T/CNCA 120-2025 露天煤矿开采三维设计技术要求

　　ICS 73.020 CCS D 00/09

　　T/CNCA 120—2025

　　露天煤矿开采三维设计技术要求

　　Technical requirements for 3D design of open pit coal mining

　　2025-07-21 发布 2025-10-30 实施

　　发 出

　　布 版

　　中国煤炭工业协会中国标准出版社

　　T/CNCA 120—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 设计基础 2

　　5 设计内容 2

　　6 设计方法 3

　　7 成果输出 6

　　参考文献 7

　　Ⅰ

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出 。

　　本文件由中国煤炭工业协会科技发展部归口 。

　　本文件起草单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司 、华能伊敏煤电有限责任公司 、辽宁工程技术大学 、东北大学 、国家电投集团科学技术研究院有限公司 。

　　本文件主要起草人：王忠鑫 、曾祥玉 、赵明 、田凤亮 、孙鑫 、王子 、刘玲 、张灵童 、蔡宝加 、王金金 、黄俊婷 、苏振宁 、张波 、咸金龙 、赵景昌 、顾晓薇 、陈闯 、张秋霞 。

　　Ⅲ

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　　露天煤矿开采三维设计技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了露天煤矿开采三维设计的设计基础 、设计内容 、设计方法 、成果输出 。

　　本文件适用于新建 、改建及扩建的露天煤矿开采三维设计 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 17766 固体矿产资源储量分类

　　GB 50197 煤炭工业露天矿设计规范

　　GB/T 50552—2010 煤炭工业露天矿工程建设项目设计文件编制标准

　　3 术语和定义

　　GB/T 50552—2010 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　三维离散点 3D discrete point

