第13-14讲露天矿生产能力与采掘进度计划分析.pdf

9 1.本章提要 介绍露天矿生产能力确定的基本方法，生产剥采比的变化规律及其调整和均衡的基本方法，露天矿采掘进度计划编制方法与步骤。2.露天矿生产能力露天矿生产能力的基本概念 露天矿生产能力的基本概念 生产能力是露天矿山企业的最主要的技术经济指标之一。露天矿生产能力是在具体矿床地质条件、工艺设备、开拓方法和开采方式条件下，露天矿在单位时间内所能开采出来的最大矿石量或剥采总量。一般包括矿石生产能力和矿岩生产能力（说明：露天矿生产能力大小通过用矿石年产量和矿岩年采剥总量两个指标来表示。因为每个露天矿的矿床赋存条件、开拓方法和矿山工程发展方式等各不相同，生产剥采比差别很大，故生产能力应用上述两个指标来共同表示）。通常所说的矿山生产能力是指矿石生产能力。露天矿的矿岩生产能力和矿石生产之间的关系，可以通过生产剥采比进行换算，矿岩生产能力 A和矿石生产能力 AP的关系如下：)1(sPnAA 式中 nS露天矿生产剥采比，m3/m3或 t/t。上式表明，露天矿在矿石生产能力一定的情况下，矿岩生产能力直接取决于生产剥采比。也可以说，露天矿的矿石生产能力在一定生产剥采比条件下，应有相应的剥离工程量来保证。露天矿的生产能力分为设计生产能力与实际生产能力。实际生产能力主要取决于露天矿的现有工艺系统、矿床赋存条件、开拓方式和开采方法。3.露天矿生产能力露天矿生产能力的确定 露天矿生产能力的确定 露天矿生产能力是设计和建设露天矿企业的主要依据之一，其大小直接影响到矿山设备选型、投资、生产成本、矿山服务年限、矿山定员和综合经济效益等。影响露天矿生产能力的因素是多方面的，主要有采矿技术和经济两个方面。采矿技术方面的因素：同时进行采矿的工作面数、矿山工程发展速度、运输线路的通过能力等；经济方面的因素：露天矿工业储量的保有年限、基建投资、劳动生产率和矿石成本等。因此，在确定露天矿生产能力时，应以市场或用户需求、技术上可行和经济上合理等方面综合考虑予以确定。按市场需求量确定生产能力 由矿石成品的市场需求量确定原矿产量 AP，即 CPCPAKKA)1(（t/a）式中 KC成品矿石的品位，%；AC市场或用户每年需求的成品矿石量，t/a；KP原矿矿石品位，%；采矿损失率，%；选矿回收率，%。按开采技术条件确定生产能力 露天矿生产能力常常受到矿山具体矿床条件和开采技术水平的限制，在确定生产能力时，可以从以下几个方面试算。按采场中可能布置的挖掘机台数确定生产能力 挖掘机是露天矿的主要采掘设备，每台挖掘机构成一个工作面。露天矿的生产能力取决于可能布置的挖掘机工作面数。根据矿体的赋存情况及开采参数等确定可能布置的挖掘机台数。可能布置的挖掘 9 机总数决定了矿岩生产能力，其中可能布置的采矿工作面数，决定了矿石生产能力。首先计算每个采矿台阶可能布置的挖掘机台数 NW为：CgWLLN（台）式中 Lg一个采矿台阶的工作线长度，m；LC一台挖掘机所需的采区长度，m。然后，确定露天矿同时开采的台阶个数 NB，它主要取决于矿体厚度、倾角、工作帮坡面角和工作线推进方向。对水平与近水平矿体（图 1.8.1 所示）有：hHNB 式中 H矿体厚度，m；h采矿台阶高度，h=B/(cot-cot1)，m；B采矿台阶最小工作平盘的宽度，m；采矿台阶的工作帮坡角，度；1采矿台阶的坡面角，度。对倾斜与急倾斜矿体（图 1.8.2），由于cottanHHHS和)cottan1/(SHH，因此，当工作平盘宽度相同时，可能同时工作的台阶数有：)cot)(cottan1(cot11hBHhBHNSB 式中 HS矿体在水平方向上的厚度，m；H采矿台阶工作帮坡线的水平投影，m；矿体的倾角，度。当采矿方向从矿体上盘向下盘推进时取“”号；当采矿方向从矿体下盘向上盘推进时取“”号。露天矿可能的生产能力为：WBWPQNNA 式中 QW挖掘机平均年生产能力，t/a。说明：对水平或近水平矿体，采用矿体厚度计算可能布置的同时开采的台阶个数，是因为矿体厚度是其主要的限制条件；而对于倾斜与急倾斜矿体，其水平厚度则成为主要的限制条件。对于图 1.8.2(a)，有cottanHHHS，对于图 1.8.2(b)，有cottanHHHS，故有cottanHHHS；1cot hB为最小工作平盘宽度与台阶坡长在水平投影之和。以上计算一般只适用于比较规则的层状急倾斜矿体。当矿体形状复杂矿体厚度不稳定时，可以用露天矿分层平面图来确定可能布置的挖掘机台数，再进一步求算露天矿可能有的矿岩生产能力。