英文
surface mining limits design
简介
由露天矿采场底部平面、四周边帮和地表平面限定的可采空间的露天采矿工程设计。它直接影响矿山生产能力、服务年限、开拓运输方式和矿山经济效益。设计主要内容包括：剥采比计算、露天矿开采境界深度确定、采场边坡稳定性分析、采场边帮构成要素确定和露天矿开采境界圈定等。
剥采比计算 剥采比是露天开采需剥离的废石量与采出的矿石量之比。单位为t/t或m3/m3。按其作用不同，分为经济合理剥采比、境界剥采比、平均剥采比、分层剥采比和生产剥采比。
经济合理剥采比 分摊到单位矿石的经济上允许的剥离量。是确定露天开采境界设计深度的主要技术经济指标。计算方法有原矿成本比较法、精矿成本比较法、盈利比较法和价格法。
世界各国采用的方法不尽相同。美国露天矿开采境界设计采用价格法，计算时考虑了盈利指标。前苏联采用露天开采与地下开采的精矿成本比较法。选取矿石采选成本时，考虑了基建投资因素。
中国冶金露天矿开采境界设计常采用盈利比较法，即以露天开采和地下开采相同矿石储量获得的盈利相等为计算基础：
式中Nj为经济合理剥采比，t/t;A1，Ad分别为露天开采和地下开采单位矿石加工成精矿获得的盈利，元/t;b为剥离成本，元/t;P1、Pd分别为露天开采和地下开采的精矿价格，元/t; a1为露天开采的精矿成本(不含剥离成本)，元/t; ad为地下开采的精矿成本，元/t。
中国冶金露天矿设计采用的经济合理剥采比数值，按矿岩体积计算，铁矿、锰矿、有色金属矿为5～10，冶金辅助原料矿为1～1.5，铝土矿、粘土矿为13～16。
境界剥采比 又称增量剥采比。当露天开采境界延深深度为h时，其周界增加的废石量△V与增加的矿石量△Q之比(图1a)。用境界剥采比Nk在地质横剖面图上计算开采境界深度。
平均剥采比 露天开采境界内全部废石量V和全部工业储量Q之比 (图1b)。
分层剥采比 露天开采境界内某一分层的废石量VF与矿石量QF之比 (图1c)。
生产剥采比 又称时间剥采比。露天矿某一生产时期剥离的废石量Vs与采出矿石量Qs之比(图1d)。编制年度生产计划时，取生产剥采比As大于平均剥采比。
图1 露天矿剥采比示意图
a—境界剥采比;b—平均剥采比;c—分层剥采比d—生产剥采比
露天矿开采境界深度确定 露天采场最终开采深度，按境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，在地质横剖面图上确定。其方法有方案分析法和图解法两种。设计常用图解法。当矿石储量大，根据所确定的设计规模，开采年限长时，通常考虑分期开采，圈定分期临时开采境界。
采场边坡稳定性分析 见露天矿边坡设计。
采场边帮构成要素确定 在露天矿边坡稳定性分析基础上确定采场最终边帮构成要素。包括采场最终边坡角β、台阶高度h、台阶坡面角α、安全平台a、清扫平台b和运输平台c。一般每隔两个安全平台设一个清扫平台。安全平台宽度一般不小于3m。运输平台根据运输方式和运输线路布置确定(图2)。
露天矿开采境界圈定 有电子计算机法和人工法两种。
电子计算机法 又分为浮动圆锥法、网络流法、平面投影法和动态规划法。浮动圆锥法应用广泛。其原理是用有限个相互重叠交错的可采倒圆锥来模拟露天采场。取圆锥母线与水平线的夹角等于采场最终边坡角。由于露天采场边帮的岩层、节理、裂隙等性质不同，边坡角亦随之变化。设计计算时，将地质和地形测量资料输入电子计算机进行数据处理，建立矿床三维矿块模型，计算各矿块有用矿物品位，并划分岩性。然后将采矿损失率、废石混入率、选矿回收率、精矿品位、产品成本和价格等技术经济指标输入电子计算机，建立矿块经济模型。计算机按采场各区段不同边坡角和经济参数等约束条件，计算各块段的净值(正值为盈利)。以露天底某一净值为正的块段的中心为圆锥小头中心，按岩性的边坡角建立第一个圆锥体。计算圆锥体内各块段的净值并进行累加，若圆锥体内各块段净值之和为正(有盈利)，则该圆锥可采，否则不可采。然后依次向邻近净值为正的块段移动圆锥小头中心，形成新的圆锥体。每移动一次所计算的净值增量称为移动增量。当所有移动增量累计的净值最大时，所有可采圆锥的集合构成的露天开采境界为最优。
图2 最终边帮构成要素图
人工法 采用下列步骤圈定。(1)确定露天开采深度和底部平面。在地质横剖面图上，根据境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则计算开采深度。按采装、运输设备的技术规格和操作要求，确定采场底部宽度，并按选取的最终边坡角初步绘出开采境界。各剖面图上的开采深度标高不相同时，应调整为同一标高或设计成阶梯状。将各剖面图上的底部宽度投到地质平面图上，绘出采场底部平面周界。周界尽可能平直，弯曲处应满足运输线路曲线半径要求。(2)绘制开采终了平面图。根据确定的采场底部平面、边帮构成要素和运输线路布置，从底部平面周界开始，由内向外依次绘制采场开采终了平面图。(3)根据开采终了平面图，修改各地质剖面图的采场境界线。