　　在三维空间中分布的由 X、Y、Z 值标定的散点 。

　　注：是建立三维线 、表面 、实体模型的基本元素 ，可以为钻孔煤层的顶 、底板位置点 ，或是附加属性值表征某一属性的特征点 。

　　3.2

　　三维线模型 3D line model

　　由三维离散点连接而成的开放或闭合线条，闭合线具备线内外部约束功能，可以为等值线 、煤层边界线 、境界线 。

　　3.3

　　三维表面模型 3D surface model

　　利用三维离散点 、线模型直接或估值生成，对地层等三维表面进行重构所得到的模型 。

　　注：用来描述地层等的空间赋存形态 、构造特征等信息 。

　　3.4

　　三维实体模型 3D entity model

　　一种整体的封闭的三维空间模型 。

　　注：可计算体积 。

　　3.5

　　三维块体模型 3D block model

　　由若干一定尺寸的块体组成，覆盖全区范围的空间包络体，相对应的块体都有一个质心点，在质心点上可以存储所有属性，包括煤岩属性 、煤层内部夹矸信息 、煤质信息等 。

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　　3.6

　　复合底板模型 composite floor model

　　所有煤层底板加法运算 ，平面范围相同保留下部煤层底板 ，形成覆盖所有煤层底板平面赋存范围的三维表面模型 。

　　3.7

　　条带划分 strip division

　　按一定推进方向以工作帮坡角切分采掘场或排土场为不同阶段的过程 。

　　4 设计基础

　　4.1 设计基础类型

　　设计基础类型应包括钻孔数据库 、三维线模型 、三维表面模型 、三维实体模型 、三维块体模型 、参数文件 。

　　4.2 钻孔数据库

　　4.2.1 钻孔数据库应包含位置信息 、测斜信息 、地层信息和煤质信息 。

　　4.2.2 钻孔数据库应具有样品数据提取功能 。

　　4.3 三维线模型

　　三维线模型应包括等值线 、煤层边界线 、矿权界 。

　　4.4 三维表面模型

　　4.4.1 三维表面模型应包括三维地表面模型 、三维煤层顶底板面模型，宜包括三维风化煤面模型 。

　　4.4.2 三维煤层顶底板面模型应体现断层的影响因素，各煤层顶 、底板界面之间不应存在交叉的现象，煤层自身顶 、底板界面之间不应存在交叉的现象 。

　　4.5 三维实体模型

　　4.5.1 三维实体模型应包括煤层实体模型 。

　　4.5.2 煤层实体模型应通过有效性验证 。

　　4.6 三维块体模型

　　4.6.1 三维块体模型应覆盖三维表面模型包络的空间范围，同时还应满足设计所需的最大范围要求 。

　　4.6.2 三维块体模型计算得到的地质资源量应与地质部门批准的储量核实结果进行验证，对于地质条件较为简单的露天煤矿，误差控制在±3%，地质条件较为复杂的露天煤矿，误差控制在±5% 。

　　4.7 参数文件

　　参数文件应包括三维地质建模参数文件 。

　　5 设计内容

　　5.1 设计阶段设计内容

　　5.1.1 设计阶段设计内容包括煤层选采参数确定 、块体模型资源储量与煤质计算 、开采境界圈定 、采掘场

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　　条带划分 、排土场条带划分和长期开采计划 。

　　5.1.2 设计阶段设计内容通常由设计院设计 。

　　5.2 生产阶段设计内容

　　5.2.1 生产阶段设计内容包括开采境界更新 、中期开采计划和短期开采计划 。

　　5.2.2 生产设计内容通常由露天煤矿企业设计 。

　　6 设计方法

　　6.1 煤层选采参数确定

　　6.1.1 煤层分采包括煤层顶 、底板分采和大夹矸层分采两种情况 。

　　6.1.2 煤层选采参数包括设计确定的最低选采厚度 、开采损失 、矸石混入和煤层采出率，具体内容应满足GB 50197 的要求 。

　　6.1.3 最低选采厚度 、开采损失及矸石混入宜根据不同煤层的厚度及倾角 、台阶划分 、工作线推进方向 、技术装备 、开采方法和用户对煤质要求分别确定 。分采时煤层损失和矸石混入通常只选取一种 ，应根据不同露天煤矿的实际情况充分论证后确定 。

　　6.1.4 煤层采出率应根据不同煤层的赋存条件、开采方法、设备类型对各可采煤层分别确定，符合 GB 50197的要求 。

　　6.1.5 煤层选采参数确定后可提取资源储量估值样品点 。

　　6.2 块体模型资源储量与煤质计算

　　6.2.1 块体模型块体属性创建的模型基础为三维地质建模阶段建立的三维块体模型 。

　　6.2.2 块体赋值前应先创建相关属性，并选择属性类型 。

　　示例：煤种的属性类型选择字符型，煤岩量的属性类型选择浮点型 。

　　6.2.3 应建立满足 GB 50197 和 GB/T 17766 要求的不同资源储量类型的块体属性 ，根据不同资源储量属性之间的逻辑运算关系实现自动计算 。

　　6.2.4 资源储量属性应包括但不限于地质资源量 、可采地质资源量 、可采毛煤量 、煤层分采时的剥离量和损失煤量 。

　　6.2.5 煤质属性应包括但不限于煤种 、容重 、水分 、灰分 、硫分 、发热量及挥发分 。

　　6.2.6 块体模型以估值参数和表征某一属性的三维离散点为估值依据 ，并选择估值方法 ，赋值存储在三维块体模型属性信息中 。资源储量和煤质属性赋值应分煤层进行 ，煤层块体中应包含资源储量分级信息 。资源储量和煤质赋值应保证各煤层资源储量计算范围内所有块体均有储存值 。

　　示例：近水平 、缓倾斜矿床的估值方法采用距离幂次反比法，倾斜 、急倾斜矿床的估值方法采用克里金估值方法 。

　　6.2.7 提取资源储量估值样品点作为资源储量赋值依据，提取不同煤质估值样品点文件作为煤质赋值的依据 。块体不同的赋值属性与估值样品点文件属性应相对应 。

　　6.2.8 估值搜索样品主要参数包括最大搜索半径 、最少选择样品数 、最多选择样品数 、椭球体方位角 、主轴倾角和次轴倾角 。估值搜索样品参数应根据煤层倾角 、钻孔勘探距离 、样品点数量确定 。

