Prinsip dan Kaedah untuk Merekabentuk Had Perlombongan Open-Pit
Ciri-ciri Perlombongan Open-Pit Perlombongan terbuka ialah pengekstrakan bijih dalam keadaan terdedah (permukaan) menggunakan peralatan penggalian dan pengangkutan yang ditentukan. Ciri penentunya ialah untuk mendapatkan semula bijih, batuan dan bebanan di sekeliling mesti dilucutkan dan bijih atau batu diangkut ke permukaan melalui laluan pengangkutan permukaan atau kerja bawah tanah. Kaedah ini digunakan secara meluas untuk mengekstrak bijih logam, bahan mentah metalurgi, bahan binaan, bahan mentah kimia dan arang batu.
Berbanding dengan perlombongan bawah tanah, perlombongan lubang terbuka—kerana ia beroperasi dalam ruang terdedah—mempunyai ciri-ciri berikut:
(1) Ruang kerja agak tidak terhad, yang memudahkan penggunaan peralatan mekanikal yang besar. Tahap mekanisasi dan automasi yang tinggi boleh meningkatkan keamatan perlombongan dan pengeluaran bijih.
(2) Produktiviti buruh yang tinggi.
(3) Kos perlombongan yang lebih rendah, menjadikan eksploitasi besar-besaran bijih gred rendah boleh dilaksanakan.
(4) Kehilangan dan pencairan bijih yang lebih rendah, yang sesuai untuk mendapatkan semula sumber mineral.
(5) Masa pembangunan yang lebih singkat; perbelanjaan modal bagi setiap tan tahunan bijih adalah lebih rendah daripada perlombongan bawah tanah.
(6) Untuk badan bijih panas atau mudah terbakar, perlombongan lubang terbuka boleh menjadi lebih selamat daripada perlombongan bawah tanah.
(7) Keadaan kerja yang lebih baik dan operasi umumnya lebih selamat.
(8) Operasi lubang terbuka menghasilkan habuk dan pelepasan kenderaan yang ketara; batu yang diletupkan yang mengandungi komponen berbahaya boleh mencemarkan udara ambien, air dan tanah sedikit sebanyak.
(9) Jumlah beban berlebihan yang besar didepositkan di tempat pembuangan sisa; kemudahan sisa menduduki tanah yang besar (gunung, tanah ladang) dan boleh merosakkan alam sekitar secara tempatan.
(10) Keadaan cuaca seperti salji, ais dan hujan lebat boleh menjejaskan operasi lubang terbuka secara negatif.
Mentakrifkan had perlombongan (had pit) adalah asas reka bentuk lombong terbuka dan prasyarat untuk eksploitasi yang cekap dari segi ekonomi dan selamat. Penyelidik dan pengamal di seluruh dunia telah lama mengkaji pengoptimuman had lubang dan menghasilkan keputusan yang besar. Walau bagaimanapun, kerana lombong terbuka menghadapi kompleks, badan geologi berubah-ubah, taburan gred tidak teratur dan parameter ekonomi yang berubah-faktor bukan linear dan dinamik-menentukan had lubang optimum masih sukar. Kertas kerja ini menangani isu-isu utama dalam pengoptimuman had pit: ia menyemak kerja terdahulu, menganalisis ciri dinamik had pit, mengkaji faktor utama yang mempengaruhi sudut cerun stabil akhir, mencadangkan kaedah untuk meramalkan cerun akhir yang munasabah, dan mengkaji kaedah pantas untuk menjana siri had pit dan menentukan had pit akhir. Berasaskan amalan kejuruteraan dan perkembangan semasa serta menggunakan teori dan kaedah pelbagai disiplin, kajian ini menyediakan penyelidikan yang sistematik dan mendalam dengan nilai teori dan praktikal yang signifikan.
Prinsip Reka Bentuk untuk Had Lubang Terbuka Saiz had lubang terbuka menentukan kuantiti bijih dan beban lebih yang perlu dikeluarkan. Apabila had pit semakin dalam dan mengembang, tonase bijih meningkat tetapi beban lebihan juga meningkat dengan ketara, menyebabkan nisbah pelucutan meningkat. Oleh itu, penentuan had pit pada asasnya melibatkan kawalan nisbah pelucutan supaya ia tidak melebihi nisbah pelucutan yang boleh diterima dari segi ekonomi.
