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第九章 露天开采程序
第一节 概述
简单地讲，露天开采是从地表开始逐层向下进行的，每一水平分层称为一个台阶。一个台阶的开采使其下面的台阶被揭露出来，当揭露面积足够大时，就可开始下一个台阶的开采。随着开采的进行，采场不断向下延伸和向外扩展，直至到达设计的最终境界。每一台阶在其所在水平面上的任何方向均以同一台阶水平的最终境界为限。推到最终境界线的台阶所组成的空间曲面称为最终边帮（或非工作帮）。可以想象，最终边帮并不是一“光滑”的曲面，而是呈阶梯状的。为了开采一个台阶并将采出的矿岩运出采场，需要在本台阶及其上部各台阶修筑至少一条具有一定坡度的运输通道，称为斜坡道或出入沟。图15-1是一采场的水平投影与剖面示意图。
本章从台阶的几何参数入手较为详细地讨论露天开采中的掘沟、台阶推进、采场扩延、线路布置及台阶和工作面参数的计算等内容。
第二节 台阶几何要素
一、基本概念
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图15-2是两个相邻台阶的局部剖面及其平面投影示意图。台阶由坡 顶面、坡底面和台阶坡面组成。台阶常以其坡顶面水平和坡底面水平命名，例如图15-2中的上部台阶称为188-200米台阶。台阶坡顶面和 坡底 面与台阶坡面的交线分别称为台阶的坡顶线和坡底线。一个台阶的坡底面水平同时又是其下一个台阶的坡顶面水平。台阶坡面与水平面的夹角称为台阶坡面角（α），台阶坡顶面与坡底面之间的垂直距离即为台阶高度（H）。从本台阶的坡顶线（本台阶外缘）到上一个台阶的坡底线（本台阶内缘）之间的距离称为台阶宽度（W）。台阶是垂直方向上的最小开采单元，即台阶在其整个高度上是一次爆破、一次铲装的。穿孔和装药作业在台阶的坡顶面水平进行，铲装和运输作业在台阶的坡底面水平进行。 二、台阶高度
台阶高度是露天开采中最重要的几何参数之一。影响台阶高度的因素有生产规模、采装设备的作业技术规格以及对开采的选别性要求等。为保证挖掘机挖掘时能获得较高的满斗系数（铲斗的装满程度），台阶高度应不小于挖掘机推压轴高度的2/3。另一方面，为避免挖掘过程中在台阶的顶部形成悬崖，台阶高度应小于挖掘机的最大挖掘高度。图15-3所示是斗容为6.88m3的电铲，其各种作业技术规格列于表15-1。从表 15-1中可知，该挖掘机的最大挖掘高度是13.26m。若选用这样的电铲，台阶高度定为12m较为合适。
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表 15-1 图15-3中电铲的作业技术规格
斗容 起重臂长度
6.88m3 12.65 m 45。 7.77m 9.38m 8.54m 14.48m
起重臂倾角 有效斗杆长度 斗杆全长 最大卸载高度(A) 最大卸载半径(B1)
最大卸载半径处的卸载高度(A1) 6.25m 最大卸载高度处的卸载半径(B) 13.87m
最大挖掘高度(D) 最大挖掘半径(E) 站立水平挖掘半径(G) 下挖深度(H)
天轮顶距地面的高度(I) 天轮外缘回转半径(J) 机体尾部回转半径(K) 机体(包括驾驶室)宽度(S) 司机视线水平高度(U)
13.26m 16.62m 10.75m 2.59m 12.88m 12.20m 6.02m 6.86m 5.49m
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在品位变化大、矿物价值高的矿山（如金矿），开采选别性是制约台阶高度的重要因素。开采选别性是指在开采过程中能够将不同品位和类型的矿石及废石进行区分开采的程度。以金矿为例，往往需要对于一个区域内的高品位矿、低品位矿、硫化矿、氧化矿及废石进行区分开采，运往各自的目的地。例如，将低品位矿送往浸堆，高品位氧化矿送往选矿厂，硫化矿送往焙烧炉，废石送往排土场，等等。由于一个台阶在垂直方向上是不可分采的，即使在台阶高度内矿石的品位、矿种或矿岩界线变化很大（如某处台阶的上半部分是矿石、下半部分是岩石），也不可能在开采过程中将不同种类的矿石及岩石分离出来，由此所造成的贫化和不同矿种的混杂是不可避免的。可见，台阶高度越大开采选别性越差。因此，在开采对选别性要求较高的矿床时，应选取较小的台阶高度。一般说来，黑色金属矿床的品位变化较小、矿体形态较为规则、矿物价值低、对选别性要求较低，台阶高度一般大于10m，以12m~15m最为常见。大多数贵重金属矿床的特征恰恰相反，故台阶高度一般小于10m，以6~8m最为常见。
另一方面，台阶高度也制约着铲装设备的选择，当选用汽车运输时，铲装设备的斗容和装卸参数又进一步制约着汽车的选型。台阶高度同时也影响着最终边帮的几何特征。由此可以看出，台阶高度的选取对整个露天矿的开采经济效益有着重要的影响。在一定范围内增加台阶高度会降低穿孔、爆破和铲装成本，但确定最佳的台阶高度应综合考虑各种相关因素，使矿床开采的经济效益（不仅仅是穿孔、爆破和铲装成本）达到最高值。
三 台阶坡面角
台阶坡面角主要是岩体稳定性的函数，其取值随岩体的稳定性的增强而增大（最大为90。）。确定台阶坡面角时需要进行岩石稳定性分析，或参照岩体稳定性相类似的矿山选取。另外，岩体层理面的倾向对台阶坡面角有直接的影响，当台阶坡面与岩体层理面的倾向相同或相近，而且层理面倾角较陡时，台阶坡面角等于层理面的倾角。表15-2是均质 岩体中台阶坡面角与岩石硬度的大体关系。表15－3列出了国内部分金属露天矿的台阶坡面角取值。
表15－2 均质岩体中台阶坡面角的参考值
岩石硬度系数 台阶坡面角(度) 8~14以上 70～75
3～8 60～70 1～3 50～60
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