金堆城钼矿南露天开采规划研究.pdf

蝌． S e p t e n 南e r 2 0 0 5 金属矿山 M E T A I ．M I N E 增刊 2 0 0 5 年9 月 金堆城钼矿南露天开采规划研究 陈永锋聂兴信卢才武云庆夏 西安建筑科技大学 摘要分析了金堆城矿床的品位分布特征并重新圈定了矿体，摸清了金堆城钼矿的地质储量和矿体分布特 征，应用参数化函数法搜索得到多个境界方案，结合各方案总效益变化规律，采用边际理论法确定了开拓运输系统 和露天开采境界，计算了排土场容积和面积，对各方案用静态法和动态法迸行了经济效果分析，并建立了一套适合 于露天矿特别是金堆城矿的设计、管理软件包。 关键词规划开采境界C A D 技术露天开采 O nS o u 廿IO p e n p i tM i I l i n gP l a n n i 呜o fJ i n 山【i c 】h e n gM o l l 巾d e 咖mM i 玳 C h e nY o n 出n gN i eX i n 舀nL uC a i w uY u nQ i n 函a 蕊缸n ‰觇瑙蚵旷A ，曲i t e c t w 以＆i e ，l c e 彻d 死c l l n D 地盯 A b s t m c tT h e 酬ed i s t 曲砸o nc h a r a c t e r i s t i c 8o fJ i n “c h e n gd e p o s i tw ∞蚰a l y z e d ，血eo 油o d yr e d e l i 舱a t e d 锄d t l l eg e o l o 舀c a lr e s e r v e “J i n d l l i c h e n gm o l y b d e n u mo 陀蚰dt h eo r e b o d yd i s t r i b 砸o nc k l r a c t e r i s t i c sw e r ef o u n d ．S e v e r a l b o 衄d a r ys c h e m e sw e r eo b t a i n e db ys e 鲫妊n gl l s i n gp a r a H 圯t e r i z e df l u l c d ∞m e m o d ．I r Ic o 血b i n a t i o nw i t hm et o t db e n 娟t c h 阻g el a wo fe a c hs d 圯m e ，m a 蟛n a l 畦地o m t i c 8 lm e t l l o dw 鹪u s e dt od e t e 珈【l i n et l l ed e v e l o p m e n tt r a n 8 p o r t a t i o ns y s t e ma n d 叩e n p i tm i r I i n gb o 咖d a r y 锄dt h ev t I o l u m e 觚da 阳a0 f 廿地d 砌ps i t ew e 坤c 8 1 c 山t e d ． ％ee c o n o I I l i ce 艉c to fe a c h s c h e m ew 鹊肌a l y z e db yb a t l Is t “c 蛐dd y n a l I l i cI n e t l l o d 8 锄das 洳a r ep a c k a g et l l a ts u i t st l l ed e s i 伊明dm 肌a g e m e n t0 f o p e n p i tm i n e s ，e s p e c i a I l l yJ i n d u i c h e n gM i n e 啪e s t a b l i s h e d ． K e y w o 曲P l a I l I l i n g ，M i I I i n gb o l l I l d a I y ，C A Dt e c l l I I i q I l e ，o p e n p i tm i I I i n g 金堆城露天矿为大型露天钼矿，设计共分小北 露天、南露天和全露天三期开采。