最终开采境界的确定是露天开采设计(什么是露天开采境界) 露天矿边界的确定:& nbsp& nbsp目前，我国露天开采设计普遍采用nj≤njH的原则，其基本要素是矿石成本(经济合理的剥采比)、境界剥采比和选定的边坡角。 确定可回收采场边界的步骤总结如下:1.确定采场最小底宽位置:& nbsp；& nbsp露天坑底宽度不应小于明沟宽度，其最小宽度根据采装计算结果、运输设备规格和线路布置确定。请参考表1。 & nbsp& nbsp& nbsp露天矿最小底宽的计算公式，请参阅本章的挖沟部分。 & nbsp& nbsp& nbsp根据矿体水平厚度的不同，露天坑底位置可能有三种情况:当矿体水平厚度小于最小底宽时，按最小宽度绘制露天坑底平面；当矿体的水平厚度等于或略大于最小底宽时，露天矿的底宽为矿体的水平厚度；如果矿体的水平厚度远大于露天矿的最小底宽，则按最小底宽绘制底平面。 其位置应能满足最大可采矿石量、最少剥离岩石和最佳提取矿石质量等于最大经济效益的原则。 & nbsp& nbsp& nbsp二、选择采场最终边坡& nbsp:& nbsp；& nbsp随着采场开采深度的增加和边坡坡度的减缓，岩石剥离量将急剧增加。从经济效果来看，应尽可能增大坡角。 然而，陡坡虽然能带来良好的经济效益，但往往导致严重的滑坡事故，甚至破坏生产。 从安全角度考虑，坡角要尽可能的慢下来。 因此，综合考虑经济和安全因素是合理选择坡角的基本原则。 & nbsp& nbsp& nbsp露天矿最终边帮由台阶面、安全平台、清扫平台和运输平台组成。 最终边坡角是露天矿最低台阶的边坡底线和最高台阶的边坡顶线所形成的假想边坡与水平面的夹角，如图1所示。 1 & nbsp表1露天矿边坡组成:露天矿底部最小宽度运输方式装载设备运输设备最小底部宽度(m)铁路运输1m3以下挖掘机1m3挖掘机4m3挖掘机6 ~ 12m3挖掘机窄轨机车(600mm轨距)窄轨机车(762mm轨距，900mm轨距)标准轨距机车10121620公路运输1m3挖掘机4m3挖掘机6 ~ 12m3挖掘机7t汽车10 ~ 32t汽车100 ~ 100 & nbsp& nbsp在选择最终边坡角时，应充分考虑边坡的岩石物理力学性质、地质构造和水文地质条件。 表2给出了我国部分露天矿最终边坡组成，表3和表4分别给出了按边坡稳定性划分的岩石分类、露天矿边坡角的近似值和台阶边坡角的参考值。 & nbsp2 & nbsp我国部分露天矿最终边坡由矿名、围岩类型、坚固系数f、最终台阶坡角(0°)、平台宽度(m)、最终坡角、台阶高度(m)、运输方式、上下盘安全清理、上下盘大冶铁矿:南芬铁矿& nbsp大孤山铁矿& nbsp大石河铁矿& nbsp自来水厂铁m & nbsp:白银露天一矿(采场):金川镍矿:& nbsp；& nbsp德兴铜矿& nbsp长岭铁矿杜牧采场石人沟铁矿:云浮硫铁矿& nbsp；甘井子石灰石矿:昆明磷矿& nbsp海南铁矿& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp大宝山铁矿& nbsp王铁矿闪长岩& nbsp石英片岩、混合岩石英片岩、千枚岩斜长石 : :凝灰岩大理岩、橄榄岩:& nbsp；角闪岩变质千枚岩角闪岩 混合岩:角闪石 :S & nbsp；千枚岩和千枚岩:灰岩:砂岩:硅化辉绿岩& nbsp角闪石灰岩:& nbsp；& nbsp石灰岩、流纹岩斑岩石灰岩大理岩:角闪岩& nbsp混合摇滚& nbsp片麻岩、花岗片麻岩:凝灰岩:片麻岩、角闪岩:闪长斑岩、变质千枚岩角闪岩 ；混合岩:角闪石& nbsp:S & nbsp；千枚岩:石灰岩:石灰岩:硅化辉绿岩& nbsp角闪岩:& nbsp；& nbsp石灰岩和流纹岩斑岩泥质灰岩10 ~ 12 & nbsp8 ~ 12 & nbsp8 ~ 10 & nbsp8 ~ 10 & nbsp8 ~ 10 & nbsp5 ~ 7 & nbsp6 ~ 8 & nbsp& nbsp6 ~ 8 & nbsp8 ~ 12 & nbsp6 ~ 10 & nbsp& nbsp& nbsp6 ~ 8 & nbsp3 ~ 7 & nbsp8 ~ 10 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp8~14、11 ~ 155 ~ 66 ~ 8 & nbsp8 ~ 12 & nbsp10 ~ 12 & nbsp8 ~ 10 & nbsp8 ~ 10 & nbsp5 ~ 7 & nbsp6 ~ 8 & nbsp& nbsp6 ~ 8 & nbsp8 ~ 12 & nbsp6 ~ 10 & nbsp& nbsp& nbsp6 ~ 8 & nbsp3 ~ 7 & nbsp8 ~ 10 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp8~14、11 ~ 15360 ~ 65 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp60 & nbsp54 ~ 65 & nbsp45 & nbsp& nbsp60 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp70 & nbsp60 & nbsp45 ~ 65 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp55 ~ 60 & nbsp5760 ~ 65 & nbsp35 ~ 43 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp60 & nbsp47 ~ 59 & nbsp55 & nbsp& nbsp60 & nbsp55 & nbsp65 & nbsp65 & nbsp40 & nbsp60 & nbsp45 ~ 65 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp55 ~ 60 & nbsp647 ~ 7.5 & nbsp5 & nbsp12.5 & nbsp4 & nbsp3 ~ 10.5 & nbsp第12段:& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp5 & nbsp3 ~ 8 & nbsp3 & nbsp7 & nbsp& nbsp7.1 & nbsp5 ~ 6 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp4 ~ 8 & nbsp47 ~ 7.5 & nbsp13 & nbsp7.5 ~ 12.57 & nbsp10.5 ~ 14平行段5 ~ 8:& nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp7 & nbsp12 ~ 15 & nbsp8 & nbsp9 & nbsp7.5 & nbsp8 ~ 12 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp10.5 ~ 12648 ~ 52 30 ' 48 & nbsp；32 & nbsp48° 30′& nbsp；40 ~ 45 32 ~ 42 41 ~ 44 & nbsp40 ~ 42 42 & nbsp43 ~ 45 37 ~ 47 40 & nbsp45 & nbsp32 ~ 42 & nbsp& nbsp& nbsp40 ~ 43 47 30′42 ~ 45 & nbsp；38 & nbsp32 & nbsp30 ~ 50 & nbsp40 ~ 45 & nbsp45 ~ 47 & nbsp50 & nbsp& nbsp40 ~ 42 & nbsp30 ~ 39 & nbsp43 ~ 45 & nbsp34 ~ 42 & nbsp50 & nbsp45 & nbsp32 ~ 42 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp40 ~ 43 & nbsp41 43 ' 12 & nbsp；12 & nbsp12 & nbsp12 & nbsp15 & nbsp12 & nbsp12 & nbsp& nbsp12 & nbsp12 & nbsp10 & nbsp12 & nbsp& nbsp& nbsp5摇滚1011 ~ 12 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp12 & nbsp& nbsp& nbsp-轨道电机车车厢-滑槽准轨道电机车准轨道电机车车厢:汽车& nbsp；上机车下车厢一趟车& nbsp汽车& nbsp汽车& nbsp窄轨机车& nbsp上层机车 下层车厢:& nbsp；汽车& nbsp& nbsp表3:露天矿边坡稳定性和边坡角粗略值的岩石分类；摇滚类；这类岩石的一般特征决定了边坡稳定性的基本要素和岩石稳定性指标；地质条件:坡角(0°)ⅰ硬(基岩)岩、火山岩和变质岩、应时砂岩、石灰岩和硅质砾岩样品抗压强度:α≥7848×104Pa弱面(断面破坏层理、长构造节理等。)