1、作者简介赵冲（1994） ，男，硕士研究生，电话：15559635561；通讯作者袁利伟（1978） ，男，副教授，硕士研究生导师，详细通讯地址：云南省昆明市昆明理工大学。某铁矿露天开采境界的优化赵 冲 袁利伟 陈玉明 胡 海（昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093）摘 要 : 随着露天开采深度的增加，矿山原有的露天开采境界已不满足经济技术的需求，需要对矿山露天开采境界优化以提高安全性和经济效益。基于露天境界优化的安全性和经济性，运用精矿成本比较法确定经济合理剥采比 8.42，根据矿体赋存条件等确定露天境界要素，计算露天采场宽度，运用 3DMine，D esign-Expert 软
2、件 对 不 同 梯 度 的 采 深 和边 坡 角 下 的 剥 采 比 和 稳 定 性 系 数 拟 合 优 化 ， 通 过 剥 采 比 和 稳 定 性 系 数 等 势 线 图 上 最接 近 边 坡 稳 定 系 数 1.2 和 经 济 合 理 剥 采 比 8.42 的 公 共 点 确 定 优 化 后 的 边 坡 角 和采 深 ， 通 过 境 界 剥 采 比 进 行 验 证 ， 从 而 建 立 优 化 后 的 矿 体 露 天 境 界 图 ， 为 矿 山 的 生产 提 供 技 术 依 据 。关 键 词 : 露 天 开 采 ; 精 矿 比 较 法 ; 经 济 合 理 剥 采 比 露 天 境 界 要 素中
3、图分类号：TD861.1 文献标识码:A 文章编号Optimization of Open Pit Boundary of An Iron MineZhao ChongYuanLiwei Chen Yuming Hu Hai（ Fanculty of Land Resource Engineering ,Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093 ,China）Abstract: with the increase of the depth of open-pit mining, the original open-
4、pit mining area has not met the needs of economic and technological, so it is necessary to optimize the open-pit mining area to improve the safety and economic benefits. The safety and economy of the open pit limit optimization based on determining the economic stripping ratio by 8.42 concentrate co
5、mparison method, according to the ore occurrence conditions determine the pit width, using 3DMine, Design-Expert software for different gradient mining depth and the angle of the slope under the stripping ratio and stability coefficient fitting optimization, by stripping ratio and the stability coef
6、ficient of slope stability coefficient is close to the most potential lines on the map to determine the public production ratio 8.42 slope optimized angle and deep mining and stripping 1.2 and economic production ratio was verified through state stripping ratio, so as to establish the optimized oreb
7、ody open pit boundary map, provide the technical basis for mine production.Keywords: Open pit mining，Concentrate comparison method，Economic rationality， Stripping ratio， Open boundary factor我国矿业发展迅速，露天开采技术也有了长足的进步。但由于开采条件变化和矿石价格和市场变动等原因，矿山初步设计的露天开采境界已经不能满足矿山发展和经济的需要，而对于矿山露天境界的优化是矿山持续高效发展的重要途径之一。在露天矿
8、生产中中，露天开采境界是露天采场开采的重要参考因素，由开采深度，边坡角和底部周界三要素所组成的三维空间范围。从经济角度来说，对于矿山开采境界的优化，是矿山经济扩大化的重要方法。1 矿区概述某矿区内海拔约为 3501 057 m，从东到北、从西到南地势呈变低趋势。矿区内地形地貌比较简单，地质构造状况不复杂，矿体地层岩性单一，岩石强度高，形成的岩体比较稳定。矿体有较多的产出层次，在 24 层，矿体的单层厚度接近 1.8918.01 m，各层之间相距较近，有 2.511 m，因此形成了比较密集的成矿带。走向长度大约 720 m，有100200 m 的倾斜延深，并且往下还有继续扩展的趋势，标高在 79
