最終開采境界的確定講解

1、金屬礦床露天開采金屬礦床露天開采 l概述 l最終開采境界設(shè)計的手工方法 l價值模型 l最終開采境界設(shè)計的計算機優(yōu)化方法 l地質(zhì)儲量：根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，運用地質(zhì)統(tǒng)計 學(xué)方法等估算出來的礦物含量。 l開采儲量：技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的地質(zhì)儲 量。 l最終開采境界：圈定開采儲量的三維幾何體。 由底部周界、最終幫坡角、開采深度決定。 l最終開采境界的確定是露天礦設(shè)計與規(guī)劃中的 一項十分重要的工作，既是技術(shù)決策，又是經(jīng) 濟決策。 l最終開采境界的設(shè)計方法與手段經(jīng)歷了三個階 段。 圈定開采儲量 的三維幾何體 底部周界 最終幫坡角 開采深度 擬開采的礦石 上盤幫坡角 下盤幫坡角 需剝離的巖石 采剝并舉 剝離

2、先行 存在一個 經(jīng)濟效益 最佳的最 終開采境 界 l手工設(shè)計階段：以經(jīng)濟合理剝采比為基手工設(shè)計階段：以經(jīng)濟合理剝采比為基 本準(zhǔn)則本準(zhǔn)則 。 l計算機輔助設(shè)計階段：方法與手工階段計算機輔助設(shè)計階段：方法與手工階段 基本相同，使用計算機、數(shù)字化儀、繪基本相同，使用計算機、數(shù)字化儀、繪 圖儀等設(shè)備。圖儀等設(shè)備。 l優(yōu)化設(shè)計階段：圖論法和浮錐法。優(yōu)化設(shè)計階段：圖論法和浮錐法。 l剝采比的概念 l經(jīng)濟合理剝采比確定的其它方法 l基本原理 l最終開采境界設(shè)計的原則 l最終開采境界設(shè)計的手工方法 l最終開采境界的審核 是指露天開采增加單位深度后所 引起巖石增量與礦石增量之比，也稱為 。 是指露天開采境界內(nèi)總

3、的巖石量 與總的礦石量之比。 是指露天礦某一生產(chǎn)時期內(nèi)所剝 離的巖石量與所采的礦石量之比。 是指露天開采境界內(nèi)某一水平分 層的巖石量與礦石量之比。 C dH 45o 地表 礦體 b O D D C W H A dW dO A B B t Ri=dw/dO Ap 地表 Vp D C A B Rp=Vp/Ap As 地表 Vs D C A B Rs=Vs/As 是指經(jīng)濟上允許的最大剝巖量與 可采礦量之比，即利潤增量為零時的瞬時剝采比，也 稱為盈虧平衡剝采比盈虧平衡剝采比(breakeven stripping ratio) R g rq g CC C b o p mp w () 經(jīng)濟合理剝采比不依

4、賴于境界的大小和幾何 形狀， 只依賴于回收率與成本、價格等技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)，其 值可以通過市場與成本分析得出。 l原礦成本比較法 l價格法 l金屬成本比較法 l儲量盈利比較法 b aC n D jh )( 用原礦作為計算的基礎(chǔ)，使露天開采出來的原礦成本等于地 下開采成本。 關(guān)鍵是正確選取CD、a和b值。在礦山設(shè)計中，這幾個數(shù) 據(jù)一般以鄰近地區(qū)類似礦山的成本指標(biāo)為基礎(chǔ)。 應(yīng)用條件：露采和地采的回收率和貧化率差別不大時； 粗略計算時。 式中，a露天開采的純采礦成本（不包括剝離）， 元/t； b露天開采的剝離成本，元/m3； 礦石容重，t/m3； CD地下開采的原礦成本，元/t。 露天開采的單位產(chǎn)品成本

5、不高于產(chǎn)品的銷售價格。 )( 0 aP b n jh 式中，a露天開采的純采礦成本（不包括剝離），元/t； b露天開采的剝離成本，元/m3； 礦石容重，t/m3； P0原礦的價格，元/t； 利潤率 。 ) 1 ( 0 a P b n jh C dH 45o 地表 礦體 b O D C W H A dW dO A B B t 確定最終境界的準(zhǔn)則 是瞬時剝采比等于經(jīng) 濟合理剝采比。將境 界位置上下移動，計 算每次移動后的瞬時 剝采比，直到它等于 經(jīng)濟合理剝采比為止， 也就找到了最終境界。 Ri=dw/dO 當(dāng)dH趨于零時，dW與dO之比趨于線段CA與線段AB的 長度之比，即Ri=CA/AB l境界

