露天开采程序的优化研究.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国煤矿 露天开采程序的优化研究 ’ 张瑞新王忠强 于汝 缓李福龙 中国矿业 大学 徐州煤炭部规划发展司 北京 摘妻 本文介绍了露天矿开采程序优化设计计算机模型的组成和功能 , 并应用在准格尔矿区二期 即将开发的哈尔乌素露天开采程序的研究中 。 文中合理的划分了哈尔乌素露天矿的三期境界和四个开采 条区 , 经多方案动态综合优化后确定了石吃咀拉沟西推的开采程序是最优方案 。 关键词露天矿 开采程序优化设计数学模型 包 。 各 , , , , , , , ,,, 概述 露天矿开采程序的优化是露天矿优化设计的核心 问题之一 。 把采矿工程 、 系统工程 、 工程数学 、, 计算 机技术结合起来 , 开发计算机优化设计软件 , 可以实 现露天矿开采程序的多方案动态综合优化 。 本文以准 格尔矿区哈尔乌素露天矿开采程序的优化为例 , 介绍 露天矿开采程序优化软件的功能 。 哈尔乌素露天矿是我国特大型露天矿区一一准格 尔矿区二期建设重点工程项目之一 , 准格尔矿 区面积 约 气储量约 亿 , 是我国重要 的煤炭基地 之一 。 哈尔乌素露天矿开采的煤层分为 上 、 中 、 下 三 个分层 , 平均总厚度为 , 灰分 , 水分 、 、 全硫写 , 发热量 。 煤层倾角平均 , 境界内断层较少 、 构造简单 。 作为一期建设工程 的黑岱沟露天煤矿以万设计规模投产 。 拟建 的哈尔乌素露天矿规模仍将是万 , 产品主要 出口和供附近配套建设的电厂发电 。 因此 , 研究哈尔 乌素露天矿开采程序对矿区的开发具有重要 的意义 。 优化设计模型 计算机优化设计模型包括地质模型 、 工作线长度 优化模型 、 采矿算量模型 、 排土场模拟模型 、 运输规 划模型等 。 优化设计工作程序如图所示 。 各模块的 功能简要叙述如下 。 地质模型 将有关煤田地质的勘探资料 、 煤质化验资料 、 地 本研究为煤炭系统回国人员基金和煤炭高等院校青年科学基金资助项目 。 中国矿业年第卷第期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 质结构 、 构造等资料输人计算机 , 建立矿床地质模型 , 实现地质指标的统计 、 分析 、 储量计算 、 煤质估算 、 地 质 图件的绘制 、 输出等哈尔乌素露天矿矿床地质模 型共包括所有 一 相关的钻孔个 , 状态指标为各个开 采煤层 的厚度 、 底板标高 、 夹研情况 , 煤质的灰分 、 水 分 、 硫分 、 发热量等指标以及地表标高 、 表土厚度等 , 在统计分析的基础上 , 绘制了大量地质及采矿基础图 表 , 为后续模块的运行奠定了基础 。 境界圈定 首先计算出该矿的合理经济剥采比为丫 , 结 合地质边界 , 通过交互式模拟系统圈定最终开采境界 如图 所示 。 采区划分 较大型近水平煤田合理划分开采条区是设置开采 方案的基础 。 应用工作线长度优化理论确定一定开采 工艺下 的不同采深对应的优化工作线 长度 , 进而划定 较适合的采区 , 结合地质特征划 定单元区段 , 计算出 其地质剥采比见 图 、 图 开采方案设置 在上述模块输出成果的基础 上 , 首先确定首采区 , 然后结合实际情况设置可行的拉沟位置并组合形成若 干种开采程序方案 , 这是采矿工程师的智慧所在 , 也 是优化的核心 。 开采模拟模型 由计算机模型调 用地质模型 , 模拟各个可行开采 方案 的实际 时空位置 , 计算出 各个开采方案的各个阶 段 的纯煤量 、 毛煤量 、 原煤量 、 剥离量 、 剥采比 、 煤 质指标等绘制 一 曲线图 , 均衡剥采比 。 计算基建 工程量 , 进行方案的初选 。 排土 、 运输规划模型 根据开采程序 、 总平 面布置人工给出可行的外排 土场位置 , 由计算机模拟排土场排弃过程 , 运距 、 运 量等 , 设计出合适 的外排土场同时根据 内排条件安 排 内排 最后根据运输规划模型优化土岩的流 向流量 , 实现最低运输功耗即最低运输成本下 的排弃方案 。 