（采矿工程专业论文）乌龙泉石灰石矿西区开采程序优化研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 开采程序对露天矿山开采具有较大的影响，其优化研究属于典型的综合决策问题。 针对乌龙泉矿西区开采技术条件，结合东区开采现状及其对西区开采的影响，分析设 计了工作线横向布置单侧推进、工作线纵向布置单侧推进、工作线纵向布置双侧推进、工 作线前期横向布后期纵向布置等四种可行开采程序方案。 依据开采程序属性特征，研究中首先构建了综合评价指标体系，建立了层次分析法测 度改进模型与拉开档次法相结合的评价指标的权重计算方法，并采用集对分析综合评价模 型，对备选开采程序方案进行了详细的分析评价和排序。 层次分析法测度改进模型充分利用了专家对评价指标的重要性进行两两比较的客观 性，同时也将专家在客观判断时的主观认识上的未确知性作为权重计算的重要依据，使权 重的赋值更加科学、合理，并满足一致性要求。拉开档次法原理简单，评价过程透明，评 价结果消除了主观色彩影响，评价结果客观、可比。层次分析法法与拉开档次法相结合的 指标综合权重计算方法，避免了各单一方法的缺陷，确定的权重值更加合理。 关键词：开采程序；综合评价技术；层次分析法；拉开档次法；集对分析 第l i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i n i n gp r o c e d u r e sh a v eag r e a t e ri n f l u e n c eo ne x p l o i t a t i o no fo p e n - p i t o p t i m i z a t i o no fo p e np i tm i n i n g p r o c e s si st y p i c a l l ya ni n t e g r a t e dd e c i s i o n - m a k i n g b e i n ga i m e da tt h ew e s t e r nm i n i n gt e c h n o l o g yo fw u l o n g q u a nm i n e ，c o m b i n a t i o no fe a s t e r nc o n d i t i o n a n di t se f f e c to nw e s t e r nm i n i n g ，a n a l y s i s e sf o u re x t r a c t i o np r o c e d u r e sf o rt h ep r o g r a m t h ef o u re x t r a c t i o n s a r eu n i l a t e r a lh o r i z o n t a ll a y o u tl i n eo fw o r kt op r o m o t e ，s i n g l ev e r t i c a ll i n eo fw o r ka r r a n g e m e n t st op r o m o t e ， v e r t i c a ll i n eo fw o r kt op r o m o t eb i l a t e r a la r r a n g e m e n t ，h o r i z o n t a ll i n eo ft h ee a r l yw o r ka n dv e r t i c a ll a y o u tl a t e c l o t h ，e t c b a s e do nt h ep r o p e r t yc h a r a c t e r i s t i c so fm i n i n gp r o c e d u r e ，t h er e s e a r c hf i r s tb u i l t sc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e m t h e nt h e r ea r er e s e a r c h e so nb u i l d i n gt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fm i n i n g p r o c e d u r ea n do nt h ec o m b i n a t i o no fu s i n ga h pt oi m p r o v em o d e l sa n ds c a t t e rd e g r e et oe n s u r et h ew e i g h t s o fe v a l u a t i o ni n d e x t h e nu s et h es e tp a i ra n a l y s i st oi n t e g r a t ee v a l u a t i o nm o d e la n dd oad e t a i l e da n a l y s i s e v a l u a t i o no nf o u rm i n i n gp r o c e d u