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外文翻译

4.1 介绍

矿床矿体的大小、形状、走向以及赋藏深度对如今的露天开采影响巨大。从山顶到坡底的最初表面形貌有很大的不同，尽管如此，仍然有许多基于几何的设计以及对他们基础的规划考虑，这是本章的重点。通过介绍的方式考虑用4.1中的图形表示一个露天矿的发展前后的体积。

矿体开采从上而下通过一系列厚度均匀的水平层称为台阶，开采始于最上一个台阶之后一个有效的开采表面就暴露出来，下一层的开采就可以开始了。这个过程一直持续到达到底部的台阶标高，最终实现露天矿场的边界。要通过不同的台阶，必须创建一个道路或坡道，这个坡道的宽度和坡度取决于采场所选择设备的型号，为了维持采场的运行必须创建稳定的斜坡，边坡角是一个重要的几何参数同时对开采技术经济有着显著的影响。露天开采的机械化程度高，每一件矿山机械根据自身的体积大小都有一个相关的几何形状，但是允许设备所占用的空间也要使设备高效的运行，有一套配套的钻井，需要一定数量的工作空间的装卸设备。这个空间要求考虑的尺寸叫做工作台阶尺寸。从经营和经济角度看，一定量的其他体积是必须要除去的，这些体积有一定的最小尺寸和最佳尺寸。在这短短的章节，尝试和完全涵盖所有的不同的几何露天矿规划设计中的问题是不可能的。然而，与最基本的设计构成要素相关的一般准则就会展现出来，只要有可能就会用实例说明。

4.2 台阶要素

露天矿最基本的组成成分就是台阶，图4.2所示的就是台阶形成的过程。

每一个台阶都有上下两个表面，两个表面之间的垂直距离H就是台阶的高度，暴露的倾斜面称为台阶坡面，他们被描述为台阶坡底，倾斜面与坡顶面的夹角为alpha;（倾斜面与水平面的平均角度）。台阶面角度可以有很大的不同岩石特征，定向工作面爆破。大多数采坑的台阶坡面角为55°到80°，一个典型的初始设计值可能有65°，这应该是考虑到台阶坡面角度可对整体边坡的重大影响。

正常的台阶面是尽可能被开采出来。然而，由于各种原因比如大量的最后排炮孔限界之外的岩体破裂，这就是定义为实际坡顶线与设计线的距离，在4.3中我们可以看到平均台阶坡面角 的频率分布图。露天的较低的台阶面成为台阶底面，台阶宽度是沿上表面测量的坡顶线和坡底线之间的水平距离。台阶宽度是工作面上的水平投影。

有几种类型的台阶，例如工作台阶是指正在进行开采的台阶，从工作台上提取的宽度称为切割采掘宽度，工作台阶宽度W_b被定义为从一个台阶的坡顶线到下一个台阶被开采出来的破底线间的距离（见图4.4）。

一个切割工作台尺寸详细计算在4.4.5，当开采完成后一个宽度为S_b的安全平台将会保留下来，

这些台阶的目的是：

（1）收集从上面的台阶上下来的材料

（2）阻截滑落的滚石

通常主要的一个安全平台一般都在每个级别上留下，宽度随高度的变化而变化，一般的安全工作台的宽度是台阶高度的三分之二。在开采最后阶段，安全平台的宽度减少为台阶高度的三分之一，

采坑边界一般为双层台阶（见图4.6），这是一个双高度的台阶，因此允许在一个给定的整体倾斜角度，一个开采平台的双宽（因此更大的开采能力）。在采坑最终轮廓上爆破能保持岩体强度特性。

另外安全平台之外，破碎矿石往往沿坡顶运出，这些服务形成护堤和坡脚的接住落下的岩石之间的“沟”的功能，根据里奇（1963）的岩石的研究，卡尔（1986）已经提出了台阶几何设计图建议在表4.1和图4.7所示，

一个安全平台需要考虑到台阶远离外边缘的距离使矿车或其他机器能正常通过，它在桥梁和高架公路上起着非常大的作用，通常情况下，桩具有大于或等于轮胎半径的高度，护堤坡度为35°（休止角）。如今在一些大型的露天矿中也在中心运输道创建护堤，在这本书中的“平台”指的是用岩石堆成并提高矿山安全，有人用“平台”作为代名词台。