对有弱裂隙的坚硬岩石有非常不利的方向，不存在方向不利的弱面。弱面对开挖面的陡倾(> 60°)或缓倾(< 15°)地质条件同上，但岩石有裂隙和弱裂隙或节理。& nbsp& nbsp40 ~ 45 & nbsp30 ~ 45 & nbsp& nbsp20 ~ 30ⅱ中硬岩、不同风化程度的火山岩、变质岩、粘土、砂质-粘土质页岩、粘土砂岩、泥岩、粉砂岩、泥灰岩等。抗压强度:α = 785 ~ 7848× 104 Pa。试样岩石的强度，弱面方向不利，岩石风化趋势相对稳定，或边坡岩石对开挖面的倾角较陡(>)对于开挖面为35° ~ 55°的弱边坡岩石(泥质岩、粘质砂岩、粘质页岩等。)和易破碎剥落的岩石，所有与开挖面倾角20 ~ 30°的岩石小于40 & nbsp& nbsp& nbsp10 ~ 40 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp20 ~ 30 ⅲ类软岩(粘土和砂质粘土岩)样品抗压强度:α≤785×104 pa；对于粘性(粘土岩)样品:样品强度，和弱面方向(软面夹层和层间接触面)不利。 对于不粘结性岩石:力学特性，动水压力，渗流速度无塑性粘土，古滑动面，层间弱界面等弱面。边坡中下部有20 ~ 30个软弱面。& nbsp15 ~ 20表4:台阶坡角标准物质的岩石坚固性系数为15 ~ 208 ~ 143 ~ 71 ~ 2。台阶坡角()为75 ~ 8570 ~ 7560 ~ 6545 ~ 60。& nbsp& nbsp安全平台宽度一般大于4m。 一般设计规定每2 ~ 3步设置一个清扫平台(最后几步合并时，不需要安全平台)。 平台的宽度应根据拟采用的平台清洁方式确定。 如果在平台上设置排水沟，其宽度应考虑排水沟的技术要求。 运输平台的位置由开拓系统的运输路线决定，其宽度和坡度取决于运输设备的类型、规格和数量，如表5、表6和表7所示。 表5:准轨铁路运输站台最小宽度(M)线路平面条件单线、双线、三线区间直线段曲线7.58.012.512.017.518.0表6:窄轨铁路运输站台最小宽度(M)机车型车辆最大宽度(M)单线双线600mm轨距762mm轨距900mm轨距电力机车2.4 ~ 2.81.9 ~ 2.31.4 ~ 1.8 ≤ 15 . 35 . 16 . 05 . 75 . 56 . 15 . 85 . 6 & nbsp；& nbsp8.57.510.59.58.510.59.58.5蒸汽机车2.4 ~ 2 . 81 . 9 ~ 2 . 31 . 4 ~ 1.8≤1.3 & nbsp；5.2 & nbsp5.5 & nbsp5.7 & nbsp& nbsp7.77.29.08.58.09.28.78.2表7:运输平台的最小宽度车辆宽度分类123456车体的计算宽度(m)载重量(t)2 . 573 . 0203 . 5325 . 0686 . 01007 . 0154运输平台的宽度(m)单线和双线811 . 55555555467& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp表8:各边界深度方案剥采比边界深度方案H1H2H3H4H5H6边界剥采比NJ(m3/m3)n1 N2 n3n 4 n5 n 6:& nbsp；& nbsp三。确定开采深度:& nbsp& nbsp根据矿体赋存条件的不同，尤其是沿走向长度的不同，采场的形态可分为长采场和短采场。 当采场长宽比大于4:1时，端墙岩体占总岩体的比例较小，设计中手工计算时一般不必单独考虑端墙岩体。如果采场长宽比小于4:1，称为短采场，边帮矿岩量占矿岩总量的15 ~ 20%以上，在设计中必须加以考虑。 & nbsp& nbsp& nbsp答& nbsp长采场合理开采深度的确定& nbsp& nbsp长采场的合理开采深度通常是通过方案分析和在地质剖面图上作图的方法来确定的。 & nbsp& nbsp& nbsp用方案分析法确定合理开采深度的主要步骤如下:& nbsp& nbsp(1)如图2所示，在地质剖面图上确定若干边界深度方案，通过每个深度画出各方犯罪记录的水平线。