（采矿工程专业论文）乌龙泉石灰石矿东西区开采过渡方案优化研究.pdf

岔li 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：兰幼拳日期：呈! 鞋卑兰i i 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：垂墨壶珠 指导教师签名i 厶红塑塑 席 日 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 随着武钢对优质石灰石需求加大，乌龙泉矿西区开采势在必行。由于东区与西区之问 的地形、地质条件发生了较大变化，而且这种变化还会不断持续发展，因此为实现资源的 合理有序与可持续的开发利用，有必要系统地研究东西区过渡开采技术及空| 、日j 展布特性。 为实现东西区平稳过渡，根据乌龙泉矿矿东西区地质条件，矿床赋存特征以及东西区 现有的生产技术条件和生产现状，研究国内外露天矿山采区过渡现状，确定三个采区过渡 备选方案：下盘固定帮开沟，自i 期横向布置、东西向推进，后期纵向布置、南北向推进； 矿岩接触带开沟，纵向布置，北南向推进；上盘固定帮开沟，由南向北纵向布置。在考虑 基建投资、征地费用、运输成本、损失贫化控制、生产剥采比、出矿品位均衡性、采场作 业条件、运输道路条件、生产管理等九个指标的6 仃提下，构建评价指标体系；同时，根据 主观赋权法和客观赋权法赋予指标权重，并通过灰色关联度法计算各个方案与参考样本之 间的关联度，决策出较优方案。通过灵敏度分析，针对指标权重对三个评估方案最终排序 结果的灵敏性进行分析，从而可以得到在方案评价中灵敏度较高的指标属性。最后，对较 优方案进行优化分析，最终得到乌龙泉矿东西区开采过渡的最优方案。 关键词：乌龙泉矿；过渡；综合评价；优化；灵敏度分析 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n df o rh i g h q u a l i t yl i m e s t o n ei nw u h a ni r o na n ds t e e l ，w e s t e r n m i n i n gi si m p e r a t i v ei nw u l o n g q u a nm i n e a s t h eg r e a tc h a n g e so ft h et e r r a i na n dt h e g e o l o g i c a lc o n d i t i o n sh a v et a k e np l a c ei nt h ee a s ta n dw e s tm i n i n ga r e a , a n dt h i sc h a n g ew i l l c o n t i n u et od e v e l o p t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt os y s t e m a t i c a l l ys t u d yt h et r a n s i t i o no fm i n i n g t e c h n o l o g ya n dt h es p a t i a lb o o t i no r d e rt or e a s o n a b l e l y , o r d e r l ya n ds u s t a i n a b l e l yu t i l i z e r e s o u r c e s t oa c h i e v eas m o o t ht r a n s i t i o no fe a s t e ma n dw 色s t e ma r e a s ，i nt e r m so fg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ， d e p o s i to c c g l x g n c gf e a t u r e s ，a n d t h ee x i s t i n gp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t i o ns t a t u s ， s t u d i e dt r a n s i t i o ns t a t u so fm i n i n ga r e ao fo p e np i tm i n eo fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l ，a n d d e t e r m i n e dt h et r a n s i t i o no p t i o n so ft h r e em i n i n ga r