一种确定露天矿山开采境界的方法技术领域
本发明涉及矿山开采设计领域，尤其涉及一种确定露天矿山开采境界的方法。
背景技术
露天开采是我国矿产资源开采的主要方法，具有生产规模大、安全性好的特点。比地下
开采有很多的优越性，但缺点也是非常明显的，那就是在开采矿石的同时，还要剥离大量的
岩石。因此，一个技术上先进、经济上合理、安全上可靠的矿山开采初步设计，对合理利用
矿产资源、节约土地、保护环境及提高经济效益是十分重要的。而露天矿山开采初步设计的
核心问题，就是露天矿山最终开采境界的圈定问题。
现有圈定露天开采境界通常采用的方法为：在露天开采方案初步拟定后进行露天开采境
界的圈定。其步骤为确定经济合理剥采比后→选取露天采场最终边坡角→确定露天坑底宽→
初步选定露天矿开采深度→计算境界剥采比→与经济合理剥采比比较(Nj≤Njh)→绘制露天坑
底边界→绘制分层平面图→绘制终了平面图→布置开拓运输系统。该方法的实质是自下而上
圈定露天开采境界。
这是一种自上世纪五十年代以来，一直沿用的圈定露天矿山最终开采境界的传统方法。
随着我国市场经济体制的逐步建立，开采矿种的不断增加，矿政管理的不断规范，这种圈定
露天矿山最终境界的方法，存在以下问题：
(1)反复工作量大，设计效率低。随着矿山开采相关法律、法规、技术标准的不断完善，
矿政管理也在不断规范。目前在进行矿山可行性研究、初步设计时，矿山必须取得采矿许可
证，采矿许可证上确定了矿山的开采范围(采矿权范围)，相关的法律法规要求严禁越界开采。
也就是说，露天矿山最终开采境界的上口，必须在采矿权范围内。自下而上圈定露天矿山最
终开采境界，能否保证露天矿山最终开采境界的上口在采矿权范围内，开始并不明确，直到
圈定结束后才知道。如果圈定的结果超出了采矿权范围、或一侧小于采矿权范围而另一侧超
出，均需返工重圈；如果圈定的结果小于采矿权范围，有可能导致矿产资源利用率偏低，也
需返工重圈。由于圈定的结果无法预先控制，也许还要返工多次。另外，该方法把布置开拓
运输系统放在最后，也容易造成返工，因为布置开拓运输系统后，边坡角变缓了，露天开采
境界的上口就会变大。
(2)方法较为繁琐，实用性较差。
传统方法中初步选定露天矿开采深度，理论性较强，实际的设计工作中很少采用；计算
境界剥采比，是在圈定开采境界之前进行的，一般采用线段比法、面积比法，计算方法复杂，
计算结果误差很大。另外随着我国城市化建设进程的加快，建筑石料类矿山数量迅速增加。
该类矿山生产工艺简单、覆盖物极少、成本低、效益好，圈定露天开采境界，基本可以不考
虑经济合理剥采比、境界剥采比等因素。
《科学与技术》2014年第9期，露天开采境界的原则和方法研究，作者：金鑫，该研究
确定露天开采境界的原则和方法，基本与现行的设计手册规定的原则和方法相同，是对现行
原则和方法的进一步解读，该研究未考虑到目前矿山企业是先取得采矿许可证、划定开采范
围后，再圈定开采境界的实际情况；圈定的方法仍为自下而上圈定，预先无法控制圈定的露
天采场上口在采矿许可证划定的范围内；该方法仍然是先圈定开采境界，再布置开拓运输系
统的两步骤圈定法，无法预先控制露天矿总出入口在最合理的位置，存在设计返工的可能性。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中圈定露天矿山最终境界存在反复工作量大，设计效率低，方法较为繁琐，
实用性较差的问题，本发明提供了一种确定露天矿山开采境界的方法。它减少了工作量，设
计效率高，方法简单，实用性好。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种确定露天矿山开采境界的方法，其步骤为：
A、按照经济合理性确定经济合理剥采比；
B、以技术可行、安全可靠为原则，根据现行的设计规范及安全规程，确定露天采场最
终边坡构成要素即：台阶高度、台阶坡面角、安全平台宽度、清扫平台宽度、最终边坡角、
最小底部宽度；
C、在作为设计依据的矿床的地形地质图和地质剖面图上上，首先将采矿许可证核定的
采矿权范围线绘制到地形地质图上，沿着采矿权范围线，圈定露天采场最终境界的上口，采
矿权范围线形成第一个台阶的坡顶线；
D、根据步骤B中确定的露天采场边坡构成要素，自上而下依次圈定第二个台阶、第三
个台阶……第N个台阶；
首先是将传统方法的“自下而上”改为自上而下圈定露天开采境界，其次是将圈定露天
开采境界与布置开拓运输系统，两步走改为同步进行；可有效的提高设计效率，同时与露天
矿山实际生产中，自上而下分台阶开采的顺序一致，有利于理顺设计人员的空间想象力；该
方法适用于非金属露天矿山，或矿体赋存状态相对简单的金属矿山。
E、在圈定最终开采境界的过程中，结合矿体赋存状态进行优化，调整各分层台阶线位置，
达到少剥离多采矿，降低平均剥采比，优化开采境界；
