露天开采规划决策系统及其应用.pdf

收稿日期 20020522 作者简介张瑞新19642 , 男,内蒙古固阳县人,中国矿业大学教授,博士研究生导师,从事采矿系统工程研究 1 第32卷 第3期 中国矿业大学学报 Vol . 32 No. 3 2003年5月 Journalof China U niversity ofM ining 规划决策;资源综合评价;开采程序优化;生产规划 中图分类号 TD 82 文献标识码 A 露天采矿实质上是大量土石方采掘与移运工 程,合理规划开采方案不仅能够降低采矿成本、 提 高生产效率,而且能实现开采效益的最大化.把采 矿工程、 系统工程、 工程数学、 计算机技术结合起 来,开发出露天开采规划决策系统,进行开采多方 案的计算机模拟,实现动态综合优化,为露天矿优 化设计提供决策的基础[1]. 近年来,我国几座大型露天矿山由于开采技术 条件的变化和市场对产量规模以及产品质量要求 的变化,均需要进行不同程度的技术改造.因此,应 用本露天开采规划决策系统,完成了开采方案的合 理规划,实现矿山生产成本最小化和综合效益最大 化,对矿区的开发具有重要指导意义. 1 规划设计模型 露天采矿规划设计系统包括数据库、 地质模 型、 采矿模型等几大模块,如图1所示,采矿模型一 般包括境界圈定、 采区划分、 工作线长度优化、 开采 方案设置以及采矿算量、 综合技术经济评价等[2]. 1. 1 地质模型 将有关煤田地质的勘探资料、 煤质化验资料、 地形、 地质构造等资料输入计算机,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、 地质图件的绘制以及地质信息的可视化显示 等,作为建立采矿模型的基础,同时可作为地质资 源评价的依据. 图1 露天采矿规划设计系统模块构成图 Fig. 1 Model system of plan and design for open pit m ine 1. 2 采矿模型 1 境界圈定 根据经济合理剥采比,结合地 质边界,通过交互式模拟系统圈定最终境界. 2 采区划分 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,从而划定较适合的采区. 3 开采方案设置 根据采区划分的初步结 果,按照不同的开采平面范围和纵向参数组合出若 干种开采程序方案.设置开采方案需要按照一定的 原则,综合多方面因素,初步设置出所有可行的开 采方案,以便进行技术经济比较. 4 采矿规划 在设置若干开采方案的基础 上,对各方案分区域、 分阶段计算煤岩量和相关的 技术经济指标 1 通过相互比选和综合评价,选出相 对最优的开采方案,并对推荐的开采方案按年度制 定出详细的开采规划. 2 实例研究 依现已开发的某露天矿为实例,建立了相应的 地质模型和采矿模型,并对开采的资源条件和采矿 方案进行了综合评价. 2. 1 地质资源评价 1地质模型的建立 将各主采煤层的赋存状态指标和煤质指标输 入计算机,建立了地质数据库,包括各主采煤层的 煤层厚度、 纯煤厚度、 夹矸厚度、 纯煤含矸率、 毛煤 含矸率等煤层指标数据和水分、 灰分、 挥发份、 硫 分、 氢含量、 发热量等煤质指标数据,以及煤层钻孔 坐标、 孔口高程、 表土厚度、 风化层厚度等. 采用块段构模法和表面构模法建立二维和三 维地质模型 1 参估点的选择是按一定夹角Υ 25 , 在估算范围内进行选择,所有估值参数均经 过交叉检验后确定[3]. 建模的主要指标有表土厚度、 基岩风化层厚 度、 煤层底板、 总厚度、 纯煤厚度、 夹矸厚度及夹矸 层数、 灰分、 硫分、 发热量等.建模的基本参数依据 地质规范和开采工艺的要求确定. 2资源条件评价 通过以上模型绘制出主要地质指标的等值线 图,并对地质结构信息进行三维可视化显示.图2 为该矿首采区9号煤层的硫分等值线渲染图;图3 为主采煤层立体透视图[4]. 图2 9号煤层硫分等值线图 Fig. 2 Isolines of sulfur content of coal seam No. 9 图3 煤层结构立体透视图 Fig. 3 3D perspective view of coal seam structure 通过地质模型统计出各地质指标的统计结果, 表1列出了该矿首采区层煤的纯煤厚度、 夹矸厚、 纯煤含矸率、 毛煤含矸率、 纯煤剥采比、 毛煤剥采比 等指标的统计值. 表1 某露天矿首采区煤层赋存状态指标统计 Table 1 Occurrence inds of coal seams of the f irstm in ing area 指 标 煤层 数 个 土厚 m 纯煤 厚m 矸 厚m 小大 纯煤损 失率 含矸率 纯煤毛煤 剥采比m3t- 1 纯煤毛煤 样品数325325325325325325325325325325 均值3. 9938. 6323. 612. 0935. 674. 5915. 5413. 105. 454. 63 最大值6. 00117. 537. 245. 5772. 5316. 3444. 2630. 6834. 4927. 61 最小值1. 000. 002. 690. 100. 151. 672. 812. 732. 211. 90 标准差0. 9819. 676. 661. 0112. 561. 577. 