e a s 1 1 1 ef i x e ds i d ed i t c hi nt h ef o o t w a l l ，e a r l y h o r i z o n t a ll a y o u ta n dc a r r y i n gf o r w a r df r o me a s tt ow e s t ，l a t e rl o n g i t u d i n a ll a y o u ta n dc a r r y i n g f o r w a r df r o ms o u t ht on o r t h ；o r ec o n t a c tz o n et r e n c h i n g ，l o n g i t u d i n a ll a y o u ta n dc a r r y i n g f o r w a r df r o mn o r t ht os o u t h ；t h ef i x e ds i d et r e n c h i n go nt h ep l a t e ，l o n g i t u d i n a ll a y o u tf r o ms o u t h t on o r t h i nt h ep r e m i s eo fc o n s i d e r i n gn i n ei n d e x e ss u c ha si n f r a s t r u c t i o ni n v e s t m e n t ，l a n d a c q u i s i t i o nc o s t s ，t r a n s p o r t a t i o n c o s t s ，l o s s d i l u t i o n c o n t r o l ，p r o d u c t i o ns t r i p p i n gr a t i o ，g r a d e b a l a n c e ，s t o p e w o r k i n g c o n d i t i o n s ，t r a n s p o r t a t i o n r o a d c o n d i t i o n sa n d p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t ，c o n s t r u c t e de v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ；a tt h e s a l n et i m e ，i nt h el i g h to ft h es u b j e c t i v e w e i g h t i n gm e t h o da n dt h eo b j e c t i v ew e i g h t i n gm e t h o d ，t h ew e i g h t so f t h e s ei n d e x e sa r eg i v e n c a l c u l a t i n gt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e ne a c hs c h e m ea n dr e f e r e n c es a m p l e sb yg r e yc o r r e l a t i o n m e t h o da n dc h o o s i n gt h eo p t i m u ms c h e m e t h r o u g hs e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，a g a i n s tt h ei n d e x w e i g h t s ，a n a l y z e dt h es e n s i t i v i t yo ft h e f i n a lr a n k i n go ft h et h r e ea s s e s s m e n ts h e m e sa n d a c h i e v e di n d e xp r o p e r t i e so fh i g h e rs e n s i t i v i t yi nt h es c h e m ee v a l u a t i o n i nt h ee n d ，o p t i m a l s o l u t i o no ft h et r a n s i t i o nm i n i n gi sa c h i e v e db ya n a l y z i n gt h eo p t i m u ms c h e m e s k e yw o r d s ：w u l o n g q u a nm