综合评价 计算主采设备数量 、 估算投资 、 成本 , 进行经济 技术效益评价 , 确定最佳开采程序方案 。 洗选 , 直接供坑 口电厂 , 中 为厚煤层 、 煤质好 , 采用 单斗 一 破碎机 一 汽车 一 溜井井巷胶带一洗煤厂工 艺此 部分精煤供出口 。 境界圈定 根据所建立的地质模型 , 从提高经济效益考虑 , 将 境界分别以剥采比 、 丫 、 圈定即为一 期 、 二期和最终 境 界 , 如 图所示 。 各个分 期的储 地地质边界输人 、、 境境界圈定 合理经济剥采比计算 、、 交交互式圈定最终开采境界界 工工作线长度优化模型 、 采深与分区 区 采采区划分 宽度分析 、 分块矿岩址 、 剥采比计计 算算 、 采区划分分 首首采区选择 、、 开开采方案设置 拉沟位丑选择 、、 方方案设丑丑 投投资 、 线茸费用计算 算 综综合评价 经济技术评价价 方方案优选选 图开采程序优化工作流程图 ,尸一,,,,, 平均采深, 哈尔乌素露天矿开采程序优化研究 图不同采深下的 “ 优化工作线长度 ” 经本课题优化研究 , 哈尔乌素露天矿剥离 、 采煤 均采用综合工艺上下部剥离采用单斗汽车工艺 , 中 部 为单斗 一 破碎机 一 胶带半连续工艺 上 、 煤层薄且 结构复杂 、 煤质较差 , 其工艺为采煤机 一 汽车工艺不 中国煤矿露天矿开采程序的优化研究 量 、 剥采比和开采年限如表所列 。 总储量为 、 开采年限约年 。 采区划分 根据工作线长度优化理论 , 计算得出哈尔 一乌素露 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 天矿不同采深下的最佳工作线长度 , 如图所示 。 曲 线 、 分别为两种运费下 的优化结果 。 结合采区划分 的原则 , 将露天矿划分成个条区 , 各条区坑底宽度 表各期境界内煤岩量及开采年限 境界 原煤量剥离量平均剥采比开采年限 一期境界 一期至二期境界 二期至三期境界 总计 分别为 、、 和 。 按三期境界 、 四个 条区结合地表冲沟 、 断层等地质特点将全区划分成 个单元 , 分别计算出地质剥采比 、 纯煤量等指标见 图 。 方案设置 根据计算出的个地质单元的剥采比大小将图 所示剥采比最小的一条区即紧挨黑岱沟露天矿并横 跨在黑岱沟上的条区选作为首采区 。 可行的拉沟位置有图所示的个位置 。 其 中位置选在剥采比最小的第一单元 , 沿南坪沟拉沟 位置选在剥采比第二小的第二单元 , 沿一条区东部 境界石屹 咀拉开位置在剥采比第三小的第单元 拉开鉴于单元勘探资料较少而把第和第单元 分开 , 以增加方案 的可靠性位置 选在剥采比较小 的第单元 , 沿东部境界拉沟 。 在开采程序的设置时主要考虑剥采比 、 采区过渡 及防洪工程等因素 , 规划到二期境界为至 , 因为这已 近年的服务年限了 , 如此之久后 的开采程序就无 庸赘述 。 由个拉沟位置派生 出如下种较可行的开 采程序方案 南坪沟拉沟东推方案如图所示 , 在 位置南坪沟拉沟 , 向东推开采到达一条区东部境界 后 , 再在位置即南坪沟重新拉沟西推到界后转向二 条区 , 直到采到二期境界 。 南坪沟拉沟西推方案如图所示 , 在 位置南坪沟拉沟 , 首先向西推进到界后 , 再在南 坪 沟重新拉沟东推到界 , 再拉二次沟开采二条区 、 拉第 三次沟开采二期境界部分 。 石屹 咀拉沟西推方案如图所示 , 在 位置即石屹 咀拉沟向西推进到达一条区西部境界 ’’ 一 杀杀 罗罗 , 圈例 、 二二里里 。匹钾, , 、、、岱岱 禽乎奋 奋 、、、 介 沟沟 一朋成界 界 一一一娜 夕 ’、一 、、、 二朋晚界界 、、、 矛 、、、、、 一 。一 三朋皮界界 一一一一一 地表晚界界 , 黑岱沟晚界界界 单单单单元边界界界 天天天天天天 广广 扮 打打 介介 杯杯 子 溢 一 ’ 一 勺 ,,户户 一 ‘ 一一一 尸 碑碑 、、沪 , , , 。农、一 一 、 、、、 一 “’ 一二必 必必必 「 丁动 动 夕夕 “ 。 “ 、‘、 一 瓷 姗 撇撇 乙乙 泣 一一 象 一千一一 角 天 加 。。 