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基于采场配矿技术的乌龙泉矿露天采场工作面布置优化
2015-09-08
乌龙泉矿露天采场内矿石品级种类较多,部分低品级矿石不能直接满足后续生产加工要求 而堆积于采 场内部,影响采场的有序推进及矿山生产能力的提高。采用线性规划法建立配矿模型,构建适用于 当前乌龙泉矿露 天采场内低品级矿石的配矿技术方案;基于配矿技术方案,对乌龙泉矿露天采场的工作面布置进行 优化;将配矿技术 方案及优化后的工作面布置方式应用于乌龙泉矿露天采场的生产计划中。工程实践表明:采场内配 矿技术方案充分 利用采场内部矿石参与配矿,有利于低品级矿石资源利用率的提高及配矿成本的降低;工作面布置 优化后的乌龙泉 矿露天采场能够有效地实现配矿方案在生产中的应用,解...
Series No. 471 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 总第 471期 METAL MINE 2015 年第 9 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ Septemberꢀ 2015 基于采场配矿技术的乌龙泉矿 露天采场工作面布置优化 刘艳章ꢀ 潘世华ꢀ 邹晓甜ꢀ 陈小强ꢀ 张ꢀ 群ꢀ 张丙涛 ( 武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081) 摘ꢀ 要ꢀ 乌龙泉矿露天采场内矿石品级种类较多,部分低品级矿石不能直接满足后续生产加工要求而堆积于采 场内部,影响采场的有序推进及矿山生产能力的提高。 采用线性规划法建立配矿模型,构建适用于当前乌龙泉矿露 天采场内低品级矿石的配矿技术方案;基于配矿技术方案,对乌龙泉矿露天采场的工作面布置进行优化;将配矿技术 方案及优化后的工作面布置方式应用于乌龙泉矿露天采场的生产计划中。 工程实践表明:采场内配矿技术方案充分 利用采场内部矿石参与配矿,有利于低品级矿石资源利用率的提高及配矿成本的降低;工作面布置优化后的乌龙泉 矿露天采场能够有效地实现配矿方案在生产中的应用,解决低品级矿石的开采问题,促进采场的有序推进,提高矿山 的生产能力及作业效率。 关键词ꢀ 配矿ꢀ 工作面布置ꢀ 优化ꢀ 线性规划法 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2015)-09-031-05 Optimization of Working Face Arrangement on Wulongquan Mine Based on Ore Blending Technology in Stope Liu Yanzhangꢀ Pan Shihuaꢀ Zou Xiaotianꢀ Chen Xiaoqiangꢀ Zhang Qunꢀ Zhang Bingtao ( School of Resource and Environmental Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China) Abstractꢀ There are many types of ores with different grade in Wulongquan open stope,and parts of low-grade ores are accumulated inside the stope since it can not meet the requirements of the follow-up production and processing directly. The ac- cumulation influences the orderly propulsion of the stope and the improvement of the mining production. The linear program- ming theory is adopted to build the ore blending model,and find the proper ore blending technical solutions for the low grade ore of Wulongquan open stope. The working face arrangement on Wulongquan Mine is optimized based on specific ore blending technical solutions. The optimized working face arrangement with technical solutions is applied to production plan of Wu- longquan Mine. Engineering practices show that the specific ore blending technical solutions take full advantage of the internal ores to participate in ore blending,which is helpful