2012年 3月 21日 矿物资源工程专业主干课程 1
第
十
三
章
露
天
采
剥
方
法
及
生
产
能
力
第一节 露天矿采剥方法
第二节 露天矿生产剥采比及其均衡
第三节 露天矿生产能力
第四节 露天矿生产采剥进度计划的编制
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采
剥
方
法
露天矿的采剥方法就是研究露天开采中的采准、剥
离和采矿工程的开采程序以及它们之间的时空关系。
一、露天矿采剥方法
⒈ 工作线纵向布置的采剥方法
露天矿的采剥工作线
沿矿体走向布置，垂直
矿体走向移动,
如图 13—1所示。
图 13—l 纵向采剥方法
纵向采剥时，开段沟一
般沿矿体走向布置。
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方
法
※ 优点,
⑴ 有利于发挥设备效率，同时工作的台阶数可以减少。
⑵有利于减少矿石的损失、贫化和剔除走向夹石。
※ 缺点,
⑴ 在一定的矿山技术条件下，矿岩的内部运距较大 ;
⑵ 当工作线从下盘向上盘推进时，损失和贫化较大，基
建剥岩量较大。
⒉ 工作线横向布置的采剥方法
露天矿采剥工作线垂直矿体走向布置，沿矿体走向
移动。
如图 13—2所示。
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法
图 13—2 横向采剥方法
1—矿体； 2—露天开采境界
开段沟可以布置在境界中的任何一个地方，并垂直
矿体走向开挖，形成初始工作线，然后从一端向另一
端，或从中间向两端推进。
※ 优点：在一定的矿山技术条件下可以减少露天矿的基
建工程量，减少采场内部运距和掘沟工程量等。
※ 缺点,
⑴ 采矿作业台阶多，生
产能力较小；
⑵ 生产组织和管理比较
复杂。
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法
⒊ 工作线扇形布置的采剥方法
露天矿的工作线围绕某个点，通常是沟道线路与工作
面线路的连接点移动。
如图 13—3所示。
图 13—3 螺旋坑线扇形采剥方法
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法
⒋ 工作线环形布置的采剥方法
采场的工作线向四周发展。当
开采凹陷露天矿时，工作线自里
向外扩展。
如图 13—4(a)所示。
当开采孤立山峰型露天
矿时，工作线自外向里发
展。
如图 13—4(b)所示。
图 13—4 环形采剥方法
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产
采
剥
比
及
其
均
衡
生产剥采比 ns 指露天矿生产期间，在某一生产时期
内所采出来的岩石量 Vs与矿石量 As之比。即,
ns = Vs / As
一、生产剥采比的影响因素
※ 矿体埋藏条件：矿体形状、倾角、覆盖岩土厚度、地
形条件等。
※ 开采技术条件：工作帮坡角、露天采场开拓沟道的位
置、沟道坡度、沟道延深方向等。
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剥
比
及
其
均
衡
⒈ 工作帮坡角
如图 13—10所示。
图 13—10 工作帮、工作帮坡面和
工作帮坡角
生产剥采比 =
b c fg
c d g ha b e f
四边形
四边形四边形 ?