675. 433. 732. 95 2. 2 采矿规划 1开采方案的设置 依据原煤生产综合成本最低或盈利最大作为 设定和优化开采方案的目标和基本原则,并充分考 虑该矿首采区不同煤层的煤质差异,分别按照不同 工作线长度、 考虑不同煤层合理配比及加陡工作帮 坡角等因素,设置了3个系列方案共30种开采方案 进行比选. 2技术经济评价 首先对首采区的工作线长度采区宽度进行 172第3期 张瑞新等露天开采规划决策系统及其应用 优化研究,从剥采比、 煤质、 运距等方面进行了第 层次研究分析,得出首采区的合理工作线长度在 700～900 m左右.其次从市场需求出发,对煤质及 配煤进行了第˚ 层次的多方案分析,综合考虑了4、 9、11煤合理配比及加陡工作帮坡角等因素,得出了 4煤采掘工作线长度宜在1100 m左右,才能基本保 证配煤需求.在上述研究基础上,综合筛选出5个 较优方案,从成本效益等角度进行了详尽的动态分 析评估. 5个较优方案的主要技术经济指标见表2. 表2 开采方案综合技术经济指标对照 Table 2 Comparison of econom ic and technologic inds of m in ing plan 方案编号 原煤剥 采比 m3t- 1 开采年 限a 推进度 ma- 1 年平均 剥离量 104m3 土岩运 距m 毛煤硫 分 低硫煤 比例 劣质煤 硫分 低硫煤 缺口量 104t 直接 成本 元t- 1 吨煤平 均售价 元t- 1 方案一6. 099. 842946087. 642156. 171. 3762. 351. 41197. 0149. 5091. 44 方案二5. 4611. 542515455. 642150. 111. 5752. 941. 68264. 8146. 6389. 42 方案三6. 229. 812956224. 422172. 031. 3962. 041. 42190. 5349. 9991. 60 方案四5. 3012. 122395300. 791877. 081. 6250. 491. 64291. 7745. 4587. 87 方案五5. 259. 463065248. 481982. 261. 7444. 901. 84316. 4944. 2987. 24 从经济指标来看,方案二、 方案四相差不多且 优于方案一和方案三;从技术角度考虑,方案四对 减小卡车运距上有一定优势;方案五与其它方案相 比,由于没有扩大4煤工作线长度,因此,仅从矿坑 生产成本看是最低的,但年平均推进度较大,生产 的煤质较差,每年需要在搭配8M t低硫井工煤来 保证煤质达标;方案二即对4煤底板扩出200 m 后,虽然剥采比较方案五增加了0. 21m 3 t, 但煤质 有所好转,能缓减当前煤质差的缺陷. 从缓和当前该矿煤质矛盾和综合效益来看,采 用方案二,即坑底700 m工作线上推至4煤后,将 4煤工作线外扩200 m是首选方案;如果井工低硫 煤生产能够达到满足配煤需要时,采用方案五即 坑底700 m工作线直接上推至地表从综合效益 看具有一定优势. 3生产规划 对推荐方案二从目前的采剥工程现状起,对前 9年的的主要技术经济指标进行了规划,结果见表 3. 表3 方案二前9年主要技术及经济指标 Table 3 Econom ic and technologic inds of No. 2 plan for the f irst 9 years 年 a 剥采比 m3t- 1 剥离量 Mm3 表土量 Mm3 毛煤量 M t 低硫煤比 总成本 万元 吨煤成本 万元t- 1 销售收入 万元 吨煤售价 万元t- 1 累计盈利 万元 13. 543535. 00408. 521097. 5577. 2045500. 6037. 71113993. 2994. 4762266. 08 24. 164155. 33907. 591099. 8274. 1448877. 1440. 51111777. 3192. 65108589. 14 35. 245237. 481656. 221108. 5068. 4654886. 1845. 33108089. 8589. 26138690. 11 45. 625621. 341209. 041134. 3764. 6057616. 8146. 63107535. 4487. 03160177. 01 55. 415409. 041193. 041104. 6667. 0855861. 8946. 34106627. 3588. 45194850. 51 65. 415405. 211980. 421098. 5365. 3155780. 9846. 59104685. 7587. 44188638. 94 75. 145140. 991524. 181099. 7664. 9354496. 7345. 48104528. 3087. 23197164. 06 85. 795794. 881336. 131106. 0563. 9858367. 4848. 47104385. 6886. 68200707. 88 96. 806802. 471592. 171103. 2370. 5664029. 2853. 05109242. 7490. 51201636. 63 累计5. 2347101. 