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        金屬礦山階段開拓穿脈間距及采區(qū)溜井布置優(yōu)化研究

        2013-11-20 05:05:14孫建珍
        中國礦業(yè) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:礦塊采場采區(qū)

        孫建珍

        (首鋼礦業(yè)公司,河北 遷安064404)

        地下采礦在采場出礦設(shè)備及階段運(yùn)輸形式確定以后,階段運(yùn)輸中穿脈間距以及采區(qū)溜井的布置直接決定了開拓工程的投資費(fèi)用、采場生產(chǎn)能力以及礦石的回采生產(chǎn)成本。穿脈間距小,采區(qū)溜井?dāng)?shù)目多,投資費(fèi)用高,但回采成本低;反之,穿脈間距大,采區(qū)溜井?dāng)?shù)目少,投資與運(yùn)營成本情況相反。

        因此,穿脈間距以及采區(qū)溜井的優(yōu)化布置,應(yīng)建立在確保采場生產(chǎn)能力的前提下,實(shí)現(xiàn)工程投資與采場回采綜合成本最低的基礎(chǔ)上。

        1 階段開拓穿脈間距及采區(qū)溜井布置優(yōu)化模型的建立

        1.1 采場運(yùn)輸功

        如圖1所示,為無底柱分段崩落法某一礦塊回采示意圖。

        按照地下生產(chǎn)的要求,一般為采區(qū)內(nèi)若干條回采進(jìn)路同時(shí)并行后退回采。

        圖中ΔL表示在一定作業(yè)時(shí)間T內(nèi),采場回采出礦量Q。

        式中:Q為T時(shí)間內(nèi)采場出礦量;B為采場寬度;ΔL為T時(shí)間內(nèi)回采線后移長度;H為分段高度;γ為礦石容重;K為礦量回采系數(shù)。

        圖1 無底柱分段崩落法某一礦塊回采布置圖

        設(shè)回采設(shè)備運(yùn)送采場出礦量Q進(jìn)入溜井所需運(yùn)輸功為W,則W應(yīng)分兩部分。

        1)質(zhì)心A、B運(yùn)到C點(diǎn)的運(yùn)輸功為:

        2)質(zhì)心C運(yùn)到礦石溜井的運(yùn)輸功為:

        則總運(yùn)輸功為:

        下面根據(jù)杏山鐵礦的礦體條件,以中厚礦體、厚大礦體兩種情況進(jìn)行分析討論。

        1.2 中厚礦體的穿脈間距、采區(qū)溜井的優(yōu)化布置

        穿脈間距(也即為溜井間距)布置(圖2):

        圖2 中厚礦體階段穿脈間距、溜井布置圖

        1)目標(biāo)函數(shù)

        采場穿脈運(yùn)輸工程、采區(qū)溜井工程投資與采場運(yùn)礦成本之和最小。

        設(shè)采場運(yùn)礦單位運(yùn)輸成本為C1(元/t·m),單個(gè)穿脈、溜井工程(包含各分段聯(lián)絡(luò)巷、放礦設(shè)備設(shè)施)投資成本C2,礦體的走向長度L;礦體平均厚度m;礦體開采總量為Q總,采用回采進(jìn)路垂直礦體走向布置的方式,則采區(qū)溜井與階段開拓水平穿脈總數(shù)n=L/B,則采場運(yùn)礦成本與工程費(fèi)用之和C為:

        2)求解:MinC

        約束條件:采場幾何尺寸滿足裝運(yùn)設(shè)備的最大允許運(yùn)距,即:

        l+a+B/2≤裝運(yùn)設(shè)備最大運(yùn)距l(xiāng)max

        在此約束條件下,求解C的最小值,對B值進(jìn)行求導(dǎo):

        溜井個(gè)數(shù):

        1.3 厚大礦體的穿脈間距及采區(qū)溜井優(yōu)化布置

        1.3.1 穿脈間距

        同中厚礦體優(yōu)化布置,見式(6)。

        1.3.2 溜井間距

        1)判斷礦體內(nèi)布置采區(qū)溜井的必要性:設(shè)備最大允許運(yùn)距l(xiāng)max≤L+a+B/2 2)礦體內(nèi)采區(qū)溜井的布置應(yīng)滿足以下條件:

        3)同一分段上、下采區(qū)[L′、B所圈定的采場為上采,(L-L’)、B所圈定的采場為下采運(yùn)輸功之和P總最小,則P總=P上+P下

        以L′為變量,進(jìn)行P總Min計(jì)算。

        2 杏山鐵礦-330m階段開拓工程應(yīng)用

        2.1 穿脈間距

        2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        1)礦塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        杏山鐵礦階段高度H=150m,-180~-330m階段共8個(gè)分段(即N=8),大杏山礦體屬厚大礦體,平均長度440m,大杏山-330m階段礦石總量Q總為2462萬t。

        2)鏟運(yùn)機(jī)單位運(yùn)輸成本C1

        杏山鐵礦目前使用的TORO1400E鏟運(yùn)機(jī)噸礦綜合成本為5.15元,作業(yè)平均運(yùn)距73m,由此可以計(jì)算,C1=5.15/73=0.07元//tm。