Beberapa jenis nisbah pelucutan berkaitan dengan saiz had pit. Nisbah pelucutan yang mana untuk dikawal dibahaskan; kertas kerja membentangkan tiga sudut pandangan akademik awal dan mewakili sejarah serta kriteria reka bentuk yang sepadan:
(1) Nisbah pelucutan had-pit tidak lebih besar daripada nisbah pelucutan ekonomi Kriteria ini memerlukan nisbah pelucutan pada had lubang tidak melebihi nisbah pelucutan yang munasabah dari segi ekonomi. Intipatinya adalah untuk memastikan bahawa, apabila lubang itu semakin dalam, faedah ekonomi marginal perlombongan terbuka tidak lebih buruk daripada perlombongan bawah tanah. Untuk badan bijih yang berterusan dengan beban lebih nipis, prinsip ini cenderung untuk memaksimumkan jumlah keuntungan daripada deposit. Kerana ia bertujuan untuk mengoptimumkan jumlah hasil ekonomi dan mudah untuk dikira dan digunakan, kriteria ≤ digunakan secara meluas dalam reka bentuk had-pit manual di dalam dan di luar negara. Walau bagaimanapun, bagi mendapan dengan beban lebih tebal atau tidak berterusan, kriteria ini mungkin tidak sesuai; oleh itu ia adalah syarat yang perlu tetapi tidak mencukupi untuk had pit yang optimum.
(2) Nisbah pelucutan purata tidak lebih besar daripada nisbah pelucutan ekonomi Kriteria ini bertujuan untuk mengawal prestasi ekonomi keseluruhan perlombongan terbuka supaya tidak lebih teruk daripada perlombongan bawah tanah. Objektifnya adalah untuk memaksimumkan bijih yang boleh diperoleh semula dalam kawasan had pit sambil memastikan keseluruhan ekonomi lubang terbuka tidak jatuh di bawah perlombongan bawah tanah. Oleh kerana ia menggunakan purata aritmetik, sesetengah kawasan tempatan mungkin berprestasi rendah dari segi ekonomi berbanding kaedah bawah tanah. Kriteria ≤ purata boleh digunakan bersama-sama dengan kriteria had-pit ≤: selepas menggariskan pit dengan kriteria had-pit, nisbah pelucutan purata dalam had tersebut hendaklah diperiksa. Kriteria ini sering digunakan untuk mineral bernilai tinggi, jarang atau mendapan kecil apabila memaksimumkan pengekstrakan lubang terbuka (untuk meminimumkan pencairan dan kehilangan bijih) adalah wajar. Ia juga biasa digunakan untuk kuari batu dimensi dan batu kapur.
(3) Nisbah pelucutan pengeluaran tidak lebih besar daripada nisbah pelucutan ekonomi Nisbah pelucutan pengeluaran mencerminkan nisbah pelucutan kepada bijih sebenar yang dialami sepanjang kitaran pengeluaran lombong. Menggunakan kriteria pengeluaran ≤ memastikan bahawa pada mana-mana peringkat pengeluaran hasil ekonomi lubang terbuka tidak lebih buruk daripada perlombongan bawah tanah. Nisbah pelucutan pengeluaran mungkin nisbah pengeluaran keseimbangan atau nisbah pelucutan tidak seimbang (bergantung pada masa). Had pit yang diperoleh daripada kriteria pengeluaran adalah lebih kecil daripada kriteria had pit tetapi lebih besar daripada kriteria purata, dan dengan itu membawa kepada pelucutan awal dan pelaburan pembangunan yang lebih tinggi. Oleh kerana nisbah pelucutan pengeluaran sukar untuk ditakrifkan dengan tepat dan hubungannya dengan kedalaman adalah kompleks, kriteria ini kurang praktikal dan jarang digunakan.