　　6.2.9 煤层选采参数 、估值方法和估值搜索样品参数确定后应做好记录 ，以满足后续更新块体模型的需要，同时能够准确反映调整前后的变化规律 。

　　6.2.10 估值方法 、估值搜索样品参数的选取宜与三维地质建模时采用的估值参数保持一致 。

　　6.2.11 当建立的三维表面模型和三维块体模型所依据的地质报告 、勘探成果 、相关参数及条件发生变化，应重新建立三维表面模型并对三维块体模型进行重新赋值 。

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　　6.2.12 三维块体模型赋值后进行块体报告，形成块体报告表 。

　　6.2.13 块体报告结果应在合理的误差范围内，与露天煤矿生产实际数据进行对比确定模型误差，可进行

　　不同约束条件下累计值和平均值统计，建立满足误差要求的三维块体模型 。

　　6.3 开采境界圈定(更新)

　　6.3.1 开采境界分为全区开采境界 、分区开采境界和分期开采境界 ，露天煤矿划分采区开采时应圈定分区开采境界 。

　　6.3.2 全区开采境界应根据境界剥采比 、经济合理剥采比进行圈定 。

　　6.3.3 分区开采境界应根据设计生产能力 、煤层赋存条件 、采区宽度 、工作线推进速度和开采工艺进行圈定，首采区还应根据设计服务年限 。

　　6.3.4 境界圈定分为手工圈定和自动圈定 ，自动圈定是通过境界优化算法直接生成开采境界 ，宜综合采用手工圈定和自动圈定两种方式进行境界圈定 。

　　6.3.5 地表境界手工圈定应根据矿权界 、地表建筑设施位置确定地表境界线 。

　　6.3.6 底部境界手工圈定应根据煤层露头 、剥采比等值线确定底部境界线 。

　　6.3.7 露天采掘场开采最低位置的面模型约束应为复合底板模型 。

　　6.3.8 手工圈定的境界线应进行人工调整 。

　　6.3.9 境界优化的基础模型包括三维地表面模型 、三维块体模型 、三维煤层顶底板面模型 、复合底板模型和三维煤质模型 。

　　6.3.10 境界优化应根据煤层最小可采厚度 、最终边坡角 、出入沟标高 、发热量和容重参数 。

　　6.3.11 境界优化应依据煤价 、采煤成本 、洗煤成本 、剥离成本和附加成本经济参数 。

　　6.3.12 境界优化的范围约束应包括三维地表面模型 、复合底板模型 、最终边坡角和矿权界 。

　　6.3.13 境界优化形成的境界模型应进行人工调整 。

　　6.3.14 开采境界模型类型应包括三维线模型 、三维表面模型 、三维实体模型和三维块体模型 ，不同类型模型应保证境界范围一致 。

　　6.3.15 开采境界三维线模型宜减少拐点数量 ，不应出现锐角 ，应附有标高 ，与三维地表面模型和复合底板模型标高变化趋势一致 。

　　6.3.16 开采境界三维面模型应无自相交和没有无效边 。

　　6.3.17 开采境界块体模型应满足最终边坡角角度容差要求 。

　　6.3.18 实现内排时，分区开采境界块体模型应体现已开采采区内排状况 。

　　6.4 采掘场条带划分

　　6.4.1 设计条带划分的推进方向 ，应与露天煤矿工作帮推进方向一致 ，在采区过渡区域按照确定的采区过渡方式布置推进方向 。

　　6.4.2 根据地质构造复杂程度及煤层赋存情况，设定条带间距，间距设置不宜超过露天煤矿年推进度 。

　　6.4.3 条带间距宜为设计采掘带宽度的整数倍 。

