露天礦群開發(fā)設(shè)計(jì)理論與工程優(yōu)化研究

1、露天礦群開發(fā)設(shè)計(jì)理論與工程優(yōu)化研究隨著露天礦礦山工程的發(fā)展 ,同一煤田相鄰露天礦相互影響 , 相互制約的矛 盾日益突出 , 成為一個(gè)不容忽視和回避的問題 , 我國(guó)很多大型露天煤田都存在兩 個(gè)相鄰露天礦協(xié)調(diào)開采的問題。 如內(nèi)蒙古的白音華煤田、 勝利煤田、準(zhǔn)格爾煤田、 東勝煤田 ,山西的平朔煤田等等 , 無一不存在相鄰露天礦協(xié)調(diào)開采的問題。 在這方 面,目前還沒有成熟的理論和技術(shù) , 因此,專門從露天礦群時(shí)空關(guān)系及總體布局上 系統(tǒng)地研究?jī)?yōu)化開發(fā)的理論與關(guān)鍵技術(shù)研究是十分必要和重要的課題 , 其成果對(duì) 適合露天開采的大型煤田的合理開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用 , 對(duì)露天礦群的獨(dú)立開 發(fā)和協(xié)調(diào)開發(fā)也具有一定

2、的理論指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值 , 論文以平朔礦區(qū)露天礦群 開發(fā)工程實(shí)例驗(yàn)證了露天礦群設(shè)計(jì)理論與工程優(yōu)化的效果。 論文的主要研究成果 如下:( 一)完善了露天礦群的概念 , 并對(duì)其特征及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究與分析 ;在此基礎(chǔ) 上,總結(jié)出我國(guó)主要的適合露天礦群模式開采的大型煤田 , 并與國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó) 家的典型露天礦群的現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要對(duì)比。(1) 完善了露天礦群的概念 : 露天礦群是對(duì)在同一個(gè)煤田或礦區(qū)內(nèi) , 由同一個(gè) 法人主體對(duì)空間上鄰近、 開采時(shí)間上同步或重迭開發(fā)的多個(gè)露天礦的總稱。 露天 礦群開發(fā)模式顯然不同于傳統(tǒng)的單一礦坑開發(fā)模式 , 應(yīng)在開采境界、開采程序、 開采工藝、基礎(chǔ)設(shè)施、安全管理等設(shè)計(jì)理論和工

3、程實(shí)施方面突出相關(guān)性和關(guān)聯(lián)性 以及共用性 , 實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)的整體效益和生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào) ;(2) 分析并總結(jié)出 露天礦群的四大特征 : 礦群內(nèi)的露天礦在時(shí)空上相互關(guān)聯(lián) ,在境界上互為關(guān)聯(lián) 相互交叉 ,在時(shí)間上具有同步性 , 互為影響 , 從而成為一個(gè)有機(jī)的整體 , 實(shí)現(xiàn)了露 天礦山之間真正意義上的聯(lián)合開發(fā) ; 礦群內(nèi)各露天礦的生產(chǎn)系統(tǒng)和輔助設(shè)施共 享程度大 ,存在生產(chǎn)、輔助資源共享 , 各礦之間基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)資料達(dá)到優(yōu)化配置 , 減少重復(fù)建設(shè) , 礦群模式開發(fā)主要目的就是達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu) , 如果礦群中各礦 之間沒有各種資源的共享 ,實(shí)質(zhì)上依然是單個(gè)露天礦的傳統(tǒng)模式 ; 位于具有相 似的自然

4、、社會(huì)條件的同一區(qū)域 , 從而才有了共同開發(fā)和資源共享的客觀基礎(chǔ) ; 一個(gè)法人模式下開發(fā)露天礦群 , 可以最大程度的提高資源回收率 ,同時(shí)各礦之 間資源共享會(huì)更少阻礙 , 改變過去國(guó)家與地方劃定的礦權(quán)邊界重疊 ;(3) 分析并總 結(jié)出露天礦群模式開采的優(yōu)勢(shì) : 礦群集中開發(fā) , 礦區(qū)總體規(guī)模迅速提升 , 如平朔 礦區(qū)通過露天礦群開發(fā)模式 , 短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量規(guī)模過億噸 ; 礦群開采模式可調(diào)劑 各個(gè)礦的剝采能力以保持穩(wěn)定的礦區(qū)開發(fā)規(guī)模 , 提高礦區(qū)應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的能 力, 保證年煤炭產(chǎn)量的穩(wěn)定性 ; 共用基礎(chǔ)設(shè)施 , 降低新建礦山成本 ; 礦群內(nèi)部 生產(chǎn)資料共享 , 如生產(chǎn)設(shè)備、排土場(chǎng) ,統(tǒng)籌優(yōu)化

