【《基于SLP的矿山设施布局优化设计》17000字】

基于SLP的矿山设施布局优化设计摘要布局设计是工业系统设计的重要内容，其设计的优劣将直接影响物流，产品质量，生产能力，经济效率，安全和生产效率。在我国矿业企业中，由于在生产过程中生产物流量较大会出现诸多问题,如设施布局不完善、物流路线的选择不佳、作业单位面积没有得到充分的利用、生产过程中的原料浪费尤其严重等问题。IE追求整体效益最佳（以提高总生产率为目标），寻求以成本最低、效率更高的方法去完成各项工作。现代IE从全局和整体出发，针对研究对象的具体情况对平面布局加以研究和优化，取得良好的整体效果，同时也会降低生产成本，提高我国矿业企业的国际竞争能力。本课题的研究对象为会理县某矿区，以年采矿、选矿、尾矿的场地布置设计为背景。引入系统布置设计SLP法，首先根据各作业单位之间的物流量的不同，依据布局设计的基本原始材料——产品（P）、产量（Q）、工艺过程（R）、辅助服务部门（S）、时间安排（T），对各工作单元之间的关系进行对比剖析，得到矿山的物流相关表以及工作单元的非物流相关表；其次按照权重计算得到每个相互作业单元的综合关系表，生成矿山综合接近程度排序表；之后根据每个工作单元的之间的关系来规划其位置，在合理规划的基础上，结合各工作单元的实际面积画出每单位面积相关图和具体位置；再通过校正和调整单元面积相关图调整，可以得到三种可行的布置方案；最后对各方案进行评价择优,得到会理某矿山的总平面布置设计的最佳布置方案。关键词系统布置设计SLP，矿山布局设计，优化评价绪论本章主要介绍了设施布局在当今工业系统中所占据的作用，并阐述了国内外在的发展现状，同时结合本项目的内容介绍了本课题的意义。课题提出的背景及其意义1.1.1背景21世纪社会经济高速发展，中国工业化和现代化进程的发展速度令全世界瞩目，对矿产资源的需求也不断增长，据统计，近20年全球矿产资源需求增量的绝大部分都来自于中国，中国作为非能源矿产品消耗量最大的国家，矿产资源短缺现象将成为制约国民经济发展的重要因素，而我国每年矿产资源开发不当造成的损失总值约780亿元，综合利用程度同国外先进水平相比还有较大差距，如何提高矿山生产效率、提高资源利用率受到人们的极大重视由于前期的不当布局设计，我国的绝大部分矿井扩建规模超越了最初的规划，有的老矿井由于预留发展空间不足，多次扩建，拆小建大，扩大几倍，造成总体布置不合理，功能分区混乱，增加了设计和施工难度。在物流方面，不当布局也会使矿井无法实现物料流向顺向短捷，增加了大量不必要的运输功；或使水资源的运输距离过长，水泵站、浓缩池未能与主要用水车间主厂房集中布置，导致管线长度过长，增加了输送距离和能源的浪费；在工艺方面，若布局设计规划没有与选矿工艺紧密结合，则在工艺和经济效益双方面均会造成不利，相关维护和管理方面工作量增加，也不利于操作、维护、管理。因此，对矿山布局的优化研究势在必行。工业工程SLP法从考虑物流与作业单位关系的角度，用关系量化、系统分析的方法来达到优化物流路线，节省物流时间和费用的目的，可见SLP的方法对矿山适用。1.1.2意义美国规划专家J.A.Tompkins指出：工业总平面规划是将来最重要的领域之一和加速生产率提高的决定性因素。矿井总平面布置是形成适应于采矿和选矿生产的矿山工业场地以及居住区的布局，它是决定矿井生产系统合理性的重要环节，也是影响矿区工作、生活环境的最根本条件。矿山总平面布置的原则是在规划的场地范围内，合理布置各种设施的位置。除工业场地内部各建(构)筑物之间的关系外，还应考虑方便工业场地与外部环境的联系。对设施布局要素考虑的正确与否，很大程度上影响了矿山开采效益和资源利用率。SLP法提出了作业单位相互关系的等级表示法，使设施布置由定性阶段发展到定量阶段，在矿山中成功应用系统化设施布置规划方法进行总平面布置，可有效减少人员流动，提高人员运动率及设备利用率，有利于操作、维护、管理，降低库存水平、降低物料和产品的搬运成本，提供安全舒适的工作环境以及更快速的服务。它是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序，SLP法诞生以来，规划设计人员采用此设计方法大量用在机械工厂中，并不断探索在其他领域的应用SLP法。本课题将结合工程设计的实际，对SLP法在一座预计生产30年的矿山的总平面布置设计中进行有效尝试。国内外研究现状1.2.1矿山开采优化研究现状随着工业的发展，对矿产资源的需求不断增加，目前不管是发达国家还是发展中国家都把占有资源、开发资源作为战略性措施来考虑。因此，矿业开发涌现了大量高效、安全、低成本的采矿技术和方法，需紧跟先进技术的步伐，开发好资源。20世纪50年代后，由于①使用了潜孔钻机、牙轮钻机、自行凿岩台车等新凿岩设备，以及铵油、浆状和乳化油等廉价安全炸药；②采掘设备实现大型化、自行化；③运输、提升设备自动化，出现了无人驾驶机车；④露天矿采用间断－连续式运输；⑤矿山环境工程得到重视；⑥电子计算机用于矿山生产管理、规划设计和科学计算，开始用系统科学研究采矿问题，诞生了矿业系统工程学；⑦矿山生产开始建立自动控制系统，岩石力学和岩石破碎学进一步发展，利用现代试验设备、测试技术和电子计算机，已能预测和解算某些实际问题。