按采矿工程水平推进速度确定生产能力 露天矿可能达到的生产能力，很大程度上取决于矿山工程发展速度。矿山工程发展速度是表示露天矿开采强度的指标。在露天矿生产过程中，工作线不断往前推进，开采水平不断下降，直至最终境界（即，矿山工程沿水平和向下两个方向发展）。通常用工作线水平推进速度和矿山工程延深速度两个指标来表示开采强度。当露天矿的挖掘机数目一定时，工作线的水平推进速度 vH（m/a）随着挖掘机的平均生产能力的增大而提高，随着台阶数目的增多而降低。若要加大工作线的推进速度，最根本的措施是使用高效率的采运设备。水平与近水平矿体的矿石生产能力 AP主要取决于工作线水平推进速度 vH，即单位时间内剥采台阶 9 沿工作帮推进方向的水平推进距离，即 )1(gHPHLvA 式中 H矿体厚度，m；Lg采矿台阶工作线平均长度，m；矿石容积密度，t/m3；矿石回采率，%；废石混入率，%。说明：gHHLv意味单位时间（a）内所采出的纯矿石量，即工业储量。按采矿工程延深速度确定生产能力 采矿工程延深速度是指在露天采场内最底部的采矿台阶在单位时间内的垂直下降速度。另：矿山工程的延深速度是根据新水平的准备时间所完成的台阶高度，折合成每年下降进尺，又称下降速度，其计算式为：Thu（m/a）式中 h新水平台阶高度，m；T新水平开拓准备时间，a。对于开采水平和近水平（倾角小于 10）矿体的露天矿来说，除了基建时期以外，一般不存要延深的问题。此时，矿山工程发展速度只表现为工作线推进速度，即矿石生产能力直接取决于工作帮的推进速度，以这个速度即可验证露天矿可能达到的生产能力。9 对于开采倾斜矿体与急倾斜矿体的露天矿来说，矿山工程的发展速度主要应表现为矿山工程延深速度。采矿工程延深速度影响露天矿生产能力，延深速度快意味着采矿量大，但此时工作线推进速度与延深速度要保持一定的制约关系，即矿山工程延深速度不但取决于下部新水平开拓准备的时间，而且受上部水平工作线推进速度所限制。这时工作线水平推进速度 vH与采矿延深速度 vT和剥离工程延深速度vTB之间必须满足如图 1.8.3 所示的以下协调关系：cotcotHTvv 或cotcotHTvv；cotcotHTBvV 式中 工作帮坡角，度；底帮帮坡角，度；矿体倾角，度。矿山工程延深方向与工作线推进方向一致为“+”，相反则为“-”。露天矿采矿工程延深时，由于延深方向不同，使采矿工程延深速度 vT与剥离工程延深速度 vTB不一致。如图 1.8.3(a)所示，当剥采工程沿露天矿底帮延深时，vT、vH与 vTB之间除满足上两式的关系外，还应满足如下关系：cotcotcotcotTBTvv 当剥采工程沿露天矿矿层底板或顶板延深时，vT、vTB与 vH之间满足如图 1.8.3(b)、(c)所示的以下关系：cotcotHTBTvvv 式中 vH顶帮工作帮推进速度取“”号；底帮工作帮推进速度取“”号。当剥采工程沿山坡延深时，如图 1.8.3(d)所示，vH、vT与 vTB满足如下关系：9 cotcotHTvv；cotcotHTBvv；cotcotcotcotTBTvv 式cotcotHTvv表明，延深速度是受工作线推进速度制约的；在、一定的情况下，要加快延深速度，必须相应加快水平推进速度。否则，就不能保持正常的工作平台宽度，因而可能出现采剥失调。现以沿矿体下盘移动坑线开拓为例说明上述两者的制约关系（图 8-15）。矿山工程沿矿体底板延深，当由 D 延至 Q 时，为了保证以上各台阶有足够的工作平盘宽度，若两个方向均按工作帮坡面角 进行发展，D 点上的工作水平就应分别推进至 A 和 B 点。因此，矿山工程延深速度和工作水平推进速度应保持式cotcotHTvv的关系。从式cotcotHTvv可以看出，矿山工程延深速度同时受水平推进速度和新水平开拓准备时间的限制。从长期和总体来看，要求cotcotHv与Th值之间要相互适应。当cotcotHvTh时，说明工作线推进速度快，新水平开拓准备速度较慢，具体表现为上部工作平盘不断加宽，这个过程就是扩大生产储备或为调节生产剥采比超前剥离的过程。反之，新水平开拓准备速度较快，工作平盘逐渐缩小，是压缩剥离，增加产量的过程。经常调节平盘宽度是属于矿山工程发展的正常现象。倘若工作平盘长期不断加宽，或工作平盘压缩到小于正常工作平盘宽度，都会造成“采剥失调”，对生产是非常不利的。从图 8-16 可以看出，当矿山工程延深角与采矿工程延深角（矿体倾角）不同时，延深速度出现了两个概念：一个是矿山工程延深速度，另一个是采矿工程延深速度。