Elemen Had Perlombongan Open-Pit 3.1 Sudut cerun akhir dan struktur cerun Sudut cerun tambang akhir (muktamad) sangat mempengaruhi keselamatan pengeluaran dan prestasi ekonomi. Dari perspektif ekonomi, cerun yang lebih curam (sudut yang lebih besar) lebih disukai kerana sudut cerun yang lebih kecil meningkatkan penyingkiran sisa dan nisbah pelucutan. Walau bagaimanapun, sudut cerun yang berlebihan boleh menyebabkan ketidakstabilan dan membahayakan keselamatan. Oleh itu, sudut cerun akhir mesti memenuhi kedua-dua keperluan kestabilan (keselamatan) dan operasi (perlombongan).
Keperluan kestabilan ialah, berdasarkan sifat jisim batuan dan analisis kestabilan, sudut cerun akhir mesti memastikan kestabilan cerun. Semasa peringkat reka bentuk had-pit, sudut cerun akhir biasanya dipilih dengan merujuk kepada lombong yang serupa dan kemudian tertakluk kepada analisis kestabilan awal dan pengiraan yang dipermudahkan dengan data yang tersedia.
3.2 Lebar bawah (lantai lubang) dan lokasi (1) Lebar dan nilai bawah minimum Lebar lantai lubang minimum mesti membenarkan peralatan perlombongan dan pengangkutan beroperasi dan melakukan kerja yang selamat. Ia biasanya tidak lebih sempit daripada lebar parit permulaan (potongan awal); nilai minimum ditentukan oleh spesifikasi peralatan dan pengiraan susun atur pengangkutan.
(2) Lokasi bawah dan had pit yang serupa secara geometri (serupa sendiri) Kriteria asas untuk mencari lantai lubang adalah untuk meminimumkan purata nisbah pelucutan dalam lubang. Kadangkala lantai lubang dilaraskan secara relatif kepada zon mekanikal batuan atau struktur supaya cerun akhir mengelakkan zon retak atau lemah dari segi struktur, meningkatkan kestabilan dan memudahkan letupan.
Bergantung pada ketebalan mendatar badan bijih, terdapat tiga kemungkinan kedudukan untuk lantai lubang:
Jika ketebalan mendatar badan bijih kurang daripada lebar bawah minimum, lukis satah lantai pit ke lebar minimum.
Jika ketebalan mendatar sama atau sedikit melebihi lebar bawah minimum, tetapkan lebar lantai lubang sama dengan ketebalan bijih.
Jika ketebalan mendatar badan bijih sangat melebihi lebar bawah minimum, gunakan lebar bawah minimum.
Kedudukan yang dipilih harus memaksimumkan bijih yang boleh diperoleh semula, meminimumkan sisa, dan menghasilkan kualiti bijih terbaik—iaitu, memaksimumkan faedah ekonomi.
Oleh kerana dasar lubang sebenar mempunyai lebar bukan sifar, had lubang yang serupa secara geometri tidak terpakai sepenuhnya. Dalam reka bentuk, tentukan lokasi lantai lubang mengikut kes: (i) di kawasan rata, kedua-dua badan bijih tebal dan nipis boleh membentuk had lubang yang serupa secara geometri; (ii) pada rupa bumi condong, jika ketebalan mendatar lebih besar daripada lebar minimum lubang itu berbentuk serupa, manakala badan bijih nipis dengan ketebalan mendatar kurang daripada lebar minimum mesti memenuhi kekangan tambahan.
(3) Kaedah reka bentuk untuk had pit yang serupa dari segi geometri Had pit yang serupa secara geometri ialah lokasi bawah optimum teori yang meminimumkan nisbah pelucutan purata—sebenarnya kedudukan bawah optimum apabila lebar bawah menghampiri sifar.
3.3 Kedalaman lubang Kriteria reka bentuk had-pit pada asasnya menentukan kedalaman lubang yang wajar dari segi ekonomi. Bergantung pada kesinambungan badan bijih dan panjang mogok, lubang boleh dikelaskan sebagai lubang panjang atau lubang pendek. Jika nisbah panjang-ke-lebar melebihi 4:1, lubang adalah "long" dan isipadu bijih dinding hujung adalah agak kecil; dalam reka bentuk manual, sumbangan dinding hujung selalunya boleh diabaikan. Jika nisbahnya kurang daripada 4:1, lubang adalah "short" dan bijih dinding hujung mungkin menyumbang 15–20% atau lebih daripada jumlah keseluruhan dan mesti dipertimbangkan.