因此采矿工程科学被正式提出并得到公认。20世纪80年代末期,随着计算机几何造型和CAD技术地发展,出现了三维实体矿体模型。数据结构存储了矿体实体模型信息，通过对数据结构进行检索、运算处理,可以输出矿体视图、剖面图，计算矿石量。我国采矿历史悠久，但直到上世纪50年代，我国大部分地下矿山仍运用人工采矿的方式，使用的采矿设备也十分简陋。“一五”期间，国家把矿山开发建设放在重要位置，开始建设矿山设备制造厂、矿山研究设计院和高等院校，为我国发展现代矿山设备奠定了基础。侯杰提出以矿块布局优化、井巷工程布局优化、开采顺序优化为核心的现代矿山开采规划优化内容及优化模型,为后续的集成优化提供基础。于坤等利用GIS空间分析技术,通过对地浸矿山的地理信息进行分析,筛选出矿山可能存在的最优化厂址,达到排除矿山前期选址的盲目性,减少投资的作用。通过某地浸采铀工程的实际应用,对采冶设施的位置进行了空间分析,推演出了水冶厂等设施的最佳位置。李志荣等则以内部审计为切入口,在分析尾矿再选实施背景及管理现状的基础上,对矿山企业尾矿流程优化的进行研究并实践。郑明贵以矿山生产规模及要素优化理论与方法为研究主线，运用计量经济学理论与方法、经济数学理论与方法、GENOCOP算法、智能化理论、专家系统、综合评价理论、技术经济分析方法等进行综合研究，建立了矿山生产规模确定的基本理论与方法及矿山生产规模优化理论模型，同时建立了基于理想点法的矿山设计方案选择模型，对矿山设计进行了评价与优化。在当前全球经济恢复缓慢、中国经济结构深度调整的形势下，全球和中国矿业都进入了一轮相对困难时期。开拓先进的、非传统的采矿新理论、新技术，是振兴金属采矿业的必由之路.1.2.2SLP相关研究综述1.国外研究海外学者认为，19世纪后期西方地区处于工业化阶段，很多工厂在仓库的功能区设计上遇到困难，很多学者为了取得良好的研究结果而着力于进行研究、分析和设计。其中，RichardMusser于1961年提出了系统布局规划(SLP)，是当时企业使用最广泛、应用最广泛的类型。从2005年开始，相关专家一直在加工现场研究设备配置。同时，利用多因素控制方法、定性定量分析方法和启发式算法对工厂的最终布局进行了分析和优化。同时，一些专家引进了精益理论，构建了与食品配送中心接收工程相关的模型，使用存储货架分配算法计算内部关系，并使用启发式算法和启发式功能获得了最佳想法。随着社会的进步，加工制造产业也在发展。新的仓库管理需要不断改进现有的设计模式，以满足当前的需求。结果，很多学者在缪瑟的基本理论基础上扩展和重新设计了SLP方法，SLP方法越来越适用。缪瑟还使SLP理论更加完整和简洁，工厂、餐厅、办公区和矿山等大功能领域开始引用这一理论。在SLP设计方法中，遗传算法逻辑思维清晰，泛化能力高，不需要复杂的工作，不需要具体化为实际对象，因此应用广泛。这是学者们研究的最理想的建模计算方法，被学术界公认。很多学者，如Chan、Tam和Smith，在对先前学者研究分析的基础上合理地进行改进，完善现有算法的同时，也从根本上进行了简化。还可以将重要的工程设计研究结果与遗传算法相关联，详细说明现有遗传算法的特定形成过程。2.国内研究SLP方法应用广泛，但具体的应用因每个国家的经济环境而异。对中国来说，SLP方式需要改善和优化，以适应中国的发展状况。从中国引进SLP以来，中国很多学者对这种方法进行了很多研究。为了适应中国企业，根据传统的SLP方法进行不同的改善，可以说是一次飞跃。程国权尝试将SLP法应用于化工厂，重新安排生产车间和功能区，在满足企业优化目标的基础上进行优化。齐二石在解决物流成本的基础上考虑了SLP设计，他的研究重点是产品的物流距离和运营周期。运营周期越短，效率越高，物流距离越短，物流成本越低，企业效益越高。李娟在sLp的基础上研究了物流仓库的适用性，除了引用SLP的方法，她还使用了搬运分析和物流分析，将这三种方法有效结合，得到最佳优化方案。物流学科的专家学者对物流中心规划设计的理论知识进行了研究和分析，大胆总结，有了一套新的思路和方案。通过自己的积极工作，认真改进，最终成功设计出一套可以在实际操作中广泛使用的设计工具。与此同时，物流领域的一些专家对物流中心规划的最基本的理论知识进行了认真而深刻的反复研究，最终提出了自己的见解，对物流中心的整体设施布置很有价值。传统的SLP方法没有与计算机结合。随着技术的发展和SLP方法的推广，将计算机与SLP相结合已成为许多人的研究方向。1.2.3研究现状评述经济的发展推动了技术的变革，在工业化道路的发展中，“采矿业作为工业技术的第一生命补给”需求量巨大。因此矿山的开发效率和开发质量，也就成为了影响工业发展的第一要素。