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露天采场境界的确定

2011-12-17 15:38:20 来源:采矿手册 点击数:0次 评论(0)
目前我国的露天开采设计中,广泛采用着nj≤njH原则来确定境界,其基本要素是矿石成本(经济合理剥采比),境界剥采比和选取的边坡角……
    目前我国的露天开采设计中,广泛采用着n j≤n jH原则来确定境界,其基本要素是矿石成本(经济合理剥采比),境界剥采比和选取的边坡角。确定合理采场境界的步骤概述如下:

   一、确定采场最小底宽及位置

    露天采场底部宽度不应小于开段沟宽度,其最小宽度根据采装、运输设备规格及线路布置的有关计算结果来确定,可参考表1。

    露天采场最小底宽的计算公式,可参照本章掘沟部分。

    视矿体水平厚度不同,露天采场底的位置可能有三种情况:当矿体水平厚度小于最小底宽时,露天矿底平面按最小宽度绘制;当矿体水平厚度等于或略大于最小底宽时,露天采场底宽取矿体水平厚度;若矿体水平厚度远大于露天矿最小底宽时,则按最小底宽绘制底平面。其位置应能满足可采矿石量最多、剥离岩石最少、采出矿石质量最好等于经济效益最大的原则。

    二、选取采场最终边坡角

    随着采场开采深度的增加和边坡的减缓,剥岩量将急剧增加,从经济效果看,边坡角应尽可能加大。然而,陡边坡虽然可带来较好的经济效益,但往往会导致严重的滑坡事故,乃至破坏生产。从安全角度来考虑,应尽可能减缓边坡角。因此,综合考虑经济与安全因素,是合理选取边坡角的基本原则。

    露天矿最终边帮由台阶面和安全平台、清扫平台、运输平台组成。最终边坡角是露天采场最下一个台阶的坡底线和最上一个台阶坡顶线构成的假想斜面与水平面的夹角,如图1所示。
图1  露天矿的边坡组成

表1  露天采场底部最小宽度
运输方式
装载设备
运输设备
最小底宽(m)
铁道运输
1m 3以下挖掘机
1m 3挖掘机
4m 3挖掘机
6~12m 3挖掘机
窄轨机车(600mm轨距)
窄轨机车(762mm,900mm轨距)
准轨机车
准轨机车
10
12
16
20
公路运输
1m 3挖掘机
4m 3挖掘机
6~12m 3挖掘机
7t汽车
10~32t汽车
100~154t汽车
16
20
30

    选择最终边坡角时,应充分考虑组成边坡的岩石物理力学性质、地质构造和水文地质等因素。表2为我国部分露天矿最终边坡组成,表3和表4分别为按边坡稳定性进行岩石分类和露天采场边坡角概略值、台阶坡面角参考值。
 
表2  我国部分露天矿最终边坡组成
矿山名称
围岩种类
坚固性系数f
最终台阶坡面角(°)
平台宽度(m)
最终边坡角
台阶高度(m)
运输方式
上盘
下盘
上盘
下盘
上盘
下盘
安全
清扫
上盘
下盘
大冶铁矿
 
南芬铁矿
 
大孤山铁矿
 
大石河铁矿
 
水厂铁矿
 
白银露天矿1 采场
 
金川镍矿
 
 
 
德兴铜矿
 
弓长岭铁矿独木采场
人沟铁矿
 
云浮硫铁矿
 
甘井子石灰石矿
 
昆阳磷矿
 
海南铁矿
 
 
 
 
大宝山铁矿
 
黑旺铁矿
闪长岩
 
石英片岩、混合岩
石英片岩、千枚岩
斜长片麻岩
 
片麻岩
 
凝灰岩
大理岩、橄榄岩
 
 
闪长班岩变质千枚岩
角闪岩、混合岩
 
角闪片麻岩
 
砂岩、千枚岩
 
石灰岩
 
砂岩
 
硅化透辉岩、角闪灰岩
 
 
 
石灰岩、流纹斑岩
石灰岩
大理岩
 
角闪岩
 
混合岩
 
片麻岩、花岗岩
片麻岩
 
凝灰岩
 
片麻岩、角闪岩
 
闪长斑岩、变质千枚岩
角闪岩、混合岩
 
角闪片麻岩
 
砂岩、千枚岩
 
石灰岩
 
灰岩
 
硅化透辉岩、
闪灰岩
 
 
 
石灰岩、流纹斑岩
泥质灰岩
10~12
 
8~12
 
8~10
 
8~10
 
8~10
 
5~7
 
6~8
 
 
6~8
 
8~12
 
6~10
 
 
 
