北洛河铁矿无底柱分段崩落法采场尺寸优化研究.pdf

2 0 o 5 年 4月 第 3 4卷 第 2期 中国矿山工程 C h i n a Mi n e En g i n e e r i n g A p r ． ， 2 0 0 5 V o 1 ． 3 4 No ． 2 北洛河铁矿无底柱分段崩落法 采场尺寸优化研究 S t o p e S i z e Op t i mi z a t i o n o f S u b l e v e l C a v i n g Me t h o d wi t h o u t S i l l P i l l a r i n B e i mi n g h e I r o n Mi n e 任凤玉， 王文杰， 韩智勇 东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 ， 辽 宁沈 阳1 l o o o 4 关键词 无底柱分段崩 落法； 采场 尺寸； 优化 摘 要 提 出了厚矿体无底柱分段崩落法采场尺寸优化的原则， 并对主要影响因素进行了定量分析， 建立了采场尺寸与铲运机 出矿参数、 出矿能力、 单位矿量采切费用摊销额的数学关系， 提 出了厚矿体无底柱分段崩落法采场尺寸的优化方法， 并计算了北 沼河铁 矿合理的采场 尺寸。 Ke y wo r d s s u b l e v e l c a v i n g me t h o d w i t h o u t s i l l p i l l a r ； s i z e o f mi n i n g s t o p e ； o p t i mi z a t i o n Ab s t r a c t ， r h e o p t i mi z a t i o n p r i n c i p l e a n d me t h o d o f s t o p e s i z e o f s u b l e v e l c a v i n g me t h o d f o r t h i c k o r e b o d y mi n i n g i s p u t for w a r d ．a n d t h e ma i n f a c t o r s o f i n fl u e n c i n g s t o p e s i z e a r e a n a l y s e d ． T h e ma t h e ma t i c a l r e l a t i o n o f mi n i n g s t o p e s i z e t o o r e r e mo v a l p a r a me t e rs o f s c r a p e r a n d t h e c o s t o f o r e p r o d u c t i o n i s a n a l y z e d r e s p e c t i v e l y ， a n d a n a p p r o a c h o f o p t i mi z i n g s t o p e s i z e i n s u b l e v e l c a v i n g i s f o u n d e d ． Th e r e a s o n a b l e s i z e o f s u b l e v e l c a v i n g s t o p e i s c a l c u l a t e d f o r Be i mi n g h e I r o n Mi n e a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l p r o d u c t i o n d a t a ． 1 前言 北沼河铁矿主矿体 F e 7 走向长 l 6 2 0 m， 宽 9 2 ～ 3 7 6 m， 应 用无底柱分段崩落法开采。沿矿体长度方向和宽度方向都需 要划分采场 ， 以采场为单元组织生产。优化采场尺寸， 对于改 进采准设计有重要意义。为此， 本文结合北洛河铁矿条件， 研 究采场尺寸的优化方法， 即每一采场合理的进路条数与每条 进路合理长度的计算方法。 2 采场尺寸与出矿时间计算方法 北沼河铁矿应用无底柱分段崩落法开采， 将一条矿石溜 井负担的范围划分为一个采场， 采场工程包括矿石溜井、 进路 联巷、 回采进路、 切割横巷与切割井等。