这就要求我们以务实创新的态度，脚踏实地，研究出，高效、安全、快速、低廉的采矿技术，并全面提高，现有的采矿技巧。优化采矿业的结构，从而保障采矿业的标准化、专业化和大型机械化。国内外的学者们在采矿设备的改进、计算机辅助技术在矿山开采的运用方面做了大量工作，采矿行业的机械化、智能化成为一大趋势。现有对于矿山设施布局的相关研究较少，而工业工程的系统布置设计（SLP）从物流关系与非物流关系入手，根据作业单位关系密切程度，求得作业单位的合理布置。因此本文用工业工程SLP方法对矿山布局进行研究，通过改善布局起到提高开采效率、节省人力物力的作用。本文组织结构本文研究的对象为矿山布局优化，通过SLP对其进行研究，本文组织结构如下（图1-1）：第一章为本文的绪论，提出了本文研究的背景及意义，并讲述了矿山设施布局与SLP理论的国内外研究现状。第二章是对设施布局设置相关的定义、工作原理及其分类进行了简要的介绍。第三、四章为本文的主要研究内容，从数据的采集及记录入手，运用SLP方法对数据进行了课题研究。第五章为本文的总结与展望，对于本文所讲述的问题进行一个总结，并对得出的结论进行一个概述。本章小结本章介绍了矿山设施布局的组成及其作用，并充分认识到优化矿山设施布局是社会的一个大趋势，是当今社会企业获取竞争的有利利器，我国对于矿石资源的需求也是与日俱增，接下来大致介绍了一下国内外通过主要的研究方向以及其所能产生的巨大经济效应，最后对本篇文章的行文结构大致进行了梳理。设施布局优化研究的相关理论概述工业工程（IE）的发展过程早在十八世纪，亚当·斯密斯在1776年出版的《国富论》中提出的劳动分工概念，作为推动当时工业化生产的一个重要里程碑。IE的发展历程大致分为以下四个阶段：第一阶段是19世纪末至20世纪30年代初（IE萌芽和奠基的时期），这一时期以劳动专业化分工、时间研究、动作研究标准化等方法的出现为主要内容，提出时间研究的概念，发明流水装配线。工业工程之父泰勒通过著名的铁铲实验搬运实验和切削实验，于1911年发表《科学管理原理》，标志工业工程的正式诞生。第二阶段是20世纪30年代初至40年代中期（工业工程的成长时期），这一阶段吸收了数学和统计学的知识，创立了许多IE的原理和方法，形成了现代IE的主体，美国高校成立了更多的IE专业或系，并且出现了专业从事IE的职业。1911年，美国Purdue大学机械工程系首先开设了工业工程选修课，1918年，美国宾夕法尼亚州立大学建立了工业工程系，1920年，美国成立了美国工业工程协会，工厂中出现专门从事IE的职业。第三阶段是20世纪40年代中期至20世纪70年代末（工业工程的成熟期）。在这一阶段英、美两国的学者发表了关于运筹学成果的资料，运筹学和系统工程成为IE的理论基础，计算机为IE提供有效的技术手段，IE得到了重大发展，被成功引入亚太地区，并于1948年成立了AIIE，首次给出了IE的正式定义。与前两个阶段比较，以经验和定性分析为主到以定量分析为主；以通过基层生产现场中作业研究来降低劳动成本为主，到以研究整体系统的优化、降低各种资源消耗、提高整体系统的生产率为主。从这个时期起到现在,逐步形成了现代工业工程学科体系。第四阶段为第二次大战以后。IE的理论基础IE的定义工业工程(IE)，是从泰勒的科学管理思想上发展起来的一门应用性工程专业技术。在美国，工业工程被列为七大工程之一，它将工程和管理融合，使用数学、物理和社会科学中的专业知识和技能，以及工程分析和设计的原则和方法，来指定、预测和评估从系统和过程中获得的结果，并利用这些结果创造新的系统，有效地协调劳动，材料和机器，提高系统的质量和生产力。根据所涉及的子专业，工业工程也可与运营研究、系统工程、制造工程、生产工程、供应链工程、管理科学、管理工程、金融工程、人类工程学或人因工程、安全工程、物流工程等其他学科重叠，这取决于用户的观点或动机。美国工业工程协会对工业工程的定义:“工业工程是对人、物料、设备、能源和信息等所组成的整体系统，进行设计、改善和设置的-一门科学，它综合运用数学、物理和社会科学方面的专门知识和技术，以及工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确认、预测和评价”。概括而言，工业工程是研究如何把事情做得更好的一门科学，它将物理和社会科学与工程原理相结合，以改进过程和系统。因此，工业工程就是“人的工程”，提高质量和生产力，同时减少时间、材料、金钱和能源等浪费。5S现场管理5S作为一种方法，它可以使工作场所干净、整洁、安全、有序，帮助减少浪费和优化生产率。它旨在帮助操作人员建立一个高质量的工作环境，无论是身体上还是精神上。5S理念适用于任何适合视觉控制和精益生产的工作领域。5S工作区的条件对员工至关重要，也是客户第一印象的基础。5S质量工具源自五个以字母“S”开头的日语术语，用于创建适合视觉控制和精益生产的工作场所。5S的要素简单易学，实施起来也很重要:1、整理(SEIRI)：从不需要的材料中分离出需要的工具、零件和说明，并移除不需要的材料。