一夕以 一 车 , , 一 ’ 涨 “ 二 矿矿 、、、 一一一 泛冬 , 「 ‘二 子子 、 育育一 ’一 二几 二 一 日日日日日日日日 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 一 ’ 一 ’ 一 一 图哈尔乌素露天矿境界 、 条区划分剥采比对比图 中国矿业年第卷第期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. , 之夕 、 、 厂 、、 一吸 。‘了 不不不 。 污污 、、、、、、、、、、、、、、、、 。。。。。。尹砂鹉种莽 莽 详御引业乎 、一, 飞 竺 一一一一一 才 二几一, 一 砂林 , 丛丛 一 二 一二少 ‘一 一 图拉沟位置及开采程序示意图 后 , 再在不 连沟重新拉沟西推开采二条区 , 到界后仍 在不 连沟重新拉沟东推直至采完二期境界内部分 。 西部拉沟东推方案如图所示 , 在位 置即单元西部边界处拉沟向东推进 开采一条区 , 到界后再在二条区重新拉沟西推采二条区 , 最后再拉 沟采完二期境界内部分 。 东部拉沟西推方案如图所示 , 在位 置即首采区东部境界处拉沟 向西推进开采一条区 , 到界后再在二条区重新拉沟西推开采二条区 , 最后再 拉沟采完二期境界内部分 。 开采方案结果的评价 依照上述种方案 , 应用开采模拟模型计算出各 个方 ‘ 案 的主要技术指标 、 一 曲线均衡结果 、 排土及 运输规划 、 经济计算结果等 。 南坪沟拉沟西推方案初 期剥采比高达八 , 明显 不如南坪沟拉沟东推方 案首先淘汰 。 其余四个方案进行详细比选 , 其主要指 标列于表 。 可从如下几个方面进行分析评价 从基建工程量来看基建工程量按照露天矿 施工验收规范规定 , 分移交基建工程量和达产基建工 程量两部分 。 石屹咀拉沟西推方案基建工程量最小为 , 东部拉沟方案次之 , 为 , 南坪沟 东推方案为 , 最大 的为西部拉沟方案 , 为 。 表 指标 基建工程量 “ 其中投产基建工程量 ‘ 生产剥采比 第一期 第二期 第三期 第四期 外排土量 达产期吨煤投资元 导达产年生产成本 元八 计算期内投资利用率 计算期内投资利税率 , 计算期内内部 收益率 评价结果 各方案主要技术经济指标对比评价结果 南坪沟拉沟东推方案石屹咀拉沟西推方案 , 西部拉沟东推方案东部拉沟西推力案 乏〕生 分 年 年 年 年 年 年 年 年 年 , 工 年 年 , 陀 〔 年 又 年 、 年 竺年 艺 乙 次优最优较差 较差 中国煤矿露天矿开采程序的优化研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 从生产剥采比来看南 坪沟东推方案初期剥 采比最 小 , 为 , 年后即进人二 期 剥采比 甘 , 达产后年进入剥离洪峰 “ ’石屹 咀拉沟西 推方案前年生产剥 采比可以保 持在 甲以下 , 优于南坪沟方案东部拉沟方案前年 剥采比高达 “ 西部 拉沟方案头年剥采比为 飞 八 , 接着年剥采比高达丫 , 虽优于东 部拉沟方案 , 但不如其它二个方案 。 此外 , 一条区内 平 均剥 采比也是 石 屹 咀拉沟西 推方案最 小 , 为 八 , 而其它方案为 一 左右 。 从排土量及运距来看首先是外排量石屹 咀 拉沟西推方案和南坪沟东推方案均较少 , 为 亿 左 右东部拉沟和西 部拉沟方案 外 排量均达亿 弓。 外排运距则石屹咀拉沟西推方案较南坪沟东推方 案少 , 内排是相差无几 。 从投资 、 经济效益来看石屹 咀拉沟西推方 案达产时 吨煤投资为元 , 达 产 年吨煤 成木 为 元 、 投 资利 用率为 写 、 投资利 税率为 、 财务内部收益率为 , 除达产年生产成 本外均优于南坪沟东推方案 , 更优于 另外的两个方案 。 综 上所述 , 石屹 咀拉 沟西推方案为哈尔乌素露天 矿最优开采程序方案 , 南坪沟东推方案是次优方案 。 生 主要结论 应用计算机模型优化露天矿 开采程 序不仅可 行 , 通过多方案动态的综合优化 , 能够真 正实现升采 程序的优化 。 