一般每个采场布置 1 条矿石溜井与 1 条切割井， 因此溜井与切割井的工程量与采 场尺寸的大小无关 ； 进路联巷与切割横巷的工程量 ， 取决于 采场的宽度， 即进路的条数， 而与进路的长度无关。若采场尺 寸过小， 采出矿量少， 溜井与切割井的费用摊消在每吨矿石 的数额过大； 相反， 若采场尺寸过大， 出矿效率低且巷道维护 工作量大， 因此采场尺寸存在最优值。 设一个采场包含m条进路 。 进路间距为 B 每条进路有 n 维普资讯 第2 期 任凤玉等 北沼河铁矿无底柱分段崩落法采场尺寸优化研究 ．1 9． 卜 Ij 墨 F 图 l j 坐标 系 车数 铲斗数 为 k 。 取图 1 所示坐标系， 以崩矿步距 为长度单位． 并规定联巷侧进路 口到第一排炮孑 L 之 间的区段 0 。 在此坐标系下， 不计矿石散体堆积坡 面角的影响时，第 个崩矿步距所在的区段承载铲 运机通行的次数为 ／ ／ j 2 k n 1 整条进路各步距承受的通过次数的平均值为 ∑ ∑ n - i 盯 一 1 2 l l l l l 1 l l 北沼河铁矿分段高度 1 5 m． 进路间距 1 8 m， 崩矿步距 3 ．7 m． 采用 T O R O 一 4 0 0 E铲运机出矿， 斗容 4 ．O m ， 每 一 步距大约运出4 0 0铲斗矿石 ， 即 k 4 0 0 。代入式 1 与式 2 后绘出图2 ， 可见随进路长度增大， 进路 底板的承压次数急剧增大。 均次数▲ 2 O O 。 。 O} } _ 1 l f 0 1 0 i O 310 4 0 5 10 f 进路步距 进路步距 图2 进路底板承载铲运机运行次数与进路长度的关系 进路联巷的最大承压次数，是进路承压次数的 累计之和， 因此， 进路承压次数的增大引起联巷承压 次数增大。这一关系表明， 随采场尺寸增大， 采场运 搬耗费的时间增大， 出矿工作对路面强度要求增大。 设在联巷内空、 重车的平均行走速度为 v 。 ； 在进 路内空、 重车的平均行走速度为 V 2 。 假定矿石溜井设 置在采场的中间， 铲运机在紧靠溜井的进路出矿时， 在进路联巷内的单程行走距离取为一个进路间距 即为 B 靠近联巷的第一个步距出矿时， 铲运机在 进路内行走的距离为 s ， 则在图 3 所示的坐标系下， 第 条进路第 j 个步距完成一铲斗矿石运搬所需的 时间为 溜 一T一一一一_一一 I I I f f I I t 一 1 进路 l I 1 2 3 4 一 群 ， I 。 l 巷 f I 进路 图3 i ， ． 『 坐标系 tq 2 J 鱼1 tk 式中 铲运机装矿、 卸矿和空、 重车在联巷转 弯调头所需的时间； B 进路间距； s 崩矿步距。 当一个采场共有 m条进路， 每条进路包含 I 1 个 步距时． 整个采场所需的出矿时间 m／ 2 1 1 1 1 2 2 ∑ - 2 ∑ i 1 2 Vl 鲁 t,dj l l l J 2 m n 1 詈 1 盯 3 3 采场尺寸计算 北 沼 河 铁 矿 从 2 0 0 3年 1 2月 开 始 使 用 T O R O - 4 0 0 E型铲运机出矿， 到2 0 0 4 年 8 月， 标定得 出的铲运机平均运行参数见表 l 。 表 1 北涪河铁矿 4 ms 铲运机出矿运行参数统计值 行车状态 转向调头时间 装矿时间 卸矿时间 参数值 1 ． 7 9 m ／ s 1 ． 6 2 m ／ s 6 ． 4 s 1 1 ． 8 8 s 3 ． 9 。 将表 1 数据和现用参数值 B 1 8 m ， s 3 ．7 m 代人 式 3 ． 并令 k 4 0 0 得 T m 盯 [ 1 1 盯 Vl V2 4 0 0 mn f 4 0 ． 9 2 5 ． 0 3 m 2 ． 2 8 n 4 由式 4 可见， 随采场尺寸 m、 ／／ 值 增大， 采场出矿需 要总时间急速增大，为求 T 随 m、 ／ ／ 的变化速度值， 对式 4 求偏导数得 旦L 4 0 0 n 4 0 ．9 2 1 0 ．0 6 m 2 ． 2 8 n 5 维普资讯 2 0 中国矿山工程 2 0 0 5 年 第3 4卷 4 0 0 m 4 0 ． 9 2 5 ．0 3 埘 4 ． 5 6 n 式 5 表明， ／1／ 、 n值越大， 丁随 11 1 、 n的增大速度就越 大。这是因为采场尺寸 m、 n 值 增大， 使铲运机运矿 距离增长． 长运距的出矿量越多， 运矿作业的总时间 就越长 ． 