r es c h e m e st oa c h i e v et h eo p t i m i z a t i o no fm i n i n gp r o c e d u r e t h ei m p r o v e dm o d e lo fa h ph a sj u s tu s e dt h ei m p o r t a n c eo fe x p e r t st oe l e m e n t st oh a v ec o m p a r i s o nb y t w i c e ，a n dh a v et h es u b j e c t i v eu n c e r t a i n t yw h e nt h ee x p e r t sa r ed o i n go b j u e c t i v ej u d g m e n t st ob eag r e a tb a s i s o fw e i g h t sa c c o u n t ，w h i c hw i l lm a k et h ea s s i g n m e n tb em o r es c i e n t i f i c ，r e a s o n a b l ea n ds a t i s f yt h ec o n s i s t e n c y r e q u i r e m e n t s s c a t t e rd e g r e e sp r i n c i p l ei ss i m p l ea n dh a si n t u i t i v ea n dg e o m e t r i cm e a n i n g t h ee v a l u a t i o n p r o c e s si st r a n s p a r e n ta n dt h e r ei sn os u b j e c t i v ea s s e s s m e n to ft h er e s u l t s ，w h i c hm a k et h ee v a l u a t i o nr e s u l t s o b j u c t i v ea n dc o m p a r a b l e t h eu s i n go fa h pa n ds c a t t e rd e g r e et oe n s u r et h ew e i 曲t sa v o i d st h e l i m i t a t i o n o fs i n g l eu s i n go fs u b j e c t i v ew e i g h tm e t h o da n do b j e c t i v ew e i g h tm e t h o d ，w h i c hm a k et h ec a l c u l a t e dw e i g h t s m o r er e a s o n a b l e k e yw o r d s ：m i n i n gp r o c e d u r e ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ； s c a t t e rd e g r e e ；s e tp a i ra n a l y s i s 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：! 猛叉日期：圣! 12 垒鱼；目论文作者签名：! 臣基日期：圣! 12 笙鳗目 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名：盗垫 指导教师签名： ：醛冷一一 日 期：丛鱼21 ； 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 引言 第一章绪论 开采程序和生产工艺系统以及开拓运输方式等有密切联系，因此它往往影响生产工艺 系统和开拓运输方式的选择与确定。开采程序的好坏最终将影响露天开采技术的技术经济 效果。因此，深入细致的研究开采程序，在矿山设计和矿山设计过程中进行多方案比较， 选择最优的开采程序，是一项至关重要的工作。 本文研究的意义和背景 1 2 1 研究的背景 研究课题是根据乌龙泉矿东区进入中深部开采后，所面临的后续开采过程中的一系列 重大问题而提出的。 长期以来，为了满足武钢对优质石灰石的需要，矿山对优质石灰石进行了强化开采， 造成了优质开拓矿量严重不足的不利局面。 目前全矿唯一的东区采场矿石生产压力不断加大，由于采场历史上积累下来的调整任 务十分艰巨，开拓量严重不足，造成矿石生产十分被动。东区设计原矿生产规模为2 7 0 万 吨，但乌龙泉矿实际生产能力还达不到这个标准。原因是经过5 0 多年的开采，采矿难度明 显增大，设备能力下降，第二尾矿库没有建设，剥岩场没有增容，以及武钢对白云石品位 要求的提高，原设计大量可利用的互层矿变为废石等等。乌龙泉矿东区生产能力已经明显 不适应武钢发展的需要。东区采场白云石生产滞后，石灰石生产超前，导致石灰石保产能 力不足，只有尽快启动西区，才能调节石灰石与白云石的合理生产比例关系。 乌龙泉矿西区经过地方个体户的多年非法开采，其资源损失较大。