采矿工程延深速度是指露天矿场境界内被开采矿体的水平面每年垂直下降的米数，但其数值却取决于矿山工程处深速度的大小。现说明两者的几何关系。如图 8-16(a)所示，矿山工程沿露天矿底帮延深，采矿工作线由下盘向上盘推进。当矿山工程由 O点延深至 D 点时，采矿工程则由 B 延至 C，于是有)cot(cot)cot(cotpuu。同理，若改变矿山工程延深方向和采矿工作线推进方向，如图 8-16(b)，则有)cot(cot)cot(cotpuu。因此，采矿工程延深速度与矿山工程延深速度的关系式为cotcotcotcotuup 式中 up采矿工程延深速度（m/a）；工作帮坡面角，度；矿山工程延深角，度；矿体倾角，度；分子中“”矿山工程延深方向与采矿工作线推进方向一致为“+”，相反则为“-”；分母中“”采矿工作线推进方向与矿体倾斜方向一致为“+”，相反则为“-”。分析上式可知，在不同开采条件下，up与 u 间的变换关系。当用底帮固定坑线开拓缓倾斜矿体（底帮不用剥岩扩帮）或沿矿体与围岩接触带用移动坑线开拓时，=，则 up=u。当露天矿沿顶帮或底帮用固定坑线开拓倾斜或急倾斜矿体时（图 8-16a），upu，而且 9 up与 u 的差值前者比后者大。当开采矿体与地面倾向相同的山坡露天矿时（图 8-16b），如果，则 upu；如果，则upu。当开采矿体与地面倾向相反的山坡露天矿时，则 upu。由此可知，采矿工程延深速度与矿山工程延深速度二者不等。理论上讲，用采矿工程延深速度确定露天矿生产能力较接近实际。但因金属露天矿一般沿矿体或接近矿体掘沟延深 up与 u 相近，故金属露天矿设计中，常采用矿山工程延深速度 u 验证露天矿生产能力，其计算公式如下1ckPhuA（t/a）。式中 Ak矿石生产能力，t/a；u矿山工程延深速度，m/a；h台阶高度，m；Pc所选用的有代表性的水平分层矿量，t；矿石的实际回收率；矿石贫化率。从公式Thu 可知，矿山工程延深速度决定于新水平准备的时间。新水平准备一般包括上一水平为保证新水平掘沟所需的扩帮工程及新水平出入沟、开段沟的掘凿。完成这些工程所需的时间决定于采用的采运设备、工艺方式、工程顺序等。一般说来汽车运输较灵活，可以达到较高的延深速度，铁路运输较低。设计中所需数据，可以参照类似矿山的实际资料选取，也可以通过编制新水平进度计划来研究确定延深速度。开采倾斜、急倾斜矿床的露天矿，其矿石生产能力主要取决于矿山工程的延深速度。延深速度有两个概念，一个是矿山工程延深速度，另一个是采矿工程延深速度。矿山工程延深速度通常包括剥离工程、采矿工程和新水平准备。采矿工程延深速度，是指露天矿境界内被开采矿体的水平面每年垂直下降的速度，一般以米/年表示。矿山工程延深速度与采矿工程延深速度之间的数量关系如图 10-1 所示，即式cotcotcotcotTBTvv。按经济因素确定生产能力 上面讨论了按技术条件确定露天矿生产能力的方法，并用上述方法求得技术上可能达到的最大生产能力。该生产能力显然在技术上是可行的，但在经济上不一定合理。如露天矿储量一定时，以最大生产能力开采时，其基建费用可能过大。另外，以大生产能力开采时，开采时间过短，而使大型设备、矿山建筑物、构筑物不能得到充分的利用。因此，在确定生产能力时，除了开采技术因素外，必须着重考虑它的经济合理性。关于露天矿经济合理的论证，我国金属露天矿在设计中，仍采用经济合理服务年限验证生产能力的方法。对不同的生产能力方案进行比较分析，以确定经济效益最佳的生产能力。也可建立露天矿开采的经济模型，求出合理的生产能力。对矿石储量不太大的露天矿，确定生产能力时还应考虑服务年限。服务年限太短，会造成基本建设设施过早报废，导致矿山总体效益不佳，甚至不能全部收加投资。露天矿服务年限 T 可按下式计算：KAQTP（a）式中 Q露天矿开采境界内的工业储量，t；AP露天矿原矿生产能力，t/a；露天开采的矿石回采率，%；K矿石储量备用系数，一般取 K=1.11.2。9 在校验露天矿生产能力时，如果根据已知的年产量按上式求得的正常服务年限，符合规定的经济合理服务年限，则说明该年产量在经济上是合理的；反之，是不合理的，因为这时露天矿的设备、建筑物等固定资产，除采装运设备和部分可拆移的设备外，均将提前废弃。选矿厂、冶炼厂如附近不能及时开发出新的矿源接续供矿，则也将提前废弃。这在经济上是不合理的。