给定准采范围的露天矿山开采境界设计的经验作法浅介

□文 / 湖南第一工业设计研究院 王业建

1 前言

开采境界设计是露天矿山安全生产、获得良好经济效益的基础，该类设计通常有两种情况：一是准采范围不受限制，按矿体赋存情况和经济剥采比要求，从底部周界开始，由里向外依次绘出各个台阶的坡面和平台，得到开采终了平面图；二是准采范围是给定的，要求开采终了平面图不超出准采范围。第一种情况的开采境界设计相关介绍较多；第二种情况的开采境界设计相关介绍较少，因其具有给定准采范围等约束条件，故设计方法有其特殊性。笔者将结合某露天矿山的开采设计，谈谈自己在这一方面设计的经验作法。

2 某露天矿山概述

某露天矿山为新设采矿权，给定准采范围由5个拐点圈定（见图1），面积0.0682km2，开采深度+275m～+150m，开采矿种为板岩，设计生产能力30万t/a。

图1 某露天矿山采矿许可证给定的准采范围及地质地形平面图

该矿地势总体趋势为东低西高，准采范围内最高海拔270.4m，最低海拔148.0m，相对高差122.4m，地形坡度5～40°；该矿及周边出露的地层有：第四系（Q）、白垩系下统神皇山组上段（K1s2）、泥盆系中统跳马涧组（D2t）、元古界冷家溪群第三岩组第一段（Ptln31）；该矿地层呈单斜构造，矿界内地层走向北西，倾向北东，倾角45～74°；该矿开采铺路碎石用粉砂质板岩，赋存在元古界冷家溪群第三岩组第一段中部；矿体呈层状产出，产状与地层一致，矿界内矿体出露长度约370m，倾向宽度约200m，最大铅直厚度180m，矿层厚度大，准采范围内未出现顶、底板围岩，即表土、风化层以下全部为矿体；该矿覆盖层为第四系残坡积粘土层，一般厚5m，需全部剥离，此外，板岩风化层中，由于风化作用不均匀，局部地点可能变成岩块与粘土混杂，矿山实际开采也会将之与第四系残坡积粘土一并剥离。

3 开采境界设计的经验作法

3.1 绘制底部周界

3.1.1 绘制原理

地表境界点与底部周界（或某平台坡底线）在各个方向上的距离不能小于最终边帮水平距离，否则，最终边帮不能按设计组成。

3.1.2 定点并确定其最终边帮

沿准采范围边界找出地形最高、最低点，对近似单斜的山坡或最高、最低点间距较远时，在地形变化处（尤其设计平台标高）设辅助点，如图3，并按设计台阶参数，确定这类特殊地表境界点的最终边帮，如图2。

图2 最终边帮组成

3.1.3 绘圆

如图3，以上述点为圆心，以最终边帮的水平距离为半径绘圆；但应注意：对地表境界的地形高点，当最上一个平台的最终边帮水平距离小于采掘、运输设备要求的曲率半径时，以其最终边帮水平距离加上采掘、运输设备要求的曲率半径与最上一个平台的最终边帮水平距离的差值为半径绘圆。

3.1.4 绘制外公切线

绘制上述相邻两圆的准采范围以内的外公切线，为节省工作，以下圆（如图3中的虚线圆）不用考虑：

1）包括在大圆里面的最低点对应的小圆不用考虑；

2）相邻两地形较高点对应圆间距小于采掘、运输设备要求的曲率半径时，只考虑地形高点对应圆。

3.1.5 得出理论底部周界

如图3，若某一圆与相邻两个圆的两条外公切线是直接相交的，以采掘、运输设备要求的曲率半径圆角修剪连接；若某一圆与相邻两个圆的两条外公切线是不直接相交（是延长线相交）的，以该圆半径圆角修剪连接；得出理论上的底部周界。

3.1.6 修整底部周界

修整底部周界的原则：

1）底部周界要尽量平直，弯曲部分要满足采掘、运输设备对曲率半径的要求；

2）露天矿底的长度应满足运输线路的要求，特别是采用铁路运输的矿山，其长度要保证列车正常出入工作面；

3）宽度满足最小底宽要求；

4）为减少剥离量，在剖面位置可以向矿体上盘或下盘调整底部周界。

3.2 验算并保证剥采比技术经济合理

按圈定的开采境界，计算其平均剥采比（即露天开采境界内全部废石量与全部矿石量之比），保证平均剥采比不超过经济剥采比。

3.3 绘制露天矿开采终了平面图

1）将修整后的底部周界按台阶坡面平距、平台宽度等边坡组成要素往准采范围方向平移，从底部周界开始，由里向外依次绘出各个台阶的坡底线。

很明显，露天矿深部各台阶的坡底线在平面图上是闭合的。而处在地表以上的则不能闭合，但要使其末端与相同标高的地形等高线密接；坡底线或坡顶线、地形等高线、坡面与地形曲面的相贯线三者相交于一点。

对从下而上半径逐步增大的坡底线曲线段可以以采掘、运输设备要求的曲率半径圆角修剪连接，以扩大平台范围、多采出矿石。

2）在图上布置开拓运输线路。

3）在底部周界开始，由里向外依次绘出各个台阶的坡面和平台。

4）检查和修改上述露天开采境界。

4 开采境界圈定结果

据上述设计方法，该露天矿山的开采境界设计符合要求，开采终了境界在采矿许可证规定的准采范围以内，为山坡型露天矿山，开采境界圈定结果如下：

1）最高开采标高：+270.4m；

2）最低开采标高：+150m；

3）台阶高度：10m；

4）台阶坡面角：68°（表土45°、矿体倾向顺边坡方向63°）；

5）安全平台宽度：3m；设+180m、+210m、+240m清扫平台，宽度6m；

6）底部周界30.5 m，不小于设计最小底盘宽度30m；

7）最终边坡角：48°；

8）剥采比0.21m3/m3不超过经济剥采比（参考DZT 0207规定，取不大于0.5 m3/m3）。

图4 某露天矿山开采终了境界平面图

5 结束语

先按给定准采范围等约束条件确定底部周界，再从底部周界开始，由里向外依次绘出各个台阶的坡面和平台，得到开采终了平面图，是笔者进行给定准采范围露天矿山开采境界设计的成功经验作法，有一定的借鉴价值。