6、剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比 l平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比 l生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比 l根據(jù)對礦石的需要量和勘探程度確定境 界 要求鄰近露天開采境界的那層礦巖露天開采成本 不超過地下開采成本。它是使整個礦床開采的總經(jīng)濟 效果（成本或盈利）最佳。 國內(nèi)外普遍運用這一原則來圈定露天礦境界。 只是概略的研究整個礦床的開采效果，并未細致 分析露天開采各過程的經(jīng)濟狀態(tài)。 對于某些不連續(xù)的礦床，這個原則有時不適用。在這 種情況下，境界剝采比符合要求，但它的初期剝巖量 及平均剝采比都很大，在經(jīng)濟上明顯不合理 這一原則是針對露天開采境界內(nèi)的全部礦巖量而 言，它要求用露天開采的平均經(jīng)濟效果（成本或盈利

7、） 不劣于用地下開采。 作為nj=nJH原則的補充。即對于某些覆蓋層很厚 或不連續(xù)的礦體，當(dāng)用nj=nJH確定出境界后，還要核 算該境界內(nèi)的平均剝采比，看它是否滿足np=nJH原則。 對于某些貴重的有色、稀有金屬礦床或中小型礦山， 為了盡量采用露天開采以減少礦石的損失貧化，設(shè)計 中有時運用這個原則來確定境界，借此擴大露天開采 礦量。 該原則是一種“算術(shù)平均”的概念。它既未涉及 整個礦床開采的總經(jīng)濟效果，更沒有考慮露天開采過 程中剝采比的變化。是一個比較粗略、籠統(tǒng)的原則。 對于露天開采來說，生產(chǎn)剝采比真實地反映了礦山生產(chǎn) 的采剝關(guān)系。所以，有人提出用生產(chǎn)剝采比不大于經(jīng) 濟合理剝采比的原則圈定境界

8、，使露天礦任一生產(chǎn) 時期的經(jīng)濟效果都不劣于地下開采。 缺陷：沒有考慮整個礦床開采的總經(jīng)濟效果，只顧及礦 床上部的露天開采而不管剩余部分的開采；確定出來 的境界往往比按np=nJH原則圈定的小，但比按nj=nJH 原則圈定的大，因而初始剝采比和基建投資也大；由 于生產(chǎn)剝采比變動較大，因而其設(shè)計方法也繁瑣費事。 鑒于上述缺點，該原則在實際中很少采用。 對于石灰石、白云石這類剝離量小而儲量 大的礦床，有時是根據(jù)對礦石的需要量 或勘探程度來確定境界。 l確定露天礦最小底寬 l選取露天礦最終邊坡角 l地質(zhì)橫剖面面積比法確定合理開采深度； l地質(zhì)橫剖面線段比法確定長礦體的合理 開采深度 ； l水平剖面面積

9、法確定短礦體的開采深度 l鐵路運輸時 Bmin=2RWH+T+3e-h1tan 式中， Bmin露天礦最小底寬，m； RWH挖掘機機體回轉(zhuǎn)半徑，m； T鐵路線路寬度，m； e挖掘機機體、邊坡及車輛三者間的 安全距離，1.0-1.5m； h1挖掘機機體底盤高度，m； 露天礦最下一個臺階的坡面角。 l公路運輸，詳見下一章 l從考慮，希望邊坡角盡可能大 l通常從安全條件和技術(shù)條件兩方面考慮。 根據(jù)礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)選取邊坡 角，保證邊坡穩(wěn)定； 是指滿足礦山的開采運輸需要而言。 為了保證礦山正常生產(chǎn)，露天礦邊坡通常由安 全平臺a（2-3m）、清掃平臺b(每隔23個臺 階設(shè)一個，其寬度應(yīng)保證清掃設(shè)備正常

