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第二章 露天开采程序 第一节 概述 露天开采是从地表开始逐层向下进行的，每一水平分层称为一个台阶。随着开采的进行，采场不断向下延伸和向外扩展，直至达到设计的最终境界。 掘沟 掘段沟 水平外扩 掘沟 新水平足够大
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出入沟 地表出口 最终边帮 出入沟 工作帮
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工作台阶：正在开采台阶。 最终边帮（非工作帮）： 工作线推到最终境界线的台阶所组成的空间曲面。 斜坡道或出入沟： 为了运输矿岩，在本台阶与上一个台阶之间修筑的具有一定坡度的运输道。
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第二节 台阶几何要素 一、基本概念 台阶由坡顶面、坡底面和台阶坡面组成。 坡顶面 坡面 Bench angle Bench height α
坡顶线 Bench crest 坡底 线 Bench toe
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台阶高度：台阶坡顶面与坡底面的垂直距离。 台阶宽度：本台阶的坡顶线与上一台阶的坡底线之间的距离。
坡面 Bench angle Bench height α 坡底面 坡顶线：台阶坡面与台阶坡顶面的交线。 坡底线：台阶坡面与台阶坡底面的交线。 台阶坡面角：台阶坡面与水平面的夹角。 台阶高度：台阶坡顶面与坡底面的垂直距离。 台阶宽度：本台阶的坡顶线与上一台阶的坡底线之间的距离。
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二、台阶高度 一个矿山的台阶高度主要与生产规模、采装设备规格和选别开采等有关。 采装设备包括：牙轮钻、电铲（挖掘机）、汽车、火车等。
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台阶高度应不小于挖掘机推压轴高度的2/3（以便满斗）。台阶高度应小于挖掘机最大挖掘高度（为了挖掘机的安全）。
一般说来，黑色金属矿山矿体品位变化小，矿体形态规则，矿物价值低，对选别开采要求低，其台阶高度为10~15米，而有色金属矿山对选别开采要求高，台阶高度为6~10米。 选别开采：在开采过程中能能将不同品位和类型的矿石及废石进行区分开采。
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三、台阶坡面角 台阶坡面角与矿岩稳定性有关。 岩石普氏系数f 台阶坡面角（度） 8~14 70~75 3~8 60~70 1~3 50~60 四、工作平台与安全平台 工作台阶（工作平台）：正在被开采的台阶。 爆破带：工作台阶上正在被爆破、采掘的部分。其宽度为爆破带宽度（或采区宽度）。 台阶的采掘方向：挖掘机沿采掘带前进的方向。 台阶的推进方向：台阶向外扩展的方向。
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安全平台：在开采过程中，工作平台不能一直推进到上各台阶的坡底线位置，而是应留下一顶宽度。留下的这部分叫安全平台。 作用：收集上部台阶滑落的碎石和阻止大块岩石滚落。 安全平台宽度一般为2/3~1个台阶高度。 工作平盘的宽度包括采区宽度和安全平台宽度。 最小工作平盘宽度：刚刚满足采运作业需要的空间的宽度，如图15-23 安全挡墙：在工作平盘的外沿用随时堆筑的一道安全挡墙。如图15-5。
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第三节 掘沟 汽车运输掘沟和铁路运输掘沟、无运输掘沟。把汽车运输掘沟稍作扩展即可得到铁路运输掘沟。 一、深凹露天矿掘沟（如图15-6） 掘沟工作分两段进行：首先挖掘出入沟，建立上下两个台阶水平的运输联系；然后开掘段沟，为新水平台阶的开采推进提供初始作业空间。 出入沟的坡度：100t以上的大型汽车的出入沟坡度为8~10% ，台阶高度为12米，坡度为8%时的出入沟坡长为150米左右。
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出入沟和段沟的爆破：如图15-7。 出入沟爆破的炮孔深度逐渐增加，而段沟爆破的炮孔深度不变。如图15-7。 沟底宽度：尽量减小掘沟工作量，所以，沟底宽度尽量小一些。 最小沟底宽度：满足采运基本的作业空间要求的宽度。它与电铲的作业技术规格，采装方式与汽车的调车方式有关。 电铲中线采装作业的所需的最小沟底宽度Wdmin ，如图15-8。 Wdmin = 2 G G——电铲站立水平挖掘半径。 中线采装：电铲沿沟的中线移动， 向左中右三方向挖掘。
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电铲双侧交替采装方式：电铲沿左右两侧前进。此种方法电铲移动频繁，作业效率低。 最小沟底宽度，如图15-9： Wdmin = G + K K——电铲尾部回转半径。 汽车沟内调车方式的沟底宽度WD ，， 折返调车： WD = R + L + d/2 + 2e（如图15-10） 环形调车: WD = 2R + d +2e （图15-11 ） R——汽车最小转弯半径，（某109吨汽车 R=12.4m) L——汽车车身长度， (L=11.37m) d ——汽车车身宽度， (d=6.197m) e —— 汽车距沟壁的安全距离。1.5m。