　　6.4.4 采区过渡时期，应根据实际生产作业调整推进方向及间距，倾斜及急倾斜煤层可加密条带间距 。

　　6.4.5 重新拉沟过渡方式，条带推进线为直线，宜与推进方向垂直 。

　　6.4.6 扇形转向过渡方式 ，条带推进线转向轴内侧为内轴 ，转向轴外侧为外轴 ，内轴和外轴间距不同 ，条带间距应根据开采工艺和采掘设备型号确定 。

　　6.4.7 缓帮过渡方式通过“L ”型推进实现。“L ”型推进扩帮方向和推进方向推进强度应根据实际开采工艺和采区分布确定 。

　　6.4.8 条 带 划 分 后 ，形 成 条 带 划 分 面 模 型 和 实 体 模 型 ，进 行 煤 岩 量 报 告 和 统 计 ，应 包 括 但 不 限 于 以 下

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　　数据：

　　a) 地质资源量 、可采地质资源量 、可采毛煤量;

　　b) 剥离量包括表土剥离量 、岩石剥离量 、层间剥离量和煤层内选采剥离量;

　　c) 煤质数据应包括但不限于灰分 、水分 、硫分 、发热量 、挥发分 。

　　6.5 排土场条带划分

　　6.5.1 露天煤矿的排土场包括外排土场和内排土场 。应根据外排松方排弃量 、最终边坡角 、排弃参数及外排土场周边建(构)筑物安全距离建立外排土场三维模型，确定外排土场范围，建立外排土场三维模型 。根据内排空间位置 、最终边坡角和排弃参数建立内排土场三维模型 ，分区开采时露天煤矿的内排土场三维模型建立需要考虑端帮留沟形态 。

　　6.5.2 根据开采工艺 、排土设备和排弃方式确定排弃参数 。根据排弃参数 ，确定排弃工作帮坡角 。设计条带划分的推进方向，应与排弃方向一致 。条带间距设置不宜超过露天煤矿年排弃进度 。条带间距宜为排土带宽度的整数倍 。

　　6.6 (中)长期开采计划

　　6.6.1 长期开采计划周期通常为露天煤矿生产前 20 a 或露天煤矿全生命周期 ，起始时间以达产第一年为基准，以年度为单位编制 。 中期开采计划通常为 3 a~ 5 a，以年度为单位编制 。

　　6.6.2 (中)长期开采计划的基础模型包括开采境界三维线(面 、块体)模型 、排土场三维模型 。

　　6.6.3 设计剥 、采 、排工程位置应满足设计生产能力 、备采煤量 、均衡生产剥采比和排弃量目标，满足内排安全距离要求 ，体现剥 、采 、排台阶空间位置并符合台阶设计参数 ，非水平分层的剥 、采 、排台阶应体现三维地表面模型和三维煤层顶底板面模型标高变化趋势 。

　　6.6.4 在剥 、采 、排工程位置的基础上设计开拓运输系统，斜坡道布置应依据斜坡道起点标高 、台阶高度 、斜 坡 道 坡 度 、斜 坡 道 宽 带 和 运 输 距 离 设 计 ，形 成(中)长 期 开 采 计 划 线 模 型 ，包 括 露 天 煤 矿 采 掘 场 和 排土场 。

　　6.6.5 根据(中)长期开采计划三维线模型建立长期开采计划三维面模型，(中)长期开采计划面模型不应有交叉，应准确反映台阶和斜坡道等位置 。

　　6.6.6 根据(中)长期开采计划面模型进行剥 、采 、排工程辅助推演，实现剥 、采 、排工程时空演化 。

　　6.6.7 在(中)长期开采计划线模型基础上标注台阶标高 、斜坡道起(终)点标高 、采区名称 、排土场计划排弃量 、推进方向 、主采煤层露煤位置 ，比例尺 、设计坐标网 、起始坐标 ，设计图签布局 、内容及插入名字图片，指北针 、设计图例和说明，形成长期开采计划图，实现二维出图 。