乌龙泉矿经历种种 曲折，通过省市政府的协调，才于2 0 0 2 年全面收回其采矿权。2 0 0 4 年为了巩固其整顿成果， 组织了人工小机械化对西区+ 9 1 m 水平以上山体进行剥离与采矿。现在西区大规模建设项 目没有启动。 1 2 2 研究的意义 为了解决上述的问题，有必要对乌龙泉矿西区的开采程序进行研究，综合考虑矿山地 质，矿山设备情况，矿山开拓运输系统状况以及排岩场分布和容量等因素，实现开采程序 优化。其研究宗旨在于发展矿业工程决策理论，推动采矿系统综合评价的科学化进程；同 时也为开采程序工作提供一套行之有效的决策方法，指导采矿生产实践，以减少实际决策 过程中的盲目性。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 3 开采程序优化文献综述 1 3 1 优化经济指标研究 矿山最优开采程序要实现技术上的合理性，实现各个水平时期开采产量的合理衔接。 开采程序设计通常是按固定帮条件对各期生产圈定一个小境界，按各自的小境界安排，然 后再集中一段时间进行专门扩帮剥岩，向下一期生产境界过渡的开采程序。这种开采程序 的缺点在于过渡期剥离洪峰值高，峰值延续时间短，造成生产剥采比大起大落。文献【8 】考 虑到了上述问题，设计的开采程序随着开采时间延续，开采深度的延深，逐渐按生产条件扩 大开采范围，并使生产剥采比有规律地由小到大，持续稳定发展。体现在分期境界上只是 反映为不同时期的采场开采状态，相当于某年的年末状态，而不是按固定帮条件圈定的分 期境界【l j 。 露天矿开采程序设计方案，考虑技术可行性的同时，还要考虑经济效果，选取一种经 济指标对矿山开采程序进行优化，然后取最优值。然而矿山开采程序影响因素众多，各矿 情况互不相同，它们之间的关系也不相同，在实际应用中，往往需要根据不同矿山的具体 条件详细分析后确定。 具体优化准则主要有以下几种： ( 1 ) 使矿山投资取得不低于平均利润率的经济效益，即能保证矿床开采过程中正、负 现金流量贴现值平，衡【2 | 。 ( 2 ) 根据实际情况，使矿山投入成本尽量的小。文献【2 】在分析大孤山全境界开采与分期 开采的产要指标时，考虑基建投资，矿石成本( 前期) 、投入现值、开采费用现值( 前期) 等投 资成本。 ( 3 ) 通过计算各种方案下矿山累计投入量和累计利润，从而计算出利润率，最后找出 利润率最高为最佳1 3 j 【引。 ( 4 ) 矿山最优开采方案确定应使其净现值或内部收益率最大嘲。文献【2 】【5 】【7 1 以开采效益 的总净现值( n p v ) 最大作为评判原则，通过各个新水平准备周期内或以年为单位的各个 经济技术指标为基础，求出不同开采程序方案的丌采效益总净现值( n p v ) 。文献【lz j 研究则 以使矿山开采早日出矿。尽量减少剥岩或使剥岩工作推后，降低初期的亏损作为评判原则。 通常，矿山程序设计时，结合矿山实际情况，同时考虑方案的经济效益、技术可行性 和生产管理，满足矿山实际生产要求。文献【9 】研究一个上下部剥采比相差悬殊，东西部矿 岩量不均衡，开采条件复杂的铁矿的开采程序。丌采程序涉及到首采区位置和丌采顺序确 定。文献列出了四个不同的方案：横向推进、纵向缓帮开采、纵向陡帮开采和分期丌采， 陡帮扩帮。分析四个方案的经济效益和技术町行性，得到较优方案。文献f 1o 】方案设置时， 主要考虑工作线艮度和汽车运距成本，基于工作线长度提出系列的丌采方案，分析不同工 作线长度下剥采比以及生产煤质的变化规律，得到一个较优方案；基于煤质配采及缩短卡 车运距提出方案，考虑有效地缩短内排运距和方案剥采比，得到较优方案；在前两个系列 方案基础上，结合生产实际情况，提出5 个新的方案。最后比较分析，从经济指标来看， 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 方案2 、方案4 、方案5 相差不多且优于方案1 和方案3 ；从技术角度考虑，方案4 对减小卡车 运距上有一定优势；方案5 与其它方案相比，由于没有扩大采煤工作线长度，因此，生产 剥采比是最低的，但年平均推进度较大。 由以上现状分析可见，在考虑开采程序优化目标时，考虑的指标主要包括经济上的、 技术上的。经济上的目标主要考虑成本投入和方案最终得到的经济效益，技术上的目标则 根据矿山实际情况，考虑其可行性。同时，不同的矿山还需考虑其具体的产量需求。 对于不同的矿山，考虑的经济指标侧重点也不是完全一样，通常各个矿山考虑的经济 指标是基建速度、基建工程量、组织管理、生产剥采比的变化趋势、矿石品位均衡、矿石 贫化、矿山开拓与运距等，或由此细化而得到的新的经济指标【l 。 文献【2 j 进行大冶预见性( 计划性) 分期与非预见性( 非计划性) 分期的综合技术经济比较 时候，考虑的经济指标包括如下：采剥总量、采场境界最大尺寸、采场最高开采水平、采 场封闭圈标高、境界内圈定的矿石量、矿山基建剥离总量、矿山基建时间、矿山达产时间、 矿山稳产时间、采场扩帮过渡时间、采场扩帮高度、采场扩帮水平、采场矿帮下降速度、 采场扩帮采出矿石量、采场扩帮岩石量、扩帮时的平均剥采比、一期生产推迟的剥离量等。 文献【6 】主要考虑了如下的经济指标：1 单位时间内的采出矿石量；2 剥离岩石量；3 开 采矿岩总量；4 生产剥采比；5 各时期所发生的矿岩运距和运量。