F、计算露天采场开采境界内分层矿岩量及平均剥采比Np。
境界剥采比不大于经济合理剥采比，即Nj≤Njh，其实质是在开采境界内边界层矿石的露
天开采费用不超过地下开采费用，使整个矿床用露天和地下联合开采的总费用最小或总盈利
最大，此原则在应用上简单方便，已为国内外露天矿设计普遍采用。其最大的缺点，是所确
定的露天开采境界，不能直接控制露天矿的投资和生产成本(生产剥采比)。例如，对某些不
连续的矿床或上薄下厚的矿床、或覆盖层很厚或地形复杂(如境界内有孤立山头等)的矿床，
在应用该原则确定境界时，可能出现境界剥采比符合要求，而初期剥采比超过允许值的现象。
为了防止出现虚假结论，一般需要用平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np≤Njh的原则
进行校验。
平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np≤Njh。这一原则的实质，是使露天开采境界内
全部储量用露天开采的总费用小于或等于地下开采该部分储量的总费用；用这一原则圈定的
露天开采境界，较用Nj≤Njh原则所圈定的要大，可能引起基建剥离量大、投资多、基建时间
长，还可能使露天开采过程中某一时期生产剥采比超过允许值，使企业长期处于亏损状态；
对某些贵重的有色、稀有金属矿床等，为了扩大露天开采以减少矿石的损失和贫化，可以采
用这一原则来圈定露天开采境界，借以扩大露天开采储量；对近于水平的矿体或鸡窝状矿体
也可采用此原则确定露天开采境界。
随着我国经济的快速发展，国内市场矿产品供不应求，价格比上世纪80年代有了很大的
提高，随着矿石开采及加工技术的提高，生产成本却涨幅较小，实际计算的经济合理剥采比
远大于境界剥采比，因此，用Np≤Njh校核露天最终开采境界更符合实际。
针对目前矿政管理“先设置采矿权，再进行初步设计”的特点，露天开采境界圈定步骤：
沿着采矿权范围线圈定露天采场最终境界的上口，形成第一个台阶→根据确定的露天采场边
坡构成要素，自上而下圈定开采境界，同时布置开拓运输系统→计算境界内分层矿岩量及平
均剥采比→与经济合理剥采比比较Np≤Njh。
优选地，步骤E中同时布置开拓运输系统L。将现行的圈定完开采境界后，再布置开拓
运输系统的两步骤圈定法，改为边圈定开采境界边布置开拓运输系统的一步骤圈定法，简化
了步骤,，预先控制露天矿总出入口在最合理的位置，不存在设计返工的可能性，设计效率高。
优选地，圈定的第N个台阶的条件是，直到露天采场底部达到了采矿许可证确定的开采
深度，或露天采场底部宽度达到了设计确定的最小底宽为止。
优选地，平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np≤Njh。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)对某些不连续的矿床或上薄下厚的矿床、或覆盖层很厚或地形复杂(如境界内有孤
立山头等)的矿床，在应用该原则确定境界时，可能出现境界剥采比符合要求，而初期剥采
比超过允许值的现象；为了防止出现虚假结论，需要用平均剥采比不大于经济合理剥采比，
即Np≤Njh的原则进行校验；
(2)本发明首先是将传统方法的“自下而上”改为自上而下圈定露天开采境界，其次是
将圈定露天开采境界与布置开拓运输系统，两步走改为同步进行；可有效的提高设计效率，
同时与露天矿山实际生产中，自上而下分台阶开采的顺序一致，有利于理顺设计人员的空间
想象力；该方法适用于非金属露天矿山，或矿体赋存状态相对简单的金属矿山；
(3)本发明平均剥采比不大于经济合理剥采比，即Np≤Njh。这一原则的实质，是使露
天开采境界内全部储量用露天开采的总费用小于或等于地下开采该部分储量的总费用；用这
一原则圈定的露天开采境界，较用Nj≤Njh原则所圈定的要大，可能引起基建剥离量大、投资
多、基建时间长，还可能使露天开采过程中某一时期生产剥采比超过允许值，使企业长期处
于亏损状态；对某些贵重的有色、稀有金属矿床等，为了扩大露天开采以减少矿石的损失和
贫化，可以采用这一原则来圈定露天开采境界，借以扩大露天开采储量；对近于水平的矿体
或鸡窝状矿体也可采用此原则确定露天开采境界；
(4)本发明随着我国经济的快速发展，国内市场矿产品供不应求，价格比上世纪80年
代有了很大的提高，随着矿石开采及加工技术的提高，生产成本却涨幅较小，实际计算的经
济合理剥采比远大于境界剥采比，因此，用Np≤Njh校核露天最终开采境界更符合实际；
(5)本发明采用自上而下圈定开采境界，与露天矿山生产实践中采用自上而下分台阶开
采的顺序相同，更直观；
(6)本发明与现行圈定开采境界的方法不同点在于：1)将现行的自下而上逐层圈定，
改为自上而下逐层圈定；2)将现行的圈定完开采境界后，再布置开拓运输系统的两步骤圈定