i n e ；t r a n s i t i o n ；c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ；o p t i m i z a t i o n ； s e n s i t i v i t ya n a l y s i s 武汉科技大学硕士学位论文 第l l i 页 目录 摘要1 a b s t r a c t 1 i 第一章乌龙泉矿采区过渡问题1 1 1 矿区地质概况1 1 1 1 矿区地质一l 1 1 2 矿床特征一2 1 2 开采历史6 1 3 开采现状6 1 3 1 生产经营状况一6 1 3 2 采场现状一7 1 3 3 设备配置一7 1 4 存在问题7 第二章乌龙泉矿采区过渡方案优化研究技术路线与方法- 9 2 1 乌龙泉矿研究历史及成果9 2 1 1 开拓运输方式的研究9 2 1 2 最优开采境界的确定一9 2 1 3 开采程序的优化9 2 1 4 剥岩排放优选方案研究l o 2 1 5 后续研究。1 0 2 2 国内外露天矿优化研究方法1 0 2 2 1 剥采进度优化方法1 l 2 2 2 开采境界优化方法1 2 2 2 3 开采顺序优化方法12 2 2 4 排岩规划优化方法1 2 2 2 5 开采程序规划方法1 3 2 2 6 优化方法发展趋势1 3 2 3 研究内容1 3 2 4 研究方法1 4 2 4 1 系统分析方法1 4 2 4 2 开采过渡方案的分析1 4 2 5 研究意义1 5 第三章乌龙泉矿东西区开采过渡方案研究1 6 3 1 生产工艺系统条件1 6 第1 v 页武汉科技大学硕士学位论文 3 2 丌采过渡衔接条件17 3 2 1 过渡衔接重点问题l7 3 2 2 优化原则17 3 2 3 优化准则18 3 - 3 采区过渡备选方案研究18 3 3 1 方案影响因素1 8 3 3 2 基于可行性分析的采区过渡方案1 9 0 0 0 3 3 3 4 4 7 l l 2 4 5 5 5 o 2 4 7 8 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 一 一 一 一 一 二 一 一 斤 程 一 一 善俐 一 一 一 一 盘月 一 一 一 一 一 一 j 一 h k 一 z y 可 一 策 一 案 一 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章乌龙泉矿采区过渡问题 乌龙泉矿产生东西区过渡问题的渊源是多方面的，包括本身所特有的矿区背景、矿区 开采历史、开采现状及存在的问题等。在进行乌龙泉矿东西区开采过渡方案的优化研究之 前，需要对产生该问题的背景条件进行系统的了解，从而才能为解决过渡问题的研究提供 一定的依据。 1 1 矿区地质概况 1 1 1 矿区地质 1 1 1 1 区域地理背景 乌龙泉矿矿区属低山丘陵，岗地平原构造，冲剥蚀岩溶地形地貌。山势平缓，近东西 延伸，与矿体走向近似一致，西高东低，北陡南缓，其南北两侧为山间平地。一般标高为 + 7 0 m + 1 5 0 m ，最高点为矿区西端的鸽子山山顶+ 1 9 2 1 0 m ，最低处为东区北角边缘平地， 海拔标高为+ 3 1 6 3 m ，高差1 6 0 4 7 m 。当地最低侵蚀基准面在+ 1 8 m 左右。 1 1 1 2 矿区地质 ( 1 ) 地层 矿区位于淮阳山字形前弧西翼之南西段，沈家湾背斜南翼中偏东部。矿区出露地层有 志留系、泥瓮、石炭系、二叠系以及第四系。 矿区地层由老至新为： 志留系中统锅顶山组( s 2 9 ) 。仅露出矿区西北角3 6 、3 8 勘探线北端。只见其上部岩 性，为黄灰色、灰绿色粉砂以及砂质页岩。可见地层厚度1 3 3 8 m 。 泥瓮系上统五通组( d 3 w ) 。分布于矿区北缘，主要见于东部开发平台，主要岩石为 石英砂岩，呈灰白色。主要矿物成分为石英，颗粒大小0 1 l m m 不等。胶结物主要为泥 质。岩石层粒细晶结构、砂状结构，矿状或中厚层状构造。 石灰系( c ) 。出露于黄龙组和上统船山组，为矿区主要地层，也是优质石灰岩、石 灰岩和白云岩矿的主要赋矿层位。与下伏地层呈假整合接触。地层总厚1 7 1 3 3 m 。中统黄 龙组( c 2 h ) 根据岩性以及岩性组合、生物群及岩石化学特性，划分为上、中、下三段：下 段地层厚度7 5 一i o w ，平均厚度8 5 7 0 m ，东区平均厚度8 7 6 0 m ，西区平均厚度8 3 8 0 m ， 沿倾向稍有变厚趋势。中段岩性主要为石灰岩和白云岩互层，地层厚度l1 - 2 2 m ，平均厚 度1 4 7 3 m 。上端主要为浅灰色石灰岩，夹有硅质条带灰岩、硅质岩、灰色结晶灰岩以及 白云岩，夹层多为似层状、透镜状、断层分布。地层厚度4 6 8 0 7 9 2 0 m ，平均厚度6 7 9 0 m 。 