文献【8 】为首采区的选择、 开采产量的合理衔接、生产剥采比的均衡问题。 文献【9 】在进行方案优选时候，主要考虑的经济技术指标为：工作线布置方式、开沟位置、” 基建剥离量、生产剥采比、陡帮比缓帮多压岩石量、剥离高峰期、基建剥离期、工作帮坡1 角、年最多工作水平数、运输道路条件、采场作业条件、生产管理、损失贫化指标。针对 优选方案，结合该铁矿实际情况，方案实施进一步改进涉及到的指标是工作线布置、采场 内运输线路、基建剥离工程量、基建期、投产年、达产年、生产剥采比、年采剥总量、前 八年采出矿石量、前八年采出岩石量、生产剥岩高峰期。 文献【1 2 】应用决策分析的方法建模，考虑以下的经济指标：可达生产能力及其发展变化 规律、基建工作量和基建时间、生产剥采比及其变化规律、平均开段沟长度、采场内矿岩 平均运距、均衡出矿品位、采剥工作强度、生产管理条件等其他定性指标。 1 3 2 优化方法研究现状 随着社会的进步，人类在认识和改造客观世界的同时，也不断的加深了对自己的认识， 特别是自身思维活动的认识，决策科学的发展就是这种进的一个侧面反应。 人类活动并不是完全可以用牛顿力学加以计算的，为了达到令人满意的目标，人们通 常面临着多重行动方案，需要有关人们在主客观的多种限制条件下及时做出较好的选择。 这就足我们一般所说的“决策”( d e c i s i o nm a k i n g ) ，如果只限一个目标，就足“单目标决策”问 题，如果同时有几个目标，就成为“多目标决策”问题。 现实中的决策问题大多是多目标的。因为多目标决策与单目标决策相比，具有以下优 点：( 1 ) 更符合客观要求；( 2 ) 在行动过程中将出现多得多的行动方案；( 3 ) 更加需 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 要分析者参与、决策者裁定以及其他人员的干预；( 4 ) 更需要一套决策的规则，以提高 决策科学性；( 5 ) 更需要应用计算机，发挥人工子能作用，提高人类思维的效能。 多目标决策在控制论、运筹学、系统论和一些实际应用领域，特别是矿业领域有了较 快发展。在采矿方法选择【1 3 - 1 6 1 、地下开拓与矿井设计【1 7 - 1 8 1 、矿床品位指标优化【1 9 。2 1 1 等方面 得到了广泛的应用。从使用的多目标决策方法上看，概括为两大类：数值化决策方法和智 能化决策方法。 1 3 2 1 数值决策化方法 ( 1 ) 价值工程法：其实质是加权平均法，它是利用由互相比较而定的评价项目的重要 性和方案对评价项目的满足系数来进行方案评价。文献【2 2 】以肯德可克铁金矿可行性研究为 例，研究价值工程应用于采矿工程设计实践中的步骤，实现优化。价值工程法优选方案， 综合有关专家的经验进行0 1 评分，把定性问题实现量化，把不可比项目化为可比项目，通 过逐一考察各影响因素，使方案的论证较为全面并给出各个方案决策的定量依据。这种方 法受影响因素指标的选择性较大，专家评估也难免主观随意性，参数选择应该具体情况具 体分析。 ( 2 ) 层次分析法：层次分析法美国运筹学家t l s a t t y 在7 0 年代提出的。是一种定性与定 量相结合的多目标决策方法。它根据经验率先确定几种可行性方案，并将影响因素按隶属 关系划分，形成方案选择的层次分析模型，然后针对模型中各个因素两两比较，做出判断 矩阵，最后用特征向量法确定最终排序，选出最优方案。 构造判断矩阵，是以上一因素为准则，比较下一因素的相对重要性，在模型中各个因 素分别构成判断举证，比较时，无量纲指标采用1 - 9 1 ：1 二例标尺法赋值判断，数量指标则统一 以大为优进行比较。文献【2 3 】结合某地下采矿方法选择，说明层次分析法在采矿方法选择中 的实施步骤。 层次分析法可将方案选择的复杂因素分解为若干简单因素，用数值方法进行比较和分 析使问题大大简化，有利于计算机编程做出决策。但该方法构造两两比较矩阵时，受主观 因素影响大。 ( 3 ) 模糊数学法：模糊数学法是上世纪6 0 年代产生的，它是专门处理模糊概念、模糊 信息的数学新学科。三十多年来，模糊数学的发展形成了一套完整的模糊控制系统理论， 其主要目的是探索更加接近人脑实际功能处理事物的模糊方法，根据少量的模糊信息，即 可得准确的或近似的结论。目前在采矿方法选择等领域中应用的模糊数学方法主要是按照 模糊数学中的相似优选比较法的模糊决策方法来进行方案的选择。由于每一种方案所给出 的开采条件都有不同程度的适应性，相似的优选比法就是通过相似程度的计算，求出其适 应程度大小的排序，由此选出一组适应丌采条件的方案。文献【1 9 】结合煤矿煤矿地下开拓方 案选择为例，说明了模糊相似优选比较法进行方案选择的具体实施步骤。 模糊数学方法是通过引用模糊集合，隶属函数等方法，用数学二方法定量描述模糊决 策，从而借助计算机进行优选。由于选用恰当的隶属函数工作较复杂，难度较大，对于如 何建立合理的因素集还有待进一步研究。 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 ( 4 ) 灰色系统法：灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授创立的一种新理论。