一种确定露天矿山开采境界的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山开采设计领域，尤其涉及一种确定露天矿山开采境界的方法。
【背景技术】
[0002]露天开采是我国矿产资源开采的主要方法，具有生产规模大、安全性好的特点。比地下开采有很多的优越性，但缺点也是非常明显的，那就是在开采矿石的同时，还要剥离大量的岩石。因此，一个技术上先进、经济上合理、安全上可靠的矿山开采初步设计，对合理利用矿产资源、节约土地、保护环境及提高经济效益是十分重要的。而露天矿山开采初步设计的核心问题，就是露天矿山最终开采境界的圈定问题。
[0003]现有圈定露天开采境界通常采用的方法为:在露天开采方案初步拟定后进行露天开采境界的圈定。其步骤为确定经济合理剥采比后一选取露天采场最终边坡角一确定露天坑底宽一初步选定露天矿开采深度一计算境界剥采比一与经济合理剥采比比较(N^N]h)—绘制露天坑底边界一绘制分层平面图一绘制终了平面图一布置开拓运输系统。该方法的实质是自下而上圈定露天开采境界。
[0004]这是一种自上世纪五十年代以来，一直沿用的圈定露天矿山最终开采境界的传统方法。随着我国市场经济体制的逐步建立，开采矿种的不断增加，矿政管理的不断规范，这种圈定露天矿山最终境界的方法，存在以下问题:
[0005](1)反复工作量大，设计效率低。随着矿山开采相关法律、法规、技术标准的不断完善，矿政管理也在不断规范。目前在进行矿山可行性研究、初步设计时，矿山必须取得采矿许可证，采矿许可证上确定了矿山的开采范围(采矿权范围)，相关的法律法规要求严禁越界开米。也就是说，露天矿山最终开米境界的上口，必须在米矿权范围内。自下而上圈定露天矿山最终开采境界，能否保证露天矿山最终开采境界的上口在采矿权范围内，开始并不明确，直到圈定结束后才知道。如果圈定的结果超出了采矿权范围、或一侧小于采矿权范围而另一侧超出，均需返工重圈；如果圈定的结果小于采矿权范围，有可能导致矿产资源利用率偏低，也需返工重圈。由于圈定的结果无法预先控制，也许还要返工多次。另外，该方法把布置开拓运输系统放在最后，也容易造成返工，因为布置开拓运输系统后，边坡角变缓了，露天开采境界的上口就会变大。
[0006](2)方法较为繁琐，实用性较差。
[0007]传统方法中初步选定露天矿开采深度，理论性较强，实际的设计工作中很少采用；计算境界剥采比，是在圈定开采境界之前进行的，一般采用线段比法、面积比法，计算方法复杂，计算结果误差很大。另外随着我国城市化建设进程的加快，建筑石料类矿山数量迅速增加。该类矿山生产工艺简单、覆盖物极少、成本低、效益好，圈定露天开采境界，基本可以不考虑经济合理剥采比、境界剥采比等因素。
[0008]《科学与技术》2014年第9期，露天开采境界的原则和方法研究，作者:金鑫，该研究确定露天开采境界的原则和方法，基本与现行的设计手册规定的原则和方法相同，是对现行原则和方法的进一步解读，该研究未考虑到目前矿山企业是先取得采矿许可证、划定开采范围后，再圈定开采境界的实际情况；圈定的方法仍为自下而上圈定，预先无法控制圈定的露天采场上口在采矿许可证划定的范围内；该方法仍然是先圈定开采境界，再布置开拓运输系统的两步骤圈定法，无法预先控制露天矿总出入口在最合理的位置，存在设计返工的可能性。
【发明内容】
[0009]1.发明要解决的技术问题
[0010]针对现有技术中圈定露天矿山最终境界存在反复工作量大，设计效率低，方法较为繁琐，实用性较差的问题，本发明提供了一种确定露天矿山开采境界的方法。它减少了工作量，设计效率高，方法简单，实用性好。
[0011]2.技术方案
[0012]为解决上述问题，本发明提供的技术方案为:
[0013]—种确定露天矿山开采境界的方法，其步骤为:
[0014]A、按照经济合理性确定经济合理剥采比；
[0015]B、以技术可行、安全可靠为原则，根据现行的设计规范及安全规程，确定露天采场最终边坡构成要素即:台阶高度、台阶坡面角、安全平台宽度、清扫平台宽度、最终边坡角、最小底部宽度；
[0016]C、在作为设计依据的矿床的地形地质图和地质剖面图上上，首先将采矿许可证核定的采矿权范围线绘制到地形地质图上，沿着采矿权范围线，圈定露天采场最终境界的上口，采矿权范围线形成第一个台阶的坡顶线；
[0017]D、根据步骤B中确定的露天采场边坡构成要素，自上而下依次圈定第二个台阶、第三个台阶……第N个台阶；