9、01 035 m。矿体产状走向为 330310，倾角在 4085。矿体形态与赋存相对简单。2 经济合理剥采比的确定露天开采境界确定和优化考虑的要素有很多，不同成因矿床的影响程度也大不一样。所以，露天开采境界的确定和优化需要对矿床条件、技术条件及经济等各种因素进行整体研究，常将剥采比作为确定露天开采境界的重要指标，其中经济合理剥采比是确定露天开采境界的重要依据。按照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，对该矿矿体进行了经济合理剥采比计算。根据对该铁矿现场资料的了解，可知该矿山是采矿选矿为一体的单位，售卖的矿石均经过自身的选厂，同时考虑到露天和地下开采在矿石损失和废石混入方面的不同，本文经济合理剥
10、采比的确定是以精矿成本比较法来计算得。参考相关地质测勘资料，该矿矿体在走向延长、倾向延深、厚度、品位变化都较为稳定，因此在本文中将经济合理剥采比作为一个定值作为参考标准。精矿成本计算法是以精矿成本为指标，假设开采 1 t 精矿，使其露采的总成本小于地采的总成本为原则，剥采比（m/m） 。本研究所采用的比较法中的精矿比较法确定经济合理剥采比公式 1-2如下： bTacnLDJH式中， 为精矿比较法下的经济合理剥采比； 为 地 下 开 采 获 得 1 t 精 矿 所 需 要 的JHnD采 、 选 总 费 用 ， 元 /t， ； 为 露 天 开 采 1t 精 矿 的 采 、 选 总 费 用 ，DfC
11、c元 /t， ； 、 分 别 指 开 采 1 t 精 矿 露 采 和 地 采 需 要 的 原 矿 开 采 量 ，LTfat/t； 、 分 别 为 矿 山 露 采 和 地 采 1 t 原 矿 的 选 矿 费 用 ， 元 /t； 为 露 天 开LfD a采 采 矿 费 用 ； b 为 露 天 开 采 剥 离 费 用 ； 为 地 采 矿 石 的 成 本 ； 为 为 矿 石 密 度 ，t/m。 开 采 经 济 参 数 表 见 表 1。表 1 某铁矿矿体开采经济参数 Table 1 Economic parameters of an iron ore mining项目名称 矿石地质品位/%实际回收率/%
12、矿石贫化率/%选矿回收率/%采矿费用/（元/t）剥离费用/（元/t）矿石成本/（元/t）选矿费用 /（元/t）矿石密度/（t/m 3）开采 1 t 精矿所需原矿量t/t露采 29.56 95 5 58.13 30 14 - 35 3.53 7.25地采 28.93 84 14 58.13 - - 130 35 3.53 7.83将 表 1 相 关 数 据 代 入 精 矿 比 较 法 公 式 中 。 计 算 出 该 铁 矿 矿 体 经 济 合 理 剥 次比 为 8.42（ m/m） 。3 露天境界要素的确定3.1 露天境界确定的原则Comment L1: 题目上不能标 参考文献.Comment
13、L2: 补充坐标轴单 位，数值的字体太小了，要保证印刷能清楚。下同。() 确保露天境界内采出的矿石满足经济技术要求，即露天境界剥采比不大于8.42（m/m） 。() 考虑到露天开采的技术条件好，生产效率高，损失贫化率低于地下开采等优点，在经济合理条件下，开采境界选择时应多圈进矿量，以充分发挥露采的优越性。() 圈定的露天采场境界所形成的最终边坡角小于或等于露天边坡稳定所允许的角度，以保证露天采矿场的生产安全。() 考虑矿山实际的状况，采用境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则进行检验 3-5。3.2 矿体露天采场底部宽度的确定根据矿山资料，该矿露天矿体采用汽车运输，采用折返式调车，底部宽度计算如
14、下。Bmin R+2e+0.5bc+0.5lc ， 式中， Bmin为最小底宽，m； R为汽车最小转弯半径，8 m； bc为车体宽度，2.5 m； lc为车体长度，7.95 m； e为安全距离，1 m。根据规范要求和以上计算，采用折返式调车最小底宽应确定为 16 m。3.3 露天境界边坡角和开采深度的确定该矿体大部分已开采至 900 m标高附近，地质构造地形地貌相对简单。矿体边坡属于中边坡，台阶高度 10 m，台阶边坡角 60，安全平台宽度 3 m，清扫平台宽度 6 m，最终帮坡角 46，露天开采矿石贫化率 5%。根据非煤露天矿边坡工程技术规范 ，该 铁 矿 矿体 边 坡 危 害 等 级 属
15、于 级 ， 取 临 界 值 1.2为 该 矿 体 露 天 采 场 边 坡 的 可 用 安 全 系 数 。查 阅 相 关 文 献 资 料 6， 根 据 最 终 帮 坡 角 为 46， 每 2为 梯 度 ， 设 置 试 验 边坡 角 46、 48、 50； 以 每 20 m为 梯 度 设 置 870， 850,830,810 m标 高 3-4。分 别 运 用 3Dmine和 极 限 平 衡 法 通 过 对 不 同 梯 度 的 高 程 和 边 坡 角 下 的 剥 采 比 和 稳 定性 系 数 ， 确 定 最 优 的 开 采 深 度 和 边 坡 角 。3.3.1 剥采比的的深度拟合以 边 坡 角 为