工作平盘宽度不同，
工作帮坡角也不同，故
工作帮坡角之大小一定
程度上说明了工作帮台
阶推进的状况。
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产
采
剥
比
及
其
均
衡
某露天矿矿体赋存情况和采场境界如横剖面图 13—11
所示。
图 13—11 工作帮坡角不变时剥采工程发展
程序及剥离量的变化
按某一固定的工作帮坡角生产时，开采延深到各水平
的工作帮推进位置
如图中一组平行的
斜线所示，每延深
一个水平所采的矿
石量、剥离量及剥
采比如图 13—12中
的曲线所示。
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产
采
剥
比
及
其
均
衡
图 13—12 剥采工程延深一个台阶所采
的矿石量、剥离量和生产剥采比
※ 工作帮坡角不变时，生
产剥采比随着矿山工程的
延深而不断增大，达到一
个最大值后逐渐减小。
这个最大值期间叫剥离
洪峰或称剥采比高峰期。
※ 工作帮坡角不同，生
产剥采比也是变化的。
如图 13—13所示。
图 13—13 分别按 15° 及 30° 生产时工
作帮发展到出现剥离洪峰的相应位置
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剥
比
及
其
均
衡
分别计算出两种情况不同开采深度下的生产剥采
比，并把它们的变化分别绘成曲线，如图 13—14所示。
图 13—14 分别按 15° 及 30°
生产时生产剥采比的变化
及其与分层剥采比,境界
剥采比的对比
无论工作帮坡角是
15° 还是 30°,生产剥
采比的变化都是由小到
大，再由大变小。
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剥
比
及
其
均
衡
⒉ 露天开拓沟道的位置
图 13—15表示一个开采急倾斜矿体的凹陷露天矿。
图 13—15 四种开拓方案生产剥
采比的比较
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剥
比
及
其
均
衡
图 13—16 四种方案的生产
剥采比和基建工程量
分别将各方案延深到各个水平的矿岩量及生产剥采
比、基建工程累计量，绘成曲线，如图 13—16所示。
※ 各个方案的沟道
位置不同，生产剥
采比也不同。
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比
及
其
均
衡
⒊ 沟道坡度
开拓沟道的纵坡也会对生产剥采比产生影响。
如图 13—17a所示。
图 13—17 不同纵坡 i值的 V=f(H)曲线图
露天矿各种不同
开采深度时的采出
量见图 13—17b。
※ 剥离洪峰值相
同，但其洪峰值出
现的开采深度却相
差很大。
※ 在一殷情况下不
采用大坡度的沟道。
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比
及
其
均
衡
二、生产剥采比的均衡
露天矿的矿岩产量与生产剥采比有如下关系,
A=(1+ns)AK
式中 A——露天矿的矿岩总量；
AK——露天矿的矿石产量；
ns——生产剥采比 t。
可见 A,AK与 ns之间相互影响。
这就要求调整生产剥采比，使其在该时期内也相对稳
定，称此工作为生产剥采比的均衡。
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剥
比
及
其
均
衡
露天采场有两种极限工作状态，如图 13—18所示
图 13—18 露天矿的两种
极限工作状态
为了保证露天矿的正常工
作，其工作帮坡角值应在 0和
Bmin之间，而生产剥采比的均
衡方案，就在 0～ Bmin之间选
择。
均衡生产剥采比的方案很
多，在选择方案时，应使均
衡生产剥采比有利于降低生
产剥采比的洪峰值，使露天
矿的剥岩和矿石生产趋稳定。
生产剥采比均衡的方法
有较多，合理选用。
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剥
比
及
其
均
衡
露天矿生产能力，用 矿石生产能力 AK(每年采出的矿石
量 )和 矿岩生产能力 A(即每年采剥总量 )两种指标来表示。
它们之间有如下关系,
A=AK+nsAK=AK(1+ns)
上式说明露天矿的矿石产量在生产剥采比一定的情
况下，应有足够的矿岩采剥量来保证。
一、按经济合理条件验证生产能力
根据露天矿的合理服务年限来验证。
T
Q )1( ?? ?