上统船山组( c 3 c ) 为单一的灰色豆状石灰岩，厚度l 至3 m ，平均厚度2 m ，局部厚度达 1 2 8 0 m ，厚度变化系数7 7 7 8 ，变化幅度中等偏大。 二叠系下统栖霞组( p l q ) 主要分布在矿区南部，由于断裂构造破坏和风化腐蚀，呈不连续断块零星出露。根据 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 武汉科技大学硕士学位论文 最小4 7 6 9 m ，平均厚度7 5 7 0 m 。工业矿床常被硅 矿，矿层中夹有l o 层硅质层和低镁白云岩，无规律的分布在矿层的不同部位。矿层底板 为上泥瓮统五通组石英砂岩，顶板为石灰岩与白云岩互层。 浅色石灰石矿层( i i 矿层) ：矿层产于中石炭黄龙组上段，呈中厚层状分布于全矿区， 为主要矿层。矿层上部为石灰岩矿层，中、下部位优质石灰岩矿层。矿层厚度为 4 8 9 0 - - 8 3 3 0 m ，平均7 0 m 。矿层中夹有6 层硅质岩层。根据矿石工业类型和标志层又划分 为i i 1 、i i 2 、i i 3 矿层。其中1 1 1 、i i 2 为优质石灰石矿层，h 3 为普通石灰石矿层。 优质石灰石和普通石灰石矿层无明显界线，主要靠化学分析确定。 深色石灰石矿层( i i i 矿层) ：矿层赋存于二叠统栖霞组下段地层中，矿层厚度为 2 8 - 5 0 1 9 m ，平均3 9 2 5 m 。因受断层破坏和风化剥蚀，使矿层残缺不全，其残余厚度平均 为1 9 8 9 m 。矿层底板为下二叠统栖霞组燧石结核灰岩。在矿层的底部常夹有钙质、碳质 页岩。 1 1 2 2 矿石质量 优质石灰石矿石由浅色石灰石组成，普通石灰石矿石由深色石灰石组成。矿石的矿物 成分主要为方解石。矿石结构主要为生物碎屑结构、泥晶结构、微晶一隐晶结构、中细粒 结构、豆状结构，矿石构造为块状构造。 浅色石灰岩矿石和豆状灰岩矿石按工业指标分为优质石灰岩及石灰岩两种矿石。优质 石灰岩矿石的有益成分c a o 含量为5 4 5 7 5 5 9 3 ；有害组分含量：s i 0 2 为0 0 4 o 7 4 、 s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e 2 0 3 为0 1 5 0 9 5 、s 为0 0 0 8 0 0 2 0 、p 为0 0 0 1 - 0 0 0 4 ；烧失量大于 4 3 。石灰岩矿石有益组分c a o 含量为5 0 8 3 5 4 8 0 ；有害组分s i 0 2 含量为0 0 7 3 4 7 。 深色石灰岩矿石化学成分与浅色石灰岩相同，矿石中有益组分c a o 含量一般在5 0 以上，最高达5 5 8 7 ，主要有害组分s i 0 2 含量一般均小于3 ，极少数达4 左右。c a o 和s i 0 2 在矿石中含量变化密切相关，c a o 含量增高则s i 0 2 含量相对降低，反之，s i 0 2 含 量增高，c a o 含量降低。 根据c a o 、m g o 、s i 0 2 沿矿层垂向变化可知，矿层上部含量较稳定，矿层下部含量 有所变化，s i 0 2 含量有所增加，所以i i 级品矿石多在下部出现。c a o 、m g o 、s i 0 2 沿走 向和倾向均比较稳定，仍保持着垂向变化特征。各采区和+ 4 3 m 标高上、下矿层的平均品 位均较稳定，c a o 均在5 2 以上，s i 0 2 含量i 级品在1 左右，i i 级品在2 5 左右。 白云石矿石的矿物成分主要为白云石，含少量铁质，偶见方解石。白云石呈他形晶、 半自行晶，晶粒般为0 0 0 2 0 1 m m 。矿石结构为微晶结构、微晶一细晶结构，少数生物 碎屑结构，矿石构造为块状构造。 白云岩矿石的有益组分为m g o ，有害组分为s i 0 2 。m g o 、s i 0 2 含量决定矿石品级。 i 级品矿石化学成分含量变化：m g o 为1 9 2 0 7 4 、s i 0 2 0 0 4 1 0 7 、c a 0 3 0 5 0 - - - 2 0 6 7 ； i i 级品矿石化学成分含量变化：m g o 为1 6 1 0 - - - 2 0 6 7 、s i 0 2 3 、c a 0 3 2 9 0 - 3 7 1 0 。各 级矿石化学成分含量变化不大，矿石质量较好。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 矿层的主要化学成分沿走向和垂向变化较小。但是由于矿层受断裂破坏，在断裂破碎 带及其裂隙中充填了方解石，使某些地段c a o 含量相对较高，m g o 含量相对较低：另一 方面由于溶蚀现象发育，常形成窝状构造，在空洞中，上长了次生方解石，致使c a o 含撮 相对增高、m g o 含量相对降低，因此矿层中c a o 、m g o 、s i 0 2 含量沿走向和垂向变化均 较大。 