本模型在哈尔乌素露天矿应 用研究后可得 出 如下结论开采境界划分为三期开采分四个条区 , 其 中 首采区优化工作线长度为 , 第二 、 三 、 四条 区宽度分另」为 、 和 。 咬 哈尔乌 素露天矿最优的开采 程序是在石屹咀 拉 沟西推方案 。 首采区开采储量为 , 可开采 年 , 初期剥采比汀 , 吨煤投资元 , 达产年 吨煤成本为元 , 投资 内部 收益率为 弓 。 作为实例研究所得 出有关哈尔乌素露天矿境 界 、 分区 、 开采程序的优化方案等成果 , 仅供参考 , 不 妥之处 , 敬请批评指正 。 幽 收稿日期年月 日 〔作者 简介〕 张瑞新博士中国矿业大学采矿 工程系副教授中国矿业大学采矿工程学科后备学术 带头人 裂 , 嘴 咯, 甲 心 占丫 乡 , 份 粼 色望帕望巴心的如小 如小理挑如卿卿心帕枷如心 日小巾巾小小 望日心帕如理如如卿必恤。如小心帕如行如心心心鸽如妙心日小恤色如。如币臼如心帕, 。如心的望帕如 水 陈 巧学 咤 川 咤 ︸ 嘴 心 睐 ︸ 曰咪心 。。 心 水品 , 英语也日 , 它源于希腊语的 , 即 冰 ” 的意思 。 古代希腊人认为 , 无色透明的水晶是冰冷却到 极点后再也不会变成水的东西 。 在中国和日本 , 水晶自古就 有 ‘ 水精 ” 和 ’‘ 水玉 ” 之称 , 认为水晶是千年的冰化作而成 。 到世纪 , 人们开始研究水 晶的形态 , 发现了 “ 面角固定的 法则 ” 之后 , “” 就不仅仅指水晶 , 而且成了以平面包 围的有规律形态 的晶体的总称 。 另外 , 水晶作为晶体的代表 , 英语就叫 。 。 水晶作为矿物 , 它属 于石英 。 石英是地球上最普通的矿 物我们把石英中透明的优质晶体称作水晶 。 石英的大而透明的晶体 一一 水晶 , 产自花 岗岩 、 伟晶岩 、 石英质矿脉 、 岩石中的空洞等地 。 其晶体呈各种各样的形状 , 但通常为六角柱状 , 属三方晶系 , 硬度 为 , 比重 。 水晶的晶体较大 , 非常适用于雕刻材料 , 希腊在中世纪 就有许多精美的水晶雕刻工艺品 。 作为宝石 , 多用于项链和 耳环 。 年发现水晶的压电效应 , 年开始实际应用 。 〔日 日日 器材等 , 还用于分光仪的棱镜和透镜上 。 通 常水晶为无色透明 , 此夕卜还有紫晶 、 黄晶 、 黑晶 、 晶 、 发晶 、 红品等 , 另外还有星光水晶 。 茶 令 水晶在宝石 中价值比较低 , 但作为 二月份诞生石的紫晶 的价值却比较高 , 也是最受人欢迎的 种 其中华丽的深紫 色 , 光亮美艳 , 透明度高 , 是最珍贵的 品种 。 紫品 的主要产 地是巴西 、 马达加斯加 、 美国 、 中国 、 墨西哥 。 紫 晶如果加热 , 紫色会变成黄色或者红褐 色变成黄色 的水晶叫黄品 。 黄晶颜色从浅黄至深黄 , 透明度高天然黄令 曰 吞学 心 、 份 嘴冷心 份 “ 蹂多嘴 ︸ 嘴嘴 。 嘴 要用 于控制广播波长的水晶振荡器 、 精密钟表 、 海底通讯 晶很少 , 几乎都是 紫晶热处理后得到 的 。 这种 黄晶在很多场 合不 叫黄晶 , 因为外观很象托帕斯黄玉 , 市场上有些不法 商人故意 说成托帕斯 , 以谋取高利 。 请购买者小合当 淡 褐 色透明或 暗褐 色半透明 的水晶叫茶晶或烟舱 「 几乎 黑色的叫黑晶 , 加热后都退 色发品也叫鬃晶 , 是因其品体 内含有角闪石和电气等细如毛发或鬃毛 的针状 内含物 , 红晶多为粉红色 , 有时 内含细小针状内含物并按 一定方 向排列 , 经研磨后出现三条星光 , 也叫星光水晶 勺 七 公 ︸ 多 占心 翻 山全 翻 南 翻未台 渝仑 翻 力心 别 月勺 白 南旬 白 也 多 否七 别 甲汤 昌 占, 翻 川, 加 泊句 扣 角巾 别 内旬 伪 泊切 翻 渝币 七 , 号 心 翻 占向 刽 。甸 翻 。勺 翻 泊 卿 再气再佗 心还冤色币叼,石‘。石叼石朋玉‘呸, 尸石日尸石, 石叼枷。西叼。压叼。西句。币句晒。 示压 ‘呸卯初晒。呸。 钾币甸, 和。护。办,石气‘玉 ‘呸。。石叼孕不‘叨强冬还,令还‘吓, ,再, 场 ,,不‘晒。呸, 办场 、呸、场、峨、形 中国矿业 上 年第卷第期