10、工作)、 運輸平臺c和d及相應(yīng)的坡面組成。（下圖） tan=h/(hctan+ a+ b+ c+ d) n 1 n 1 n1 1 n2 1 n3 1 n4 1 a b c d h1 h2 h3 h4 最終邊坡角，度； n臺階數(shù)目； h臺階高度，m； 臺階坡面角，度； a安全平臺寬度，m； b清掃平臺寬度，m； c水平運輸平臺寬度，m； d傾斜運輸平臺寬度，m； n1、n2、n3、n4分別為安全平臺、清 掃平臺、水平運輸平臺和傾斜運輸平 臺數(shù)目。 按上述安全條件或技術(shù)條件確定的最小邊坡角，就是露天礦 的最終邊坡角。但對于緩傾斜礦體來說，若邊坡角大于礦體傾角，則 最終邊坡角應(yīng)沿礦體下盤布置，以便充

11、分采出下盤礦石。 d d a e Hi - 2 Bmin Hi + 1 Hi Hi - 1 H2 H1 c b ab e W H O c 步驟： 一、Bmin、 二、作出a,b,c,d,e點 三、作出a,b,c,d,e點 四、求出W 和O 五、計算Ri = W/O 六、若Ri Rb，則Hi水平即 為該地質(zhì)橫剖面圖上最佳的 開采境界深度；否則，重復(fù)， 試算其它深度方案，直至驗 算成功。 d d a e Hi - 2 Bmin Hi + 1 Hi Hi - 1 H2 H1 c b gfa b e H c 步驟： 一、Bmin、 二、作出c,b,a,d點 三、作出c,b,a,d點 四、作出e,f點

12、五、計算 六、若Ri Rb，則Hi水平即 為該地質(zhì)橫剖面圖上最佳的 開采境界深度；否則，重復(fù)。 試算其它深度方案，直至驗 算成功。 R gbaf ebba i 步驟： 一、選擇幾個深度方案，繪平面圖 二、確定出各地質(zhì)勘探線剖面圖上 的相應(yīng)開采境界 三、作出剖面線上的境界點 四、作若干個輔助剖面，求出端部 境界點 五、計算 六、若Ri Rb，則該開采深度為最 佳開采深度； 否則，重復(fù)以上各步， 試算其它的開采深度方案。 R Lsoso soso i 12 12 l調(diào)整最終開采底平面標(biāo)高 l圈定最終開采境界的底部周界 在地質(zhì)縱斷面圖上調(diào)整露天礦底平面標(biāo)高 調(diào)整后開采深度 調(diào)整前開采深度礦體界線 -

13、 理論周界；最終設(shè)計周界； IIX 剖面線； 底部周界的圈定 地質(zhì)塊狀模型是礦物品位及有關(guān)地質(zhì)特征在礦床中分布 情況的離散化表述，主要用于儲量計算和地質(zhì)數(shù)據(jù)的計 算機處理。在最終開采境界的計算機優(yōu)化設(shè)計和開采計 劃優(yōu)化中，常常用到另一種塊狀模型價值塊狀模型價值塊狀模型 （簡稱價值模型價值模型）。地質(zhì)塊狀模型中每一塊的特征值是 品位或某一地質(zhì)特征，價值模型中每一塊的特征值則是 假設(shè)將其采出并處理后能夠帶來的經(jīng)濟凈價值。塊的凈 價值是根據(jù)塊中所含可利用礦物的品位、開采與處理中 各道工序的成本及產(chǎn)品價格計算的。礦床所含礦物的種 類不同，礦山企業(yè)經(jīng)營體制和成本管理制度不同，計算 凈價值時，用到的參數(shù)不

14、同。 價值模型是優(yōu)化方法確定境界的基礎(chǔ)。 l浮錐法浮錐法 l圖論法圖論法 76543 3 2 2 1 1 -1-1+2-1-1-1-1 -2-2-2+1+4-2-2 -3-3-3+2+3+5-3 (a) 76543 3 2 2 1 1 -1-1-1-1-1-1 -2-2-2+1-2-2 -3-3-3+2+3+5-3 (b) 76543 3 2 2 1 1 -1-1-1 -2-2-2-2-2 -3-3-3+2-3 (d)(c) 76543 3 2 2 1 1 -1-1-1 -2-2-2-2-2 -3-3-3+2-3 +4 +5+3 +1 +5+3 (e) 76543 3 2 2 1 1-1-1