AK=
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比
及
其
均
衡
露天矿的合理服务年限应与其主要设备的磨损时间相
适应。
影响露天矿合理服务年限的因素很多。
二、按采矿技术条件验证生产能力
⒈ 按可能布置的挖掘机工作面数目验证生产能力
计算可能布置的采矿工作面数，首先要确定一个采
矿台阶可能布置的挖掘机台数 NWK，然后计算可能
同时采矿的台阶数 NK。露天矿可能的生产能力 AK为,
AK=NWK·NK·QWK
式中 QWK——采矿挖掘机平均生产能力,
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剥
比
及
其
均
衡
⒉ 按矿山工程延深速度验证生产能力
通常用工作线水平推进速度和矿山工程延深速度两
个指标来表示开采强度。显然开采强度越高，采出的矿石
也越多。
露天矿按延深速度可能达到的生产能力用下式计算,
)1( ?? ?? fKK P
h
v
A
确定矿山工程延深速度的方法很多，既可以在横剖面
图上确定，也可以在平面图上确定，还可以根据类似矿
山和经验数据确定。
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比
及
其
均
衡
三、露天矿两级矿量
两级矿量的贮备包括 开拓矿量 和 备采矿量 。
⒈ 备采矿量的设置方法
⑴ 宽度法
实质是增加工作平盘的宽度，当上部台阶因故不能
生产时，下部台阶还可继续
作业，并且不破坏上部台阶
的正常工作条件。
图 13—19 宽度法备采矿量
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及
其
均
衡
⑵ 长度法
备采矿量设在最小工作平盘以内，如图所示。
此时为了不破坏上部台阶的正常工作条件，只能开
采一个爆破进尺 W。
图 13—20 长度法备采矿量
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及
其
均
衡
⑶ 深度法
工作帮自然延深到最小坑底 (直径为 50～ 200m)时所包
含的矿量，是不需再往外剥岩即可采出来的矿量。
如图所示。
图 13—21 深度法备采矿量
O—基建刹岩量
I矿 —第一年的采矿量
Ⅱ 矿 —第二年的采矿量
I岩 —第一年的剥岩量
Bmin—最小坑底宽度
φ1—剥岩帮坡角
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及
其
均
衡
⒉ 贮备矿量周期性波动
所有的贮备矿量都是周期性波动的。
开拓矿量：指开拓工程和主要运输枢纽已经完成,
具备了采准工作的条件，并形成了完整运输系统的最下
一个台阶底部标高以上的矿量。如图所示。
图 13—22 宽度法贮备矿量周期性波动
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比
及
其
均
衡
备采矿量：它是开拓矿量的一部分，在台阶上矿体的
上面和侧面已被揭露出来的最小工作平盘宽度以外的台
阶矿量的总和。如图所示。
⒊ 贮备矿量的保有时间
① 开拓矿量 1～ 2年；
② 备采矿量 l～ 3个月。
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比
及
其
均
衡
露天矿采剥进度计划是用图和表表示露天矿工程发展
的具体时间、空间与数量关系的矿山建设与生产计划。
采剥进度计划可以分为两种,
⑴ 设计中按年编制的露天矿采剥进度计划（长远计划）。
⑵ 生产矿山编制的年、季、月采剥计划（生产作业计划）。
一、编制露天矿采剥进度计划的要求
二、露天矿采剥进度计划的内容
⑴ 采剥进度计划表。
⑵ 具有年末位置线的分层平面图。
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比
及
其
均
衡
⑶ 露天采矿场年末开采综合平面图。
⑷ 产量逐年发展图表。
图 13—23 某矿 -l0m水平
分层平面图
图 13—24 某矿年末露
天采场综合平面图
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第一节 露天矿采剥方法
第二节 露天矿生产剥采比及其均衡
第三节 露天矿生产能力
第四节 露天矿生产采剥进度计划的编制
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剥
方
法
露天矿的采剥方法就是研究露天开采中的采准、剥
离和采矿工程的开采程序以及它们之间的时空关系。
一、露天矿采剥方法
⒈ 工作线纵向布置的采剥方法
露天矿的采剥工作线
沿矿体走向布置，垂直
矿体走向移动,
如图 13—1所示。
图 13—l 纵向采剥方法
纵向采剥时，开段沟一
般沿矿体走向布置。
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※ 优点,
⑴ 有利于发挥设备效率，同时工作的台阶数可以减少。
⑵有利于减少矿石的损失、贫化和剔除走向夹石。
※ 缺点,
⑴ 在一定的矿山技术条件下，矿岩的内部运距较大 ;
⑵ 当工作线从下盘向上盘推进时，损失和贫化较大，基
建剥岩量较大。
⒉ 工作线横向布置的采剥方法
露天矿采剥工作线垂直矿体走向布置，沿矿体走向
移动。
如图 13—2所示。
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图 13—2 横向采剥方法
1—矿体； 2—露天开采境界
开段沟可以布置在境界中的任何一个地方，并垂直
矿体走向开挖，形成初始工作线，然后从一端向另一
端，或从中间向两端推进。
※ 优点：在一定的矿山技术条件下可以减少露天矿的基
建工程量，减少采场内部运距和掘沟工程量等。
※ 缺点,
⑴ 采矿作业台阶多，生
产能力较小；
⑵ 生产组织和管理比较
复杂。
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⒊ 工作线扇形布置的采剥方法
露天矿的工作线围绕某个点，通常是沟道线路与工作
面线路的连接点移动。
如图 13—3所示。
图 13—3 螺旋坑线扇形采剥方法
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⒋ 工作线环形布置的采剥方法
采场的工作线向四周发展。当
开采凹陷露天矿时，工作线自里
向外扩展。
如图 13—4(a)所示。
当开采孤立山峰型露天
矿时，工作线自外向里发
展。
如图 13—4(b)所示。
图 13—4 环形采剥方法
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其
均
衡
生产剥采比 ns 指露天矿生产期间，在某一生产时期
内所采出来的岩石量 Vs与矿石量 As之比。即,
ns = Vs / As
一、生产剥采比的影响因素
※ 矿体埋藏条件：矿体形状、倾角、覆盖岩土厚度、地
形条件等。
※ 开采技术条件：工作帮坡角、露天采场开拓沟道的位
置、沟道坡度、沟道延深方向等。
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其
均
衡
⒈ 工作帮坡角
如图 13—10所示。
图 13—10 工作帮、工作帮坡面和
工作帮坡角
生产剥采比 =
b c fg
c d g ha b e f
四边形
四边形四边形 ?