[0018]首先是将传统方法的“自下而上”改为自上而下圈定露天开采境界，其次是将圈定露天开采境界与布置开拓运输系统，两步走改为同步进行；可有效的提高设计效率，同时与露天矿山实际生产中，自上而下分台阶开采的顺序一致，有利于理顺设计人员的空间想象力；该方法适用于非金属露天矿山，或矿体赋存状态相对简单的金属矿山。
[0019]E、在圈定最终开采境界的过程中，结合矿体赋存状态进行优化，调整各分层台阶线位置，达到少剥离多采矿，降低平均剥采比，优化开采境界；
[0020]F、计算露天采场开采境界内分层矿岩量及平均剥采比Np。
[0021]境界剥采比不大于经济合理剥采比，即N ]h，其实质是在开采境界内边界层矿石的露天开采费用不超过地下开采费用，使整个矿床用露天和地下联合开采的总费用最小或总盈利最大，此原则在应用上简单方便，已为国内外露天矿设计普遍采用。其最大的缺点，是所确定的露天开采境界，不能直接控制露天矿的投资和生产成本(生产剥采比)。例如，对某些不连续的矿床或上薄下厚的矿床、或覆盖层很厚或地形复杂(如境界内有孤立山头等)的矿床，在应用该原则确定境界时，可能出现境界剥采比符合要求，而初期剥采比超过允许值的现象。为了防止出现虚假结论，一般需要用平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np彡N ]h的原则进行校验。
[0022]平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np< N ]ho这一原则的实质，是使露天开采境界内全部储量用露天开采的总费用小于或等于地下开采该部分储量的总费用；用这一原则圈定的露天开采境界，较用原则所圈定的要大，可能引起基建剥离量大、投资多、基建时间长，还可能使露天开采过程中某一时期生产剥采比超过允许值，使企业长期处于亏损状态；对某些贵重的有色、稀有金属矿床等，为了扩大露天开采以减少矿石的损失和贫化，可以采用这一原则来圈定露天开采境界，借以扩大露天开采储量；对近于水平的矿体或鸡窝状矿体也可米用此原则确定露天开米境界。
[0023]随着我国经济的快速发展，国内市场矿产品供不应求，价格比上世纪80年代有了很大的提高，随着矿石开采及加工技术的提高，生产成本却涨幅较小，实际计算的经济合理剥采比远大于境界剥采比，因此，用Νρ< Ν >校核露天最终开采境界更符合实际。
[0024]针对目前矿政管理“先设置采矿权，再进行初步设计”的特点，露天开采境界圈定步骤:沿着采矿权范围线圈定露天采场最终境界的上口，形成第一个台阶一根据确定的露天采场边坡构成要素，自上而下圈定开采境界，同时布置开拓运输系统一计算境界内分层矿岩量及平均剥采比一与经济合理剥采比比较Np< N ]ho
[0025]优选地，步骤E中同时布置开拓运输系统L。将现行的圈定完开采境界后，再布置开拓运输系统的两步骤圈定法，改为边圈定开采境界边布置开拓运输系统的一步骤圈定法，简化了步骤，，预先控制露天矿总出入口在最合理的位置，不存在设计返工的可能性，设计效率高。
[0026]优选地，圈定的第N个台阶的条件是，直到露天采场底部达到了采矿许可证确定的开采深度，或露天采场底部宽度达到了设计确定的最小底宽为止。
[0027]优选地，平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np彡N jho
[0028]3.有益效果
[0029]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0030](1)对某些不连续的矿床或上薄下厚的矿床、或覆盖层很厚或地形复杂(如境界内有孤立山头等)的矿床，在应用该原则确定境界时，可能出现境界剥采比符合要求，而初期剥采比超过允许值的现象；为了防止出现虚假结论，需要用平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np< N >的原则进行校验；
[0031](2)本发明首先是将传统方法的“自下而上”改为自上而下圈定露天开采境界，其次是将圈定露天开采境界与布置开拓运输系统，两步走改为同步进行；可有效的提高设计效率，同时与露天矿山实际生产中，自上而下分台阶开采的顺序一致，有利于理顺设计人员的空间想象力；该方法适用于非金属露天矿山，或矿体赋存状态相对简单的金属矿山；
[0032](3)本发明平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np彡N ]h。这一原则的实质，