15、-2-2-2-2 -3-3-3+2-3+5 (f) 76543 3 2 2 1 1-1 -2-2-2 -3-3-3-3+2 76543 3 2 2 1 1 -1+2-1-1-1-1 -2+1+4-2 +3+5 (g) -1+1-1-1-1-1-1 -2-2-2-2-2-2-2 -3-3+8+3+1-3-3 -1-1 -1 -5 -1 -1 -1 +6 -6 +6 -1+5 -1-1 -1 -5 -1 -1 +6 -6 +6 +5 -1-1 -1 -5 -1 -1 +6+6 (a)(b)(c) 下圖為一個二維礦床價值模型，假定其中每一單元塊為一 正方形，最終境界幫坡角為45。 （1）試用浮錐法確

16、定最終開采境界（要求畫出確定過程）； （2）計算最終境界總價值。 -2-1+3+2-1+1-2 -2-2+3+4+2-2-3 -3-1+4+5+4-2-3 -4-1+1+4+1-3-4 LG圖論法是具有嚴(yán)格數(shù)學(xué)邏輯的最終境界 優(yōu)化方法，只要給定價值模型，在任何情 況下都可以求出總價值最大的最終開采境 界。 l基本概念 l樹的正則化 l圖論法境界優(yōu)化定理及算法 l節(jié)點：價值模型中的每一塊用一個節(jié)點表示 l?。簭囊粋€節(jié)點指向另一個節(jié)點的有向線 l有向圖：由一組弧連接起來的一組節(jié)點 l子圖：是圖的一部分 l可行子圖(閉包) l可行子圖：形成的開采境界的子圖，也稱為閉包 l最大閉包：圖中權(quán)值最大的閉包

17、稱為圖的最大閉包 l樹：是一個沒有閉合圈的圖 lP?。簶渲蟹较虮畴x根的弧 lM弧：樹中方向指向根的弧 l強P弧 、弱P弧、強M弧 、弱M弧 3-1 -2 521 -1-1 SP-強P弧，WP-弱P弧，SM-強M弧，WM-弱M弧 -4 x0 x2 x1 x5x6 x4x3 x8x9x7 WP WP WM WP SP WPSMWP SP 根 正則樹正則樹是一個沒有不與根直 接相連的強弧的樹。 3-1 -2 521 -1-1 (b) 去掉圖(a)中的弧(x7,x4)， 代之以 弧(xo,x7)，得樹T1 -4 x0 x2 x1 x5x6 x4x3 x8x9x7 WP WP W M M SP SP W

18、PWP WP SP 根 3-1 -2 521 -1-1 (b) 去掉T1中的弧(x8,x4)， 代之以弧(xo,x4)，得樹T2 -4 x0 x2 x1 x5x6 x4x3 x8x9x7 WP WP W M M SP SP WPWP WP SP 根 3-1 -2 521 -1-1 (c) 去掉T2中的弧(x8,x5)，代之以弧(xo,x5)， 得樹T3，T3為正則樹 -4 x0 x2 x1 x5x6 x4x3 x8x9x7 WP WP W M M SP SP WPWP WP WP 根 3-1 -2 521 -1-1 (a) -4 x0 x2 x1 x5x6 x4x3 x8x9x7 WP WP

19、WM WP SP WPSMWP SP 根 x6 -4 -4-4 +10 +10 -4-4 x1 x1 x4 x4 x3 x3 x2 x2 x6x5 x5 (b) (a) -4-4-4 +10 價值模型及其圖論表述 +10 定理 若有向圖G的正則樹的強節(jié)點集合Y是G的閉包， 則Y即為最 大閉包。 x6 -4 x1 x4 x3x2 x5 (a) T0 -4-4-4 +10+10 x0 根 WP WP SPSP WP WP x4 x6 -4 x1x3x2 x5 (c) T2 -4-4-4 +10+10 x0 根 WP WP SP WM SP WP x6 -4 x1 x4 x3x2 x5 (b) T1 -4-4-4 +10+10 x0 根 WP WM WP SP SP WP x6 -4 x1 x4 x3x2 x5 (d) T3 -4-4-4 +10+10 x0 根 WP WP WM WP SP WP x6 -4 x1 x4 x3x2 x5 (e) T4 -4-4-4 +10+10 x0 根 SP WP WM WM SP WP x6 -4 x1 x4 x3x2 x5 (f) T5 -4-4-4 +10+10 x0 根 SPSP WP WM WM WP (g) T6 x6 -4 x1 x4 x3x2 x5