它主要研 究普遍的灰色系统( 介于白色系统和黑色系统之间) 的预测与决策问题。它最初用于未来 学的研究，目前已经广泛应用到了农业、工业、气象和经济领域。文献【2 0 i 首次将其应用在 某铁矿的品味指标优化研究中，通过讲各指标灰色效果预测转化为总体灰色效果测度的方 法，并用总体效果测值越大越好的原则进行了总利润、总现值、精矿量和单位精矿能耗四 项指标的灰色效果测度分析，并根据其综合效果测度结果来确定各个方案的优劣。 灰色系统法用以确定效果测度的数学模型较少，尽管选用数学模型较易，但把事物过 于简化，而且只有一种计算方法，即算术平均法，这区别不了各目标的重要程度。 ( 5 ) 评价锥法：评价锥理论是八十年代初期创立的使用于工程建设项目或者技术改造 项目多目标决策的数学决策方法。该方法既能讲各个单项目标的不同量有序化，又能预测 它们实施后的可能性，克服了传统加权处理多目标归一化的主观随意性。文献【2 i 】首次将该 方法用于优化某金属矿石送选品味指标，最后给出了金属矿石品味指标优化的评价锥决策 程式。 该方法的特点是：在用隶属函数计算各个单目标的满意度时，考虑到了该目标实现的 可能度，尽可能使各单项目标在考虑其实现的可能性下达到相对满意，使整个评价达到最 优。但是，要合理的确定各个目标的可能度是一个难题，而且这种方法避开了权系数的问 题。 ( 4 ) 多属性决策法：多属性决策法用于方案的选择的实质就是，利用参与决策的各个 方案中相应的技术和经济参数的集合，对各个方案的不同参数进行优化选择，由优化组成 的方案为“最佳方案”( 因优化参数在各个方案中，因此，这里的最优方案不是一个具体的 方案而是一个理想方案) 。在考虑各个决策指标的重要程度之后，确定每一个方案与最优 方案的偏离程度的综合评价系数，综合评价系数越小，表明该方案离最优方案的偏离度越 小。文献【坶。2 1 】是多属性决策法用于采矿方法选择的典型实例，给出了地下采矿方法选择的 具体实施步骤。 应用多属性决策法优选进行多个方案的决策时，能够用各个方案单项尽可能最优来达 到综合最优，并能较好的考虑指标之间的权重系数，这是其它方法所不及的。 1 3 2 2 智能决策法 随着智能方法在各个领域广泛应用，人工智能两个重要领域一专家系统和人工神经网 络，也在矿业领域得到广泛的应用。 ( 1 ) 专家系统法：专家系统实质是一拥有大量专门知识与经验的计算机程序系统，它 借助于逻辑推理，仿照专家那样去解决困难问题。由知识库、数据库、推理机等组成。文 献【1 7 】( 1 8 】分别阐述了专家系统用于采矿方法选择以及地下开拓方案选择的过程。 ( 2 ) 人工神经网络法：人工神经网络是人脑思维系统的一个简单的结构模拟，是多个 神经元连接而成的多层网络，可模仿基本形式的人脑神经元功能。人工神经网络是试图模 仿生物神经系统的工作而建立的一种信息处理系统，由大量简单广泛相互连接而成的复杂 网络，具有高度非线性、自主学习、动态处理、联想记忆、容错性等特点。文献瞄4 j 利用模 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 糊神经网络并行结构和并行处理的特征，全面评价矿山灾害系统的安全状况和多因素共同 作用下的安全状态。 1 4 本文的研究内容 本文主要研究内容为，建立开采程序优化综合评价模型，形成一种适合开采程序的综 合评价方法。研究内容分为以下几部分： ( 1 ) 分析开采程序现状，结合乌龙泉矿西区开采实际项目，设计可行的丌采程序方案。 ( 2 ) 根据开采程序具体内容，结合乌龙泉实际情况，建立一种比较实用的开采程序优 化指标体系。 ( 3 ) 在层次分析法( a h p ) 的基础之上，引入测度的概念，完善层次分析法在指标权 重确定时存在的一致性验证，建立层次分析法的测度改进模型，确定开采程序影响因素各 层指标的权重。 ( 4 ) 引入拉开档次法确定各个方案的权重系数。 ( 5 ) 为避免了单独利用层次分析法与拉开档次法的缺陷，本文利用主客观赋权法确定 指标综合权重。 ( 6 ) 采用集对分析法分析开采程序方案，达到优化目的。 本论文分为六章，各章主要论述的内容如下： 第一章绪论，以乌龙泉矿的实际情况作为选题的背景提出露天矿的丌采程序问题的 研究，对国内外优化方法的文献做出综述性论述。 第二章乌龙泉矿基本情况介绍。 第三章开采程序方案的提出，该章根据乌龙泉矿的实际情况，提出具体的开采程序 方案，并计算各个方案的指标参数。 第四章评价指标体系模型的建立，结合乌龙泉矿西区现状，建立评价指标模型体系， 并用层次分析法和拉开档次法计算相应权重，将所得的权重系数用主客观赋权法综合计 算，得到最后的权重系数。 第五章利用集对分析法综合评价乌龙泉矿西区的开采程序，根据评价结果分析各个 开采程序，得到适合乌龙泉矿西区的开采程序。 第六章全文的回顾和研究展望，提出有待进一步研究的问题。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 2 1 地质 第二章乌龙泉矿简介 乌龙泉矿区属低山丘陵地带，山势平缓，近东西向延伸，西高东低，北陡南缓，其南 北两侧均为山间平地，西区由于多年民采而呈杂乱的陡坎、陡坡。