随之出矿工作占用的时间就越长。 以铲运机出矿的铲斗数为单位， 整个采场的出 矿量与采场尺寸的关系为 Q m n k 6 式 6 与式 4 相除， 得出矿效率 A 等 m n k ～ 铲斗／ s 7 旦 1 旦 1 n 一 扯 6 0 由式 8 可见， 随采场尺寸 m、 n 的增大， 出矿效率 降低。 将北沼河铁矿采场参数值 B 1 8 ，s 3 ．7 和出矿 统计量 y 1 ．7 9 ， v 2 1 ． 6 2 ，t 2 8 ． 5 8 代入式 8 ， 得 A 铲斗／ m i n 9 ～ 4 0 ．9 2 5 ． 0 3 m 2 ． 2 8 n ⋯ ⋯～ 由式 9 计算得， 当m 5时， n 4 0比n 2 0 时出矿效 率降低 5 5 ％； 当n 3 0时， m 1 0比m 5时出矿效率 降低 1 5 ．7 6 ％。可见出矿效率随 m、 n增大而显著降 低。 崩矿步距 n与进路条数 m所代表的尺度不一 样．北沼河铁矿 s 3 ．7 m， B I 8 m，当出矿效率一定 时， 如何确定 n 、 ／／ ／ 值使采场矿量最大是一个优化问 题 。将北沼河铁矿的相关数据 V l 1 ．7 9 m ／ s ， v 2 1 ．6 2 m ／ s ， B I 8 m， s 3 ． 7 m ， tk 2 8 ．5 8 s 代人式 9 ， 在 m、 n 坐标系绘出A的等值线 图4 ， 则上述问题可归结 为 在 A等值线上寻求整数点 m、 n ， 使之最大限度 地适应生产系统的约束条件， 再结合经济计算， 得出 步距数与进路数的合理值。为此， 将式 9 改写为 埘 ≤ 鲁 一 一 音 一 ． 盯 c 由式 1 O 可计算进路数 m与出矿步距 n的合理关 系。 为进一步分析 m、 n 对矿石生产成本的影响， 还 需要计算采场的可比采准费用。设每个采场一条矿 石溜井和一个切割井 ， 则一个采场的可比采准费用 为 g 瀣 l { l t } I t l A I3 - I | { A O ．4 { | I l A - 0 5 { I． t ／ | ＼ A o ．6 ＼ _I 一 A l 、1 k 、 ，‘， ‘{ l l 2 O 3 O 4 0 5 O 6 O 步距数 ／ ／ 出矿效率等值线图 F mn s 2 m B f l h f 2 f 3 式中 、 、 厶 分别为横巷 、 溜井与切割井的工程 费用， 元／ m 。 采出矿石量可表示为 埘 踟s 吨，则采准 费用在每吨采出矿石的摊消额为 F m n s 2 m B h f 2 f 3 Q m B n s h T k H k 1 l 式中 、 一矿石容重与矿石回采率。 由式 1 1 可见， 采场尺寸加大， 采准费用在每吨 采出矿石 的摊消额减小 。 北洛河铁矿 2 0 0 4年 1 ～ 1 0 月的经济指标为 3 5 0 0元／ m， ， 2 2 3 5 0元／ m， ， 3 1 8 0 0元／ m， 8 5 ． 4 ％， 3 ．7 8 ff m 3 , B 1 8 m ， s 3 ．7 m ， h 1 5 m ， 代入式 1 1 计算 得 f 4 ． 0 2 旦 1 可见 n 对 的影响程度远大于 m， 这就是说， 进路 越长，采准费用在每吨采出矿石的摊消额就越低。 但进路越长， 通风条件越差， 在现有矿山条件下， 使 用 T O R O 一 4 0 0 E型铲运机 斗容 4 m 在断面 4 ．2 re x 3 ． 5 m的进路内出矿，综合考虑出矿效率与通风条 件． 进路长度以6 0 ～ 8 0 m为宜， 此时对应 n 1 5 - 2 0 。 n 值确定后 ， 即可根据出矿效率要求 ， 按式 1 O 计算 m值。所需出矿效率的计算式为 A 铲斗／ m i n 1 2 1 a q 叼 式中 p 铲运机计划年出矿量， t／ 台 a ； 铲运机年出矿时间， m i rd 台 a ； Ⅱ 铲运机出矿时平均每铲斗装矿量 ， t ／ 铲 ．、1 ． 一 下转第 4 1页 2 O 8 6 4 2 4 m 图 O 维普资讯 第2 期 汪顺才等 纤维素酶在废纸脱墨中的应用 3 结论 通过试验结果可以得出以下结论。 1 纤维素酶在碎浆时间 4 5分钟 ， 碎浆浓度 7 ． 1 ％， 碎浆温度 5 0 C， p H为 1 O的条件下作用最佳。 2 纤维素酶在碎浆时间 4 5分钟 ， 碎浆浓度 7 ． 1 ％， 碎浆温度 5 0 C ， p H为 1 O ， 纤维素酶 l O 0 t 纸 的条件下， 废纸脱墨效果最佳。 