to improve utilization of the ow-grade ores and reduce the cost of ore blend- ing. The specific ore blending technical solutions can be effectively achieved in Wulongquan open stope after the working face arrangement has been optimized. Therefore,the optimization is helpful to recover the low grade ores,promote orderly propulsion of the stope and improve the production and operational efficiency of the mine. Keywordsꢀ Ore blending,Working face arrangement,Optimization,Linear programming method ꢀ ꢀ 乌龙泉矿隶属武钢矿业有限责任公司,是武钢主 (主要为互层矿)不能直接满足生产后续加工要求而 堆积于采场内部,严重影响采场的有序推进及工作面 作业效率,十分不利于矿山生产能力的提高。 基于对 矿石资源充分利用的原则,同时促进乌龙泉矿更加高 效、高产的开采及长远的发展,对乌龙泉矿露天采场 内互层矿开采的研究具有重大的意义。 矿山常采用 要的冶金熔剂大型露天矿山,主要生产矿石为石灰石 和白云石,其中石灰石和白云石共同存在的区域为互 层矿(生产中作为白云石处理),采场中互层矿分布 较多,且其品位较低。 由于近期武钢集团对白云石品 位及矿山生产能力要求的提高,部分低品位白云石 收稿日期ꢀ 2015-05-02 基金项目ꢀ 国家自然科学基金面上项目(编号:51074115),湖北省自然科学基金重点项目(编号:2015CFA142)。 作者简介ꢀ 刘艳章(1969—),男,教授,博士。 · 31· 总第 471 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 9 期 配矿技术提高低品级矿石的品位,使其能够投入生 产。 配矿按工作形式一般可分为采场内配矿、储矿堆 表 1ꢀ 乌龙泉矿露天采场内矿石品位、密度 Table 1ꢀ Grade and density of ores in open pit stope of Wulongquan Mine [ 1-3] 场配矿和联合法配矿 。 采场内配矿适用于高低品 3 位矿石共存的采场,该方法简便易行、配矿成本低;储 矿堆场配矿利于矿石转运、储存、分级和配矿,但其费 用较高;联合配矿法是按照实际生产需要及经济成本 在不同生产阶段采用其中 1 种或者两种同时采用。 典型的配矿控制方法有以供矿点均衡系数计算的配 矿ꢀ 石 品位/ % 密度/ (kg/ m ) 2 700 石灰石(GaO) 白云石(MgO) 互层矿(MgO) 49. 94 ~ 55. 56 16. 44 ~ 18. 80 2 ~ 14 2 700 2 700 [ 4-6] 矿法和线性规划法等 。 供矿点均衡系数计算的配 矿法需经常调整供矿点的开采量,线性规划法计算简 单,且能有效地解决传统人工配矿盲目性强且效果较 差的问题,其应用更为广泛。 乌龙泉矿露天采场内高低品位矿石共存,矿石分 布较为复杂,同时基于配矿成本及占地面积的考虑, 选择采场内配矿方式,并以线性规划法建立互层矿配 矿模型。 采场内配矿简便易行、配矿成本低,但需协 图 1ꢀ 乌龙泉矿当前开采水平矿石 分布及工作面的布置 Fig. 1ꢀ Ores distribution and work-face arrangement on current mining level of Wulongquan Mine [ 7-9] 调好采场内各品级矿石的调配 。 由于当前乌龙泉 矿的工作面布置方式较为简单,工作面推进过程中没 有考虑不同品级矿石的搭配问题,在开采互层矿时, 不能保证其他配矿需要矿石的及时供给,难以实现采 场内配矿方案在生产中的应用。 根据当前武钢集团对乌龙泉矿的生产需求,乌龙 泉矿逐步将矿石总产量至年产量 400 万 t(2015 年为 350 万 t),其中白云石 160 ~ 180 万 t(含互层矿 50 万 t),石灰石 180 ~ 220 万 t。 当前,乌龙泉矿露天采场 内布置有 3 个工作面,每个工作面配备 1 台挖掘机, 挖掘机生产能力为 100 ~ 120 万 t/ a,其中西区 67 m 水平工作面和东区 43 m 水平工作面正在工作,东区 因此,要充分利用并开采互层矿,促进采场有序 推进,同时满足新的生产能力需求,必须对乌龙泉矿 露天采场的工作面布置进行优化。 本研究基于采场 内配矿技术方案对乌龙泉矿露天采场工作面布置进 行优化,将采场内配矿技术方案应用在实际生产中, 解决乌龙泉矿露天采场互层矿的开采生产问题,促进 其采场的有序推进及生产能力的提高。 55 m 水平工作面因为互层矿区域难以推进而暂停工 作,现阶段的工作面布置无法满足年产量 400 万 t 的 生产能力新需求。 