盘盘宽宽度度，，加加大大后后应应使使工工作作帮帮保保持持足足够够的的工工作作台台阶阶数数目目，，以以满满足足配配置置采采掘掘设设备备的的需需要要。。调整整生生产产剥剥采采比比，，除除了了采采用用改改变变工工作作平平盘盘宽宽度度的的方方法法之之外外，，还还可可以以运运用用改改变变开开段段沟沟长长度度改改变变矿矿山山工工程程延延深深方方向向和和改改变变工工作作线线推推进进方方向向等等方方法法来来实实现现。。3）均均衡衡分分期期生产产剥剥采采比比的的均均衡衡有有全全期期均均衡衡和和分分期期均均衡衡两两种种方方式式。。前前者者表表示示在在露露天天矿矿整整个个或或主主要要生生产产时时期期按按一一个个均均衡衡生生产产剥剥采采比比进进行行生生产产；；后后者者表表示示按按若若干干不不同同的的均均衡衡生生产产剥剥采采比比进进行行生生产产。。均均衡衡生生产产剥剥采采比比是是指指经经过过调调整整并并在在某某一一时时期期内内保保持持稳稳定定的的生生产产剥剥采采比比。。以下两图图表示一一个存在在年限很很长的大大型露天天矿，分分别采用用不均衡衡（φ＝300）、分期期均衡和和全期均均衡三种种方式时时，生产产剥采比比变化曲曲线示意意图。图图中：HⅠ、HⅡ、HⅢ表示分期期均衡的分期开开采深度度；nⅠ、nⅡ、nⅢ表示各期期的均衡衡生产剥剥采比；；nc为深度HⅢ以上采用用全期均均衡的均均衡生产产剥采比比。一般情况况下，对对于存在在年限不不长的小小型矿山山，全期期均衡问问题不突突出。对对于大、、中型矿矿山，全全期均衡衡要大量量提前剥剥离，这这意味着着要把几几年甚至至十几年年后的工工程提前前投资，，这显然然是不经经济的。。因此，，大、中中型矿山山宜采用用分期均均衡。均衡生产产剥采比比的分析析和拟定定可在矿矿岩变化化曲线V=f（P）图或生生产剥采采比变化化曲线n=f（P）图上进进行，也也可以采采用经验验系数法法或最大大水平分分层矿岩岩量法进进行粗略略估算。。9.2.3储备矿量量露天矿储储备矿量量亦称生生产准备备矿量，，是指开开拓和剥剥离为采采矿所准准备的矿矿量。对对于生产产矿山，，保有一一定的储储备矿量量，是维维持正常常生产的的可靠方方法。对对于基建建矿山，，其采剥剥工程的的基建投投资是按按投产或或达产时时应保有有的储备备矿量所所需的工工程量拨拨付的，，因此储储备矿量量也是关关系到基基建投资资的重要要指标。。目前，，国内金金属矿山山、非金金属矿山山和化工工原料矿矿山倾向向于将储储备矿量量划分为为开拓矿矿量和回回采矿量量两级。。1）开拓矿矿量指开拓工工程已完完成，主主要运输输枢纽已已形成，，并具备备了采准准工作条条件的新新水平底底部标高高以上的的矿体矿矿量。2）回采矿矿量指位于采采矿台阶阶最小工工作平盘盘宽度以以外，其其上部和和侧面已已被揭露露的矿体体矿量。。回采矿矿量是开开拓矿量量的一部部分。两级储备备矿量的的演化及及图示见见下表。储备矿量量过多，，意味着着过早进进行开拓拓和剥离离工作，，会积压压生产资资金。因因此，应应该有一一个能满满足持续续生产的的合理储储备矿量量数值。。这一指指标可用用露天矿矿按一定定的生产产能力开开采的年年数和月月数来表表示，称称为储备备矿量保保有期或或保有时时间。储备矿量量保有期期可以根根据矿山山的矿体体赋存状状况、开开拓运输输方式、、采装运运输设备备作业空空间等因因素核定定。一般般情况下下，回采采矿量保保有期为为3～6个月，开开拓矿量量保有期期为1～2年。新建矿山山投产时时，开拓拓矿量和和回采矿矿量保有有期分别别按设计计规模和和投产年年年产量量计算。。