2、整顿(SEITON)：为了便于使用，整齐地排列和标识零件和工具，将现场有用的物品进行定置、定量。3、清扫(SEISO)：把现场整理、整齐摆放的物品、设备打扫干净；明确清扫责任范围、责任人、清扫标准。4、清洁(SEIKET—Su)：通过标准化来推动和维持前面3个S的成果，以保持工作场所的完美状态。5、素养(SHITSUKE)：素养是5S的核心，通过构建管理体系，推动良好组织行为养成。设施布局设施规划的定义设施是指制造系统或服务系统运行所需的直形的固定资产；而设施规划是为新建或改建的制造系统或服务系统，综合考虑各种因素，作出分析、规划和设计，使资源合理配置，系统建成后能够有效运营达到各种预期目标的活动。当代设施规划将设施视为一个动态实体，成功的设施规划的一个关键要求是其具有适应性和适应新用途的能力。在全球供应链的背景下，选址必须考虑全球运输经济、入境口岸、燃料成本以及向最终消费者交付产品的总成本。设施的设计组成部分包括设施系统、布局和装卸系统。设施系统包括结构系统、大气系统、封闭系统、照明/电气/通信系统、生命安全系统和卫生系统。布局包括建筑围护结构内的所有设备、机械和家具；处理系统由满足所需设施交互所需的机制组成。现有的设施规划不止局限于对制造工厂的设计，开始更多的用于医院、零售店、学校、银行、办公室、装配部门、现有仓库或机场行李部门的规划。无论是在发达国家的现代化设施中还是在新兴国家的过时设施中，设施规划都能帮助场地的有形固定资产更好地支持活动目标的实现。对于制造企业来说，设施规划包括确定制造设施如何最好地支持生产；就机场而言，设施规划包括确定机场设施如何支持客机接口。同样，医院的设施规划决定了医院设施支持向病人提供医疗服务。2.3.2设施布置的目标设施规划必须在供应链的背景下进行，以保持战略竞争优势。正如供应链整体是由客户满意度驱动的一样，客户满意度也应作为设施规划的主要目标。这将确保其他目标与驱动企业的因素保持一致，即来自客户的收入和利润。因此，设施规划流程将围绕这一主要内容展开。设施规划目标是：（1）通过遵守客户承诺和响应客户需求来提高客户满意度。（2）通过最大化库存周转率、最小化过时库存、最大化员工参与度和最大化持续改进来提高资产回报率。（3）最大化速度，快速响应客户。（4）降低成本，提高供应链盈利能力。（5）通过改善伙伴关系和沟通整合供应链。（6）通过改善材料处理、材料控制和良好的内务管理来支持组织的愿景。（7）有效利用人员、设备、空间和能源。（8）最大化所有资本支出的投资回报。适应性强，易于维护。（9）提供员工安全、工作满意度、能源效率和环境责任，确保可持续性和弹性。·对于列出的每个目标，期望一个设施设计优于所有其他设施设计是不现实的。因此，使用每个适当的标准仔细评估每个备选方案的性能非常重要。设施布置技术相关方法和理论技术2.4.1系统布局规划（SLP）方法系统布局规划(SLP)是由理查德·穆瑟研发，并已出现在许多介绍性的生产和运营管理教科书中的一种布局设计技术。SLP是一个相对简明、客观地处理一个多标准的评估过程，通过多步骤程序制定可行的布局计划。在通过这些步骤进行工作的过程中，参与者能够加深对流程的理解，提高服务质量、流程速度。.SLP建立在五个重要信息的基础上:材料(生产什么)、数量(交易量)、过程(转换顺序)、辅助服务部门(员工或供应商支持)和时间(何时需要产出)。布局解决方案流程遵循四个阶段的宏观流程:待布局区域的位置、区域的总体布局、详细布局计划、安装。通常，采取以下步骤:(1)准备原材料。在系统布局规划之初，首先要明确给出基本要素——产品p、产量q、工艺流程r、辅助服务部门s、生产进度t等原始数据，同时还要对作业单元的划分进行分析，通过分解合并得到最佳的作业单元划分。这些都是系统布局规划的原始数据。(2)绘制详细的作业单位关系图。任何有效的设施布局都需要从深入研究作业单位关系开始，研究的主要焦点围绕着问题的密切程度，接近度值根据以下等级放在相应的菱形中:A=绝对必要(接近)E=特别重要I=重要u=不重要(接近)X=不良(3)绘制工作单位面积相关图计算各作业单元所需的占地面积，将各作业单元的占地面积附在作业单元的位置相关图上，形成作业单元面积的相关图。(4)设定方案根据作业单位关系图把可行的方案一一列举。(5)方案的评估和选择根据得到的方案，需要对技术、成本等因素进行评价，通过对各方案的比较和评价，选择或修改设计方案，得到最终布局设计图。从以上描述可以看出，系统布局规划(SLP)是一种采用严格的系统分析手段和规范的系统设计步骤的布局设计方法，具有很强的实用性。本章主要介绍了一些设施布置的基本知识，简明扼要的介绍它的基本概念及其发展历史，再对其的组织结构、工作原理及分类进行了大致的介绍。这章内容起到对整个文章的研究理论进行解释说明,能在一定程度上对设施布置技术有个较为清晰的认识。现状分析矿山自然概况及建设条件3.1.1项目自然概况矿区地理位置及交通条件。