法，改为边圈定开采境界边布置开拓运输系统的一步骤圈定法。
附图说明
图1为本发明的圈定完成的露天开采境界平面图；
图2为本发明的圈定完成的露天开采境界剖面图。
示意图中的标号说明：
1、第一个台阶；2、第二个台阶；3、第三个台阶；N、第N个台阶；L、运输系统；1-1、
台阶坡面；1-2、安全平台；1-3、清扫平台；1-4、最终边坡。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1对于矿山周边没有需要保护的建(构)筑物情况
一种确定露天矿山开采境界的方法，结合图1和图2，其步骤为：
步骤一，首先确定圈定露天矿山最终开采境界所需的技术参数：台阶高度a、台阶坡面
角b、安全平台宽度c、清扫平台宽度d、最终边坡角e、露天采场最小底部宽度f。
步骤二，在矿床地形地质平面图上绘制采矿许可证核定的采矿权范围线，露天采场最上
一个台阶的坡顶线，直接沿采矿权范围线布置。
步骤三，形成第一个台阶1，根据安全平台宽度c、台阶高度a、台阶坡面角b、清扫平
台宽度d自上而下依次圈定第二个台阶2、第三个台阶3……第N个台阶N。直至到达采矿
许可证核定的最低开采标高或坑底宽度达到露天采场最小底部宽度f为止。在圈定露天矿山
最终开采境界过程中，同时布置开拓运输系统L。
该方法可以保证确定的露天开采境界处于采矿权范围内，可以最大限度的回收矿产资源，
并能保证露天开采境界一次性确定成功。
首先确定圈定露天矿山最终开采境界所需的技术参数：台阶高度a为连续两个台阶之间
的高度，即第一个台阶1与第二个台阶2竖直方向上的高度差；台阶坡面角b为台阶坡面1-1
与安全平台1-2或清扫平台1-3之间的夹角、安全平台宽度c为是指，与上一清扫平台1-3相
连的台阶坡面1-1的底端和，与下一清扫平台1-3相连的台阶坡面1-1的顶端之间的水平距离；
清扫平台宽度d是指，与上一安全平台1-2相连的台阶坡面1-1的底端和，与下一安全平台
1-2相连的台阶坡面1-1的顶端之间的水平距离；最终边坡角e为最终边坡1-4与安全平台1-2
或清扫平台1-3之间的夹角；露天采场最小底部宽度f为第N个台阶N的台阶坡面1-1底端
之间的最小水平距离。
在矿床地形地质平面图上绘制采矿许可证核定的采矿权范围线，结合地形条件沿着采矿
权范围线圈定露天采场最终境界的上口，形成第一个台阶1，根据安全平台宽度c、台阶高度
a、台阶坡面角b、清扫平台宽度d自上而下依次圈定第二个台阶2、第三个台阶3……第N
个台阶N。直至到达采矿许可证核定的最低开采标高或坑底宽度达到露天采场最小底部宽度
f为止。在圈定露天矿山最终开采境界过程中，同时布置开拓运输系统L。
实施例2对于矿山周边存在村庄、铁路、高压线等需要保护情况
步骤一，如果搬迁在技术上不可行，经济上不合理，可以在采矿权内先留出禁采区(保
安矿柱)。
步骤二，在保安矿柱内侧确定露天采场最上一个台阶的坡顶线。
步骤三，形成第一个台阶1，根据安全平台宽度c、台阶高度a、台阶坡面角b、清扫平
台宽度d自上而下依次圈定第二个台阶2、第三个台阶3……第N个台阶N。直至到达采矿
许可证核定的最低开采标高或坑底宽度达到露天采场最小底部宽度f为止。在圈定露天矿山
最终开采境界过程中，同时布置开拓运输系统L。
该方法可以保证确定的露天开采境界处于采矿权范围内，保护对象位于爆破警戒线以外。
在保证周边设施安全的情况下，可以最大限度的回收矿产资源，并能保证露天开采境界一次
性确定成功。
本发明与现行圈定开采境界的方法不同点在于：(1)将现行的自下而上逐层圈定，改为
自上而下逐层圈定；(2)将现行的圈定完开采境界后，再布置开拓运输系统的两步骤圈定法，
改为边圈定开采境界边布置开拓运输系统的一步骤圈定法；(3)采用自上而下圈定开采境界，
与露天矿山生产实践中采用自上而下分台阶开采的顺序相同，更直观。
本发明与现有技术突出的不同点，就是改变了露天开采境界确定的方法。将现有的自下
而上圈定，改为自上而下圈定。在矿上企业实行采矿许可制度以后，矿上应先取得采矿许可
证，划定开采范围后，才能进行矿上设计工作。传统的自下而上圈定法具有一定的盲目性，
即在开始圈定是无法保证露天采场的上口是否在采矿许可证范围内，直到圈定结束才有答案。
而本发明采用自上而下圈定，一开始就将露天采场的上口放置在采矿许可证范围以内。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也
只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员
受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结
构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。