不过，也有些特殊情况，如国家急需的矿源，允许缩短服务年限，以加大其生产能力。再如开采条件好的富矿、小矿、附近有远景储量大的露天矿、地下水大的露天矿，其服务年限也可适当缩短。倘若矿区内有几个采矿场的露天矿，其单个采矿场的服务年限也可以缩短。国内露天矿的矿山规模可按表 1.8.1 划分，露天矿的服务年限可参考表 1.8.2 确定。可用反映矿石工业储量与矿山经济寿命之间合理关系的泰勒公式确定露天矿的服务年限：4Q2.0T（a）。式中符号及单位同上式。表 1.8.1 露天矿山规模类型划分表 矿山类别 矿山规模（104t/a）特大型 大型 中型 小型 黑色冶金矿山 1000 1000300 30060 1000 1000100 10030 100 10030 100 10020 100 10050 1 10.1 1 10.3 30 3010 2000 20001000 1000300 30 25 20 10 在合理年限范围内，可以在技术经济分析的基础上初选出几个生产规模方案进行比较。生产能力不同，将影响其基建投资和矿石成本。这样，可能出现生产能力大、总投资高而成本低和生产能力小、总投资少而成本较高的两类方案。在这种情况下评定方案优劣的原则，可用评价矿山规模经济效益的主要指标投资收益率（投资返本率）来表示。一般情况下，一个经济上合理的建设规模，应该是投资收益率高、建设快、达产时间短和产量持续稳定。应该指出，随着露天矿采运设备的更新及开采工艺技术的改进，尤其是近年来大型挖掘机及汽车的广泛使用，露天矿的生产能力受工作面数目及矿山工程下降速度的限制越来越小。这就势必把确定生产能力的主要矛盾转移到经济因素上来。但确定经济合理的生产能力是一个复杂的技术经济课题，要结合我国经济体制的现状进行研究，不能照搬外国。目前我国在这方面还缺乏深入地研究。4.露天矿生产剥采比生产剥采比的变化规律 生产剥采比，是指露天矿一定生产时期内剥离的岩石量 VS与采出矿石量 AS的比值，其单位可用m3/m3或 t/t 表示，即 SSSAVn。生产剥采比是露天矿开采的重要技术经济指标。无论是研究露天矿工程发展程序，还是确定露天矿生产能力，都与这一指标密切相关。例如，生产剥采比是编制采掘进度计划的重要指标，它决定着露天矿采剥总量的大小。一个矿山的 9 生产规模，不仅以矿石的产量来表示，而更主要的是应以采剥总量来衡量。特别是对于一些生产剥采比较大的粘土、有色金属和煤炭露天矿来说，剥离量远远超过矿量，就更不能忽视岩石的开采。由式)1(sPnAA可知，在一定的矿石生产能力下，露天矿的采剥总量取决于生产剥采比的大小，而露天矿的设备、人员和地面设施规模等又主要是由矿岩生产能力所决定的。因此，生产剥采比往往是影响露天矿的基建投资和生产成本的重要因素。生产剥采比的变化规律 在露天矿生产过程中，矿山工程是在各工作台阶上进行的，所有工作台阶的总体组成了露天矿场的工作帮。露天矿工作帮是由若干个正在进行开采的台阶坡面和平台构成的，其形态决定于组成工作帮的各台阶间的相对位置，也就是取决于台阶高度、平盘宽度和台阶坡面角等要素。露天开采过程中，工作帮的范围和位置随矿山工程的进度不断变化，剥离岩石量和采出矿石量也相应发生变化，从而使生产剥采比发生变化。露天矿工作帮及其帮坡角与生产剥采比的变化密切相关。工作帮坡角大，生产剥采比小。如图 1.8.4所示，工作帮坡角 可用下式计算：NiiiNiiBhh212)cot(arctan 式中 N组成工作帮的工作台阶数目；hi第 i 个工作台阶的台阶高度，m；Bi第 i 个工作台阶平盘宽度，m；1工作台阶坡面角。由上式可以看出，工作帮坡面角的大小取决于台阶高度、台阶坡面角和工作平台宽度三个要素。通常 h 和 是定值，因此当 B=Bmin时，则工作帮坡面角=max。当单台阶逐个开采时，=min=0，由此可知，露天矿工作帮坡角随着 B 值的调节而变化，其变化范围介于 max和 min之间。在现代化露天矿中，工作平台上需要设置大型的穿孔、采掘和运输设备，因而工作平台需要保持一定的宽度。在不断掘沟和扩帮的过程中，矿山工程的深度不断增加，直到最终开采深度。各开采水平的工作线由最初的掘沟位置不断向一侧（或两侧，由固定坑线或移动坑线决定）推进，直到最终边界。在这种矿山工程发展的过程中采出一定数量的矿石和岩石。开采程序和开采参数不变情况下生产剥采比的变化规律 开采程序保持不变，是指矿山工程按一定的工作线推进方向，一定的延深方向和开段沟长度，保持固定的台阶高度和工作平台宽度等条件进行矿山工程。