16、因 素 ， 采 深 为 水 平 ， 将 数 据 导 入 Design-Expert软 件 中 ， 生 成剥 采 比 的 深 度 拟 合 的 等 势 线 图 ， 剥 采 比 等 势 线 图 1所 示 。图 1 剥采比等势线Fig.1 Equipotential map of stripping ratio3.3.2 稳定性系数的深度拟合继续以上条件模拟，生成稳定性系数与边坡角采深的拟合的等势线图，稳定性系数等势线见图二。图 2 稳定性系数等势线 Fig.2 Equipotential diagram of stability coefficient通过对比图 1 和图 2 可以看出，在预设的安全
17、系数 1.2 和前述计算的经济合理剥采比8.42 为约束条件下在图中寻找公共点，三维拟合结果显示采深 829.26 m 和边坡角48.82为 公 共 点 。 由 图 2 中 知 道 ， 该 数 值 在 稳 定 性 系 数 大 于 1.2 情 况 下 是 最 接近 经 济 合 理 剥 采 比 和 采 深 的 数 据 ， 此 时 从 图 2 上 可 显 示 此 开 采 境 界 下 的 安 全 系 数为 1.203， 剥 采 比 8.924。 根 据 矿 山 实 际 情 况 ， 选 取 开 采 深 度 830 m， 从 安 全 角度 考 虑 选 择 边 坡 角 48作 为 圈 定 最 新 露 天 开
18、 采 境 界 的 2 个 参 数 。4 境界剥采比与经济合理剥采比的比较通过 Design-expert 软件算出的剥采比为平均剥采比，它无法作为衡量采场开采某一分层时，在技术上是否可行，经济上是否合理的标准。而境界剥采比不大于经济合理剥采比通常能作为检验露天采场的境界圈定是否合理的依据。因此，再次用境界剥采比与经济合理剥采比相比较验证上述结论的合理性。矿山每隔 2 个安全平台设置 1 个清扫平台，运用 3DMine 软件按照模拟出每隔 10 m（即 1 个台阶高度）开挖计算一次境界剥采比。在 坐 标 系 上 建 立 开 采 深 度 与 境 界 剥 采比 的 关 系 图 ， 如 图 3 所 示
19、 。图 3 开采深度与剥采比关系Fig.3 Relation between mining depth and stripping ratio从 图 3 可 以 看 出 ， 该 矿 体 境 界 剥 采 比 随 着 开 采 深 度 的 降 低 而 变 大 ， 矿 体 满 足 经济 合 理 剥 采 比 的 开 采 深 度 大 致 可 以 根 据 图 3 得 出 ， 在 开 采 深 度 840830 m 增 量剥 采 比 为 8.89， 大 于 经 济 合 理 剥 采 比 8.42， 说 明 这 一 台 阶 的 矿 石 开 采 效 益 达 不到 工 程 上 的 要 求 ， 考 虑 到 境 界 剥 采
20、 比 数 值 上 与 经 济 剥 采 比 相 差 不 大 ， 同 时 露 采 相 对地 采 的 矿 石 贫 化 率 更 低 ， 能 将 更 多 的 自 然 资 源 得 到 利 用 ， 开 采 深 度 830 m 仍 然可 以 作 为 最 合适的开采深度。5 最终露天开采境界的圈定由 上 述 分 析 可 得 出 该 矿 体 合 理 开 采 境 界 的 开 采 深 度 ， 边 坡 角 和 开 采 底 部 宽 度 ，借 助 3DMine 为 该 矿 体 初 步 圈 定 一 个 露 天 开 采 境 界 ， 生 成 的 最 终 境 界 效 果 图 如 图 4 所示 。图 4 最终境界效果 Fig.4 F
21、inal drawing6 结 论本 研 究 根 据 某 铁 矿 的 矿 体 赋 存 特 征 及 开 采 技 术 条 件 ， 通 过 精 矿 成 本 定 了 经 济 合理 剥 采 比 ， 然 后 结 合 矿 山 生 产 实 际 ， 通 过 露 天 开 采 境 界 的 比 较 ， 确 定 台 形 成 的露 天 开 采 境 界 底 部 界 面 东 西 宽 度 约 16 m， 东 侧 边 坡 台 阶 最 高 标 高 为 1 030 m，最 低 开 采 深 度 830 m， 台 阶 高 度 为 10 m， 共 有 20 个 平 台 ， 非 工 作 帮 包 括 7 个清 扫 平 台 和 13 个 安 全
22、 平 台 。 最 终 确 定 了 适 合 矿 山 生 产 的 露 天 开 采 境 界 ， 对 矿 山 的实 际 生 产 具 有 十 分 重 要 的 指 导 意 义 。参 考 文 献1 金文佳.云南某露天矿岩质边坡结构参数优化研究D.昆明：昆明理工大学，2011.2 孙玉科，姚宝魁，许 兵.矿山边坡稳定性研究的回顾与展望J.工程地质学报，1998(4):18-24.剥 剥 剥 剥 剥 剥剥 剥8.42 m/m67891011810 820 830 840 850 860 870 880 890剥剥剥剥m/m剥剥 剥 剥 剥 剥 m剥3 李 明，李立群.关于露天矿境界剥采比的探讨与应用J.中国矿业，2008，17(1)：78-80.4 李运胜，肖利民，罗 玄.某公司三大露天境界协同开采研究J.矿业研究与开发，2015，35(4):4-7.5 陈 琪，赵德伟杨庆军.露天开采境界方案比较分析J. 黑龙江冶金，2015,35(1)；26-27.6 中国矿业学院.露天采矿手册M.北京：煤矿工业出版社,1985.：