矿区最高点鸽子山，海 拔标高1 9 2 1 0 m ，最低处为北侧山间平地，海拔标高3 1 6 3 m ，一般相对高差2 4 m 一- 7 2 m ， 最大相对高差1 4 8 9 0 m 。矿区地表水系极不发育，零星分布小水沟、小水塘、小水库。矿 区属亚热带湿润季风气候。历年平均气温1 6 7 ，七、八、九月为盛夏季节，平均气温2 9 5 。 本区隶属淮阳山字型前弧西翼，南为鄂东南通山东西向构造带，东依新华夏系梁子湖断陷 盆地，西邻新华夏系江汉断陷盆地。 区内地层自志留系至侏罗系均有出露，最大总厚度1 4 8 2 3 3 m 。石炭系、二叠系下统、 三叠系下统为碳酸赫岩建造，志留系、泥盆系、二叠系上统、三叠系中上统、侏罗系 为碎屑岩建造。出露地层有志留系中统锅顶山组砂泥岩；泥盆系上统五通组石英砂岩及粉 砂质细砂岩；石炭系中统黄龙组石灰岩与白云岩；石炭系上统船山组豆状灰岩；二叠系下 统栖霞组石灰岩、炭质灰岩、燧石结核灰岩；茅口组含燧石团块灰岩、生物灰岩及硅质岩； 二叠系上统龙潭组砂泥岩、硅质岩；大隆组含泥质硅质岩、水云母泥岩；三叠系下统大冶 群泥灰岩、灰岩；三叠系上统蒲圻群紫红色泥岩、砂岩；侏罗系下统武昌组石英砂岩、泥 岩，以及侏罗系中统湖相砂泥岩和新生界第四系残坡积物。 2 2 西区矿石质量 ( 1 ) 白云岩矿石 白云岩矿石主要有益组分为m g o ，主要有害组分为出s 0 2 。各品级矿石主要化学成分 含量变化不大，i 级品矿石：c a o3 1 2 2 - - - 3 3 8 5 ，m g o1 9 0 0 - - 2 1 5 1 ，s i 0 2o 1 3 1 2 5 。i i 级品矿石：c a o3 3 8 6 - - 3 5 2 6 、m g o1 6 1 0 1 8 3 8 、s i 0 2o 1 1 o 7 7 。因此白云岩矿石质量较好。但沿矿层走向和倾向矿石品位变化复杂、品位波动较大。 ( 2 ) 优质石灰岩矿石 优质石灰岩矿石主要有益组分为c a o ，主要有害组分为s i 0 2 、s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e 2 0 3 、s 、 p 。矿石各化学成分含量较稳定，变化幅度不大，各组分含量变化如下：c a o 5 4 5 3 5 5 7 9 、s i 0 20 0 2 o 7 8 、s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f 9 2 0 30 1 4 o 9 5 、so 0 0 8 o 0 3 8 、 po 0 0 1 o 0 0 4 ，烧失量一般大于4 3 。其平均含量为：c a o5 5 4 3 、m g oo 2 8 、 s i 0 20 2 0 、s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e 2 0 30 3 0 、so 0 1 2 、p0 0 0 1 。从卜可知，优质石灰岩矿 石质量优良。 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 石灰岩矿石 石灰岩矿石包括深色石灰岩矿石和浅色石灰岩矿石( 含豆状灰岩矿石) ，矿石的主要有 益组分为c a o ，主要有害组分为s i 0 2 。两种矿石的化学成分含量均较稳定，仅含量变化有 一定的差别。 浅色石灰岩i 级品矿石：c a o5 2 5 3 - 一5 5 8 0 平均5 4 4 4 、m g o0 0 7 2 2 4 平 均0 5 0 、s i 0 20 1 2 1 9 5 平均0 9 5 ；i i 级品矿石：c a o5 2 0 6 5 5 7 0 平均5 3 4 2 、m g o0 0 8 - - 2 0 4 平均0 3 5 、s i 0 20 1 8 2 4 1 平均1 8 6 。 深色石灰岩矿石化学成分含量变化如下：i 级品c a o5 2 1 8 - 5 4 9 0 、m g o0 0 7 1 2 3 、s i 0 20 4 6 2 8 2 ；i i 级品c a o5 2 0 9 - - - 5 3 3 2 、m g o0 4 1 1 2 8 、s i 0 21 8 1 2 5 2 。从上可见作为熔剂用石灰岩矿石质量较好，浅色石灰岩质量比深色石灰岩矿 石质量更好。 ( 4 ) 夹石 白云岩矿层中的夹层：本次生产勘探报告对黄龙组下段( c 2 h 1 ) 白云岩按工业指标要 求，将其上、下部末达到工业指标的白云岩圈为矿层顶、底板围岩，并单独计算了岩石体 积；对黄龙组中段( c 2 h 2 ) 石灰岩与白云岩互层亦作为夹层单独计算岩石体积。白云岩矿层 中央石存在两种类型，一种为硅质层形成的夹石，一种为m g o 含量偏低形成的央石。两 种央石常混为一体，在矿层中形成四层较为稳定的夹层，其它夹石在矿层中呈零星分布， 两种夹石对矿石影响均较大，但以硅质层形成的夹层对矿石质量影响更大。 浅色石灰岩矿层中的夹层：夹层类型主要有硅质层形成的夹层、白云岩形成的夹 层( j b ) 、石灰岩夹层( j l 、j 2 ) 。以j 2 5 夹层分布稳定，作为优质石灰岩上、下矿层划分标志， 上矿层存在j 2 6 、j 2 7 、j 2 8 、j 2 夹层，下矿层存在j 2 3 、j 2 4 、j i 和j b ，它们主要呈透镜体零星 分布，局部连续分布。