露天矿的生产按一定的工作帮坡面角发展时，其生产剥采比通常是变化的，现以一个简单的例子来研究其变化规律。某露天矿矿体赋存情况和采场境界如图 1.8.5 所示，在固定的台阶高度和工作平盘宽度条件下进行发展，每延深个水平所采的矿石量、剥离量及剥采比变化规律如图 1.8.6 所示。采场沿底帮掘沟，工作线由下盘向上盘推进。矿山工程延深方向与矿体倾向一致，按某一固定的工作帮坡面角 生产时，开采延深到各水平的工作帮推进位置如图 1.8.5 所示。9 由图 1.8.6 可以看出，工作帮坡角不变时，生产剥采比随着矿山工程的延深而变化：开始是大量剥离岩石，但采矿量为零，这个阶段为露天矿的基建阶段。随后，开始采出矿石，生产剥采比则随着开采深度延深而不断增大，达到一个最大值后逐渐减小。生产剥采比的这种变化规律是开采倾斜矿体的普遍规律，其中生产剥采比最大期间叫剥离洪峰期，一般发生在凹陷露天矿工作帮上部接近露天矿地表境界的部位。对于水平与近水平矿体，随地形条件和矿体厚度的变化，生产剥采比也呈现由小到大、再由大到小的变化规律，但其生产剥采比高峰期比较平缓（即，生产剥采比变化幅度较小），且持续时间较长。图9-4 为某露天矿 I 采区的生产剥采比变化曲线。工作帮坡角的大小，对生产剥采比的变化有较大的影响。现代露天矿，根据工作帮坡面角的不同，可分为缓帮（工作帮坡面角为 815）及陡帮（工作帮坡面角为 1635）两种开采方式。缓帮开采的特点是，组成工作帮的各工作台阶进行独立开采，故保证各工作平盘的正常宽度，是保证露天矿正常生产的基本条件。工作平盘的大小，决定于采倔、运输设备规格、运输线路数目及调车方式以及所需的回采矿量。只有在特殊情况下，工作平盘宽度可允许减到最小值，即除回采矿量宽度以外，布置采掘运输设备和正常作业所必需的最低限度值，该值称为最小工作平盘宽度。因此，保持最小工作平盘宽度是露天矿生产的起码条件。随着露天矿山技术的发展及大型设备的使用，出现了陡帮开采工艺。陡帮开采工艺一般用于剥离帮的开采。它与缓帮开采的区别是，它不是每一个台阶都处于作业状态，只有部分台阶进行作业，其余台阶暂不作业。作业台阶与暂不作业台阶轮换交流，故也称台阶轮流开采法。根据开采台阶轮换方式不同，陡帮开采可分为组合台阶开采和倾斜条带式开采两种主要开采方式。组合台阶开采是把台阶分为若干组，每组由一个作业台阶和若干暂不作业的台阶组成（图 8-2）。每组台阶的最上一个台阶保留工作平盘宽度，其他台阶均保留安全平台宽度，一般由 36 个台阶组成一组。每组台阶由上而下逐个台阶轮流开采。上一个台阶推进到预定的宽度后，设备转到下一个台阶开采。当一组中每个台阶均推到预定宽度后，即完成一个开采循环。每组台阶一般只配一台挖掘机作业。循环周期一般为 35a。如图 8-2 所示，工作平台宽度 BP是扩帮宽度和安全平台之和，该值不能小于最小工作平盘宽度。它是根据采装和运输设备的正常作业的要求决定的。BP越小，工作帮坡面角 越陡。根据我国部分矿 9 山的设计资料，该值为 4060 m。倾斜条带式开采（图 8-3），是把剥岩帮划分为若干倾斜条带，由里向外扩帮，各台阶从上而下尾随式开采。尾随的工作平台长度根据运输方式和工作面运输线路布置确定，一般为 150250m。各台阶除正在作业的地段有较宽的工作平台外，其余地段仅留安全平台即可。各个台阶一般设台挖掘机，双侧进车时，可设置 2 台。当每个台阶均推进到预定宽度后，即完成一个循环，每个周期一般为 l3a。陡帮开采工艺的主要优点是基建剥离量小、投产早、达产快、初期生产剥采比小，另外推迟了最终边帮岩体的暴露，有利于边帮的稳定与维护。我国不少露天矿正在使用陡帮开采或设计采用陡帮开采，如南芬铁矿、弓长岭铁矿、海南铁矿、德兴铜矿、齐大山铁矿等。随着露天矿公路运输的发展及采掘设备的更新，陡帮开采工艺在我国露天矿山将得到广泛的应用。工作帮坡面角较小时，剥采比初期上升较快，剥离洪峰发生较早，然后在一个很长时期内剥采比逐渐下降。工作帮坡角较大时，剥采比上升较慢，剥离洪峰发生在开采到较深的位置，也即发生在生产的较晚时期，高峰以后剥采比急骤下降。此外，同露天矿场，即在同一矿床埋藏条件下，采用不同的开拓方案、掘沟位置和工作线推进方向时，生产剥采比的具体变化情况也不相同。但是，无论哪类矿床，采用哪种开拓、开采方法，只要矿山工程按不变的发展程序和固定的工作帮坡面角发展时，露天矿生产剥采比变化的共同规律是，生产剥采比随开采深度而变化，并且经历一个由小到大，达到高峰后再逐渐减小的过程。