【 参考文献】 [ 1 】 陈冠华等． 纤维素酶脱墨机理的研究进展[ J ] ． 生物工程进 展 ， 2 0 0 1 ， 0 3 1 7 2 2 ． 【 2 】 Wo o d T M． P r o p e r t i e s a n d m o d e o f a c t i o n o f c e l l u l a s e ． B i o c h e m[ M] ． S o c ． T r a n s ． 1 9 8 5 ， 1 3 4 0 7 4 1 0 ． [ 3 】 Wood T M． F u n g a l c e l l u l a s e s [ M] ． B i och e m． S o c ． T r a n s ． 1 9 9 2 ， 2 0 4 5 5 3 ． [ 4 】 张树政． 酶制剂工业[ M】 ． 北京 科学出版社， 1 9 9 8 ． [ 5 】 Wood T M． ， e t a 1 ． Me t h o d s f o r me a s u ri n g c e l l u l a s e a c t i v i t i i e s [ J ] ． M e t h o d s E n z y n o 1 ． 1 9 8 8 ， 1 6 0 8 7 1 1 2 ． [ 6 】 R o u y i n e n J ． ， e t a 1 ． T h r e e d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e o f c e l l o b i o h y d r o l a s e I I f r o m t r i c h o d e r m a r e e s e i [ J ] ． S c i ． 1 9 9 0 ，2 4 9 3 8 0 3 8 6 ． [ 7 】 K n o w l e s J K C ． ， e t ． C e l l u l a s e o f A s p e r g i U u s a c u l e n t u s C h e m [ M] ． S o c ． S e r ． C h e m． C o m mu n ． 1 9 8 8 ． 1 4 0 1 - 1 4 0 2 ． 【 8 】 Me i n k e A ． ，e t ．E n h a n c e m e n t o f t h e e n d o b e t a 一 1 , 4 一 g l u c a n a s e a c t i v i t y o f a n e x o - c e l l o b i o h y d r o l a s e b y d e l e t i o n o f a s u r f a c e l o o p[ J 】 _ Mo 1 ． Mi c r o b i o 1 ． 1 9 9 6 ， 1 2 3 4 1 3- 4 2 2 ． [ 9 】 T o m me P ． ， e t a 1 ．C h r o ma t o g r a p h i c s e p a r a t i o n c e U u l o l y t i c e n z y m e s [ J ] ． Me t h o d s E n z y m o 1 ． 1 9 8 8 ， 1 6 0 1 8 7 - 1 9 3 ． [ 1 0 】 T e e r i T ． C r y s t a l l i n e c e l l u l a s e d e gra d a t i o n n e w i n s i g h t i n t o t h e f u n c t i o n o f c e l l o b i o h y d r o l a s e s [ J ] ． T r e n d s B i o t e c h n o 1 ． 1 9 9 7 ， 1 5 1 6 0 1 6 7 ． [ 1 1 】 C o u g h l a n M P ． ， e t ． C o mp a r a t i v e b i o c h e m i s t r y o f f u n g a l a n d b a c t e ri a l c e l l u l o l y t i c e n z y m e s y s t e m[ M] ． B i o c h e m i s t r y a n d Ge n e t i c s o f C e l l u l o s e D e gra d a t i o n ， F EMS S y mp ． A U B E R T ． J ． - p ．