6~8
 
3~7
 
8~10
 
 
 
 
8~14、
11~15
5~6
6~8
 
8~12
 
10~12
 
8~10
 
8~10
 
5~7
 
6~8
 
 
6~8
 
8~12
 
6~10
 
 
 
6~8
 
3~7
 
8~10
 
 
 
 
8~14、
11~15
3
60~65
 
65
 
65
 
65
 
60
 
54~65
 
45
 
 
60
 
65
 
65
 
65
 
70
 
60
 
45~65
 
 
 
 
55~60
 
57
60~65
 
35~43
 
65
 
65
 
60
 
47~59
 
55
 
 
60
 
55
 
65
 
65
 
40
 
60
 
45~65
 
 
 
 
55~60
 
64
7~7.5
 
5
 
12.5
 
4
 
3~10.5
 
并段12
 
 
 
 
 
5
 
3~8
 
3
 
7
 
 
7.1
 
5~6
 
 
 
 
4~8
 
4
7~7.5
 
13
 
7.5~12.5
7
 
10.5~14
并段5~8
 
 
 
 
 
7
 
12~15
 
8
 
9
 
7.5
 
8~12
 
 
 
 
10.5~12
6
48°~52°30′
48°
 
32°
 
48°30′
 
40°~45°
32°~42°
41°~44°
 
40°~42°
42°
 
43°~45°
37°~47°
40°
 
45°
 
32°~42°
 
 
 
40°~43°
47°30′
42°~45°
 
38°
 
32°
 
30°~50°
 
40°~45°
 
45°~47°
 
50°
 
 
40°~42°
 
30°~39°
 
43°~45°
 
34°~42°
 
50°
 
45°
 
32°~42°
 
 
 
 
40°~43°
 
41°43′
12
 
12
 
12
 
12
 
15
 
12
 
12
 
 
12
 
12
 
10
 
12
 
 
 
矿5岩10
11~12
 
 
 
 
12
 
 
准轨电机车
汽车一溜井
准轨电机车
准轨电机车
汽车
 
汽车
 
上部机车、下部汽车
汽车一溜井
汽车
 
汽车
 
汽车
 
窄轨机车
汽车
 
上部机车、下部汽车
 
 
汽车
 
 
表3  按边坡稳固性进行的岩石分类和露天采场边坡角概略值
岩石类别
本类岩石的一般特点
确定边坡稳固性的基本要素和岩石稳定性指标
地质条件
边坡角(°)
坚硬(基岩)岩石,火山岩和变质岩,石英砂岩,石灰岩和硅质砾岩
样品抗压强度:α≥7848×10 4Pa
弱面(断面破坏层理、长度很大的构造节理、等等)的方向很不利
具有弱裂缝的硬岩,没有方向不利的弱面,弱面对开挖面的倾角是急倾斜(>60°)或缓倾斜(<15°)的地质条件同上,但岩石具有裂缝
具有弱裂缝或节理的硬岩,弱面对开挖面的倾角为35°~55°
具有弱裂缝的硬岩、弱面对开挖面的倾角为20°~30°
小于55
 
 
 
40~45
 
30~45
 
 
20~30
中硬石,风化程度不同的火山岩与变质岩、粘土质、砂质一粘土质页岩、粘土质砂岩、泥板岩、粉砂岩、泥灰岩等
样品抗压强度:α=785~7848×10 4Pa
样品岩石的强度、弱面的方向不利、岩石的风化趋势
斜坡的岩石相对稳固,或有对开挖面呈急倾斜(>60°)或缓倾斜(<15°)的弱面
同上,有对开挖面呈35°~55°的弱面
边坡的岩石强裂风化(泥质岩、粘土质砂岩、粘土质页岩、等等)以及容易碎散和剥落的岩石
弱面对开挖面呈20°~30°倾角的所有岩类
小于40
 
 
 
10~40
 
 
 
 
 
20~30
软岩(粘土质与砂质一粘土质岩石)
样品抗压强度:α≤785×10 4Pa
对于粘性(粘土质)岩石为:
样品强度,弱面(软面夹层、层间接触面)方向不利。对于非粘结性岩石为:力学特性动水压力、渗透速度
没有塑性粘土,古老滑面,层间的软弱接触面和其他弱面
在边坡的中部呀下部有弱面
20~30
 