在开采的过程中，钻头在上台阶面上工作，装载机和卡车工作的台阶底面工作。

影响台阶尺寸有多个不同的因素，台阶高度基本决定台阶的其他尺寸，一个普通的台阶高度在今天的大型露天矿是50英尺（15米），对于较小的坑的可能是40英尺（12米），对于小金矿床的典型值可能是25英尺（7.5米），一般的方针是，工作台高度应该与装载设备相匹配。当使用铲子，台阶高度应在最大挖掘高度。对于9码容量铲如图4.9所示，可以看出，最大切削高度为43′6Prime;，因此，它可以使用40英尺长的台阶， 一般的经验法则是，台阶高度不应大于车轮。在高度大于这个台阶高度有时会导致危及加载等操作，图4.10显示了典型的达到高度的铲子和前端装载机作为一个运输设备大小的函数。在同一时间，台阶高度限制了的钻孔深度。现代钻机已经基本上取消了这种限制。然而，在大型露天矿，至少，它是可选取统一钻孔。这意味着钻孔必须有一个合理有效的最大高度去适应台阶高以及炮孔直径的要求。

一个矿床的厚度T可以有很多方式进行选取，图4.11所示的两种可能性：

（1）3台阶高50英尺，

（2) 6台阶高25英尺，

更高和更宽的台阶产量：

-选择性低（高、低品位和不同类型矿石的混合）；

-多稀释（混合废物和矿石）；

-更少的工作场所因此缺少灵活性；

-在工作斜坡上，大型设备要求更大的空间才能有效的进行开采；

另一方面，这样的台阶提供：

-更低的设备安装，减少设备安装时间；

-改进监管的可能性；

-在一个特定的时间内，更大的爆炸作业意味着更多的矿石可以处理；

-高效率的生产与大型设备有关；

考虑台阶几何的步骤是：

1. 矿床特征（总吨位、品位分布、价值等）决定了某种几何方法和生产战略;
2. 生产战略，每天产生的废物的生产率，选择性的采矿和混合要求，工作场所的数量;
3. 生产的要求导致一定的成套设备（类型和大小）;
4. 每一套设备都有一定的最佳关联几何;
5. 在集合中的每一个设备都有一个相关的操作几何体;
6. 台阶几何尺寸都会导致一定的适用范围
7. 剥离比例，经营与资本成本，边坡稳定性的后果等方面的评价
8. 选择“最佳”的各种方案

在过去，当铁路运输设备被广泛使用时，非常重视台阶几何尺寸，今天高度移动的橡胶疲劳/履带式安装设备已经减少了详细的评价要求。

4.3 获取矿石

在采矿文献中所写的主题之一是获得最初原始的矿体，实际上如何才能开始挖掘？显然，与周围的地形地貌有很大的关系。引出主题，将假定地面是平整的，上覆植被已被移除，因为有土壤/沙/砾石覆盖层，在这种情况下，假定矿体直径700英尺，40英尺厚，平整场地和去除土壤覆盖物，但采掘出矿石依然很难，所以需要钻孔和爆破。台阶开采的情况在图4.12。

在主要生产前，必须建立一个垂直挖掘面。此外，必须创建一个斜坡，以允许卡车和装载机运行。一个下降的切割是用来创建垂直破碎的面和同时设置一定的斜坡道。因为垂直炮眼没有达到指定的垂直自由面，爆破条件受到高度限制。岩石运动方向主要是垂直向上，只有非常有限的斜向移动，创造良好的采掘条件是选取密集的炮孔，这里只强调几何方面的问题。要到达矿体，如图4.13所示的斜坡道将被扩展出来，斜坡道坡度为 8%宽65英尺。一般情况下，坡面会被假定为垂直，为了达到40英尺的深度，在水平投影的坡道将有500英尺长，没人同意在开段沟的时候必须使用钻孔爆破方式进行，一些公司用同样长度的钻孔覆盖整个斜坡道，早期的斜坡经爆破作业后最终形成斜坡道。在设计中如图4.14所示的开段沟已被分割成三部分。每一部分被成功爆破，将使用孔径为8 / 97的炮孔，孔的最小深度为15英尺，这将扩展成一个起始高为90英尺的斜坡道，炮孔以7英尺的深度逐次往下加深。

开段沟入口的最小宽度主要由所使用的装载机的尺寸来控制。在这个例子中，假定，装机容量9立方码铲图示于图4.9。

在开段沟中挖掘机铲斗的尺寸：

K，旋转框架的间隙半径

J，车轮的间隙半径

G，最大挖掘半径

E，最大切削半径

从图4.9可以看出，这些都是

开段沟的最小宽度

Minimum width = K J

在这种情况下，它是

Minimum width =19′9Prime; 40′0Prime;=59′9Prime;

这是这样的，这两个机器的前部和后部可以清除两边的坡面，因为它围绕着挖掘机进行挖掘和倾倒模式，

最大水平挖掘半径是用来表示最大下降宽度为铲沿切割路径的工作。最大值是指铲斗可以水平移动向外挖掘的尺寸，从而实现底面的清理。

在水平底面的切割的最大宽度

在坡顶的最大宽度将是

在实践中，沿一条路径移动的铲的切割宽度是相对严格限制的铲尺寸。在这种情况下：

一般的边坡角为60°到80°，最大的采掘宽度由控制尺寸确定，当挖掘路径是挖掘中心和铲挖掘双方的最大半径，最大最小坡顶线是：

在任何情况下，为铺设爆破炮孔组和评估最低限度的坑底部的尺寸，一个要超过最小工作空间的要求，通常的投切是数字4.16a通过4.16c在铲沿切割线和挖掘双方。需要注意的是，铲必须经过大角度的摆动才能到达卡车，这两种情况下，在这个阶段的工作台的几何形状，受到狭窄的操作条件限制，