工作平盘宽度不同，
工作帮坡角也不同，故
工作帮坡角之大小一定
程度上说明了工作帮台
阶推进的状况。
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比
及
其
均
衡
某露天矿矿体赋存情况和采场境界如横剖面图 13—11
所示。
图 13—11 工作帮坡角不变时剥采工程发展
程序及剥离量的变化
按某一固定的工作帮坡角生产时，开采延深到各水平
的工作帮推进位置
如图中一组平行的
斜线所示，每延深
一个水平所采的矿
石量、剥离量及剥
采比如图 13—12中
的曲线所示。
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采
剥
比
及
其
均
衡
图 13—12 剥采工程延深一个台阶所采
的矿石量、剥离量和生产剥采比
※ 工作帮坡角不变时，生
产剥采比随着矿山工程的
延深而不断增大，达到一
个最大值后逐渐减小。
这个最大值期间叫剥离
洪峰或称剥采比高峰期。
※ 工作帮坡角不同，生
产剥采比也是变化的。
如图 13—13所示。
图 13—13 分别按 15° 及 30° 生产时工
作帮发展到出现剥离洪峰的相应位置
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产
采
剥
比
及
其
均
衡
分别计算出两种情况不同开采深度下的生产剥采
比，并把它们的变化分别绘成曲线，如图 13—14所示。
图 13—14 分别按 15° 及 30°
生产时生产剥采比的变化
及其与分层剥采比,境界
剥采比的对比
无论工作帮坡角是
15° 还是 30°,生产剥
采比的变化都是由小到
大，再由大变小。
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及
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⒉ 露天开拓沟道的位置
图 13—15表示一个开采急倾斜矿体的凹陷露天矿。
图 13—15 四种开拓方案生产剥
采比的比较
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衡
图 13—16 四种方案的生产
剥采比和基建工程量
分别将各方案延深到各个水平的矿岩量及生产剥采
比、基建工程累计量，绘成曲线，如图 13—16所示。
※ 各个方案的沟道
位置不同，生产剥
采比也不同。
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⒊ 沟道坡度
开拓沟道的纵坡也会对生产剥采比产生影响。
如图 13—17a所示。
图 13—17 不同纵坡 i值的 V=f(H)曲线图
露天矿各种不同
开采深度时的采出
量见图 13—17b。
※ 剥离洪峰值相
同，但其洪峰值出
现的开采深度却相
差很大。
※ 在一殷情况下不
采用大坡度的沟道。
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二、生产剥采比的均衡
露天矿的矿岩产量与生产剥采比有如下关系,
A=(1+ns)AK
式中 A——露天矿的矿岩总量；
AK——露天矿的矿石产量；
ns——生产剥采比 t。
可见 A,AK与 ns之间相互影响。
这就要求调整生产剥采比，使其在该时期内也相对稳
定，称此工作为生产剥采比的均衡。
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及
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露天采场有两种极限工作状态，如图 13—18所示
图 13—18 露天矿的两种
极限工作状态
为了保证露天矿的正常工
作，其工作帮坡角值应在 0和
Bmin之间，而生产剥采比的均
衡方案，就在 0～ Bmin之间选
择。
均衡生产剥采比的方案很
多，在选择方案时，应使均
衡生产剥采比有利于降低生
产剥采比的洪峰值，使露天
矿的剥岩和矿石生产趋稳定。
生产剥采比均衡的方法
有较多，合理选用。
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露天矿生产能力，用 矿石生产能力 AK(每年采出的矿石
量 )和 矿岩生产能力 A(即每年采剥总量 )两种指标来表示。
它们之间有如下关系,
A=AK+nsAK=AK(1+ns)
上式说明露天矿的矿石产量在生产剥采比一定的情
况下，应有足够的矿岩采剥量来保证。
一、按经济合理条件验证生产能力
根据露天矿的合理服务年限来验证。
T
Q )1( ?? ?