9.3露天矿采采掘进度度计划的的编制露天矿采采掘进度度计划是是用图表表形式表表示设计计或生产产矿山采采掘工程程发展的的时间进进度、空空间位置置和数量量指标及及其相互互关系的的综合性性文件。。通过编编制采掘掘进度计计划，对对初步拟拟定的矿矿山生产产能力、、均衡生生产剥采采比和储储备矿量量保有期期予以验验证及修修正，并并安排落落实。因因此，采采掘进度度计划要要在全面面系统地地研究露露天矿剥剥采关系系、生产产能力协协调和各各生产工工艺配合合的基础础上编制制。采掘进度度计划分分长远计计划和生生产作业业计划。。1）长远计计划设计中以以年为单单位编制制的采掘掘进度计计划称为为长远计计划。它它的主要要任务是是确定露露天矿基基建工程程量、基基建时间间、投产产和达产产时间、、均衡生生产剥采采比、矿矿石与矿矿岩生产产能力、、逐年工工作线推推进位置置，以及及计算各各个时期期所需的的设备、、人员和和材料等等。2）生产作作业计划划年、季、、月的采采掘计划划称生产产作业计计划。年年采掘计计划以长长远计划划和用户户要求的的产品数数量及质质量指标标为依据据，安排排年末、、季末或或月末的的工作线线推进位位置，并并计算穿穿爆、采采装、运运输、排排土、机机修等主主要生产产工艺和和辅助车车间的生生产能力力。长远计划划与年采采掘计划划的编制制方法基基本相同同，下面面仅介绍绍如何编编制长远远计划。。9.3.1编制采掘掘进度计计划所需需的基础础资料编制采掘掘进度计计划时必必须具备备下列资资料和数数据：1：2000或1：5000的地形地地质图；；1：1000或1：2000的分层平面图图，图上绘有有矿床地质界界线、开采境境界、出入沟沟和开段沟的的位置等；分层矿岩量计计算表；露天矿开拓运运输系统图，，扩建或改建建矿山的开采采现状图；露天矿的台阶阶高度、采掘掘带宽度、采采区长度、最最小工作平盘盘宽度、工作作线推进方向向、矿山工程程延深方式等等有关开采参参数；矿石回收率和和废石混入率率；穿孔、采装、、运输设备的的型号、数量量和生产能力力；露天矿开始基基建的时间，，要求的投产产日期，以及及规定的投产产标准。9.3.2露天矿生产时时期划分和基基建工程量露天矿的存在在年限，从开开始建设到开开采结束，可可划分为基建建、投产、达达产和结束四四个时期。1)投产与达产露天矿投人生生产必须具备备下列条件：：正常生产所需需要的外部运运输、供电和和供水等工程程设施均应建建成完整的系系统；破碎站、选矿矿厂和压气、、机修等辅助助设施均应全全部或分期建建成并达到相相应规模；矿山内部已建建成完整的矿矿石和废石运运输系统；基建剥离工程程应保证矿山山具有持续增增长的生产能能力，并保有有相应的储备备矿量；矿石产量和质质量达到规定定的指标，并并在经济上要要有所积累。。露天矿投产时时矿石产量指指标和达产期期限见课本表表9－5。2）达产与设计计计算年矿山达到设计计生产能力后后应保持较长长的稳定时间间，一般应超超过服务年限限的2/3。设计计算年是是指露天采剥剥总量达到最最大规模的初初始年度。从从这一年开始始，将按设计计矿石生产能能力和最大均均衡生产剥采采比持续生产产一段较长时时间。在设计计中将计算年年的采剥总量量作为计算矿矿山设备、动动力、材料消消耗、人员编编制、建设规规模及辅助设设施的依据。。3）基建工程量量矿山基建工程程项目一般包包括采矿、选选矿或矿物加加工、运输、、尾矿处理、、机修、供电电、供水、通通讯、民用福福利设施等。。采矿基建工程程项目包括以以下内容：露天矿达到设设计规模以前前所需完成的的开拓及排水水工程，主要要有运输线路路，开拓系统统的沟道及井井巷工程，和和排水疏干的的井巷工程及及排水沟。露天矿投产以以前掘进的开开段沟、采矿矿和剥离工程程。露天矿在基建建时期使用基基建投资完成成的工程量叫叫