 
15~20

表4  台阶坡面角参考资料
岩石坚固性系数
15~20
8~14
3~7
1~2
台阶坡面角(°)
75~85
70~75
60~65
45~60

    安全平台宽度一般大于4m。一般设计规定每隔2~3个台阶设一清扫平台(最终台阶并段时,可不设安全平台)。清扫平台宽度根据拟采用的平台清扫手段决定。如平台上设置排水沟时,其宽度应考虑排水沟的技术要求。
运输平台位置,由开拓系统的运输线路而定,其宽度和坡度取决于运输设备类型、规格及线路数目,如表5、表6、表7所示。
表5  准轨铁路运输平台最小宽度(m)
线路平面情况
单线
双线
三线
区间直线
区间曲线
7.5
8.0
12.5
12.0
17.5
18.0

表6  窄轨铁路运输平台最小宽度(m)
机车类型
车辆最大宽度(m)
单线
双线
600mm轨距
762mm轨距
900mm轨距
600 mm轨距
762 mm轨距
900 mm轨距
电机车
2.4~2.8
1.9~2.3
1.4~1.8
≤1.3
 
 
5.3
5.1
6.0
5.7
5.5
6.1
5.8
5.6
 
 
8.5
7.5
10.5
9.5
8.5
10.5
9.5
8.5
蒸气机车
2.4~2.8
1.9~2.3
1.4~1.8
≤1.3
 
5.2
 
5.5
 
5.7
 
 
7.7
7.2
9.0
8.5
8.0
9.2
8.7
8.2

表7  汽车运输平台最小宽度
车宽分类
车身计算宽度(m)
载重量(t)
2.5
7
3.0
20
3.5
32
5.0
68
6.0
100
7.0
154
运输平台宽度(m)
单线
双线
8
11.5
9
13
10
14.5
12
17.6
15
22.5
18
26
               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表8  各境界深度方案的境界剥采比
境界深度方案
H 1
H 2
H 3
H 4
H 5
H 6
境界剥采比n j(m 3/m 3
n 1
n 2
n 3
n 4
n 5
n 6

    三、确定开采深度

    采场外观,可因矿体赋存条件特别是沿走向长度的不同分为长采场和短采场。采场的长宽比为大于4:1的称长采场,其端帮矿岩量占总矿岩量的比例相对比较小,设计中手工计算时一般可以不单独考虑端帮矿岩量;采场的长宽比小于4:1的称短采场,其端帮矿岩量占总矿岩量的15~20%以上,设计时必须考虑这部分矿岩量。

    A  长采场合理开采深度的确定

    长采场合理开采深度的确定,通常在地质横剖面图上用方案分析法和图解法进行。

    方案分析法确定合理开采深度的主要步骤如下:

    (一)如图2所示,在地质横剖面图上确定若干个境界深度方案,通过各深度绘出各方案底所在水平线,矿床埋藏条件简单时,方案可少取一些,反之,则应多取一些,在境界剥采比变显著的区段要增加一些方案。
图2  绘有若干个境界深度方案的横剖面图

    (二)在横剖面图上确定各个深度方案的底宽及位置,并根据选取的最终边坡角,绘出顶底帮最终边坡线,当地质横剖面与边坡走向不垂直时,应对边坡角进行换算:

tgβ′=cosΦtgβ     (1)

式中  β′-非正交横剖面的边坡为倾角,(°);
      Φ-非正交横剖面与正交横剖面在平面上的夹角,(°);
     β-设计的露天采场边坡角(°)。

    (三)计算各方案的境界剥采比,并将计算结果列于表8。

    (四)绘制境界剥采比及经济合理剥采比与深度的关系曲线n j=f(H)及n jH=f(H),如图3所示,两曲线交点相对应的横坐标H j,即为露天开采的合理深度。
图3  n jH=(H)及n j=f(H)曲线

    图解法确定合理开采深度在露天矿境界设计中应用较广,它是根据所选择的确定开采境界的原则、经济合理剥采比及最终边坡角直接在横剖面图上确定露天开采合理深度。如图4所示,为按境界剥采比等于经济合理剥采比的原则,用图解法确定倾斜和缓倾斜矿体的合理开采深度示意思图。其主要步骤如下:
图4  用图解法确定露天开采深度

    (1)如图4a所示,在缓倾斜矿体上盘地表取若个方案的地表境界A1、A2、A3……;

    (2)通过A1、A2、A3……按最终边坡角作境界边坡线交上盘矿岩接触线B1、B2、B3……;

    (3)延深A1B1、A2B2、A3B3……,使

B iO i=A iB i/n jH      (2)
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