給定準(zhǔn)采范圍的露天礦山開采境界設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)作法淺介

□文 / 湖南第一工業(yè)設(shè)計(jì)研究院 王業(yè)建

1 前言

開采境界設(shè)計(jì)是露天礦山安全生產(chǎn)、獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)，該類設(shè)計(jì)通常有兩種情況：一是準(zhǔn)采范圍不受限制，按礦體賦存情況和經(jīng)濟(jì)剝采比要求，從底部周界開始，由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡面和平臺(tái)，得到開采終了平面圖；二是準(zhǔn)采范圍是給定的，要求開采終了平面圖不超出準(zhǔn)采范圍。第一種情況的開采境界設(shè)計(jì)相關(guān)介紹較多；第二種情況的開采境界設(shè)計(jì)相關(guān)介紹較少，因其具有給定準(zhǔn)采范圍等約束條件，故設(shè)計(jì)方法有其特殊性。筆者將結(jié)合某露天礦山的開采設(shè)計(jì)，談?wù)勛约涸谶@一方面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)作法。

2 某露天礦山概述

某露天礦山為新設(shè)采礦權(quán)，給定準(zhǔn)采范圍由5個(gè)拐點(diǎn)圈定（見圖1），面積0.0682km2，開采深度+275m～+150m，開采礦種為板巖，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a。

圖1 某露天礦山采礦許可證給定的準(zhǔn)采范圍及地質(zhì)地形平面圖

該礦地勢總體趨勢為東低西高，準(zhǔn)采范圍內(nèi)最高海拔270.4m，最低海拔148.0m，相對高差122.4m，地形坡度5～40°；該礦及周邊出露的地層有：第四系（Q）、白堊系下統(tǒng)神皇山組上段（K1s2）、泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組（D2t）、元古界冷家溪群第三巖組第一段（Ptln31）；該礦地層呈單斜構(gòu)造，礦界內(nèi)地層走向北西，傾向北東，傾角45～74°；該礦開采鋪路碎石用粉砂質(zhì)板巖，賦存在元古界冷家溪群第三巖組第一段中部；礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，礦界內(nèi)礦體出露長度約370m，傾向?qū)挾燃s200m，最大鉛直厚度180m，礦層厚度大，準(zhǔn)采范圍內(nèi)未出現(xiàn)頂、底板圍巖，即表土、風(fēng)化層以下全部為礦體；該礦覆蓋層為第四系殘坡積粘土層，一般厚5m，需全部剝離，此外，板巖風(fēng)化層中，由于風(fēng)化作用不均勻，局部地點(diǎn)可能變成巖塊與粘土混雜，礦山實(shí)際開采也會(huì)將之與第四系殘坡積粘土一并剝離。

3 開采境界設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)作法

3.1 繪制底部周界

3.1.1 繪制原理

地表境界點(diǎn)與底部周界（或某平臺(tái)坡底線）在各個(gè)方向上的距離不能小于最終邊幫水平距離，否則，最終邊幫不能按設(shè)計(jì)組成。

3.1.2 定點(diǎn)并確定其最終邊幫

沿準(zhǔn)采范圍邊界找出地形最高、最低點(diǎn)，對近似單斜的山坡或最高、最低點(diǎn)間距較遠(yuǎn)時(shí)，在地形變化處（尤其設(shè)計(jì)平臺(tái)標(biāo)高）設(shè)輔助點(diǎn)，如圖3，并按設(shè)計(jì)臺(tái)階參數(shù)，確定這類特殊地表境界點(diǎn)的最終邊幫，如圖2。

圖2 最終邊幫組成

3.1.3 繪圓

如圖3，以上述點(diǎn)為圓心，以最終邊幫的水平距離為半徑繪圓；但應(yīng)注意：對地表境界的地形高點(diǎn)，當(dāng)最上一個(gè)平臺(tái)的最終邊幫水平距離小于采掘、運(yùn)輸設(shè)備要求的曲率半徑時(shí)，以其最終邊幫水平距離加上采掘、運(yùn)輸設(shè)備要求的曲率半徑與最上一個(gè)平臺(tái)的最終邊幫水平距離的差值為半徑繪圓。

