露天矿精细化开采时空原理研究

一直以来，国内外露天矿生产都属于粗放式的开采模式，矿石开采、矿岩运输与排放、边坡维护、废石场复垦等几个重要环节多是相对独立的。随着机械化水平的提高，露天矿生产规模越来越大，矿山粗放式开采所带来的环保压力使得当前的矿产资源开采处于一个“经济”、“安全”、“环境”、“可持续”等多因素共同影响的尴尬境地。基于露天矿生产中所存在的突出问题，采用理论分析、室内试验、现场监测以及系统开发相结合的方法，针对性开展了深凹露天矿、浅埋露天矿精细化开采理论研究。从空间与时间的角度出发，运用弹塑性理论、时间序列法深入研究了椭圆形深凹露天矿边坡岩环的环向应力状态，结合轴比论、莫尔¬—库仑强度理论推导出椭圆形深凹露天矿边坡形状表达式，与传统的稳定性理论确定的边坡形状相比，该边坡形状可在保证边坡稳定的前提下减少巨大的废石剥离量；露天矿精细爆破是露天矿精细化开采体系的重要环节，采用高速摄像技术对180°对折、缓结、轻度死结和严重死结四种对折打结导爆管，对单一破孔、连续破孔特殊情况下的导爆管传爆可靠性进行了室内试验研究；以岩石力学为基础，运用数值模拟的方法分别研究了浅埋露天矿内排压帮复合边坡稳定性状况、深凹露天矿废石回填减震护坡作用机理；本项目研究首次给出了露天矿精细化开采的基本定义、内涵、技术结构体系以及实现过程；基于虚拟仪器技术，开发了一个集生产工艺信息、安全监测信息及决策指挥体系于一体的露天矿精细化开采信息采集与管理系统，实现露天矿各生产工艺环节之间的数据共享，为露天矿优化生产管理方案提供基础数据；基于VFP语言进行设计开发，采用B/S模式开发了露天矿山精细化成本管理系统，进而实现矿山开采过程精细化管理。项目研究成果初步建立了我国露天矿山精细化开采理论体系，实现露天矿安全、低成本、环保开采。 2100433B

迄今为止，国内外矿床露天开采工艺中的废石剥离、废石运输与排放、边坡维护、废石场的复垦与绿化等几个重要环节的内在规律与关联性研究缺乏深度挖掘。倾斜矿体露天开采所形成的直线形边坡稳定性差，废石剥离量大，矿石生产成本高企。从空间与时间的角度出发，运用弹塑性理论深入研究深凹露天边坡岩体应力分布规律，推导不同情况下凸曲线形边坡自稳的数学与力学表达式。运用工业与系统工程的方法，开展深凹露天矿、浅埋露天矿精细化开采理论与方法研究，基于相关数字矿山软件，建立露天开采信息系统。在保证露天边坡临空时间最短、边坡稳定的前提下，以整个露天采场废石运输功最小为原则，用就近剥离的废石对完成回采分段处边坡进行快速回填护坡，降低边坡维护与治理费用，从而把条件合适的深凹露天最终边坡角提高5～8 ，减少巨大的废石剥离量，发展矿山岩石力学边坡维护理论，初步建立我国露天矿山精细化开采理论体系，实现露天矿安全、低成本、环保开采。

露天矿分期开采(open pit mining by stages)是指在露天开采的最终境界内，在平面上或在深度上划分若干中间境界依次进行开采。露天矿分期开采旨在首先开采品位高、生产条件好、剥采比小的矿床部位，以减少露天矿初期投资，加速露天矿基建、投产和达产，为露天矿均衡生产和扩大再生产提供基础，达到用最少的投入取得最大的产出 。

露天矿沿深度方向分期开采时，中间境界，一般取露天矿最终边帮角。应用缓帮采剥法进行分期开采时，当工作帮推进到分期境界且生产剥采比开始由大变小时开始向下一个分期境界扩帮过渡。采矿工作延深到分期开采境界底部水平的时间是分期扩帮过渡结束的最迟期限，即分期内正常生产的工作帮与扩帮过渡的工作帮形成统一工作帮。扩帮工作可从下一个分期的境界开始。由外向采场内进行，也可以从本分期的境界开始，由采场内向下一个分期境界推进。中国大冶铁矿曾用多台阶由内向外扩帮，依靠严密的组织，使常规设备达到极高的扩帮延深速度。

应用组合台阶或倾斜分条采剥的陡帮开采时，露天矿采剥工作分别在两个不同区域进行，一般在陡工作帮剥离岩石，在下部用较缓的工作帮采矿。扩帮工作已不再是正常采剥作业额外的附加工作，而是正常采剥作业的组成 。

学科：矿山地质学

词目：露天矿开采境界

英文：open-pit mining limit

释文：又称露天矿开采界线。按技术上的可能性与经济上的合理性，对露天采矿场所确定的最终可能达到的采矿范围，即由上部和下部边界线所限定的范围。它主要决定于矿体的埋藏条件、开采技术条件和设备等。 2100433B