        3)工程費(fèi)用C2

        設(shè)單個(gè)穿脈與溜井工程投資成本C2(由于大杏山礦體平均厚度120m,在1條穿脈方向上,相當(dāng)于穿過2個(gè)礦塊,因此對單個(gè)礦塊而言,工程費(fèi)用C2=0.5穿脈運(yùn)輸巷道費(fèi)用+礦塊內(nèi)分段出礦巷道總費(fèi)用+溜井費(fèi)用),即:

        ① 由于只在大杏山厚礦體中布置穿脈,大杏山厚礦體平均厚度為120m,穿脈運(yùn)輸巷的平均長度為380m,斷面積13.5m2,階段運(yùn)輸水平巷道掘進(jìn)、支護(hù)、鋪軌費(fèi)用及架線等費(fèi)用單價(jià)700元/m3,則穿脈運(yùn)輸費(fèi)用:F穿=380×13.5×700=359.1萬元。

        ② 大杏山礦體采用直溜井,溜井直徑3m,長度150m(單條溜井下方設(shè)有振動放礦硐室和放礦閘門,費(fèi)用60萬元),全部折算到溜井掘進(jìn)費(fèi)用中,溜井掘進(jìn)單價(jià)1000元/m3,則單條溜井的費(fèi)用:F溜=150×1.5×1.5×3.14×0.1+60=166萬元。

        ③ 分?jǐn)偟矫總€(gè)塊礦的聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)費(fèi)用(進(jìn)行開拓費(fèi)用的比較,因此只計(jì)算分段出礦巷道)。由于平均每個(gè)礦塊在每一分段中攤到一條礦塊長度B的聯(lián)絡(luò)巷,而礦塊有N個(gè)分段,合計(jì)為NB,礦塊中聯(lián)絡(luò)巷的掘進(jìn)費(fèi)用F:

        式中:N為礦塊分段數(shù),個(gè);B為礦塊的長度,m;S為聯(lián)絡(luò)巷斷面,m2;f為聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)單價(jià),元/m3。

        杏山階段高度150m,分段高度18.75m,包含8個(gè)分段,巷道掘進(jìn)單價(jià)540元/m3。將礦塊參數(shù)B代入上式可得:F=N×B×17.12×540=0.9245NB萬元。由式(9)可以計(jì)算出:

        C2=0.5×359.1+166+0.9245NB=(345.55+0.9245NB)萬元/單位開拓工程量(含穿脈及溜井)。

        2.1.2 利用模型進(jìn)行優(yōu)化布置

        根據(jù)穿脈間距布置式(6)計(jì)算:

        可得:B=108.2m。

        因杏山鐵礦進(jìn)路間距20m,6m3鏟運(yùn)機(jī)作業(yè),B值最終選取100m。

        2.2 溜井間距布置

        由于在大杏山厚大礦體中布置穿脈,對于厚礦體中溜井的合理間距,需要在保證總體運(yùn)輸功最小的情況下進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)式(8),其中:B為礦塊的長度,m;L′為礦塊的寬度,m;H為階段高度,150m;a為溜井聯(lián)絡(luò)道長度,5m;γ為礦石的容重,3.46t/m3;K為礦石回采率,初設(shè)取82%;M為礦體的平均厚度,初設(shè)中大杏山平均厚度120m;L為礦體平均厚度+下沿脈距離礦巖交界的距離,L=120+15=135m。

        將上述參數(shù)代入式(8)可得:

        當(dāng)規(guī)定B取值100m時(shí):

        根據(jù)高等數(shù)學(xué)的極限理論,以L′為變量,進(jìn)行P總Min計(jì)算,也即進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算:

        因此,在杏山厚礦體中當(dāng)?shù)V塊長度取值為100m、溜井的平均間距為67.5m時(shí),階段采場運(yùn)輸功最小,此時(shí)礦塊的尺寸為:100m×67.5m(此時(shí),鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)的平均運(yùn)距S=67.5+5+25-34=63.5m)。可以用此指導(dǎo)-330m水平階段開拓工程中穿脈與溜井的布置。

        4 結(jié)論

        1)根據(jù)生產(chǎn)過程分解鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸功,建立采場開采礦石工程投資與開采成本費(fèi)用最低的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出階段開拓水平的穿脈間距與溜井布置間距理論公式。

        2)根據(jù)當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以杏山工程為例,對-330m開拓水平進(jìn)行了優(yōu)化研究,得出結(jié)果:穿脈間距100m,溜井間距:67.5m。

        3)在保證最小運(yùn)輸功及單個(gè)礦塊投資費(fèi)用最小的前提下,分段高度由原設(shè)計(jì)15m提高到18.75m、礦塊的長度為100m,礦塊尺寸加大后,礦塊的可采礦量增加,服務(wù)年限延長,有利于杏山鐵礦三級礦量的保有和采場生產(chǎn)組織。

        4)為類似礦山合理確定穿脈、溜井間距參數(shù)提供參考。

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