5、開拓運(yùn)輸系統(tǒng)等措施 , 可以有效降 低礦群煤炭生產(chǎn)成本 ; 通過礦群開采程序的統(tǒng)籌優(yōu)化 ,減少礦山轉(zhuǎn)向 ,協(xié)同開采 消除端幫 , 提高了資源回收率 , 提高了生產(chǎn)效率 ; 在內(nèi)部可以最大程度的實(shí)現(xiàn)煤 質(zhì)搭配,優(yōu)化產(chǎn)能結(jié)構(gòu) ,減小礦群對(duì)外部配煤資源的依賴程度 ;(4) 對(duì)國(guó)內(nèi)適合露 天礦群模式開發(fā)的煤田基本情況進(jìn)行總結(jié) , 列出其資源儲(chǔ)量及規(guī)劃情況 , 并介紹 了美國(guó)、澳大利亞、加拿大、印度的露天礦群開發(fā)情況。 ( 二 ) 提出露天礦群開發(fā) 總規(guī)模概念及構(gòu)成 ,并進(jìn)一步分析露天礦群生產(chǎn)規(guī)模、 露天礦群外購規(guī)模 , 進(jìn)而總 結(jié)構(gòu)建確定各部分的技術(shù)路線及數(shù)學(xué)模型。 (1) 露天礦群開發(fā)總規(guī)模是指露天

6、礦 群對(duì)外銷售煤炭的總規(guī)模 , 由露天礦群山生產(chǎn)規(guī)模和露天礦群外購規(guī)模兩部分組 成。2011年, 神華集團(tuán)自產(chǎn)煤 2.82 億噸,商品煤銷量 3.87 億噸,全年外購商品煤 1.05 億噸,同比增長(zhǎng) 56.15%,連續(xù)兩年保持 55%左右的增速 ,外購煤占煤炭銷售量 的比重27.21%,同比提高6個(gè)百分點(diǎn),創(chuàng)歷史新高。按照規(guī)劃,神華集團(tuán)在一十二 五”末期，外購煤總量要占據(jù)總銷售量的40沖上;2011年，中煤集團(tuán)全年原煤產(chǎn) 量1.64億噸,外購煤達(dá) 3230萬噸,是自產(chǎn)煤炭的 19.70%,同比增長(zhǎng) 24.6%。外購 煤炭在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中的作用將越來越大 , 因此, 本論文將其納入露天礦群總規(guī)

7、模, 以便更加符合我國(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況 ;(2) 露天礦群生產(chǎn)規(guī)模是指 露天礦群內(nèi)的各個(gè)礦山每年自行生產(chǎn)采出的煤炭總量 , 論文總結(jié)并建立了露天礦 群生產(chǎn)規(guī)模的技術(shù)路線及確定方法 ,根據(jù)儲(chǔ)量的限制確定上限規(guī)模 ,根據(jù)規(guī)模經(jīng) 濟(jì)確定下限規(guī)模 , 將開采工藝、工作線長(zhǎng)度與推進(jìn)度、當(dāng)?shù)赝獍┕つ芰?、輔助 環(huán)節(jié)、投資融資額度、外部運(yùn)輸環(huán)境作為條件約束 , 然后在這些因素所確定的區(qū) 間內(nèi)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選 , 確定露天礦群經(jīng)濟(jì)合理的生產(chǎn)規(guī)模 ;(3) 露天礦群外購規(guī) 模是指礦山生產(chǎn)企業(yè)為了達(dá)到國(guó)家政策的要求 ,以及通過煤炭銷售獲取更高利潤(rùn) 等目的 , 通過外購部分煤炭與自行生產(chǎn)的煤炭進(jìn)行配煤后再

8、進(jìn)行銷售 , 這部分的 外購煤炭量就叫做露天礦群外購規(guī)模。 ( 三) 分析總結(jié)露天礦群開采程序基本類型 及其特點(diǎn) , 對(duì)露天礦群開采程序的優(yōu)勢(shì)及影響因素進(jìn)行分析 , 從而進(jìn)一步建立其 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、技術(shù)路線及數(shù)學(xué)模型 , 并以平朔露天礦群為例證。(1) 將露天礦群開采程序基本類型分為三種 : 同向推進(jìn)開采、相對(duì)推進(jìn)開采及 垂直方向推進(jìn)開采 ,分析了各種優(yōu)化類型的主要特點(diǎn) , 并結(jié)合平朔礦群、白音華礦 群的工程實(shí)踐進(jìn)行說明。論文同時(shí)分析了露天礦群開采程序的優(yōu)勢(shì) : 礦群統(tǒng)籌 優(yōu)化, 減少采區(qū)轉(zhuǎn)向次數(shù) ; 協(xié)調(diào)開采端幫壓煤 ,提高資源回收率 ; 共享排土空 間,減少二次剝離量 ; 消除部分相鄰端幫