1 1 2 3 矿床围岩及矿层夹石特征 ( 1 ) 矿床顶、底板围岩特性 矿床顶板岩性为燧石结核灰岩，呈中厚层状产出，与深色石灰岩矿层整合接触。燧石 结核灰岩呈深灰色，由方解石和燧石组成，常见生物化石及其碎片。燧石结核呈扁椭球体 形、长条形及不规则形态，其大小悬殊，长径可达2 5 c m ，短径最短5 c m ，长轴方向往往 平行于层理。结核致密坚硬、性脆，化学成分9 5 以上是s i 0 2 。由于燧石结核的存在， 岩石的s i 0 2 含量增高。燧石结核灰岩主要化学成分平均含量：c a 0 4 4 9 5 、m ：9 0 1 0 6 、 s i 0 2 1 6 6 4 。 矿床底板岩性为石英砂岩和白云岩。石英砂岩呈灰白色，呈砂状结构、块状结构，矿 物成分主要为石英，含量4 0 - , 7 0 ，其次为长石，胶结物为泥质、钙质和少量铁质：其毛 要化学成分及其含量：c a 0 1 3 1 5 、m 9 0 6 , - , 7 、s i 0 2 5 3 5 5 石英砂岩呈中厚层状产出， 与白云岩矿层呈假整合u 。白云岩的矿物成分和化学成分与白云岩矿石相同，仅因m g o 含量低于1 6 ，或s i 0 2 含量大于3 ，而将其划分为矿床底板围岩。 ( 2 ) 矿床夹层石灰岩与白云岩互层( c 2 h 2 ) 特征 石灰岩与白云岩互层稳定地分布于i 号矿层和i i 号矿层之间为夹层，与矿层呈整合接 触。该层最小厚度1 0 7 5 m ，最大厚度2 5 0 9 m ，平均厚度1 4 7 3 m 。该层中、上部由“层 石灰岩和白云岩组成互层，单层厚度0 3 2 2 m ，部分达4 , - , 8 m ，其间央有c 1 2 i 硅质层；下 部呈条带状石灰岩与白云岩互层，其厚度2 3 m 。顶部有一层稳定地硅质层( c 1 2 2 ) ，厚 0 0 7 6 2 6 m ，平均厚度1 9 3 m ，变化系数4 8 5 ，一般由2 层硅质岩或硅质条带灰岩组成， 其主要化学成分平均含量：c a 0 3 8 5 3 、m 9 0 0 7 7 、s i 0 2 2 9 。在c 1 2 2 和c 1 2 z 两条硅质 层之间常分布以层厚1 3 m 的单管珊瑚灰岩。 ( 3 ) 白云岩矿层的岩层 矿层内央石特别发育，统计结果表明，+ 4 3 m 标高以上央石量达6 1 7 0 k m 3 ，央石率为 3 2 5 0 ；+ 4 3 m 标高以下央石量达7 0 0 0 k m 3 ，央石率为3 5 5 9 ；全矿层平均央石率为 3 4 0 7 ，夹石占矿层1 3 。 矿层内不同类型央石互相穿插复合，在矿层不同地段形成相对稳定的有四层央石，还 有零星分布的少量央石。这四层央石自上而下分别为：由c i 8 、c i 9 硅质层和白云岩组成夹 层，由c i 6 、c i 7 硅质层和白云岩组成央层、由c i 4 、c i 5 硅质层和白云岩组成夹层、由c i 2 、 c i 3 硅质层和白云岩组成夹层。 白云岩矿层夹石类型较多，分布广泛，其厚度变化大。加之断裂破坏，使矿层内部央 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 石分布更加复杂，给矿山大规模机械化开采带来较大困难，对矿石质量产生一定程度的影 响。 硅质层在矿层中相当发育，在相对稳定的层位上断续或零星分布。其厚度0 5 5 8 m 不等，一般含l 至2 小层，局部含3 至4 小层。硅质层由硅质岩和硅质条带白云岩组成。 硅质岩呈灰一灰色，又是呈乳白色和烟灰色，致密块状，s i 0 2 含量5 0 9 0 ；硅质条带白 云岩由硅质和白云岩组成，硅质岩呈条带状分命于白云岩中，硅质条带厚0 5 一l o m ，由一 层至数层硅质岩组成。硅质条带白云岩s i 0 2 含量随硅质条带的发育程度而变化，一般s i 0 2 小于5 0 。由于硅质层多数厚度较薄，往往与上、下白云岩和白云岩矿石一起形成夹石。 夹石的化学成分一般c a o 小于1 6 ，s i 0 2 大于2 3 。 低镁白云岩夹层及其形成的夹石在矿层中比较发育，由m g o 含量偏低的白云岩组成， 分布无规律，部分自身形成夹石，其主要化学成分：c a 0 3 8 4 5 、m 9 0 4 1 5 、s i 0 2 1 ， 多数与硅质层形成的夹石混为一体形成夹层，其c a o 含量相对下降，s i 0 2 含量相对增高。 由断裂活动形成的破碎带和角砾岩，往往方解石充填和胶结角砾j 使其c a o 含量增 高，m g o 含量相对降低而形成夹石。该类夹石分布于断层面两侧。夹石的主要化学成分： c a 0 3 6 8 2 5 1 6 7 、m 9 0 0 7 3 1 5 8 7 、s i 0 2 1 6 ，当存在硅质岩角砾时s i 0 2 含量增高。 ( 4 ) 浅色石灰岩矿层的夹层及其形成的夹石 矿层中发育六层硅质层，自上而下为c 1 2 3 、c 1 2 4 、c 1 2 5 、c 1 2 6 、c 1 2 7 、c 1 2 8 ，它们分别位 于矿层的一定部位。c 1 2 5 硅质层分佰稳定，位于矿层底界2 0 3 0 9 0 m ，层厚0 2 2 6 7 9 m ， 平均厚度2 0 9 m 。c 1 2 8 仅分布在6 2 、7 、8 、9 2 等勘探线，其它硅质层断续或零星分布。 硅质层由硅质岩和硅质条带灰岩组成。硅质岩s i 0 2 含量5 0 9 0 ，硅质条带灰岩由硅 质条带和石灰岩组成，硅质条带厚0 5 5 c m 。硅质层厚度较薄，往往与其上、下浅色石灰 岩共同形成夹石，其编号相应为j 2 3 、j 2 4 、j 2 5 、j 2 6 、j 2 7 、j 2 8 。 白云岩夹层呈不连续的扁豆状或透镜状分布于e 5 0 、2 2 、9 、1 3 、1 6 2 、1 7 、1 9 、2 l 、 2 8 、4 0 、4 2 等勘探线，位于i i 1 矿层中、下部，夹层厚0 1 2 8 m ，夹层的主要化学成分： c a 0 3 2 4 2 、m 9 0 11 5 7 1 6 6 、s i 0 2 0 3 0 - 4 ) 3 8 。白云岩夹层往往与上下浅色石灰岩组 成夹石，夹石位于i i 1 矿层底界0 6 m 和1 肚1 3 m ，以底部最为发育。夹石呈断续扁豆状 产出，厚度4 6 3 5 m ，主要化学成分：c a 0 4 5 5 3 5 1 5 0 、m 9 0 4 3 5 9 4 0 、s i 0 2 0 0 2 1 5 1 。 浅色石灰岩夹层主要由于浅色石灰岩本身c a o 含量偏低或s i 0 2 含量偏高所致。j i 为 优质石灰岩下矿层( i i 1 ) 的夹石，呈透镜状零星分布于4 、8 - 2 、1 4 、15 、1 7 、1 9 2 、3 4 等 勘探线，主要位于矿层的下部，距i i 1 矿层底界4 5 0 7 9 0 m ，局部位于矿层顶部和中部( 距 i i 1 矿层底界8 7 啦! 3 4 0 m ) 。夹石厚度一般在4 6 m ，局部达8 m 左右，主要化学成分： c a 0 4 8 3 4 5 4 4 4 、s i 0 2 0 0 2 1 4 9 。少数s i 0 2 达2 1 1 3 4 1 。j 2 为优质石灰岩下矿层( i i 2 ) 的夹石，呈透镜状零星分布，一般位于矿层的底部距矿层底界0 5 5 m ，少数位于矿层顶 部和中部，夹石厚度一般4 5 2 0 m ，主要化学成分：c a 0 5 2 6 6 5 5 2 2 、s i 0 2 0 3 8 3 0 3 。 ( 5 ) 深色石灰岩矿层夹石 夹石零星分布于7 、7 2 、8 、8 2 、1 3 2 、1 4 、1 4 2 、1 5 、1 9 、2 0 、2 l 、2 4 、2 7 、3 0 、 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 3 2 、3 4 等勘探线，主要位于矿层底部，极少数位于矿层中、上部。央石由炭质页岩、钙 质页岩、钙质页岩和深色石灰岩组成，厚度4 1 0 4 m ，最厚达1 7 7 m 。央石的主要化学成 分：c a 0 4 9 9 5 5 2 0 8 、m 9 0 0 4 9 1 5 9 、s i 0 2 0 7 6 5 1 4 。矿层央石率，+ 4 3 m 标高以 上为4 4 3 ，+ 4 3 m 至o m 标高为9 6 1 。 1 2 开采历史 乌龙泉矿于1 9 5 8 年建成投产，至今已有5 2 年。采区东西长3 1 5 0 m ，矿床的大部分 出露于地表。1 9 5 8 年至1 9 9 0 年底，进行露天丌采的剥采总量为6 1 9 1 0 k t ，其中剥岩2 0 6 8 0 k t ， 原矿4 1 2 3 0 k t 。多年来，乌龙泉矿对武钢熔剂原料的提供主要依赖于东区采场的丌拓。 东区已进行4 0 多年的露天丌采，由山坡露天丌采转为凹陷露天丌采。现原矿生产规 模为1 8 0 0 1 9 0 0 k t a ，年采剥总量为3 0 0 0 k t 。长期以来，为满足武钢生产的需要，矿山对 东区优质石灰石进行了强化丌采，导致提供给武钢的优质石灰石严重不足的不利局面。现 主要丌采水平为+ 6 7 m 水平，为增加优质石灰石的丌拓矿量，矿山已提前进行了+ 4 3 m 水 平的丌沟工程。生产能力维持在年产原矿石1 6 0 0 - 1 8 0 0 k t 。东区主要的丁r 拓方式为窄轨 铁路运输丌拓。 西区没有进入正式的生产丌拓阶段，且由于民采的关系，地形遭到极不规则的破坏。 当前，由于西区最高丌采水平为+ 1 3 0 m ，东、西区开采水平相差大，故在+ 7 9 m 水平以上 已不能合并成一个采场，西区不能利用东区现有窄轨铁路系统进行丌拓。 