目前开采的矿体 主要是小北露天矿，是整个矿体分期开采的一个部 分。为了保证矿山的可持续开采，需要对南露天进 行开采规划研究，以便与开采现状实现有序合理的 衔接。 文中研究的目的，就是要深化过去的实践经验， 充分利用计算机及计算机辅助设计、图形处理、数值 分析、决策理论、优化技术等现代化手段，全面研究 南露天矿的开采和规划，为该矿今后发展制定科学 的策略，尽最大可能地改善企业经济效益。 1 地质工作 1 ．1 钻孔数据处理 1 ．1 ．1 矿段组样 根据给定的边界品位及最小工业品位，分别对 表外矿及表内矿组样。矿段内的矿石品位d 按下式 计算。 ∑a ；吐 d 兰l _ 一， 1 ∑吐 式中，d ；样段i 的品位；d i 样段i 的长度；n 为矿段内 的样段个数。 1 ．1 ．2 按台阶高度组合 按矿山台阶高度，分层计算矿段的品位％ ∑a ；吐 a 旦- ， 2 ∑d i ‘ 1 式中，m 为台阶内的样段个数，其余符号同上。 在组样过程中，要考虑最小可采厚度、最大剔除 夹石厚度、特高品位及样段贫富组合的处理。台阶 水平线常从样段中穿过，这时需将样段长度分为两 陈永锋 1 9 6 1 一 ，男，西安建筑科技大学管理学院，教授，7 1 0 0 5 5 陕 西省西安市。 万方数据 陈永锋等金堆城钼矿南露天开采规划研究2 0 0 5 年9 月 部分，但计算时样段品位不变。 1 ．2 工业指标的确定 矿床最小开采厚度定为2m ，最大剔除夹石厚 度为4m ，而且边界品位应保证出矿品位要求，且使 矿体有较好的连续性。采用0 ．0 6 ％一0 ．0 8 ％工业 指标重新圈定矿体，即品位低于O ．0 6 ％的部分列为 废石，品位在O ．0 8 ％以上部分列为表内矿，O ．0 6 ％ 一O ．0 8 ％之间部分列为表外矿。 1 ．3 矿岩量计算 1 ．3 ．1 横剖面法 是根据相邻两个剖面上矿体的分布及剖面间的 距离，运用锥形、楔形、截锥体等几何公式计算出矿 体块段体积，进一步计算出表内矿量、表内矿品位、 表外矿量，针对下列不同情况采用相应体积公式进 行计算。 当矿石块段只有一个剖面控制时，若呈点状尖 灭时，其体积用锥形体积公式计算 1 y s ￡． 3 j 当矿石块段由一个剖面控制，且向另一个剖面 呈现线状尖灭时，用楔形公式计算 1 y S L 4 二 式中，y 为矿石块段体积；s 为剖面上的矿石面积；￡ 为影响半径。 当矿石块段由2 个剖面控制，且S 。和s 2 相差大 于4 0 ％时，用截锥体公式计算 1 y s l I s 2 √s l 是 L 5 J 式中，S 。、s 为剖面上的矿石面积；L 为两剖面间间 距；当S 。和S 相差不大于4 0 ％时，计算公式为 1 y J s l s 2 L ． 6 厶 整个储量计算过程由程序自动完成。 1 ．3 ．2 分层平面法 分层平面法是利用地质平面图，按锥形、楔形、截 锥体等类似于剖面法的几何公式计算出矿体分层体 积，进一步计算出表内矿量、表内矿品位、表外矿量。 2 种计算方法的计算误差均小于5 ％，说明计算 结果可信，符合设计要求。整个储量计算过程由程 序自动完成。 1 ．4 品位计算 1 ．4 ．1 钻孔法 根据待求矿段内所有钻孔数及每个钻孔品位， 求出矿段内矿石平均品位。 1 ．4 ．2 方块法 方块法也称断面法，有水平断面和垂直断面两 种。它的基本原理是把某一断面分为m n 危的 方块，方块的品位按这一方块中的平均品位赋值。 本论文采用水平断面法计算，方块尺寸为1 0 0m 1 0 0m 1 2m 。各矿块情况如图l 所示，方块的平均 品位由对应公式计算。 囫亘豳 ； 答E 墨 j 仁 皇 苎 j 匕 皇 翻 置霭匡蟊 隹 宙隹； ；；喜 - 司皇；；；岂 、一 图l 矿块类型表示 对于图1 中 a 、 c 2 种情况，方块内有偶数 2 ，4 个钻孔，计算公式为 1 n g 。 ∑孙 7 式中，9 0 为某一方块的平均品位，％；毋为样品，的 品位观测值，即方块内的钻孔品位值，％；n 为方块 中参与计算的钻孑L 数，一般不超过4 个。 对于 b 种情况，方块内有3 个钻孑L ，计算公式 为 g 。 } 掣 9 1 】／2 ． 8 对于 d 种情况，方块内只有一个钻孔时，则用该钻 孔品位值g ，表示。 对于无钻孔控制点的方块 e ，则用周围的品 位平均值表示； 实践证明，钻孔法计算出的矿石品位偏高，可视 为品位估算的上限。相反，用方块法求得的各方案 境界内矿石品位偏低，可视作品位估算的下限。 2 开采境界圈定 2 ．1 经济合理剥采比的确定 经济合理剥采比是确定露天矿山开采境界的主 。要技术经济指标㈣。文中计算中，按原矿成本法用 下式计算。 n 譬卫， 9 D 式中，c 为地下开采成本，元／t ；口为露天开采纯采矿 成本，元／t ；6 为露天开采剥离成本，元／t ；n 为经济 万方数据 增刊金鬣砖 山 2 0 0 5 年9 月 合理剥采比，∥t 。 若要将经济合理剥采比凡的单位改为m 3 ／m 3 ， 则按下式计算 凡，掣， 1 0 凡2 万， L 1 u ， 式中，n ’为经济合理剥采比，m 3 ／m 3 ；r 。为矿石容重， ∥m 3 ；r 为岩石容重，L ／m 3 ；其余口、6 、c 、n 意义同上； 口 6 8 元／t ，r l 。r 222 ．7 ￡／m ’，c 4 0 元 ／t ，贝4 ，n 4L ／t ， 4m 3 ／I f ，即砧 n ’。 当前，金堆城露天矿的生产剥采比大约为l ∥t 左右，远远小于经济合理剥采比。为了不使矿山剥 离量突然增加，近期内不可能按经济合理剥采比确 定露天开采最终境界。因此，文中工作仍是按矿山 允许的剥采比确定露天开采的分期境界，也就是说， 开采境界的确定，实质上是分期境界的确定。 2 ．2 各分期境界方案的搜索 针对金堆城的情况，今后一段时期的最终开采 深度为8 4 0m 。尽管8 4 0 水平以下仍有矿量，但尚 未勘探清楚，暂时不予考虑。此外，目前采场东西两 帮 上、下盘方向 有高山挤压，向外扩展空间有限， 因此只能沿矿体走向往南北方向延伸。 图2 是采场向南北两帮外扩时，以及采场向南 北两方向外扩同时，东西两帮也各外扩2 5 米两种情 况下，用分期境界搜索 参数化函数法 所得的各开 采境界方案总效益变化对比曲线。 Z4681 01 2 1 41 6 1 7 方豢“ 图2 全方位外扩各境界与南扩各境界总效益变化曲线对比 从图中可以看出，往东西两帮外扩意义不大。 全方位外扩各方案的总效益不如南北外扩各方案总 效益理想。由此可知，向东西两帮外扩意义不大，只 沿南北方向外扩是正确的。 2 ．3 初选方案 参照参数化函数法搜索所得的各开采方案，综 合考虑金堆城钼矿的发展现状和规划目标，参照国 内外矿山短分期开采的实践经验，重点深入探讨了 北1 、北2 、南1 、南2 、南3 、南4 方案。 上述6 个方案，要结合开拓运输布线，再作详细 的技术经济比较，以确定最优境界方案。 4 2 ． 2 ．4 最优开采境界的确定 在露天开采设计中，有许多方法确定露天开采 境界，如境界剥采比法、浮锥法、动态规划法、图论法 等等悼j ] 。但是，它们都是针对露天开采最终境界 的确定，并不是针对分期开采境界。文中应用边际 理论确定露天开采最优境界。 边际理论分析是经济分析的最常用的方法，它 基于各种经济现象中所存在的某一因变量依存于一 个或几个自变量的函数关系。文中从离散变量的角 度，把分期境界搜索所得的各境界方案，按外扩所增 矿量作为微元，求出对应自变量的边际效益，进行比 较决策，得出最优境界方案。 根据采场向南北两帮外扩时的分期境界搜索计 算结果。经过数据处理，得外扩各境界方案的边际 效益变化折线图 图3 ，从图表中可以看出，当采场 向南外扩时，拍方案是最符合边际理论的方案。同 理可得出，当采场向北扩展示时，几3 是最符合边际 理论的方案。 方案号4 图3 外扩各境界方案边际效益变化折线 3 开拓运输 3 ．1 开拓运输参数确定 文中为了保持矿山开采工作的一致性，沿用小 北露天矿的开拓运输参数 表1 。 