9、 , 減少邊坡維護(hù)工作 , 尤其對(duì)軟巖露天 礦; 降低煤炭自燃隱患 , 有利于礦山安全生產(chǎn)工作 ;(2) 分析并總結(jié)影響其優(yōu)化 的影響因素主要有 : 不同礦之間開采工藝的差異 ; 開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的影響 ; 對(duì) 內(nèi)外排土場(chǎng)的影響 ; 輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響 ; 相鄰露天礦時(shí)空位置的協(xié)調(diào) ; 邊 坡穩(wěn)定性的影響 ;(3) 建立露天礦群開采程序評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 , 將整個(gè)指標(biāo)體系分成 兩層,第一層:露天礦群層 ,包括“礦群階段總煤量均衡性” , “礦群階段剝采比波 動(dòng)性”“追加投資”三個(gè)指標(biāo) ;第二層: 露天礦層 , 包括“露天礦總采煤量” , “露 天礦總剝離量” , “外排量” , “外排綜合運(yùn)距” ,

10、“階段采剝總量均衡性” ,“階 段采煤量與剝離量相關(guān)性” , “安全生產(chǎn)隱患” , “開拓運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜程度”八個(gè) 指標(biāo);(4) 論文應(yīng)用改進(jìn)的復(fù)合理想解法進(jìn)行開采程序的綜合評(píng)價(jià) , 傳統(tǒng)理想解算 法,只能針對(duì)一個(gè)礦多個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià) , 無法滿足露天礦群開采程序評(píng)價(jià)的需要 , 論文在傳統(tǒng)理想解算法的基礎(chǔ)上 ,將多個(gè)理想解進(jìn)行無量綱復(fù)合 , 從而適應(yīng)了露 天礦群開采程序優(yōu)化評(píng)價(jià)的需要。 (四)針對(duì)露天礦群的排土特點(diǎn) , 提出了露天礦 群排土優(yōu)化的雙層機(jī)制 , 露天礦群內(nèi)排與外排的流向流量?jī)?yōu)化機(jī)制與“排土產(chǎn) 量”調(diào)節(jié)機(jī)制,并分別構(gòu)建礦群內(nèi)外排的流向流量?jī)?yōu)化模型 ,“排土產(chǎn)量” 反 饋調(diào)節(jié)的流程及模型

11、 ,從而達(dá)到降低礦群總成本的目的。 (1) 分析總結(jié)露天礦群排 土優(yōu)化的特點(diǎn) : 各露天礦的外排土場(chǎng)打破原有歸屬界限 ; 內(nèi)排土場(chǎng)依舊由各 礦排棄,且盡量排滿 ; 礦群境界內(nèi)的外排土場(chǎng)底面積可以擴(kuò)展 ,不受露天礦境界 約束; 盡量減少礦群境界外的外排土場(chǎng) ; 根據(jù)流向流量?jī)?yōu)化結(jié)果 , 降低排棄成 本高露天礦的產(chǎn)量 ,提高有內(nèi)排空間礦的生產(chǎn)量 , 達(dá)到降低總成本的目的。(2) 在此基礎(chǔ)上 , 提出了露天礦群排土優(yōu)化的雙層機(jī)制 , 露天礦群排土流向流 量?jī)?yōu)化與“排土產(chǎn)量”的反饋調(diào)節(jié) ,從露天礦群的角度出發(fā) ,不受單個(gè)露天礦境 界的限制 ,所有的外排土場(chǎng)可以提供給各個(gè)露天礦使用 , 尤其是相鄰距離不

12、大的 兩個(gè)露天礦之間 , 通過線性規(guī)劃等優(yōu)化算法 , 可以起到調(diào)節(jié)礦群流向流量的目的 , 減少運(yùn)輸功 , 同時(shí) , 在排棄條件不好的露天礦 , 適當(dāng)降低產(chǎn)量指標(biāo) , 在內(nèi)排空間充足的露天礦 , 增大產(chǎn)量 ,通過這種協(xié)調(diào)方式 , 保持了礦群生產(chǎn)規(guī)模的穩(wěn)定 , 又降低 了礦群的總運(yùn)輸成本和排土成本 ,達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的提高 ,“排土產(chǎn)量” 的調(diào)節(jié)要 充分考慮單個(gè)礦山的生產(chǎn)能力 , 適用于在露天礦群流向流量?jī)?yōu)化后的有限調(diào) 節(jié);(3) 構(gòu)建露天礦群內(nèi)排、外排流向流量?jī)?yōu)化模型 , 首先在各個(gè)露天礦內(nèi)進(jìn)行內(nèi) 排的優(yōu)化 ,根據(jù)總排棄量減掉全部?jī)?nèi)排量 , 得到礦群的總外排量 ,此時(shí), 外排土場(chǎng) 不再具體歸屬于某一個(gè)露天礦山 , 露天礦可以向礦群內(nèi)全部的外排土場(chǎng)排棄 , 以 礦群總體運(yùn)