上述生产剥采比的变化规律，必然给露天矿带来不利的影响，因为在正常情况下，要求露天矿的矿石产量大致不变，为了更有效地使用露天矿大型机械设备，其数最亦应相对稳定。但如果生产剥采比不断变化，露大矿的矿岩总量也就逐年变化，这样在短期内就要改变生产采掘、运输设备的数量。例如，在剥采比洪峰期，更要求短期集中大量的设备和相应的辅助设施，配备足够的人员；洪峰之后又要削减。这样短期的增减，必特降低设备的利用率，使基建费用增大，生产成本增高，并且使露天矿的生产组织工作复杂化。因此必须对生产剥采比进行调整，降低高峰期的生产剥采比，削平剥离高峰，使生产剥采比在一定时期内相对稳定，以达到经济合理地开采矿床的目的。开采程序和开采参数变动对生产剥采比的影响 若生产剥采比变化幅度较大，则需对其进行适当调整。生产剥采比的调整，就是设法降低高峰期的生产剥采比，使露天矿能在较长时期内以较稳定的生产剥采比进行开采。为此，应首先了解影响生产剥采比变化的因素，以便找出调整的具体方法。影响生产剥采比变化的因素很多，概括起来有两个方面：自然因素 包括地质构造、地形、矿体埋藏深度、厚度、倾角和形状等。这些因素是客观存在的，人们只能通过地质勘探工作充分认识它，以便能准确地掌握生产剥采比的变化规律。技术因素 主要是开拓方法、开拓沟道位置、工作线推进方向、矿山工程延深方向以及开段沟长度、工作帮坡角等。这些因素是人为的，人们可以根据客观条件和需要予以改变，使生产剥采比达到较长时间的均衡。生产剥采比的调整主要是通过改变矿山工程的发展方式（即，调整开采参数或开采程序）来实现的。以下将着重讨论改变台阶间相互位置、开段沟长度和矿山工程延深方向对生产剥采比进行调整的方法。改变工作平盘宽度对生产剥采比的影响 用改变台阶间相互位置即改变工作平盘宽度的方 9 法，可以将生产剥采比高峰期间的一部分岩石提前或移后剥离，从而减小高峰期生产剥采比的数值。如图 1.8.7 所示，为减小洪峰剥采比，可以将生产剥采比洪峰期的一部分剥离量提前或滞后。前者是通过加大工作平盘宽度，后者一般可通过采用组合台阶以减小工作平盘宽度来实现。图中以粗线表示按固定工作平台宽度发展时的工作帮位置；细线表示改变工作平台宽度后的工作帮位置。剥采工程延深至 6、7 水平时为剥离洪峰期。为降低这个时期的生产剥采比，在延深至第 6 水平时，其上各水平剥离台阶超前剥离量为 V1。在延深至第 7 水平时，其上各水平剥离台阶采用两两组合，组合台阶中的下水平台阶平盘宽度变小为 Bmin-A，其滞后剥离量为 V2。当剥采工程越过洪峰剥离期后，逐渐取消组合台阶，恢复为单台阶开采。此时，由开采水平 6 延深至水平 7 的生产剥采比下降值为：721PVVns 式中 P7剥采工程由水平 6 延深至水平 7 所采出的矿石量，即剥离高峰期采出的矿石量。改变工作平盘宽度容易实现，一般能适应原有的生产工艺，并不影响总的开拓运输系统，是调整露天矿生产剥采比的主要措施之一。然而，用改变工作平盘宽度的方法调整生产剥采比是有限度的。减小后的工作平盘宽度不得小于最小工作平盘宽度；加大后的工作平盘宽度，应使露天矿保持足够的工作台阶数目，以满足配置露天矿采掘设备的需要。实际上，露天矿的工作平盘宽度经常处于变动之中，关键在于掌握变动工作平盘宽度的规律，以便有效调整露天矿生产和生产剥采比，使之满足于生产计划要求。当台阶分组开采时（如图 9-6），可以加大工作帮坡角。其工作帮坡角可按下式计算：cot)1(tannhbnBnhz 式中 z分组台阶开采的工作帮坡角，度；n分组台阶数目；h台阶高度，m；B工作平盘宽度，m；b运输平台宽度，m；台阶坡面角，度。台阶分组开采时的工作帮坡角，不仅取决于最小工作平台宽度，而且与分组台阶数目有关。在其它条件相同情况下，分别按=15、=30进行开采时，生产剥采比随开采深度的变化，如图 9-7 所示。由图 9-7 可以看出，工作帮坡角由 15加大到 30时，剥离高峰发生在开采深度较深的位置，即发生在较晚的时期。工作帮坡角较小时，生产剥采比的变化曲线比较接近于分层剥采比的变化曲线，剥采比初期上升较快，剥离高峰发生较早。工作帮坡角较大时，生产剥采比的变化曲线则比较接近于境界剥采比的变化曲线即剥采比上升较慢，剥离高峰发生较晚。改变开段沟长度对生产剥采比的影响 开段沟的最大长度，视生产工艺的不同而异，通常等于该水平的走向长度（工作线纵向布置时），最小长度一般不短于采掘设备所要求的采区长度。