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二、山坡露天矿掘沟 采场由山坡转为深凹的水平称为封闭水平，即在该水平上形成闭合圈。如图15-12。 在闭合圈以上的采场部分为山坡露天采场。 在闭合圈以下的采场部分为深凹露天采场。 山坡露天矿的开采也是逐层往下进行的，但不需要在平地向下掘沟，只需要在山坡适当位置拉开初始工作面就可以进行新台阶的推进。 山坡露天矿掘沟只在山坡的一面单壁沟。 如图。沟底宽度WD（如图15-12）： WD = G + T + e （电铲挖掘半径+ 履带外缘至回转中心距离+ 安全距离）
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第四节 台阶的推进方式 掘沟为一个新台阶的开采提供了运输通道和初始作业空间，采用汽车运输时，在掘沟完成后，可以立即以扇形工作面形式向外推进。 如图15-15。 采区长度：划归一台采掘设备开采的工作线长度。 新水平准备：从新水平掘沟开始到工作台阶达到设计生产能力的过程。 台阶推进方式主要包括：采掘方式和工作线布置。
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一、采掘方式及工作平盘参数 （一）垂直采掘 电铲的采掘方向垂直于台阶工作线走向(即采掘走向)。如图15-16。 优点：电铲装载的回转角度小，从而装载效率高。 缺点：汽车在电铲周围调车，需要有较大的工作平盘宽度。 （二）平行采掘 电铲的采掘方向平行于台阶工作线走向(即采掘走向)。 1、单向行车不调头平行采掘，如图15-17。
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优点：调车简单，工作平盘只需要设单车道。 缺点：电铲回转角度大，需要两个出口（即双出入口），增加掘沟工作量。 2、双向行车折返调车平行采掘如图15-18 优点：只需要一个出入沟。 缺点：需要设置双车道。 单点装车，如图15-18。存在车等电铲或电铲等车的现象。 双点装车，如图15-19。克服了等待现象，但需要有较宽的工作平盘。
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3、单向行车-折返调车-双点装车， 如图 、双向行车-迂回调车-单点装车，如图15-20。 （三）采区宽度与采掘带宽度 采区宽度：爆破带的实体宽度。 采掘带宽度：是挖掘机一次采掘的宽度。 一次爆破两次采掘，如图15-21a 一次爆破一次采掘，如图15-21b。 采掘带宽度AC ：保证电铲外转小于900，内转小于300，因此, AC = (1~1.8) G G——电铲站立水平挖掘半径。
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爆堆宽度b 与采区宽度WC 之间的关系: b —— 爆堆宽度； KS —— 矿岩爆破后的松散系数， WC ——采区宽度， H—— 台阶高度， Hb —— 爆破后台阶高度， ε —— 爆堆形态系数(0~1) 。
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(四）最小工作平盘宽度 最小工作平盘宽度：指刚好满足采运设备正常作业要求的工作平盘宽度。它与设备尺寸、采掘方式、供车方式有关。 单向行车、不调头供车的平行采掘方式时的最小工作平盘宽度Wmin ：如图15-23 Wmin = G + B + d/2 + e + s G —— 挖掘机站立水平挖掘经半径； B —— 最大卸载高度时的卸载半径 d —— 汽车车体宽度； e —— 汽车到安全挡墙的距离， s —— 安全挡墙的宽度。 例15-1，G=10.75m, B=13.87m, d=6.2m, e=1.5m, s=3.5m, W=33.3m
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采用折返调车， 单点装车，则最小平盘宽度Wmin 如图15-24 Wmin = R+ d/2 + L + 2e + s R —— 汽车转弯半径， d —— 车体宽度， L —— 车体长度， e —— 安全距离， s —— 安全挡墙宽度。
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采用折返调车， 双点装车，则最小平盘宽度Wmin 如图15-25。 Wmin = 2R+ d + 2e + s R —— 汽车转弯半径， d —— 车体宽度， L —— 车体长度， e —— 安全距离， s —— 安全挡墙宽度。
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二、工作线的布置方式 依据工作线的方向与台阶走向之间的关系，工作线可分为：纵向布置、横向布置和扇形布置。 纵向布置，如图15-26 横向布置，如图15-27 扇形布置，如图15-28
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第五节 采场扩延过程与布线方式 一个台阶的水平推进，使其所在水平的采场不断扩大，并为其下一个台阶的开采创造条件，新台阶工作面的拉开，使采场得以延深。台阶的水平推进和新水平的拉开，构成了露天采场的扩展与延深。 一、采场扩延过程的一般描述 如图15-29所示。
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1、在境界线的一端沿矿体走向掘出入沟， 2、在沟底以扇形工作面推进工作线， 3、当沟底暴露面积足够大时，在新水平 最终边帮位置掘出入沟到下一水平。 4、循环此工艺过程得到最终境界。 缓冲平台：在出入沟之间留下的一段水平（或坡度很缓）道路。 缓冲平台的作用：减少陡坡的持续长度，以免重车在陡坡上连续行驶时间过长，引起引擎过热和加速机械磨损。 缓冲平台的坡度一般小于3%，长度80米左右。