以上夹层由于s i 0 2 含量高，c a o 含量偏低，对矿石质量影响较大。 深色石灰岩矿层中的夹层：该矿层中主要是s i 0 2 含量偏高而形成夹层，呈透镜状 分布于矿层中、下部和底部，对矿石质量有一定的影响。 矿床其它夹石：该类夹层包括次玄武岩形成的夹e ( j p ) 和断层形成的夹t ( j f ) ，它们 均分布于断裂带中。j b 夹石不太发育，对矿石质量影响较大，但岩性特征明显，易于剔除。 j f 夹石主要发育于断裂通过白云岩和硅质层一带，断裂带由方解石胶结，使岩石中c a o 含 量增高或硅质岩角砾在断裂带发育而使s i 0 2 含量增加，两种夹石对矿石质量影响较大。 典型矿体分布情况如图2 1 所示。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 、 耘落o 1 1 5 n k r 一；么 7 9 n 、 灰岩 ，二“掣 d 蜀管翟纨f 也r ，q 担：僵 歹歹：= = 4 3 n k 一 j 巍壤吃多夕 0 m巍 石灰岩 绥么耖钐 白云岩 勿。乞多1 1 _ - - -，衫 一4 气h篪翦缪姿笏掺骗纱 ， 5 0 8 0 05 1 0 0 0 5 1 2 0 0 5 1 4 0 0 2 3 西区储量 图2 13 0 号勘探线矿体分布剖面图 ( 1 ) 总资源储量 矿石总资源储量1 1l b + 1 2 2 b ( b + c + d 级) 共计8 0 7 9 9 7 万吨，其中优质石灰岩矿石 2 9 2 4 3 l 万吨，占3 6 1 9 ，石灰岩矿石1 9 7 3 9 7 万吨，占2 4 4 3 ，白云岩矿石3 1 8 1 6 9 万 吨，占3 9 3 8 。 优质石灰岩矿石各类资源储量：基础储量1 11 b ( b 级) 1 3 9 2 8 0 万吨，基础储量 1 2 2 b ( c 级) 1 0 5 9 8 2 万吨，基础储量1 2 2 b ( d 级) 4 7 1 6 8 万吨。( b 级占b + c 级的5 6 7 9 ， b + c 级占b + c + d 级的8 3 8 7 ) 。 石灰岩矿石各类资源储量：b 级基础储量5 7 5 8 5 万吨，c 级储量3l o 3 4 万吨，d 级储量1 0 8 7 7 9 万吨。b 级占b + c 级的6 4 9 8 ，b + c 级占b + c + d 级的4 4 8 9 。 白云岩矿石各类资源储量：c 级基础储量6 4 5 9 4 万吨，d 级基础储量2 5 3 5 7 5 万 吨。c 级占c + d 级的2 0 3 0 。 ( 2 ) 4 3 米标高以上资源储量 各类矿石总资源储量b + c + d 级共计4 6 5 4 6 4 万吨，其中优质石灰岩矿石1 9 7 5 0 9 万吨， 占4 2 4 3 ，石灰岩矿石1 4 8 4 4 6 万吨，占3 1 8 9 ，白云岩矿石11 9 5 0 9 力吨，占2 5 6 8 。 优质石灰岩矿石各类资源储量：基础储量11 1 b ( b 级) 1 3 0 7 5 9 万吨，基础储量1 2 2 b ( c 级) 4 8 8 6 0 万吨，基础储量1 2 2 b ( d 级) 1 7 8 9 0 万吨。( b 级占b + c 级的7 2 8 0 ， b + c 级占b + c + d 级的9 0 9 4 ) 。 ( 3 ) 0 - - 4 3 米标高资源储量 各类矿石总资源储量l1l b + 1 2 2 b ( b + c + d 级) 共计3 4 2 5 3 2 万吨，其中优质石灰岩矿 石9 4 9 2 1 万吨，占2 7 7 1 ，石灰岩矿石4 8 9 5 1 万吨，占1 4 2 9 ，自云岩矿石1 9 8 6 6 0 万 吨，占5 8 0 0 。 西区探明总资源储量见表2 1 。 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 表2 1 西区探明的资源储量总表( 单位：万吨) 4 3 m 标高以上资源储量 0 - 4 3 m 标高 总储量 矿石类型及 开采境界内开采境界外合计 资源储量 品级 b + cb + cb + c b + c b + c 优质石灰岩1 9 5 3 4 8 2 1 6 2 1 9 7 5 0 9 9 4 9 2 22 9 2 4 3 1 石i 级品 1 0 0 6 2 43 5 9 5 91 3 6 5 8 34 0 1 1 61 7 6 6 9 9 灰i i 级品 1 0 5 2 41 3 3 91 1 8 6 38 8 3 52 0 6 9 8 石 i + i i 级品 1 1 1 1 4 83 7 2 9 81 4 8 4 4 6 4 8 9 5 l1 9 7 3 9 7 白i 级品6 3 0 3 4 o6 3 0 3 41 1 8 2 6 21 8 1 2 9 6 石 i i 级晶 5 6 4 7 505 6 4 7 58 0 3 9 71 3 6 8 7 2 岩 i + i i 级品 1 1 9 5 0 9o1 1 9 5 0 91 9 8 6 6 03 1 8 1 6 9 2 4 生产现状 乌龙泉矿东区是生产多年的老矿区，露天开采己4 0 余年，由原来的山坡露天开采转 为凹陷露天丌采，窄轨铁路开拓运输。