1 3 开采现状 1 3 1 生产经营状况 矿山2 0 0 7 年完成采剥总量4 8 6 0 k t ，其中原矿2 3 6 0 k t 、剥岩2 5 0 0 k t 。全年完成成品矿 2 2 2 0 k t ，其中优石4 3 0 k t 、普石10 6 0 k t 、白云石7 2 0 k t 。 2 0 0 7 年全年可产、销消石灰2 0 6 2 1 k t ，产、销活性灰2 4 0 k t ，产、销轻烧白云石1 5 4 k t ， 产、销颗粒灰2 3 2 6 k t 。全年完成外运输出总量为1 9 5 0 k t ，其中成品矿外运输出1 2 7 0 k t 。 2 0 0 7 年采剥总量、活性狄、轻烧白云石、颗粒灰生产与输出量均创历史最好水平， 全年销售收入预计完成2 8 亿元，创历史新高。 2 0 0 7 年+ 6 7 m 水平如期西进，缓解了石灰石采掘作业线不足的矛盾。剥离工作进展顺 利，预计全年可完成剥岩1 8 0 0 k t 以上，对于东区采场调整极为有利。西区+ 9 1 m 水平以上 人工开采剥岩工作进展较快，有利于东、西区开采接轨。 2 0 0 8 年安排采剥总量4 4 5 0 k t ，其中原矿2 8 5 0 k t ，剥岩1 6 0 0 k t 。成品矿计划生产量为 2 6 5 0 k t ，其中优石8 0 0 k t 、普石1 0 5 0 k t 、白云石8 0 0 k t 。成品矿输出计划为1l o o k t ，其中普 石6 0 0 k t 、白云石5 0 0 k t 。活性石灰输出计划为4 0 0 k t 、轻烧白云石输出计划为2 0 0 k t 、颗 粒灰输出计划为3 0 0 k t 、脱硫剂3 0 k t 。 武汉科技大学硕：t 学位论文第7 页 1 3 2 采场现状 当自i ，为满足武钢对优质石灰石的需要，矿山东区已提前完成+ 4 3 m 水平部分的开沟 工程，东区采场现有生产水平分为+ 6 7 m 、+ 5 5 m 、+ 4 3 m 三个。产量主要集中在+ 6 7 m 水平。 石灰石生产以+ 6 7 m 水平为主。+ 5 5 m 、+ 4 3 m 水平将形成石灰石生产能力为主，加大剥岩 力度。主体白云石生产线暂停生产，由人工在+ 6 7 m 、+ 5 5 m 、+ 4 3 m 三个水平生产，不足 部分将从外购补充。2 0 0 8 年废石剥离全部使用十台矿用汽车。+ 6 7 m 以上各水平的剥岩以 + 7 9 m 、+ 1 0 3 m 剥岩场为主，其它各水平的剥岩就近排放到2 # 排岩场和南帮排岩场；而 矿石则运往破碎厂进行破碎加工。 西区通过多年的民采，地形变化比较大，地形最高标高为+ 1 5 6 m ，采区南北面已形成 了陡峭的边坡，边坡高度最高达4 0 多米，形成了+ 1 0 3 m 和+ 9 l m 两个开采平台。而上部 最高开采水平为+ 1 3 0 m 标高。简易公路到达最高标高为+ 1 2 0 m 水平，故开拓公路利用现 有简易公路，进行修整，使之与采掘工作面连接。 西区采场生产水平为+ 9 1 m ，+ 7 9 m ，+ 6 7 m ，+ 5 5 m ，+ 4 3 m 。当前，西区开采主要集中 在+ 9 1 m 水平，新水平准备向+ 7 9 m 推进。西区各水平将形成石灰石生产能力为主，加大 剥岩力度，同时按两台电铲布置，另外一台电铲用来开沟、倒装及电铲大中修时替补生产 石灰石。废石剥离全部采用矿用汽车进行运输。各水平的剥岩以“上士上排，下土下排” 原则为主，就近排放。 1 3 3 设备配置 东区主要开拓方式为窄轨铁路运输，而西区开拓方式经过论证研究以公路运输开拓为 主。东西采区利用现有设备状况均采用k o y q 1 5 0 型潜孔钻穿孔爆破，4 0 m 3 电铲装载。 矿山现有采装设备有y q 1 5 0 a 潜孔钻3 台、k q 1 5 0 潜孔钻1 台、c l q 一8 0 a 潜孔钻l 台、 w k - 4 挖掘机l 台、z l 5 0 、4 0 前装机4 台、z l - 2 0 前装机1 0 台、w y 1 0 0 反铲1 台。同 时，针对乌龙泉矿已进行的汽车选型决策研究，将根据西区开采的实际情况，增购 t e r e x 3 3 0 3 b 型矿用汽车。 1 4 存在问题 ( 1 ) 采场剥离任务重，制约矿石扩产。由于武钢矿业公司的生产需求，乌龙泉矿需提供 更多的优质石灰石。东区现有的+ 6 7 m ，+ 5 5 m ，+ 4 3 m 三个开采水平，优质石灰石开拓矿 量不足。由于生产投入不足及公司今年用矿品位提高( 白云石品位由1 6 提高到1 9 以上， 原可利用的互层矿成为剥岩) ，+ 7 9 m 及以上水平废石剥离滞后3 5 0 0 k t 以上，2 0 0 5 年下半 年已开始实施剥岩还欠，即委托广东一家公司剥岩，到2 0 0 7 年底，+ 7 9 m 水平剥离滞后 仍然在1 0 0 0 k t 左右。