两个位置可以考虑作为开段沟或者斜坡道。其一是采坑周围的废料堆积地，这是要有坡道将直通在矿底矿石废料，这是图如图4.17所示。在挖掘斜坡上开采的废弃岩石的体积是：

R_w是平均宽度，h为台阶高度，g是道路坡度（%）。在这种情况下，它变得：

这废料必须被挖掘出来，并为在任何矿石被拆除之前就预算开支。然而，在这一切准备工作后，所有的矿石都可以采掘出来。假定矿体可以用垂直坡面进行挖掘，然后提采出矿体：

进入矿体开采时，在不断扩大的前面（图4.18）。由于前面的扩展的装载机，可以有效地操作在同一时间增加的数量。因此，生产能力的水平随时间变化。在总结这一斜坡位置（情况下）

如图4.19所示的另一种可能性（如乙），在斜坡上堆放矿石而不是废料，这将提前开拓出开段沟，如前所讨论。体积挖掘的体积和以前一样明显，但现在是由于矿石可以处理，从而实现提前获得矿山收益。

从斜坡底部，提取前的长度逐渐增加（图4.20），明显的缺点是，当采准完成了数量的矿石后仍然在坡道。这个数量等于在一案中提取的废物量。

因此，两者的重要点是如果在计划的坑边界附加了外部道路，则必须提取道路的数量，然后再增加一个附加数量；如果在原计划的边界上加上了一条道路，那么一个数量相等的矿石必须留在原地。

如图所示与其说是一条直道，还不如认为是弯曲的如4.21图所示。在除去建设的最后部分，道路由废料组成，道路上放置的是品位最低的矿石。

假设坑不是1个台阶高，而是由2个台阶，如显示在图4.22，这个想法很明显是为了推动斜坡下降到矿石的水平，并建立了预期的生产速度，然后，虽然采矿是在1级进行，坡道将扩展到较

低的水平，如图4.23所示通过使用一个开段沟。所有的矿石都在斜坡下面，对于多台阶进行，如图4.24所示。这个实例为一个200英尺的下降段 ，有一个螺旋形坡道随着坑越来越深，

线圈变得越来越紧。很快在这个例子里斜坡就会到达底部，因为斜坡到将容纳所有的可利用的工作空间。

另一种设计是斜坡建立在废石处而矿石则全部被移走。为了在最低台阶建立道路需要来回工作。这个练习是留给读者的。实际的设计通常都是在这两种选择之间的斜坡下的废石和下部矿体的上部。

矿物的开采会提高资金的流动，在采矿后期，废石将会集中处理。总之：

-与主要的斜坡系统有相当大的体积；

-斜坡随时间变化的位置；

-在坑的上层，斜坡下的废石；在较低的范围是矿物；

-资金流动对斜坡稳定的显著影响；

-提比、提取率和整体提取率都有很大的影响

-简单地长途道路的几何形状（道路宽度和道路等级）

每一个级别的下降都可以用来创建一个新的台阶。数字4.26a通过4.26d显示步骤将从目前的基坑底部通过挖掘出来的水平面。通常该坡道是直接从目前的坡道和关闭现有的坑壁延伸。这是如图4.27所示。一二级加载操作上如图4.28所示。在这个相对简单的例子中，这两个级别的入口都很容易看到。有很多例子，矿体位于非常崎岖的地形上。图4.29显示了图的一个可能的情况。在这里，通过推后的山坡上的矿体的入口。如图所示台阶海拔高度将会初步确立。在这种情况下，沿着合适的初步台阶面通过开拓削减建立台阶高度为50英尺的初始台阶。

假如斜坡由柔软的材料组成，推土机就能完成作业。对于坚硬的岩石类型，单单用推土机可能是不够的。如果岩石坚硬或坡陡，对开段沟进行钻孔爆破是必要的。一般使用空气履带式钻头。他们可以达到非常困难的地方，可以牵引自己的空气压缩机/发电机。

如图4.31所示，一个铲斗可以用来代替一个推土机开槽坡度。通过采取连续的挖掘，直到达到充分的台阶高度，一旦建立了这些初始台阶，需要通过垂直的爆破孔进行全面采矿。很明显，上台阶必须优先于下台。

最终露天矿边界如图4.33所示，鼓励读者考虑坑的发展顺序和确定开段沟的位置。lt;

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