表1 开拓运输参数 3 ．2 开拓布线原则 本研究工作中，开拓运输布线原则如下。 1 保持东、西矿石倒装站； 2 尽量保持原小北露天开采境界； 3 10 0 8m 水平以上尽量保持原开拓运输方 案； 4 尽量减少剥离量。 3 ．3 布线结果 应用文中的专用C A D 软件，在技术人员的引导 下完成各方案的开拓布线。 万方数据 陈永锋等金堆城钼矿南露天开采规划研究2 0 0 5 年9 月 5 排土场计算 5 ．1 面积计算 在地形等图上运用C A D 软件中求面积功能计 算不同空间形态所围面积。 5 ．2 体积计算 1 采用与公式 4 、 5 、 6 类似的不规则形 体的体积计算公式。 2 剖面间距选择．形体块段内部按自然等高 线1 0m 计算。 靠近现状境界和设计境界时，采用境界标高与 其最相近等高线差 一般不小于1 0m 计算。 3 计算体积．由于排土场形体块段空间形状 不同，先计算出形体面积，计算体积时按上述方法编 程计算，只要输入两面积数值s n S 2 ，即可算出体 积。 4 ．3 征地面积计算 餐敏 图4 征地面积计算原理 计算方法原理对于圆台 见图4 ，其中底部圆 环面积s 叮r 蠢一 ； 咖孥2 1 T c 。s p ； Z 1 r 1s e c D ； Z 2 2 r 2 s e c a ； 圆台表面积 s7 要 芝一日 叮r c o s 口 走s e c 2 8 一一8 e c 2 p 霄s e c 2 口 蠢一r 2 故} 群s 咖 学； 即s ’2 寿； 1 1 式中，挑t 为平面上两等高线间距，可取多特征间距 后求平均值得到；z 循 d 妇t 2 ；s 为平面上两等高 线所围圆台的圆环面积。 以上工作，经编制程序自动完成，只需输入各层 等高线面积，排土场容积和征地面积。 5 技术经济分析 南露天开采共确定了6 个初选境界方案，各有 优缺点，很难作出简单的判断。为此，文中对6 个方 案进行了深入的技术经济分析。 5 ．1 静态法 鉴于南露天开采是和小北露天开采同时进行， 互相交叉，因此它的矿石产量及剥离量是经常变动 的。为此，文中采用以总量计算为主的静态比较法。 比较中主要计算下述项目。 1 基建费用．，，其中包括基建剥离费用、排 土场征地费用、东川河改道费用、运输线路建设费 用、建筑物搬迁、桥梁改建及排洪沟重建、南扩上山 公路及溜槽、采场征地及管线移设等。 2 开采盈利值尺 R [ P d 田一C l C 2 ] Q C 3 y ， 1 2 式中，P 为钼精矿吨度价格；a 为原矿品位；’7 为回收 率；C 。为采矿成本；G 为剥离成本；c 2 为选矿成本； Q 为开采的矿石总量，t ；y 为开采的总剥离量，t 。 3 开采效益 S R 一．，． 1 3 5 ．2 动态法 由于本论文中6 个方案的矿岩量差别太大，为 了充分体现时间效益，文中又从年限滚动角度对各 方案进行了技术经济比较，即采用净现值法u 副比较 各方案的优劣。净现值计算公式如下 n ，．t 一1 ⅣP y ∑ ，t D 。 七 ， 1 4 I l’- ⋯ 式中，ⅣP y 为净现值，万元；J v 为可能开采的总年限， a ；￡为基准收益率，8 ％；t 一，年的现金流人，即当年 的销售收入P 口田xQ l ，万元；D 。一￡年的现金流 出，即当年的基建费、采矿费、剥离费和选矿费，万 元。 6 结语 文中综合运用采矿系统工程的方法和成果，利 用各种数学方法、计算机技术、C A D 技术和采矿技 术，对金堆城钼业公司南露天开采进行了规划研究， 研究成果对金堆城矿可持续发展有参考价值。结合 研究工作，建立了一套适合于露天矿特别是金堆城 钼矿的从钻孔数据处理、境界搜索、最优境界确定到 计划编制的计算机软件系统，该软件系统已在其他 项目的研究工作中得到了成功应用。 下转第4 5 页 4 3 万方数据 王福财等斜长工作面浅孔留矿法在急倾斜极薄矿脉开采中的应用2 0 0 5 年9 月 各布置1 条天井，1 条为先进天井，另l 条为顺路天 井。这样可以少用4 条天井，即减少了采准工程量， 同时又少布置1 个矿块间柱，提高了矿石回收率。 