3.1.4 繪制外公切線

繪制上述相鄰兩圓的準(zhǔn)采范圍以內(nèi)的外公切線，為節(jié)省工作，以下圓（如圖3中的虛線圓）不用考慮：

1）包括在大圓里面的最低點(diǎn)對應(yīng)的小圓不用考慮；

2）相鄰兩地形較高點(diǎn)對應(yīng)圓間距小于采掘、運(yùn)輸設(shè)備要求的曲率半徑時(shí)，只考慮地形高點(diǎn)對應(yīng)圓。

3.1.5 得出理論底部周界

如圖3，若某一圓與相鄰兩個(gè)圓的兩條外公切線是直接相交的，以采掘、運(yùn)輸設(shè)備要求的曲率半徑圓角修剪連接；若某一圓與相鄰兩個(gè)圓的兩條外公切線是不直接相交（是延長線相交）的，以該圓半徑圓角修剪連接；得出理論上的底部周界。

3.1.6 修整底部周界

修整底部周界的原則：

1）底部周界要盡量平直，彎曲部分要滿足采掘、運(yùn)輸設(shè)備對曲率半徑的要求；

2）露天礦底的長度應(yīng)滿足運(yùn)輸線路的要求，特別是采用鐵路運(yùn)輸?shù)牡V山，其長度要保證列車正常出入工作面；

3）寬度滿足最小底寬要求；

4）為減少剝離量，在剖面位置可以向礦體上盤或下盤調(diào)整底部周界。

3.2 驗(yàn)算并保證剝采比技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理

按圈定的開采境界，計(jì)算其平均剝采比（即露天開采境界內(nèi)全部廢石量與全部礦石量之比），保證平均剝采比不超過經(jīng)濟(jì)剝采比。

3.3 繪制露天礦開采終了平面圖

1）將修整后的底部周界按臺(tái)階坡面平距、平臺(tái)寬度等邊坡組成要素往準(zhǔn)采范圍方向平移，從底部周界開始，由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡底線。

很明顯，露天礦深部各臺(tái)階的坡底線在平面圖上是閉合的。而處在地表以上的則不能閉合，但要使其末端與相同標(biāo)高的地形等高線密接；坡底線或坡頂線、地形等高線、坡面與地形曲面的相貫線三者相交于一點(diǎn)。

對從下而上半徑逐步增大的坡底線曲線段可以以采掘、運(yùn)輸設(shè)備要求的曲率半徑圓角修剪連接，以擴(kuò)大平臺(tái)范圍、多采出礦石。

2）在圖上布置開拓運(yùn)輸線路。

3）在底部周界開始，由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡面和平臺(tái)。

4）檢查和修改上述露天開采境界。

4 開采境界圈定結(jié)果

據(jù)上述設(shè)計(jì)方法，該露天礦山的開采境界設(shè)計(jì)符合要求，開采終了境界在采礦許可證規(guī)定的準(zhǔn)采范圍以內(nèi)，為山坡型露天礦山，開采境界圈定結(jié)果如下：

1）最高開采標(biāo)高：+270.4m；

2）最低開采標(biāo)高：+150m；

3）臺(tái)階高度：10m；

4）臺(tái)階坡面角：68°（表土45°、礦體傾向順邊坡方向63°）；

5）安全平臺(tái)寬度：3m；設(shè)+180m、+210m、+240m清掃平臺(tái)，寬度6m；

6）底部周界30.5 m，不小于設(shè)計(jì)最小底盤寬度30m；

7）最終邊坡角：48°；

8）剝采比0.21m3/m3不超過經(jīng)濟(jì)剝采比（參考DZT 0207規(guī)定，取不大于0.5 m3/m3）。

圖4 某露天礦山開采終了境界平面圖

5 結(jié)束語

先按給定準(zhǔn)采范圍等約束條件確定底部周界，再從底部周界開始，由里向外依次繪出各個(gè)臺(tái)階的坡面和平臺(tái)，得到開采終了平面圖，是筆者進(jìn)行給定準(zhǔn)采范圍露天礦山開采境界設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)作法，有一定的借鑒價(jià)值。