矿区位于会东县城88度方向，直距约36.5km，行政区划属会东县新山乡所辖，矿区有会东——小街——新山公路通过，至会东97km，经会理至西昌240km，矿区——宁南——西昌公路约180km，交通较方便，交通位置见图图3-1交通位置卫星图图3-2交通位置平面图2.自然地理及经济概况

矿区位于金沙江以西的高中山地带，为横断山的南延部分，地形陡峭，河流与山脉方向一致，呈近南北向，下切甚剧，呈V字形，峡谷海拔1780~2960m，相对高差近1200m，属构造侵蚀切割地形。由于受纬度和山川地形控制，矿区气候温和，冬季偶见积雪，春秋二季多风，最大风速17m/s，历年平均气温16.6℃，最高35.6℃，最低-5℃，年降雨量1067.5mm，最大日降雨量105.5mm，降雨集中在6～10月，年蒸发量1919.4mm。

矿区周围居民为以汉族为主，次为彝族，多沿缓坡和平台地段分布，农业以玉米、土豆为主，次为稻谷？荞麦等，经济作物为烟草。矿区附近工业主要有铅、锌、铁、铜矿采选，矿业，工业所需劳动力可部分就地解决，建筑用三材和生活用品需外地调入。3.1.2建设条件1、矿体地质特征

矿区内主要矿体为金红石矿体，矿床成因类型为火山沉积变质型金红石矿床，金红石矿体赋存于淌塘组下段地层中，为全岩成矿，即淌塘组下段地层即为矿体，金红石矿体形态与淌塘组下段地层一致，区内矿体出露宽度0.95～1.385km，长度1.66km，控制最大深度673.60m，矿体深部未封闭，并于矿区北、西、北东、南西方向延伸出矿区外。

2、开采技术条件

（1）水文地质条件

矿体主要位于当地侵蚀基准面982m以上，矿区附近无地表水体，矿床以裂隙充水为主，富水性中等，属于水文地质条件简单的裂隙直接充水为主的矿床。

（2）工程地质条件

矿床开采边坡由第四系松散堆积层、中元古界淌塘组的千枚岩、大理岩、蚀变流纹岩组成。矿区地质构造较复杂，影响开采边坡稳定性的大型软弱结构面较发育，边坡稳定性较差。岩石以碎裂、块状及层状结构为主，属于较软岩、较坚硬岩组，矿区工程地质条件复杂程度为中等—复杂类型。

（3）环境地质条件，

会东县地处川滇结合部的小江活动断裂带和德干活动断裂带，境内沿金沙江的嘎吉、淌塘、鲁吉、松坪等地震活动频繁，具有平静区及活动区交替出现的特点。建筑构筑物应按设防标准设防，根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2015，反应谱特征周期为0.45s，基本地震加速度0.20g。

矿区海拔1920~2700m，为山区中山深切割地貌，总体地势呈东低、西高、南北低、中间高。其间沟谷狭窄陡峭，矿区主要的金锁桥沟和干沟分别为溜姑乡厂门河泥石流地质灾害危险点、溜姑乡三家村河泥石流地质灾害危险点的主要物源区。目前尚不具备发育大型特大型滑坡、崩塌、泥石流的自然环境条件。但受人为活动影响是，局部仍有小型滑坡、崩塌、泥石流发生，主要分布在简易公路、及沟谷一带。主要环境问题为矿山建设和开采过程中对自然边坡的破坏引发的地质灾害以及生产过程中的弃渣、尾矿、废水对环境的影响。开采方式及开采范围3.2.1开采方式金红石矿体赋存于淌塘组下段(Pt2t1)地层中，为全岩成矿，即淌塘组下段地层即为矿体。矿体出露宽度0.985~1.385km、长度1.66km、控制厚度最大558.68m,矿体往深部均未封闭,并于矿区北、西、北东、南西方向延伸出矿区外。设计采用露天开采方式。3.2.2开采范围1、最终露天境界在优化境界的基础上，根据拟定边坡参数和采矿设备圈定最终开采境界。露天最终境界上口尺寸1450mx1223m

(长x宽)，下口尺寸236mx100m

(长x宽)

;露天境界最高标高2675m，最低标高2015m，封闭圈标高为2120m;境界内矿石总量44428.46万t，矿石平均品位3.56%;废石(Ti02品位<2.5%)总量19549.98万t，TiO2平均品位2.13%;钽铌矿石量1012.16万t。分期境界鉴于全矿床矿体厚大，资源储量大，矿山服务年限较长，为减少基建剥离量，降低基建投资，尽快投产，设计采用分期境界开采方式。(1)前期境界为提高矿山初期经济效益，设计首先对控制程度高、品位高的区域首先进行回采，进而圈定了前期露天境界。

前期露天境界上口尺寸995mx910m(长x宽)，下口尺寸181mx62m(长x宽);露天境界最高标高2675m,最低标高202封闭圈标高258;境界内矿石总号量1736.95万t,平均品位3.87%,皮石(Ti0品位<2.5%)总量95.6万t，Ti02平均品位2.32%,包铌流纹岩206.9万t.后期境界最终露天开采境界扣除前期境界范围，即为后期境界。

后期露天境界矿岩量为矿石总量27061.5万t,平均品位3.

36%，废石(TiO2品位<2.

5%)总量18595.4万t,

Ti02平均品位2.

12%;钽铌流纹岩805.17万t。开括运输系统3.3.1矿石运输采矿运输(1)一期开采时期开拓运输矿山投产时在前期境界外2435m水平设置矿石破碎站，破碎站处理能力为1000万t/a，采场内矿石经汽车运至2435m破碎站，粗碎后的矿石经平皮带转载至主运输皮带，经主运输皮带至选矿厂选矿。二期开采时期开拓运输二期开采前(投产期第3年)，在采场内2435m水平新增一个破碎站，破碎站处理能力也为1000

万t/a.后续生产过程中移设一次，既能满足生产能力要求，又能降低运输质量重心、控制汽车运输距离小于2.