例如，用铁路运输时要求长一些，采用汽车运输时可以短一些，最短可以只挖个基坑，而使露天矿推进方向改变，由垂直走向推进变为沿走向推进。现举例说明改变开段沟长度对生产剥采比的影响。9 在图 1.8.5 的条件下，最初形成的开段沟长度等于走向长度的三分之一，约 700m，然后在该水平开始推帮，推帮与延长开段沟平行作业，这种开拓方式也是露天矿剥采工程发展的普遍形式。该方式每下降一个水平采出的矿岩量和生产剥采比的变化如图 1.8.8 所示。图中31 和31 为剥采工程延深到 13 水平后，继续延长开段沟和相应在上部水平进行推帮过程中采出的矿石量。对比图 1.8.6 和图 1.8.8 可以看出，新水平开拓准备时，采取延长开段沟与推帮平行作业的方式发展剥采工程，与掘完开段沟全长后再进行推帮方式相比，具有以下特点：a)生产剥采比变化比较平缓，高峰值下降；b)出矿前的剥岩量减少，有利于减少矿山基建剥离量。显然，最初开段沟长度越短，上述差别越大，降低生产剥采比高峰值和减少基建工程量的效果越显著。由此可见，汽车运输无开段沟逐步扩展工作线的矿山工程发展方式是优越的。当矿体露头、覆盖层厚度和矿体厚度均差别较大的情况下，在覆盖层较薄和矿体较厚的区段先掘进开段沟，然后以逐步延长的方式发展，可以得到更好的效果。此外，在矿体沿走向厚度不同的情况下，当生产剥采比达到高峰时，适当减慢或停止矿体较薄部分工作帮推进，对于降低剥离高峰也有作用。这是山坡露天矿经常采用的调整生产剥采比的措施之一。应当指出，对于铁路运输的露天矿，由于要求的最小采区长度较长，改变开段沟长度的幅度不大。因此，单纯采用这种方法调整生产剥采比是很难得到明显的效果。这时就应采取其他的措施来配合。改变开段沟位置和工作线推进方向对生产剥采比的影响 开段沟位置、工作线推进方向和延深方向等的改变，通常会使生产剥采比产生重大变化。在一定的地质埋藏条件下，露天矿可以采用不同的开采工艺，各种开采工艺又可采取多种不同的开段沟位置、工作线推进方向和延深方向，不同方案的生产剥采比变化规律是不同的。工作线推进方向与开段沟位置有密切联系。开段沟位置决定于工作线的初始位置和推进方向。图 9-9、9-10 表示同一露天矿采用不同的开段沟位置和工作线推进方向（沿底帮开拓；沿下盘开拓；沿上盘开拓；沿顶帮开拓）时，对矿山基建工程量和生产剥采比的不同影响。显然，在图 9-9 中，沿矿体顶板开拓比沿底帮开拓时，矿山基建工程量少，生产剥采比小。然而不同开段构位置和工作线推进方向也要求所采用的生产工艺、开拓运输系统与它相适应。开段沟位置与工作线推进方向的改变往往影响全局，涉及整个生产系统的变化，这是与上述两种调整生产剥采比方法的区别所在。因此，通常在设计中研究数个可能的工作线推进方案，综合考虑矿山工程发展程序、生产工艺、开拓运输系统、矿山基建工程量、生产剥采比等因素，选择一个综合经济效果最优的工作线推进方案。无论采用什么开段沟位置和工作线推进方向，只要工作平盘宽度保持不变，在整个生产过程中，仍然保持着生产剥采比变化的一般规律，仍然存在着生产剥采比高峰期。此时，仍需借助改变工作平盘宽度、开段沟长度等措施对生产剥采比作适当的调整，以利于露天矿持续、经济合理地开采矿石。9 改变矿山工程延深方向对生产剥采比的影响 如图 8-8 所示，矿山工程初期沿山坡 AB 延深可加速采出矿石和减少掘沟工作量。当生产水平最低标高达到 B 点后，矿山工程改沿 BC 方向延深，可减少初期生产剥采比。当露天矿最低水平达到 C 点之前，为了保证露天矿持续生产，应完成 BCED 或DEBC 的扩帮工程量。若扩帮工程由外向内进行时，则应完成 BCED 扩帮工程量。此时，矿山工程应由 B 沿山坡 BD 延深到 D，然后，沿露天矿开采境界延深到 E。若由内向外扩帮时，应完成DEBC 扩帮工程量，此时，自上而下沿 BC 方向往外扩帮。此外，为了降低剥离高峰值，顶帮也可以同时采取压缩上部工作平盘宽度的措施，相当于设立临时顶帮开采境界 FGH。此时，FHJK 的扩帮工程量应在工作帮达到 JH 位置之前完成。显然，由于改变矿山工程延深方向而使不同时期的矿岩采出量得到改变，从而达到调整生产剥采比的目的。分区开采或分期开采对生产剥采比的影响 开采大型露天矿时，露天矿的最终境界往往很大，此时为了减小初期生产剥采比和基建工程量，可采用分期开采的方法。分区开采或分期开采可使生产剥采比有较大的调整余地，其值接近于平均剥采比，或从小到大地逐渐增加，且初始基建剥离量很小。