2 将原矿块内水平工作面改为倾斜工作面布 置。倾斜工作面回采的优点在于一是可以利用短 工作面回采长矿块，同时又减少了上盘围岩的暴露 面积，以保证回采中的矿石稳定固；二是与矿山现行 的平底结构浅孔留矿法相结合，即实现了矿体无矿 柱开采，又使通风、行人与材料运送极为方便。 2 ．2 试验采场参数 经过改进，试验场最终确定的参数为矿块沿走 向布置，长度1 6 0m ，垂直高度4 0m 。由于七中段上 部2 0m 无矿，只回采下部的2 0m 矿体，所以矿块高 度为2 0m ，采幅宽度控制在O ．8m ，优化的斜工作面 倾角2 0 0 ，乎底结构的装矿穿间距6m ，长7m 。采 场的结构、参数及布置见图1 。 图1 采矿方法 1 一回风巷道；2 一联络道；3 一岩体；4 一矿石堆； 5 一先进天井；6 一装矿穿；7 一运输巷道； 8 一拉底巷道；9 一顺路天井 2 ．3 采准切割工作 运输巷道布置在下盘距矿体7m 左右处，从运 输巷道掘进穿脉装矿至矿体，再沿矿体将装矿穿末 端相互拉通，形成拉底巷道。先进天井布置在矿块 的一翼，先期完成。顺路天井布置在矿块的另一翼， 矿块回采后期，随回采随架设。 2 ．4 回采工作 回采工作是以先进天井为自由面开始的，随回 采工作的不断推进，先进天井由下向上逐渐消失，倾 斜工作面从先进天井向顺路天井一侧推进。当回采 完矿块顶部，利用局部放矿形成2m 高的空间作为 回风平巷。回风平巷一端与倾斜工作面相通，另一 端与残留的先进天井相通，以形成通风回路。新鲜 风流从运输巷道经过装矿穿 后期经过顺路天井 进入采场，冲洗工作面，污风从回风平巷中排走。 使用Y S P 一4 5 型凿岩机，打上向炮孔，炮孔倾 角与矿体角一致，孔深1 ．4m ，最小抵抗线0 ．8m ，炮 孔排列按之字形布置，采用一字形钻头，直径3 8 m m 。使用2 蝣} 石硝铵炸药，人工装药，微差导爆管 起爆。每次分段爆破5 组，每组5 个炮孔分段起爆。 使用z 1 7 一A W 型装岩机，在装矿穿中装矿，经 运输巷道统一运走。 3 技术经济指标 通过改进和优化采场结构、参数和回采工艺，试 验取得了良好的效果。在相同的地质条件下，试验 方案与原方案的技术经济指标对比情况见表1 。 表1 技术经济指标对比 4 结论 1 试验方案在急倾斜及薄矿脉开采中的应用 结果表明，该方案在技术上是可行的，在经济上是合 理的。 2 采场结构的改进，合并原2 矿块长度为1 个1 6 0m 长矿块，可以减少2 ～4 条天井，从而大大 降低了矿石成本，同时又回收了4m 宽的矿块问柱， 提高了矿石回收率。 3 工人从运输巷道经装矿穿进人采场，即安 全又省力，运送材料、设备极为方便。 参考文献 1 采矿设计手册编委会．采矿设计手册 2 ．北京中国建筑工业出 版社，1 9 8 7 收稿日期2 0 0 5 舶旬2 - 卜一 - - 一．卜 - ．卜斗- 呻- 卜- - - } - - } ●* 一} - 一 一 - 一} 卜 - ●一 - ●一 “●●一十一●- 一 一●1 一} - 卜- 卜一卜- 。- ●～一卜- 上接第4 3 页 3R a c z k aV ，o p e np i tM i n eP l 舢i I l g 删hA u t o c A Dn dQ l l ‘c 。耐， M i n i n gM a g n z i n e ，N o v e Ⅱl b e r ，1 9 9 1 参考文献 4 1 李宝祥主编．金属矿床露天开采．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 2 采矿设计手册编写组．采矿设计手册．北京中国建筑工业出版 社，1 9 8 7 喇i nP L ，C o m p u t e r a i d e ds h o n t 咖Ⅱl i mp l 咖i n g ，C I MB I l l l v 0 1 ．7 8 ，1 9 8 5 收稿日期2 0 0 5 旬7 - 2 0 4 5 万方数据