　　6.7 短期开采计划

　　6.7.1 短期开采计划周期通常指 1 年内，通常为月度计划和周计划 。

　　6.7.2 短期开采计划的基础模型包括现状模型 、开采境界块体模型 。

　　6.7.3 建立现状模型，应对现状测量数据进行识别处理，删除设备干扰数据，进行数据裁剪 、抽稀 、合并处理，形成现状三维线模型，包括露天煤矿采掘场和排土场 。

　　6.7.4 根据现状三维线模型建立现状三维面模型 ，现状三维面模型应准确反映台阶坡顶线 、坡底线和斜坡道位置 。

　　6.7.5 现状模型应根据现状测量数据进行定期更新 。

　　6.7.6 布孔设计应选择布孔方式，设计孔径 、孔深 、超深 、孔距 、排距 、倾角 、方位角，进行多孔布置 、单孔布置或沿线布孔导入，将布孔设计成果及位置 、时间形成作业任务书 。

　　6.7.7 爆破设计应选择装药方式 ，设计装药长度 、填塞高度 、间隔距离 、延时 ，连接起爆网络 ，确定起爆顺

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　　序，进行爆破模拟，将爆破设计成果 、爆破材料消耗量及位置 、时间形成作业任务书 。

　　6.7.8 采剥设计应圈定开采区域进行采剥量计算，调整开采区域满足设计剥采量要求 。

　　6.7.9 对开采区域配煤应依据配煤煤质类型和配煤量，满足煤量和煤质值目标，实现配煤优化 。

　　6.7.10 运输设计应依据运输费用 、附加费用 、车流密度 、工程量 ，选择运输的起点和终点 ，自动选择费用最低的运输路径，实现路径优化 。

　　6.7.11 排土设计圈定排弃区域应满足计划排弃量要求 。

　　6.7.12 设备配置应依据设备作业时间 、生产能力 、作业区域 、作业顺序 、走行路径 、逻辑判断 。

　　6.7.13 将采 、运 、排设计成果及位置 、时间形成作业任务书，进行采 、运 、排设备工程量统计 。

　　6.7.14 应依据穿 、爆 、采 、运 、排作业区域 、顺序 、路径进行虚拟开采，实现采 、运 、排工程时空演化 。

　　6.7.15 短期开采计划后应进行露天煤矿采掘场和排土场现状模型更新 ，形成短期开采计划三维线模型和面模型 。

　　7 成果输出

　　7.1 输出成果类型

　　成果输出类型应包括三维离散点 、三维线模型 、三维表面模型 、三维实体模型 、三维块体模型 、参数文件 、平面图 、任务书 、报表和视频 。

　　7.2 输出成果内容

　　各类型输出成果内容如下：

　　a) 三维离散点应包括资源储量估值样品点 、煤质估值样品点;

　　b) 三维线模型应包括开采境界线模型 、现状线模型 、开采计划线模型;

　　c) 三维表面模型宜包括三维煤质模型 、复合底板模型 、开采境界面模型 、排土场面模型 、条带划分面模型 、现状面模型 、开采计划面模型;

　　d) 三维实体模型宜包括开采境界实体模型 、排土场实体模型 、条带划分实体模型;

　　e) 三维块体模型宜包括赋值各类资源储量与煤质信息的三维块体模型 、开采境界块体模型 、排土场块体模型;

　　f) 参数文件应包括煤层选采参数文件 、估值搜索样品参数文件 、境界优化参数文件 、开采计划参数文件;

　　g ) 平面图应包括(中)长期开采计划图 、短期开采计划图;

　　h) 任务书应包括短期开采计划布孔设计任务书 、爆破设计任务书 、采剥设计任务书 、运输设计任务书 、排土设计任务书;

　　i) 报表应包括块体报告表 、开采境界报告表 、条带划分报告表 、长期开采计划报告表 、设备工程量报告表;

　　j) 视频应包括(中)长期开采计划和短期开采计划工程时空演化 。

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　　参 考 文 献

　　[1] MT/T 1152—2011 煤炭工业露天矿工程建设项目可行性研究报告编制标准

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