所谓分期开采，就是在开采大型矿床时，选择矿石多、岩石少、开采条件好的地段作为第一期开采或者是在露天开采最大的范围内，初期按小境界进行开采，形成了一定高度的固定边帮后，再过渡到按最终境界开采。这样就可以把大量的岩石推迟到若干年后剥离，减少初期岩量。因此，它是大型露天矿减小基建工程量的有效措施。分期开采小境界划分为两类：一类沿倾向划分，一类沿走向划分。对于沿走向较长的矿体，特别是沿走向矿体厚度和覆盖层厚度不同的矿体，可以沿走向分期开采（又称分区开采）。初期在矿体较厚覆盖层较薄的区段先建矿，这样可以减少初期生产剥采比和基建工程量，而后由小而大逐步扩大开采范围。对于矿体厚度较大、延续较深、走向长度不大的矿体，分期境界可沿倾向（或深度）划分，如图 8-12所示。根据矿体埋藏条件，露天矿般多划分为两期开采，也有划分为多期开采的。然而，只要是分期开采，都存在着过渡问题。所谓过渡，就是由小境界向大境界扩帮开采的过程。它是指按小境界生产若干年后，在保证矿山正常生产的前提下，在小境界开采结束的同时，把按大境界生产时应该剥离而未剥离的岩石量剥除，使露天矿有计划有步骤地从小境界转入大境界生产。当矿体覆盖层厚度、矿体厚度、品位等沿露天矿走向或平面上变化较大时，采取分区开采的效果是显著的。同时，还可以利用采空区进行内排土，以减少运距和外部排土场地占地面积。并非所有露天矿都适宜采用分期开采。一般说，除生产矿山因技术经济条件的变化，需要扩大开采境界，而在客观上形成了分期开采的必然条件外，对于设计的露天矿，采用分期开采的条件是：a)整个露天矿的储量大，服务年限在 5060a 以上；9 b)分期开采的经济效果显著，初期投产和达产快；c)露天矿由第一期境界向第二期境界开始过渡以前的正常生产年限应大于 15a，殊情况下不得小于 l0a。否则，就显不出分期开采的优越性；d)露天矿在过渡期间，矿山产量不应降低；在不得已的情况下，允许有计划的减产，但应在矿区内各矿间组织产量平衡；e)过渡期间的生产剥采比不应大于经济合理剥采比，并力求维持与第一期生产剥采比相近。上述条件只是作为考虑采用分期开采的基本因素，并非决定条件。一个具体露天矿确定其是否采用分期开采时，尚应从总的经济效果和技术可能性来加以确定。分期开采的扩帮过渡方式。从一期境界向二期境界过渡的扩帮工程的发展方式可以有三种，如图8-13 所示。一种是由小境界向外扩帮的方式（图 8-13a）。这种方式的优点是无须为进行补充剥岩而另行掘构；其缺点是在预定扩帮的边帮上，要留足够的平台宽度，使前期剥岩量增大，并对下部台阶的生产作业有干扰，影响安全。一种是自最终境界向内的扩帮方式，如图 8-13(b)所示。它的优点是不干扰正常生产；过渡时期补充剥岩，具有独立的开拓系统；缺点是须在最终边帮处开掘双壁沟延深，降低了补充剥岩开拓系统的延深速度，从而难以在预定的时间内完成过渡任务。还有一种是工作线沿走向推进的方式，它可以利用前两种方式的优点，如图 8-13(c)所示。不论采用哪种扩帮方式，分期开采在矿山设计中都应在编制采掘进度计划时将正常生产与过渡扩帮的关系明确规定下来。5.露天矿生产剥采比生产剥采比的初步确定与均衡 生产剥采比的初步确定与均衡 露天矿山发展过程各阶段生产剥采比的确定是规划露天矿设备、人员和辅助设施的重要指标，是生产前预计的数值。露天矿的生产剥采比一般是通过编制矿山长期进度计划和年度计划来确定的，是计划值，称为计划生产剥采比。而实际生产中所形成的生产剥采比是根据一定的矿山工程发展程序和生产剥采比变化的情况，经过调整后得出的，与计划剥采比的数值会有所不同，故称为实际生产剥采比。本节所讨论的生产剥采比均指计划生产剥采比。初步确定的计划生产剥采比 编制矿山工程发展计划是一项复杂的工作。因此，编制长远计划的年限不能过长，矿山工程发展程序的方案亦不宜过多。为了掌握露天矿发展过程中不同发展阶段的生产剥采比数值，以及进行矿山工程发展程序、生产工艺和开拓运输系统方案比较的需要。通常在编制矿山工程发展进度计划之前，根据矿山工程发展程序，初步计算确定露天矿不同发展阶段的设计生产剥采比。初步确定的设计生产剥采比，是根据设计拟定的一定矿山工程发展程序和生产剥采比变化情况，经过调整后确定的生产剥采比，亦称均衡生产剥采比。通过绘制矿岩量变化曲线 V=f(P)和生产剥采比变化曲线 nS=f(P)确定计划生产剥采比。步骤如下：绘制露天矿工程发展平面图 按 B=Bmin发展，矿山工程延深到各水平时的矿山工程位置，绘制露天