7511807. 319952. 4968. 46495417. 0845. 57970865. 7189. 30201636. 63 3 简要结论 1露天采矿工程是一项复杂的系统工程,对 地质资源作出科学评价是采矿生产和规划的基础, 而合理规划开采程序,寻求综合效益最佳的开采方 案对矿山的生产和发展具有重要的意义. 2建立有效的地质和采矿计算机模型是采 矿优化设计的重要手段.模型不仅要满足对矿岩量 精确计算的要求,而且要实现对地质空间信息的可 视化显示,为矿床资源评价、 矿山设计、 计划和生产 管理提供直观、 形象的决策支持信息. 3通过实例研究,构建了某露天矿矿床模 型,并建立了相应的采矿模型,对该矿首采区进行 了资源条件的综合评价、 开采程序的优化以及采矿 的生产规划,结果表明,本次研究建立的模型精确、 可靠,研究结果具有一定的参考价值. 272 中国矿业大学学报 第32卷 参考文献 [1] 张瑞新,石 宁,王 冲,等 1 霍林河南露天矿煤质管 理信息系统及其应用[J ].中国矿业, 2000, 96 602 63. 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Finally both them id2term and long2 term plan of the opti m ized m ining sequence processweremade. The result show s that this system ispractical and common, and it can be an available tool for decision2making of a open pit m ine. Key wordsopen pit m ine; planning decision;resource comprehensive uation; m iningsequence opti m ization; productive planning 责任编辑 王玉浚 上接第269页 Group Compositions of CS22Soluble Fractions from V itrinite and Resinite of Fushun Coal and Extraction ZHAN G Yu2gui 1, WAN G Bao2jun1, T I AN Ya2jun1, X IE Ke2chang1,W E IXian2yung2 1. State Key Lab of C1 Chem istry and Technology, Taiyuan U niversity of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China; 2.Schoolof Chem ical Engineering, CUM T, Xuzhou, Jiangsu 221008, China Abstract Soxhlet extractions of vitrinite and resinite of Fushun coalwere conducted using CS2as a solvent. The resulting extracts were separated into different group compositions by column chromatography.The group compositions and extraction kinetics of vitrinite and resinite were investigated.The experi mental results show that the extraction yield of resinite ismuch higher than that of vitrinite, the extracted products of resinite mainly consists of alkyl and aromatic hydrocarbon while that of vitrinite mainly consists of non2 hydrocarbons . The extraction process can be described by two first order stages, the rate of first stage is one order greater in magnitude than that of the second stage.The low molecular weight substance contained in coal has three modes of presence, including free, absorbent, and co2soluble, which m ight lead to different kinetic stages . Key words vitrinite; resinite; solvent extraction; group composition 责任编辑 李成俊 372第3期 张瑞新等露天开采规划决策系统及其应用