当矿床埋藏条件简单时，方案可少取；否则，应采取更多的方案，并在边界剥离比变得显著的部分增加一些方案。 2 & nbsp用几个边界深度方案画一个& nbsp；剖面:& nbsp；& nbsp(2)在横断面图上确定各深度方案的底宽和位置，根据选定的最终坡角，画出顶底侧的最终坡度线。当地质剖面与边坡走向不垂直时，应换算边坡角:TGβ′= cosφTGβ& nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp(1)式中:β′—非正交截面的斜率为倾角，(°)；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspφ——平面上非正交截面与正交截面的夹角，()；& nbsp& nbsp& nbsp& nbspβ-设计露天矿边坡角() & nbsp& nbsp& nbsp(3)计算各方案的边界剥离比，并将计算结果列于表8。 & nbsp& nbsp& nbsp(4)画出剥采比与经济合理剥采比和深度的关系曲线nj=f(H)和njH=f(H)，如图3所示。两条曲线交点对应的横坐标Hj为露天开采的合理深度。 图3 & nbspNjH=(H)和nj=f(H)曲线:& nbsp& nbsp图解法在露天矿境界设计中应用广泛。它是根据选定的境界确定原则、经济合理的剥采比和最终边坡角，直接在断面图上确定露天矿的合理深度。 如图4所示，为了根据境界剥采比等于经济合理剥采比的原则，用图解法确定倾斜和缓倾斜矿体的合理开采深度。 主要步骤如下:图4:确定露天开采深度 图解法:& nbsp；& nbsp(1)如图4a所示，在缓倾斜矿体上盘取几个方案的地表边界A1、A2、a3。& nbsp& nbsp& nbsp②通过A1、A2、B3……；nbsp；nbsp；nbsp；nbsp；nbsp；& nbsp& nbsp(3)扩展A1B1、A2B2、A3B3、...，这样BIOI = AIBI/NJH:& nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp(2)式中:BiOi——第I个边界方案要求的矿线段长度，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp艾比——第I个边界方案边坡上岩石段的长度，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspI-状态方案，i=1，2，3，…，…，n；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspNjH——经济合理剥采比，m3/m3 & nbsp& nbsp& nbspoi点可由公式(2)得出，但第n点Oi必须落在矿体下盘。 & nbsp& nbsp& nbsp(4)连接O1、O2、O3等。，使曲线与矿体下盘的矿岩接触相交，交点Ok为露天矿底部宽度为零的合理开采深度。 & nbsp& nbsp& nbsp(5)根据露天坑底宽度确定设计开采深度h = HK-B/(CTG γ+CTG β)为B:& nbsp；& nbsp& nbsp(3)式中:H——露天矿设计深度，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsphk——零底宽露天开采的合理深度，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp--露天矿设计的底部宽度，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspγ-露天矿顶壁的最终边坡角，()；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspβ-露天矿底壁最终边坡角，() & nbsp& nbsp& nbsp图4b是在急倾斜矿体剖面上确定合理开采深度的图解法示意图。 根据选定的最终坡角，按照图4a中确定深度的方法和步骤，首先给出Ai、Bi、Oi边界方案的最终坡度线，按照同样的原则选择下盘面边界方案DiCi (I = 1，2，3，…，n)，并将DiCi(i=1扩展使得CiEi = DiCi/njH & nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp(4)式中:DiCi——第I个方案下盘最终边坡线上的岩石段，m；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspCiEi——第I个方案下盘最终边坡线上的矿石线段，m & nbsp& nbsp& nbsp将Oi和Ei连接在上下壁的斜坡底部，分别得到O1O2O3……Om曲线和E1E2E3……En曲线。 