(1) Penentuan awal kedalaman lubang pada keratan rentas geologi Tiga kaedah wujud untuk menentukan kedalaman lubang pada keratan rentas geologi: (a) kaedah analitik, (b) kaedah grafik, dan (c) kaedah analisis pelan (analisis skema). Kaedah analisis pelan paling banyak digunakan. Langkah-langkahnya ialah: 1) mencadangkan beberapa kedalaman lubang calon; 2) kira nisbah pelucutan had-pit untuk setiap kedalaman; 3) keluk analisis plot dan pilih kedalaman awal.
(2) Laraskan ketinggian bawah pada keratan rentas Laraskan ketinggian pit-bottom pada keratan rentas; ketinggian yang dilaraskan ialah kedalaman lubang reka bentuk.
(3) Nyatakan had pit terbuka (kaedah manual) Persempadanan manual bagi had pit melibatkan tiga langkah utama:
Lukiskan perimeter teori lantai lubang pada kedalaman reka bentuk: pada setiap keratan rentas, keratan membujur dan keratan tambahan lukiskan had lubang pada kedalaman reka bentuk; kemudian lukiskan pelan ufuk stratigrafi pada ketinggian itu. Unjurkan titik akhir lantai lubang dari pandangan bahagian ke pelan dan sertai mereka untuk mendapatkan perimeter lantai teori. Ratakan polyline menjadi lengkung untuk membentuk perimeter lantai lubang reka bentuk. Sahkan bahawa dimensi lantai memenuhi keperluan susun atur pengangkutan dan pengendalian peralatan—kelurusan, jejari kelengkungan dan panjang lantai mesti memenuhi piawaian teknikal.
Lukiskan had pit: pada pelan topografi-geologi, plotkan perimeter lantai reka bentuk dan kemudian, dari dalam ke luar, lukis jari kaki bangku dan garisan puncak untuk setiap bangku (iaitu, bangku dan cerun) mengikut elemen cerun yang dipilih. Bahagian tertekan lubang membentuk jari kaki bangku tertutup pada pelan; bahagian lereng bukit mungkin mempunyai garisan kaki bangku yang diikat menjadi garis kontur dengan ketinggian yang sama.
Lukis pelan pit akhir: pada pelan had pit, susun jalan pengangkutan dan pembangunan (halaan talian), kemudian dari bahagian bawah lukis muka bangku dan platform untuk konfigurasi akhir. Juga mereka bentuk platform tanjakan antara bangku jika diperlukan. Semak dan laraskan pelan had-pit awal kerana penghalaan jalan dan kekangan pembangunan boleh mengendurkan sudut cerun dan meningkatkan pelucutan.
(4) Lukis keratan rentas had pit Menggunakan pelan pit akhir, lukis tiga keratan rentas wakil pada skala yang sesuai. Garis keratan membujur dilukis melalui titik lebar bawah utama pelan; menggunakan lebar bangku, unjurkan ke atas secara berturut-turut untuk melengkapkan keratan rentas.
Penentuan dan Pengoptimuman Had Open-Pit Menggunakan prinsip reka bentuk yang biasa digunakan yang diterangkan di atas, kaedah dan langkah-langkah untuk penentuan dan pengoptimuman had-pit adalah seperti berikut:
(1) Tentukan kedalaman lubang. Untuk lubang memanjang, mula-mula tentukan kedalaman pada setiap keratan rentas geologi dan kemudian laraskan ketinggian bawah menggunakan bahagian membujur. Untuk lubang pendek dengan nisbah kedalaman-ke-lebar yang besar, pertimbangkan kesan pengembangan dinding hujung. Jika kedalaman tidak dapat ditentukan secara langsung daripada bahagian, hitung nisbah pelucutan had-pit pada paparan pelan untuk beberapa kedalaman calon dan pilih kedalaman di mana nisbah pelucutan had-pit sama dengan nisbah pelucutan yang munasabah dari segi ekonomi.
