露天开采境界的确定实质上是控制剥采比的大小,使之不超过经济合理的剥采比。但对于控制哪种剥离比例,有不同的看法。归纳起来主要有三种观点:控制领域剥离比、平均数剥离比、产量剥离比。介绍如下:
第一,国家剥采比不大于经济合理剥采比(nj≤njh)
(1)物质
该原则的本义是使露天开采境界相邻层的开采成本不大于地下开采成本;进一步分析表明,它有更深层次的含义,即能使整个矿床开采的总经济效果(成本或利润)最佳。如图1所示,如果abcd是露天开采边界,为了提取相邻边界的矿石δA,将剥离岩石δV。当该层矿岩的露天开采成本小于地下开采成本时,边界可以继续加深并向下扩展;一旦两者成本相等,露天开采边界就仅限于此,其余都在地下开采。作为露天开采和地下开采的分界线,这一临界条件是
(1)
式中δA——露天开采境界加深后增加的矿石量,m3;
δV——露天开采境界加深后增加的岩石量,m3。
方程左端为剥采比nj,右端为剥采比njh,经济合理,即
(2)
(2)评估
由于这一原则具有使整个矿床开采的总经济效果最佳的意义,因而得到了广泛的认可,而且使用简单方便,因此在国内外被广泛用于划定露天矿境界。虽然确定露天开采境界还有其他原则,也有很多人对nj≤njh原则提出了各种异议,但由于其深刻的经济内涵,在矿山设计中得到了广泛的应用。
nj≤njh原则也有一些缺陷,主要是:
1.它只是简单地研究了整个矿床的开采效果,而没有仔细分析露天开采各个过程的经济状态。它只能使矿床开采的总经济效果最佳,而不能直接控制露天矿的基建投资和生产成本(生产剥采比),不能保证开采过程中任何时候的经济性最佳。
2.不适用于某些不连续的沉积。
为防止得出错误结论,特别是当矿体不规则,厚度沿走向变化较大,上部覆盖层较厚时,按nj≤njh原则确定边界时,往往采用np≤njh原则进行验证,需要进行全面的技术经济比较。
二、平均剥采比不大于经济合理剥采比(np≤njh)
(1)物质
这一原则是针对露天开采境界内的矿岩总量,要求露天开采的平均经济效果(成本或利润)不逊于地下开采。如图2所示,假设abcd为露天开采境界,境界内矿石量为A,需剥离的岩石量为v,则根据原矿成本比较法
(3)
公式左端为平均剥采比,右端为经济合理剥采比,即
np≤njh
图1 NJ≤NJH原理的含义图2 NP≤NJH原理的含义
(2)评估
np≤njh原理是一个“算术平均”的概念。它不涉及整个矿床开采的总经济效果,也不考虑开采过程中剥采比的变化。因此,它是一个粗略的一般原则。
因为这个原理采用的是算术平均法,所以在一定时期内露天开采的经济效果可以比地下开采差,只要前者比后者好,就要进行优劣匹配,使露天开采的平均效果与地下开采相等。因此,这样确定的境界往往大于nj≤njh原则确定的境界,可能导致基建剥离量大,投资多,基建建设时间长,甚至露天开采过程中的生产剥离比超过允许值,造成企业长期亏损。对于一些贵重有色和稀有金属矿床或中小型矿山,为了尽可能采用露天开采以减少矿石的损失和贫化,在设计中有时可采用这一原则来确定境界,以扩大露天开采量。
此外,这一原则使得露天开采的平均经济效果不逊于地下开采,这是露天开采的最低要求。因此,np≤njh原理常作为nj≤njh原理的补充。即对于一些覆盖层较厚或不连续的矿体,在用nj≤njh原则确定边界时,要计算边界内的平均剥采比,看是否满足np≤njh原则。
三、最大生产剥采比不大于经济合理剥采比(ns.max≤njh)
(1)物质
这一原理的理论基础是,露天矿的生产成本在任何生产时期按正常工作边坡角生产时,不应超过地下开采成本或允许成本。
(2)评估
ns.max≤njh原则反映了露天开采生产剥采比的变化规律,保证了露天开采过程中各开采时期的生产剥采比不超过允许值。该原则确定的露天开采境界一般大于第一原则确定的境界,小于第二原则确定的境界,更能体现露天开采的优越性。这一原则的缺点是没有考虑到整个矿床开采的总经济效果,特别是剥采比的产量只能在露天开采边界圈定并据此确定开拓方式和开采程序后才能确定。因此,最大生产剥采比的时间、地点、数值和变化规律都是不确定的,给开采边界的确定带来困难。
四、根据矿石需求和勘探程度确定开采边界。
石灰石、白云石等低价矿床,剥离量小,储量大,有时需要根据矿石需求或勘探程度确定露天开采境界。
小型露天矿山一般采用境界剥采比等于经济合理剥采比的原则(特别是经济合理剥采比采用价格法确定)或根据矿石需求和勘探程度确定露天开采境界。
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