5km,实现降低运营成本的目的。在第15年时，将前期境界外破碎站移设至最终境界外2195m水平，粗碎后的产品经斜皮带(沿地表敷设)转载至主运输皮带输送至选厂。将前期采场内破碎站移设至采场内2195m台，粗碎后的产品经斜皮带(沿露天境界边坡敷设)转载至主运输皮带输送至选厂。采场内破碎站在生产末期进行拆除，其压覆的矿石经汽车运输至境界外2195m水平破碎站进行处理，实现露天境界内资源全部利用。2、废石(TiO2品位<2.5%)

与钽铌矿石运输采场内的废石(TiO2品位<2.5%)及钽铌矿石通过汽车分别运输至磨天采场东北侧约1000m沟谷内的排土场和钽铌矿石堆场。矿山总体布置与总平面布置3.4.1作业单位布置与道路设计1.作业单位步置(1)露天采场位于铅锌镇东南约14km处山脊处，东距金沙江约8km。采用分期境界开采方式，前期境界995mx910m(长×宽）占地约55hm,总出入沟口设在东南角，出口标高。最终境1450m1223m(长x宽)，总出入沟口设在东侧，出口标高。

采矿工业场地沿地形长条状布置在露天境界外东南侧。

(2)排土场布置在露天采场东北侧约1000m沟谷内，占地面积约95hm3，容积约10160万m3，可满足约1012.16万t铌钽矿石和19549.

98万1废石临时堆存及选厂粗平土760万m3(实方)堆存需求。

(3)爆破器材库布置在露天采场东南侧山沟内，距离采场2.2km,一次建设完成。(4)选矿工业场地位于露天采场东侧约1.0Km山脊处，一期选矿厂布置在场地东侧，二期选矿厂布置在场地西侧。

(5)铁厂尾矿库位于选矿工业场地西南方向约16km处的沟谷内，为山谷型尾矿库，分两期建设，一期时坝标高2160m、二期最坝标高2210m，总占地面积560hm3.(6)

110kV总降压变电站布置在选矿厂西侧山脊处，为全矿生产及辅助设备供电。(7)水源地、多级泵站、水池

水源地选择在选厂东侧约6.

6km处金沙江，标高700m。一期新水池布置在一期选矿厂西侧，二期新水池布置在二期选矿厂东侧，水池标高均为2300m.输水管线中间布置两处多级输送泵站，标高分别为1250m和1800m,多级泵站内设原水缓冲池及其泵房。

2.道路设计(1)厂内道路:

矿石从采场到破碎站采用矿用自卸汽车(采矿配车)，26m宽道路，泥结碎石路面，道路平均坡度6%，长约3km.

废石从采场到排土场采用矿用自卸汽车(采矿配车)，道路运矿公路，长约3km,道路平均坡度6%.

选矿工业场地内运输道路面宽度主干道为12.0m，次干道为6m;路面结构采用水泥混凝土路面。

采矿工业场地内运输道路路面宽度主干道为9.0m，次干道为6m，路面结构采用水泥混凝土路面。

炸药库及生活区内部道主干道宽为6.0m，支道4.0m,路面结构采用水泥混凝土路面。（2）场外道路矿区对外连接道路，宽度7米，最大纵坡度6%，水泥混凝土路面道路。3.4.2矿山总平面布置根据作业单位布置、道路设计和矿山自然地理地貌，绘制出矿山总平面布置图。图3-3矿山平面布置图选址及布置依据：利用卫星地图在矿区附近寻找可建库的库址。由于本项目服务年限较长，尾矿量大，本次选址尾矿库库容按露天境界的服务年限25年考虑，需堆存的尾矿总量23228万t，合19357万m3。金沙江属长江干流，尾矿库应在其岸线3km以外。因此，本次库址选择以25年服务年限、200m坝高和距离金沙江岸线不小于3km作为限制条件，以筑坝量小、库容大、距矿区近、少占农田、少迁居民为优选条件。该区域金沙江河道为四川省和云南省的省界，考虑到跨省建设尾矿库审批难度大，且金沙江以东可选库址距矿区均较远，故只在金沙江以西寻找库址。作业单位布置借助矿业工程软件以SRK块体模型和地表模型为基础，将产品价值、矿岩体重、回采的贫、损指标、采剥成本、复垦成本、运输成本、选矿成本、选矿产率、露天境界坡度、开采平面和深度约束等参数进行赋值，将地质模型转化为露天境界优化模型。3.4.3存在的不足通过数据分析、现场调研等方式，发现当前矿山布局存在一系列问题。1.从图中可以看出，爆破器材库和露天采场距离较远，之间产生了很大的搬运成本，不利于物资的运输。2.选矿工业场地所处地势陡峭，根据选矿工业要求，挖填方高差大，场地处理技术难度大，护坡和挡土墙工程投资高。3.选矿工业场地中涉及的工业流程有4个：脱硫、除铁、浮选金红石、浮选陶瓷，而图中选矿工业场地不仅面积较小，其中的物流路线存在着路线迂回现象，使得搬运、管理不易，且对于产物的存储没有合理的规划。4.据实际考察得知办公生活区所在位置有大量居民区，需要拆迁、安置居民，增加了成本和土石工程工作量。5矿区的整体布置使得产品库房离外部道路较远，不利于运输。以上的种种不合理增加了很多不必要的成本，占用大量的生产时间，降低了生产效率。为此，需要对该矿山的布置图进行合理的分析和改善，使物流更加顺畅，从而提高生产效率。选矿工程3.5.1选矿工艺流程原矿自采场粗碎后经矿石运输系统输送至选矿厂缓冲矿堆，然后依次进行磨矿分级、脱泥除杂、磁选除铁、浮选脱硫、浮选金红石、浮选陶瓷原料、精矿及尾矿脱水作业，其中:1、磨矿分级作业:采用自磨+球磨两段两闭路磨矿分级工艺流程;2、脱泥除杂作业:采用一段分级机脱泥+一段圆筒筛除杂工艺流程;3、磁选除铁作业:采用强磁初选+铁粗精矿脱水+磁化焙烧+弱磁再选工艺流程(其中磁化焙烧和弱磁再选工艺不在本次设计范围内)