AK=
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露天矿的合理服务年限应与其主要设备的磨损时间相
适应。
影响露天矿合理服务年限的因素很多。
二、按采矿技术条件验证生产能力
⒈ 按可能布置的挖掘机工作面数目验证生产能力
计算可能布置的采矿工作面数，首先要确定一个采
矿台阶可能布置的挖掘机台数 NWK，然后计算可能
同时采矿的台阶数 NK。露天矿可能的生产能力 AK为,
AK=NWK·NK·QWK
式中 QWK——采矿挖掘机平均生产能力,
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⒉ 按矿山工程延深速度验证生产能力
通常用工作线水平推进速度和矿山工程延深速度两
个指标来表示开采强度。显然开采强度越高，采出的矿石
也越多。
露天矿按延深速度可能达到的生产能力用下式计算,
)1( ?? ?? fKK P
h
v
A
确定矿山工程延深速度的方法很多，既可以在横剖面
图上确定，也可以在平面图上确定，还可以根据类似矿
山和经验数据确定。
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三、露天矿两级矿量
两级矿量的贮备包括 开拓矿量 和 备采矿量 。
⒈ 备采矿量的设置方法
⑴ 宽度法
实质是增加工作平盘的宽度，当上部台阶因故不能
生产时，下部台阶还可继续
作业，并且不破坏上部台阶
的正常工作条件。
图 13—19 宽度法备采矿量
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⑵ 长度法
备采矿量设在最小工作平盘以内，如图所示。
此时为了不破坏上部台阶的正常工作条件，只能开
采一个爆破进尺 W。
图 13—20 长度法备采矿量
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⑶ 深度法
工作帮自然延深到最小坑底 (直径为 50～ 200m)时所包
含的矿量，是不需再往外剥岩即可采出来的矿量。
如图所示。
图 13—21 深度法备采矿量
O—基建刹岩量
I矿 —第一年的采矿量
Ⅱ 矿 —第二年的采矿量
I岩 —第一年的剥岩量
Bmin—最小坑底宽度
φ1—剥岩帮坡角
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⒉ 贮备矿量周期性波动
所有的贮备矿量都是周期性波动的。
开拓矿量：指开拓工程和主要运输枢纽已经完成,
具备了采准工作的条件，并形成了完整运输系统的最下
一个台阶底部标高以上的矿量。如图所示。
图 13—22 宽度法贮备矿量周期性波动
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备采矿量：它是开拓矿量的一部分，在台阶上矿体的
上面和侧面已被揭露出来的最小工作平盘宽度以外的台
阶矿量的总和。如图所示。
⒊ 贮备矿量的保有时间
① 开拓矿量 1～ 2年；
② 备采矿量 l～ 3个月。
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露天矿采剥进度计划是用图和表表示露天矿工程发展
的具体时间、空间与数量关系的矿山建设与生产计划。
采剥进度计划可以分为两种,
⑴ 设计中按年编制的露天矿采剥进度计划（长远计划）。
⑵ 生产矿山编制的年、季、月采剥计划（生产作业计划）。
一、编制露天矿采剥进度计划的要求
二、露天矿采剥进度计划的内容
⑴ 采剥进度计划表。
⑵ 具有年末位置线的分层平面图。
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⑶ 露天采矿场年末开采综合平面图。
⑷ 产量逐年发展图表。
图 13—23 某矿 -l0m水平
分层平面图
图 13—24 某矿年末露
天采场综合平面图