两条曲线的交点Ok就是零底宽露天矿的合理开采深度。 然后，根据公式3，可以计算出设计的底宽为B的露天矿的合理开采深度。 & nbsp& nbsp& nbspB& nbsp；短采场开采深度的确定& nbsp& nbsp选择几个可能的开采深度方案，对于每个方案，在相应的分层平面图上确定采场的底部周长，然后确定采场的表面周长(图5)。根据平面图方法计算深度方案的边界。剥离比nj1、nj2、nj3……；；并列表绘制nj-H曲线，找出nj=f(H)和NJ = f (h)的交点，该点对应的横坐标点即为采场的开采深度。 因为确定短采场的开采深度是设计采场的开采深度，所以不必对纵剖面进行任何调整。 图5 & nbsp短露天开采深度的确定:& nbsp& nbsp四。确定露天矿垂直底平面标高:& nbsp& nbsp答& nbsp调整露天矿垂直底平面标高:& nbsp& nbsp一般用平面图法确定的短采场底部平面标高不需要调整。 然而，长采场的垂直底平面标高需要调整。 具体方法是将每个地质剖面上确定的露天开采合理深度投影到纵剖面上，如图6所示，将所有点连接起来，得到露天矿底部纵剖面的理论深度。 当纵剖面的理论深度相似时，纵剖面可以设计在相同的高度。 当矿体埋深沿走向变化较大时，底平面可调整为阶梯状。 调整后，底平面的最低纵向长度应满足设置运输线路的要求。 调整原则是全矿调整后的剥采比等于或接近经济合理的剥采比，调整后的底部上下面积可按纵剖面近似相等。 图6 & nbsp校正开采深度& nbsp；纵向剖面图:& nbsp；& nbspB& nbsp；圈出露天矿的底平面周长:& nbsp& nbsp首先，根据调整后的采场开采深度，绘制本水平的地质分层平面图；根据调整后的开采深度，校正各断面的边界，在上述地质分层平面图上投影各断面底部的位置，分别连接下盘和下盘边坡的点，得到底部的理论周长。 修改的原则是底周长要直，弯曲部分要符合法语中运输线的曲线半径；井底车场的长度应满足设置运输线路的需要。 修改后的周长就是设计周长，如图7所示。 图7 & nbsp露天矿底部境界的确定:& nbsp& nbsp5.绘制采场最终平面图:& nbsp& nbsp根据确定的开拓运输系统、最终边墙构件和露天矿底平面周长，绘制露天矿最终平面图。步骤如下:& nbsp& nbsp(1)在透明纸上画出设计的底部周长 & nbsp& nbsp& nbsp(2)用透明纸覆盖地形图，根据最终的侧墙构件(台阶高度、坡角、平台宽度)，从底周长由内向外(标高为自下而上)画出每一台阶的坡底线、坡顶线、平台宽度，如图8所示。 图8 & nbsp露天矿平面图:& nbsp；& nbsp& nbsp(3)在地图上安排交通路线。 画线时要注意斜线和每一步的连续性。 & nbsp& nbsp& nbsp(4)检查并纠正上述露天开采边界。 整个采场最终平面图绘制完成后，以平面图为准，修正各断面边界，使平面图与断面图一致。 个别情况下，当开拓运输线布置后边墙发生较大变化时，应检查最终确定的合理性，即边界剥采比是否超过经济合理的剥采比，并进行必要的修正。 & nbsp& nbsp& nbsp选取上述地质剖面模拟矿体，然后在剖面上确定开采深度并据此圈定露天开采边界，因为选取的剖面不一定垂直于露天矿的边坡走向；各断面与露天矿边坡走向的交角不一定相同，上部与深部的交角不同，上壁与下壁的交角也很常见。 因此，通过比较剖面上矿岩面积来模拟真实剥采比时，有时会产生较大误差。 另外，最后的工作量通常也不小，往往是剥的岩石多，采的矿石少，而剖面法很难体现这一点。 因此，确定的露天开采境界往往难以获得满意的结果。 因此，设计中常采用平面图法来确定开采边界。 & nbsp& nbsp& nbsp目前，国内外已利用计算机确定露天开采境界，并取得了良好的效果。 方法有很多。总的来说，可以分为两类。 第一类是模拟法，如剖面法、平面投影法、浮锥法等都属于这一类；第二类是数学优化方法，包括线性规划法、图论法、三维动态规划法、网络流法、平面投影法。 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