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几个平台留一个缓冲平台。 当纵坡坡度为8%时，连续陡坡坡长应限制在350米。 二、布线方式 如图15-29。按线路的形式，线路布置方式分：螺旋布线和迂回布线 螺旋布线：台阶的出入沟沿最终边帮成螺旋状布置的线路布置。 迂回布线：出入沟以迂回的方式布置在采场一侧的非工作帮上的线路布置。 按线路固定与否分为：固定式布线和移动式布线。
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固定式布线：每一个新水平的掘沟位置选在最终边帮上，出入沟固定在最终边帮上部在改变位置， 移动式布线：出入沟布置在采场中间，在台阶推进过程中，出入沟始终保留在工作帮上，随工作帮的推进而移动，直至到达最终边帮位置才固定下来。如图15-30 。 三、并段 每一个台阶推进到最终边帮时，均与上部台阶之间留有安全平台。在实际生产中，常常在最终边帮上每隔两个或三个台阶留一个安全平台，将安全平台之间的台阶合并为一个“高台阶”，称为并段。如图15-32。 一般，每并入一个台阶，安全平台的宽度增加1/3左右。若最终边帮角大于最大允许边帮角时，需要增加安全平台宽度。
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第六节 帮坡形式与帮坡角 在采场的扩延过程中，会形成各种各样的帮坡。 一、工作帮坡角 工作帮：是由工作台阶组成的边帮，并随台阶的推进而向最终边帮（非工作帮）靠近。 工作帮坡角：最上一个工作台阶的坡底线与最下一个台阶的坡底线连线的假想斜面与水平面的夹角。如图15-33 中虚线。 工作帮坡角对露天矿开采寿命期内的剥岩量变化有很大影响。 如图15-34。
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θ —— 工作帮坡角； α—— 台阶坡面角。 增加台阶高度或减小工作平盘宽度可以使工作帮坡角变陡。但是，台阶高度受到设备的制约，工作平盘宽度又必须满足采运设备的要求。采用组合台阶可以提高工作帮坡角。 二、组合台阶 组合台阶是将若干个（一般4个左右）台阶组成一组，划归一台采掘设备开采。这组台阶称为一个组合单元。如图15-35。
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组合单元内的工作帮坡角：最上一个台阶的坡顶线与最下一个台阶的坡底线连成的斜面与水平面之间的夹角。 WS ——安全平台的宽度； W——工作平盘的宽度； n——组合台阶个数， H——台阶高度； α—— 台阶坡面角
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三、各种帮坡形式 1、只有安全平台时的边帮，如图15-36。 从最上一个台阶的坡顶线到最下一个台阶的坡底线的斜面与水平面的夹角叫该段边帮的总帮坡角。 2、具有道路的一段边帮，如图15-37。 道路会使帮坡角变缓。 3、具有一个工作台阶的一段边帮，如图15-38。 4、具有道路和工作平盘时的边帮，如图15-39。 5、两个组合单元进行组合的台阶边帮如图 、三个台阶并段的最终边帮，如图15-41。
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第七节 生产剥采比 生产剥采比（几何生产剥采比）SRH：露天生产过程中某一时段（或某一开采区域）内的岩石量与矿石量之比。单位（岩石） m3/m3 （矿石）。如图15-42。 累计生产剥采比SRCumulation：从开采开始到某一深度(或时间) 累计采出的岩石量与矿石量之比。如图15-43。 年生产剥采比SRY：在某一年内采出的岩石量与矿石量之比。
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从设备管理角度讲：要求生产剥采比波动越小越好。因此，生产计划中采用均衡剥采比。如图15-45中的B曲线。 均衡剥采比:经过调整后波动比较小的剥采比. 剥采比均衡的结果往往是将剥离高峰处岩石提前剥离。 优化剥采比：矿山总经济最大的剥采比。 如图15-45的C曲线。 生产实践中，将生产分为几个均衡期。如图15-45。
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PV曲线为累计采矿量与剥岩量的关系曲线。 在曲线的某一点的切线代表该时期的生产剥采比。dv/dp。 由于剥采比必须大于实际累计剥采比才能采出其中的矿石，所以图15-45中的PV均衡生产剥采比均在PV累计生产剥采比之上。图15-45中分为三个时期的均衡剥采比，每个时期的dv/dp 为一定值。 从中可看出，前期的均衡剥采比小，中期的均衡剥采比大，后期的均衡剥采比又变小。
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第八节 分期开采 全境界开采：工作帮沿水平方向推进到最终开采境界。 缺点：生产初期的剥采比大。基建时期长，初期投资多。 分期开采：将最终开采境界划分成几个小的中间境界（成为分期境界），台阶在每一分期内只推进到分期境界。 当分期内的矿岩将近采完时，开始下一期内的矿岩的剥采工作，即分期扩帮。如图15-46。
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分期过渡是分期开采的重要组成。 过渡过早，则会增加前期剥岩量，若过渡过晚，则会影响下一期的矿石产量。 如图15-47。 分期过渡中的扩帮常采用组合台阶开采。 如图15-48。 自上而下扩帮法（尾追式扩帮法）：在一个扩帮区段不分组，采用“尾追式”布置两个或多个工作面的扩帮方式。如图15-49。 扩帮开采：在开采第一期的矿石同时，进行第二期的扩帮工作。
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