长期以来为了满足武钢对优质石灰石的需要，矿山 对东区的优质石灰石进行了强化开采，造成了优石开拓矿量严重不足的不利局面。目前矿 区在4 3 m 水平开沟。生产能力维持在1 6 0 - 1 8 0 万t a 原矿的水平。 东区开拓方式为窄轨铁路运输开拓；采用k q y q 一1 5 0 型潜孔钻穿孔爆破，4 m 3 电铲 装载；矿山现有采装设备见表2 2 。 表2 2 矿区现有设备表 西区地质资源落实，储量i 叮靠，矿石质量特优，矿床赋存特征适于露大丌采，但因诸 多原因至今尚未诈式开采。东矿系生产4 0 多年的老矿山，有大量旧有采运设备可供利用， 矿石加工系统、辅助生产设施及生活行政福利设施一应俱全，还有大批工程管理人员和技 术工人队伍，可为西区开采的实施创造优越的生产建设条件。 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 2 5 本章小结 本章主要工作如下： ( 1 ) 介绍了乌龙泉矿的地质背景； ( 2 ) 介绍了乌龙泉矿西区矿石储量和矿石质量的相关情况； ( 3 ) 介绍了乌龙泉矿东区生产现状，总结了矿区现有采运设备和其他已有设施等，分 析其给西区开采带来的影响。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 3 1 开采程序介绍 第三章乌龙泉矿西区开采程序 把开采程序作为露天矿领域中的一个专门技术课题加以研究是从七十年代开始的。开 采程序对基建工程量的大小、矿山建设速度、矿山生产能力以及能否均衡持续发展生产、 生产剥采比的大小以及的发展方式变化等都有重要影响。开采程序和生产工艺系统以及开 拓运输方式等有密切联系，因此它往往也影响生产工艺系统和开拓运输方式的选择与确 定。上述所有因素，最终将影响露天开采技术的技术经济效果。因此，深入细致的研究开 采程序，在矿山设计和矿山设计过程中进行多方案比较，选择最优的开采程序，是一项至 关重要的工作。 对露天开采程序的基本要求是技术上安全可靠、经济合理、既能满足生产要求，既能 安全维持生产，又能花费少的投资和生产费用获得较大的经济效益，在矿石的产量、品种、 质量和时间上满足计划要求。一般情况下，一个好的开采程序应该剁i 】： ( 1 ) 建设速度快，基建工作量小、组织管理简单方便。基建时问长短和基建工作量的 大小，是评价一个露天矿开采效果的主要技术经济指标之一。考虑开采程序时候，特别要 注意缩短基建时间和减少基建工程量，为此认真细致的研究采剥工作的丌采位置，选择有 利部位进行优先开采，以及采用分期开采和分区开采往往可以取得显著效果。 ( 2 ) 生产剥采比的发展变化要求合理。对于同一矿山，同一开采境界，采用不同的开 采程序时，各个时期的生产剥采比的数值变化和发展变化也是不同的。当矿石产量一定时， 生产剥采比的大小决定了矿山年总剥采量的大小，而露天矿的主要生产设备以及辅助设备 的装备水平和设备数量、生产公共设施、人员编制和生活福利设施等，都是根据矿山年剥 采总量决定的，这些又直接影响到矿山的基建投资和生产经营费用，因此，在确定开采程 序时，必须注意丌采程序引起的生产剥采比变化。生产剥采比的数值以及发展变化怎样才 算合理，这是比较复杂的问题，应该根据每个矿山的具体情况，通过经济分析来确定。一 般宜选用初期生产剥采比比较小，后期逐渐增大和波动较小的开采程序方案。他能使露天 矿得到较大的净现值、经济效果较好。对于这个问题，过去在设计和生产中都注意的不够， 特别是从生产剥采比的发展角度研究丌采程序做的更少。 研究生产剥采比对丌采程序的影响，应该注意以下问题： 要避免用加大基建剥离量的办法来减少生产剥采比； 生产剥采比应尽可能的由小到大趋势发展变化； 生产剥采比的数值不，白= 变化太大，也不能过于频繁，否则会给生产管理造成困难， 并造成经济上不合理； 在必须对剥采比作人为均衡时，要注意均衡的时间不要过长。 ( 3 ) 保证矿石的广：量、品种和质量能均衡卜产。 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 露天矿生产时，在满足矿石数量要求的同时，一般要求矿石质量波动越小越好，当生 产多品种矿石时，则要求比例均衡生产。一般情况下垂直矿体走向布置工作线，沿走向推 进可以有较多的采矿工作台阶，因此对配矿和质量中和是比较有利的。 ( 4 ) 充分回收矿石资源，减少损失贫化。 充分回收矿石资源，这是采矿技术的基本原则之一。不同的开采程序，其资源的回收 程度是不一样的。例如对于缓倾斜或者接近水平的薄矿体，采用与矿层倾角一致的倾斜平 台开采，较之分水平台阶开采，可以显著减少开采过程中的矿石损失与贫化。当用水平台 阶开采倾角不太陡的矿体时，采矿工作线推进方向和矿层倾角的关系，也会影响矿石的开 采损失与贫化。 ( 5 ) 有利于运输线路设置，缩短采场内的的运距。 采场内运输线路条件的好坏和运输长短直接影响运输设备的数量、效率和运输成本。 不同的开采程序、采场内的运输条件和运距是不同的，例如有的开采程序要求大量采用移 动干线，线路质量差，线路的移设和维护工作量也大。开采程序不同，端部绕行的距离也 不同。 3 2 开采程序分类 按采剥工程发展的空间与开采境界的相对位置