因此，随着2 0 0 8 年矿石产量大幅度的上升，采场剥岩总量也将上升， 矿山面临开采成本不断增大的实际困难。 ( 2 ) 排土场空间不足，使得剥岩工作不能正常进行。当前，乌龙泉矿现有的排土空问即 北帮2 撑排岩场、南帮排岩场已远远不能满足西区开采所剥离的岩石容量，因此，在充分 第8 页 武汉科技大学硕士学位论文 考虑提高现有排土场堆积高度的前提下，为满足因剥离量增加而需要的大量排放空间，需 考虑征地建设排土场。 ( 3 ) 西区丌采、尾矿库扩容工程建设必须尽快启动。当前，东区采场白云石与石灰石的 生产进度具有严重的落差，导致石灰石保产能力不足。为调节石灰石与白云石的合理生产 比例关系，促进矿山生产的协调发展，要及时地进行西区的丌拓。同时，由于西区+ 9 l m 水平以上经人工剥离完成后，+ 9 1 m 水平与尾矿库标高相接近，因此，为保证矿山的安全 生产，需尽快修建尾矿库初级坝、隔离坝，才能考虑西区丌采。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 第二章乌龙泉矿采区过渡方案优化研究技术路线与方法 2 1 乌龙泉矿研究历史及成果 由于乌龙泉矿采区的地质特征及开采历史原因，针对乌龙泉矿已展开的研究涉及多个 方面，包括乌龙泉矿西区开拓运输方式的选择、最优开采境界的确定、开采程序的优化以 及剥岩排放优选和矿用汽车类型购置优化等，同时也取得了一定的成果。 2 1 1 开拓运输方式的研究 乌龙泉矿东区采用的是窄轨铁路运输，相对东区而言，由于西区最高开采水平为 + 1 3 0 m ，东、西区开采水平相差大，故在+ 7 9 m 水平以上已不能合并成一个采场，西区不 能利用东区现有窄轨铁路系统进行开拓。 通过对乌龙泉矿西区采场地形和地质条件、开采技术条件和设备发展趋势的分析，比 较论证乌龙泉矿铁路运输和公路( 汽车) 运输方式，设计西区开拓运输方式将不同于东区窄 轨铁路方式，而采用汽车运输剥岩，从而节约工程投资。 2 1 2 最优开采境界的确定 根据西区工程地质条件以及确定露天最终境界的原则，并考虑尾矿库建设方案的不 同，研究圈定两个露天开采最终境界，既大境界方案和小境界方案；大境界方案就是在现 有主坝下方筑坝，扩大最终开采边界以尽量多的圈定工业储量，充分利用矿产资源，小境 界方案是在不大量减少尾矿场容积，满足东西区尾矿排放量要求的自 提下，在主坝上方采 场内修筑2 号副坝，最终开采边界距该坝底的安全距离不小于3 0 m ，大境界方案比小境 界方案多采出工业矿量7 8 0 0 k t ，其中优质石灰石4 8 0 0 k t 。 从充分利用矿产资源的角度和满足武钢对优质石灰石的需求，分别计算了境界内总矿 量、优质石灰石矿石量、境界内剥岩量等工程指标，同时考虑了矿山基建难易、尾矿库建 设方案、新增设备量、工程水文地质条件及资源利用率等相关指标，建立了基于九个指标 的境界评价指标体系。建立了层次分析法结合模糊综合评判的境界优化模型，其中按评价 指标的不同属性，构建了两级层次分析权重确定模型，采用定性与定量相结合的方法确定 评价指标的权重；选用四级模糊评语和专家群决策方法确定模糊评价矩阵；按综合评价值 确定各境界方案的优劣序。推荐采用大境界方案，优化大境界方案：开采阶段1 2 m ，露 天矿底标高+ 4 3 m ，采场最终开采境界上部尺寸为1 0 0 0 m x 4 5 0 n l ，下部尺寸为9 0 0 m 4 0 0 m 。 2 1 j 开采程序的优化 根据乌龙泉矿西区开采初步设计的要求，在保证西区年产量不低于7 0 0 9 0 0 k t a ，优 质石灰石不低于5 0 0 k v a 的前提下，以工作线的布置形式及推进方向为出发点，设定四种 可行开采程序方案：工作线横向布置；工作线纵向布置，北南向推进的开采程序；工作线 第1 0 页 武汉科技大学硕士学位论文 纵向布置，矿区由南北同时向中问推进的丌采程序；工作线前期横向布置由东向西推进， 后期纵向布置由北向南推进。 根据乌龙泉矿的实际情况提f l j 具体的丌采程序方案后，计算各个方案的指标参数。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丌档次法计算相应权 重，将所得的权重系数用主客观赋权法综合计算，得到最后的权莺系数。最后通过建立集 对分析综合评价模型，对可行的l ，q 个方案进行综合评价，得到适合乌龙泉矿西区的丌采程 序。研究结果决策分析出工作线前期横向布置由东向西推进，后期纵向布置由北向南推进 的方案为较优方案。 2 1 4 剥岩排放优选方案研究 基于乌龙泉矿东区排岩现状及尾矿库建设问题，西区的排岩工作必须根据生产的实际 情况，重新布置排岩线路，以便产生西区剥岩排放最佳的效益。 首先针对汽车选型问题，对国内同类矿山的汽车适用情况进行调研；调查各国内外汽 车生产商的产品及售后服务情况；结合调研资料和类似矿山各方面基础条件初步确定能满 足