;4、浮选脱硫作业:采用一粗一扫两精浮选工艺流程;

5、浮选金红石作业:采用一粗两扫四精浮选工艺流程，其中精选II的精矿再磨再选，金红石粗精矿再进行酸浸洗涤，得到最终金红石精矿;6、浮选陶瓷原料作业:采用一粗两精反浮选工艺流程;7、精矿脱水作业:所有精矿均采用浓缩+过滤两段脱水工艺流程，其中金红石精矿还需进行干燥装袋作业。8、尾矿脱水作业:尾矿汇集后采用一段浓缩脱水工艺流程，浓缩到60%浓度后，泵输至尾矿库。3.5.2选矿工艺指标选矿工艺技术指标的确定主要依据选矿试验报告及矿石性质，同时参考国内外类似矿山实际生产技术指标，力求指标先进，稳定可靠。根据采矿出矿指标的变化，设计主要选矿工艺技术指标见下表表3-1选矿工艺技术指标表项目指标产量产率TiO2其他元素品位回收率项目品位回收率万t/a%%%%%原矿1000.00100.003.87100.00——————金红石精矿25.002.5090.0058.14——————尾矿综合利用产品铁精矿45.004.504.004.65TFe58.0016.35硫精矿10.001.001.500.39S40.0094.56陶瓷原料400.0040.000.505.17白度55.00——最终尾矿520.0052.002.3631.65——————矿山布局优化基本要素分析对矿厂的各种生产要素，作业单位进行计算分析。4.1.1产品P该厂生产的主要产品有金红石精矿、铁精矿、硫精矿、陶瓷原料。4.1.2数量Q计算每年各种产品的生产量矿山每年生产25万吨的金红石精矿、45万吨的铁精矿、10万吨的硫精矿以及生产400万吨的陶瓷原料。4.1.3加工工艺路线R图4-1工艺路线图4.1.4矿区作业单位的划分根据工艺流程，矿区的作业单位可划分为露天采场、采矿工业场地、排土场、爆破器材库、选矿工业场地、尾矿库、110kV总降压变电所、水源地、多级泵站及水池、办公生活区等。序号作业单位名称用途面积/hm31露天采场开采原矿552采矿工业场地工人操作3排土场废石临时堆存954爆破器材库存放爆破器材5磁选场地磁选6铁精矿库存放铁精矿5607脱硫场地脱硫8硫精矿库存放硫精矿9浮选金红石场地浮选金红石10金红石精矿库存放金红石精矿11浮选陶瓷场地浮选陶瓷12陶瓷原料库存放陶瓷原料13水源地、多级泵站及水池提供水源14办公生活区人员办公15尾矿处理场地处理尾矿16尾矿库存放尾矿17110kV总降压变电所电压控制表4-1作业单位面积表4.1.5时间安排T矿区采用24小时3班倒不间断的生产方式作业单位间相关物流关系分析4.2.1工艺过程图根据加工工艺过程与物流量，绘制工艺过程如图4-2所示：单位（万吨）图4-2工艺过程图1—露天采场2—采矿工业场地3—磁选场地4—铁精矿库5—脱硫场地6—硫精矿库7—浮选金红石场地8—金红石精矿库9—浮选陶瓷场地10—陶瓷原料库11—尾矿处理场地12—尾矿库4.1.2物流强度等级表序号作业单位对（物流路线）物流强度物流强度等级11-21000A22-31000A33-425O43-5975E55-645O65-7930E77-810O87-9920E99-10400I109-11480I1111-12480I表4-2物流强度等级表4.2.3作业单位物流相关图图4-3物流相关图4.3作业间非物流相互关系分析4.3.1作业单位相互关系影响因素在设施布置中，各作业单位、设施之间除了通过物流联系外，还有人际、工作事务、行政事务等日常活动。在充分考虑加工设备、员工需求和作业环境等因素的基础上，得到生产区各作业单位的非物流相关表。序号理由1工作流程的连续性2生产服务3物料搬运4监督和管理方便5人员联系6作业性质类似7振动与噪声8安全及污染表4-3影响因素表字母一对作业单位密切程度的理由A露天采场与爆破器材库搬运物料的数量、次数、以及类似的搬运问题E露天采场与排土场露天采场与爆破器材库浮选金红石场地与水源地、多级泵站及水池浮选陶瓷场地与水源地、多级泵站及水池搬运物料的数量与形式服务的频繁与紧急程度I采矿工业场地与磁选场地磁选场地与脱硫场地脱硫场地与浮选金红石场地浮选金红石场地与浮选陶瓷场地搬运物料的数量、次数、以及类似的搬运问题服务的频繁程度O办公生活区与110kV总降压变电所采矿工业场地与办公生活区联系频繁程度管理方便U其余作业单位接触不多、不常联系联系密切程度不大X排土场与办公生活区磁选场地与办公生活区脱硫场地与办公生活区办公生活区与尾矿处理场地灰尘、噪声、振动、异味、烟尘、湿度4.3.2绘制作业单位非物流相互关系图图4-4非物流关系图4.4作业单位综合关系分析确定作业单位之间的物流和非物流关系后，需给出综合相互关系。其步骤如下：(1)矿山中作业单位之间物流关系占主要地位，经专家组论证，确定物流与非物流相互关系的密切程度相对重要性为1:1。(2)量化物流和非物流密切程度等级，取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1。序号作业单位对关系密切程度综合关系物流关系（加权值：1）非物流关系（加权值：1）等级分值等级分值分值等级11-2A4U04E21-3U0E33I31-4U0A55E41-5U0U00U51-6U0U00U61-7U0U00U71-8U0U00U81-9U0U00U91-10U0U00U101-11U0U00U111-12U0U00U121-13U0U00U131-14U0U00U141-15U0U00U151-16U0U00U161-17U0E33I172-3U0U00U182-4U0U00U192-5A4I26A202-6U0U00U212-7U0U00U222-8U0U00U232-9U0U00U242-10U0U00U252-11U0U00U262-12U0U00U272-13U0U00U282-14U0O11O292-15U0U00U302-16U0U00U312-17U0I22O323-4U0U00U333-5U0U00U343-6U0U00U353-7U