(2) Tentukan perimeter lantai lubang pada pelan. Lebar lantai lubang mungkin lebih besar atau kurang daripada ketebalan mendatar badan bijih, tetapi mesti memenuhi keperluan lebar minimum. Prinsipnya adalah untuk memaksimumkan pemulihan bijih sambil meminimumkan sisa. Lebar bawah minimum harus memastikan pengeluaran selamat dan operasi normal peralatan perlombongan dan pengangkutan; dalam amalan ia sepadan dengan lebar parit permulaan dan bergantung pada kaedah dan peralatan—biasanya tidak kurang daripada 20–30 m untuk keselamatan.
Selepas menetapkan ketinggian bawah dan kedudukan hujung, lukis perimeter lantai teori dengan mengunjurkan titik akhir dari keratan rentas ke pelan stratigrafi pada ketinggian reka bentuk dan menyambungkannya. Untuk kemudahan pengangkutan, perimeter lantai hendaklah selurus mungkin; bahagian melengkung mesti memenuhi jejari kelengkungan minimum untuk peralatan.
(3) Tentukan struktur cerun dan sudut cerun. Kestabilan cerun adalah penting untuk pengeluaran yang selamat. Pemilihan sudut cerun yang betul adalah cara utama untuk memastikan kestabilan. Dalam had keperluan teknikal dan kestabilan, pakai sudut cerun akhir yang paling curam yang boleh dilaksanakan untuk meminimumkan penyingkiran sisa. Apabila menetapkan sudut cerun, pertimbangkan sifat jisim batu, struktur geologi, hidrogeologi, kaedah dan peralatan perlombongan, kehidupan dan iklim lombong yang dirancang. Jika boleh, jalankan ujian mekanikal batuan dan lakukan pengiraan kestabilan cerun. Oleh kerana kaedah pengiraan sedia ada tidak selalu sempurna, dalam praktiknya sudut cerun akhir sering dipilih dengan merujuk kepada lombong analog dan data empirikal.
(4) Lukiskan pandangan pelan akhir. Langkah-langkah termasuk:
Pindahkan perimeter lantai lubang yang ditentukan ke atas kertas lutsinar dan tindih pada peta topografi-geologi; dari dalam ke luar lukis jari kaki bangku mengikut elemen cerun.
Susun jalan angkut.
Menyemak dan menyemak semula pelan awalan akhir.
Unjurkan pelan yang dimuktamadkan pada keratan rentas supaya had bahagian bersetuju dengan pelan tersebut. Oleh kerana sudut cerun, lebar dan kedalaman lantai sangat mempengaruhi had pit akhir, sistem indeks penilaian dinamik boleh diwujudkan untuk memodelkan dan mengoptimumkan had lubang terbuka. Algoritma rangkaian saraf BP yang dipertingkatkan boleh digunakan untuk membina model ramalan untuk sudut cerun akhir yang stabil. Simulasi komputer tiga dimensi boleh menyokong penjadualan pengeluaran yang cekap dan visual. Kaedah simulasi komputer membolehkan pengoptimuman lanjut had pit.
Kesimpulan Perlombongan lubang terbuka menggunakan penggalian dan peralatan pengangkutan yang ditentukan dalam ruang kerja yang terdedah. Sudut cerun pit akhir, lebar dan lokasi pit-floor, dan kedalaman pit mempengaruhi keselamatan dan ekonomi pengeluaran dengan ketara. Menentukan had lubang adalah tugas yang kompleks yang memerlukan pematuhan kepada prinsip asas sambil menyesuaikan secara fleksibel dengan keadaan khusus tapak untuk mencapai reka bentuk yang munasabah. Kertas kerja ini mengkaji isu-isu utama dalam pengoptimuman had-pit, menganalisis ciri-ciri had lubang terbuka, meneliti penunjuk utama yang mempengaruhi sudut cerun akhir yang stabil dan kaedah untuk meramalkan cerun akhir yang munasabah, dan membincangkan pendekatan untuk mengoptimumkan had lubang.