B e g u i n ，P ． a n d Mi l l e t ． J ． E d s ． A c a d e mi c P r e s s ， L o n d o n ，P P ． 1 9 9 5 ， 1 1 - 3 0 ． [ 1 2 】 E r i k s s o n K E ． ， e l, a 1 ． P r o p e r t i e s o f p u l p s fr o m t h e mo m e c h a n i c al p u l p i n g o f c h i p s p r e t r e a t e d w i t h f u n g i [ M】 ． S v e n s k P a p e r s t i d n ． 1 9 8 2 ， 8 5 3 3 ． [ 1 3 】 B a j p a i P ． E n z y ma t i c d e i n k i n g [ J ] ． A d v ． A p p ． Mi c r o b i o 1 ． 1 9 9 7 ， 4 5 2 4 1 2 6 9 ． [ 1 4 】 P u t z H J ． ， e t a 1 ． E n z y m a t i c d e i n k i n g i n c o m p a ri s o n w i t h C O n v e n t i o n a l o f o f f s e t n e w s [ M] ． 1 9 9 4 T a p p i P u l p i n g c o r ff e r e n c e ， J a p p i P r e s s ， A t l a n t a ， P P ． 1 9 9 4 ， 8 7 7 - 8 8 4 ． [ 1 5 】 V i d o t t i R M． ，e t ． P r o c ． T a p p i P u l p i n g C o n _q M 】 ． T a p p i P r e s s ， At l a n t a ， GA P P ．1 9 9 2 ， 6 4 3 6 5 2 ． [ 1 6 】 J e ff r i e s T W． ， ． C o mp a r i s o n o f e n z y me e n h a n c e d w i t h t r a d i t i o n a l d e i n k i n g o f x e r o gra p h i c a n d l a s e p r i n t e d p a p e r [ M】 ． T a p p i ． J ． 1 9 9 4 ， 7 7 4 1 7 3 1 7 9 ． 上接第 2 0页 铲运机开动率。 例如铲运机出矿每班作业 5 小时、 每天两班出 矿 、 每月工作 2 5 天， 则年出矿时间为 1 8 0 0 0 0 分钟； 矿石体重 3 ,k 3 ．7 8 t／ m 3 时， 斗容 4 m 铲运机每斗出矿 量 9 t 左右， 取 q 9 9 铲斗， 8 O ％， 代入式 1 2 ， 根据 O值计算 A ， 再将 A代入式 1 O ， 根据给定的 n 值 计算 m值， 计算结果见表 2 。 由表 2可以看出， 对铲运机出矿量要求越高， 采 场的合理尺寸越小。 根据表 2的计算结果， 结合北沼河铁矿条件， 推 荐 m 5 、 n 1 8 1 9 方案， 即一条矿石溜井负担 5 条进 路、进路长度 7 2 7 5 m为宜， 此时一台T O R O 一 4 0 0 E 型铲运机可出矿 7 O 万 t ／ 台 a 。 4 结论 1 采场尺寸的合理值取决于铲运机运行参 数 、 出矿效率要求和采准费用等， 可根据实际指标按 表2 出矿效率与采场尺寸关系 式 1 2 与式 1 O 计算崩矿步距数与进路数的对应 关系， 再参考式 1 1 分析确定采场尺寸的合理值。 2 根据 2 0 0 4年 1 1 O月指标的计算结果， 推荐 北沼河铁矿一条矿石溜井负担 5条进路， 进路长度 7 2 7 5 m为宜。 维普资讯