0U00U363-8U0U00U373-9U0U00U383-10U0U00U393-11U0U00U403-12U0U00U413-13U0U00U423-14U0X-1-1X433-15U0U00U443-16U0U00U453-17U0U00U464-5U0U00U474-6U0U00U484-7U0U00U494-8U0U00U504-9U0U00U514-10U0U00U524-11U0U00U534-12U0U00U544-13U0U00U554-14U0U00U564-15U0U00U574-16U0U00U584-17U0U00U595-6O1U01O605-7E3I25E615-8U0U00U625-9U0U00U635-10U0U00U645-11U0U00U655-12U0U00U665-13U0U00U675-14U0X-1-1X685-15U0U00U695-16U0U00U705-17U0U00U716-7U0U00U726-8U0U00U736-9U0U00U746-10U0U00U756-11U0U00U766-12U0U00U776-13U0U00U786-14U0U00U796-15U0U00U806-16U0U00U816-17U0U00U827-8O1U01O837-9E3I25E847-10U0U00U857-11U0U00U867-12U0U00U877-13U0U00U887-14U0X-1-1X897-15U0U00U907-16U0U00U917-17U0U00U928-9U0U00U938-10U0U00U948-11U0U00U958-12U0U00U968-13U0U00U978-14U0U00U988-15U0U00U998-16U0U00U1008-17U0U00U1019-10O1U01O1029-11E3I25E1039-12U0U00U1049-13U0E33I1059-14U0U00U1069-15U0U00U1079-16U0U00U1089-17U0U00U10910-11U0U00U11010-12U0U00U11110-13U0U00U11210-14U0U00U11310-15U0U00U11410-16U0U00U11510-17U0U00U11611-12I2U02O11711-13U0E33I11811-14U0U00U11911-15I2U02O12011-16U0U00U12111-17U0U00U12212-13U0U00U12312-14U0U00U12412-15U0U00U12512-16U0U00U12612-17U0U00U12713-14U0U00U12813-15U0U00U12913-16U0U00U13013-17U0U00U13114-15U0X-1-1X13214-16U0U00U13314-17U0O11O13415-16I2U02O13515-17U0U00U13616-17U0U00U表4-4综合关系表计算作业单位综合相互关系，绘制作业单位综合关系图.图4-5综合关系图4.4.2绘制作业单位位置相关图在SLP中，总平面布置并不直接考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外形几何形状，而是从各作业单位间相互关系的密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密级高的作业单位之间距离近，关系密级低的作业单位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图[15]。下面将依据综合接近程度绘制作业单位位置相关图：等级符号系数值线条数绝对重要A4特别重要E3重要I2一般重要O1不重要U0不希望靠近X-1.........表4-6关系等级表示方式表图4-6位置相关图4.4.3.绘制作业单位面积相关图图4-7面积相关图4.4.4设计布置方案需要从多种角度思考制约和影响，根据面积相关图和各区域的实际面积大小的影响，经过加工修改，得到若干不同的方案，通过筛选，摒弃不合理的布置方案，得到三个可行的布置方案供选择，图4-8、图4-9、图4-10即为矿区三种布置方案图。图4-8布置方案一示意图方案一特点：此方案基本按照单位位置相关图来布置，将采场移至地势较为平坦处，同时根据露天采场的位置改进了排土场和爆破器材库的布置。选矿工业场地划分为脱硫场地、磁选场地、浮选陶瓷场地、浮选金红石场地、硫精矿库、铁精矿库、陶瓷原料库、金红石精矿库，并按照各单位作业面积及地势地貌进行合理布置。办公生活区选址在采矿工业场地的西南方向，变电所布置在办公生活区附近，方便工作人员的操作与管理，同时避开了居民生活区。整体的矿区布置设计也使得产品库房、尾矿库离外部道路更近。图4-9布置方案二示意图方案二特点：方案二在方案一布局的基础上主要以道路运输为着手点进行调整，将排土场移至矿区的边缘地带，减少了尘土、污染对其他作业单位的不利影响；调整了浮选陶瓷场地与陶瓷原料库之间的直线距离，陶瓷原料是该矿区年产量最大的产品，运输成本高，调整后有效减少了运输成本、提高了运输效率。选矿作业需要用到大量的水，方案二将脱硫场地、浮选陶瓷场地、磁选场地、浮选金红石场地集中布置，并把水源地布置在选矿作业单位群的附近，减少了水资源输送成本。图4-10布置方案三示意图方案三特点：方案三更多地考虑了地形地貌对于建造、施工的影响，在尽可能符合作业单位相关图的基础上避开了林区、农田、山体滑坡高发地、地形陡峭地带。4.4.5选择方案评优选择评价算法选择加权评分法。首先对场址选择涉及的非经济因素赋以不同的权重，权重大小为1-5；再对各因素就每个备选场址进行评级，共分为五级，用五个元音字母A、E、I、O、U表示；各个级别分别对应不同的分数，A=4分、E=3分、I=2分、O=1分、U=0分；最后将某因素的权重乘以其对应级别的分数，得到该因素所得分数，将各因素所