由此可知,要实现采场内互层矿的 开采、配矿、运输同步进行,促进乌龙泉矿露天采场的 有序推进,同时提高矿山的生产能力,必须对乌龙泉 矿露天采场的工作面布置进行优化。 1 ꢀ 工程概况 乌龙泉矿露天采场东西长约 3 150 m,南北长约 50 m。 乌龙泉矿以 22 勘探线为界分为东、西两区,0 22 勘探线为东区,22 ~ 44 勘探线为西区,目前东区 6 2 ꢀ 乌龙泉矿采场工作面布置优化 ~ 根据乌龙泉矿开采水平现状、矿体分布的特点及 开采至 55 m 水平,且 43 m 水平已掘出 200 ~ 300 m 开段沟,西区开采至 67 m 水平。 乌龙泉矿工作线为 纵向布置,即沿矿体走向布置工作线,工作线由北向 南推进;东区工作面由东向西推进,西区工作面由西 向东推进。 采场内石灰石平均品位较高,其 GaO 平 均 含 量 为 52. 25% , 白 云 石 中 MgO 平 均 含 量 近期开采需求,此次研究主要针对西区 67 m 水平、西 区 55 m 水平、东区 55 m 水平以及东区 43 m 水平阶 段进行分析。 采用采场内配矿的形式对不能直接满 足生产需求的互层矿进行配矿理论研究,利用线性规 划法提出一套适合于当前乌龙泉矿露天采场的配矿 技术方案,基于配矿技术方案优化采矿工作面,促进 乌龙泉矿露天采场的有序推进及矿山生产能力的提 高,使其满足武钢集团新的生产需求。 1 7. 97% ,互层矿能够满足直接生产的条件为矿石中 MgO 含量为 10% ~ 14% ,且 MgO 和 GaO 的合度在 2% 以上。 乌龙泉矿露天采场内矿石种类及其品位、 2. 1ꢀ 配矿技术方案 5 乌龙泉矿露天采场内互层矿能满足直接生产的 密度参数详情参见表 1。 条件为矿石中 MgO 含量为 10% ~ 14% ,且 MgO 和 GaO 的合度在 52% 以上。 石灰石参与配矿的目的 是:若互层矿与白云石配比后合度仍达不到 52% ,此 现阶段开采水平的矿体分布及采场内工作面布 置如图 1 所示。 · 32· ꢀ ꢀ ꢀ 刘艳章等:基于采场配矿技术的乌龙泉矿露天采场工作面布置优化ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 9 期 时可用一定量 CaO 含量较高的的石灰石配矿以满足 合度要求。 故配矿方案主要是针对矿石中 MgO 含量 进行配比研究。 乌龙泉矿白云石中 MgO 含量一般为 场的有序推进及矿石运输,不允许采场中和卸矿平台 处有大量的矿石堆积,在开采互层矿时,需通过配矿 使其满足生产需求并及时运出采场。 同时东、西区开 采水平相差近 2 个台阶,不利于采场设备的调配即长 远的发展。 因此,工作面的布置原则为:①满足乌龙 泉矿年产量的需求;②保证配矿时各类矿石的及时供 给;③有利于缩小东西区的水平高差。 其中,要保证 配矿时各类矿石的及时供给,必须确保在开采互层矿 时至少有 3 个不同的采装工作面同时工作:1 个采掘 石灰石,1 个采掘白云石,1 个采掘互层矿。 1 2 6. 44% ~ 18. 80% , 互 层 矿 中 MgO 含 量 一 般 为 . 00% ~ 14. 00% 。 根据生产需求,只需对 MgO 含量 低于 10% 的互层矿进行配比即可。 利用线性规划数学模型一般可求出配矿问题的 精确解,但其要求调度时进行准确计量,然而在实际 生产过程中,现实约束条件使配矿不能按理论精确进 行,这里采用一种简化理论建立配矿模型。 根据地质 报告及现场调研数据分析,应用配矿模型确定石灰 石、白云石及互层矿中各组分变化。 分析表明:在白 云石 MgO 品位一定条件下,所需白云石和互层矿质 量配比(m2 ∶ m3 )与互层矿 MgO 品位呈负相关;在互 层矿 MgO 品位一定条件下,所需白云石和互层矿质 量配比(m2 ∶ m3 ) 与白云石 MgO 品位呈负相关。 结 合乌龙泉矿露天采场内各品级矿石参数,将各参数输 入已建立的 Excel 计算模型中进行求解,得到满足配 矿需求的最优解。 计算得到乌龙泉矿露天采场互层 根据乌龙泉矿采场现状及工作面的布置原则,得 到工作面布置优化方案为:①工作线布置方式及工作 面推进方式不变;②工作面布置总数为 5 个,每个工 作面配备 1 台挖掘机,挖掘机可以根据生产需求相互 调配,可以满足新的生产需求;③3 种矿石分布区域 均需布置至少 1 个工作面,可以保证配矿时各类矿石 的及时供给;④西区布置 2 个工作面,有利于缩小东 西区的水平高差。 优化后的工作面布置如图 2 所示。 矿配矿技术方案总结如表 2 所示。 表 2ꢀ 乌龙泉矿露天采场互层矿配矿技术方案总结 Table 2ꢀ Ores blending schemes of interbedded ore in open pit stope 互层矿与 白云石 配矿车比 互层矿 MgO 含量/ % 白云石 MgO 含量/ % 图 2ꢀ 近期开采水平工作面布置优化 Fig. 2ꢀ Optimization of work-face arrangement on recent mining level [ 6. 00,10. 00) 16. 44 ~ 18. 80 17. 60 ~ 18. 80 16. 44 ~ 17. 40 16. 44 ~ 18. 80 17. 20 ~ 18. 80 16. 44 ~ 17. 00 16. 44 ~ 17. 80 18. 00 ~ 18. 80 3 ∶ 2 3 ∶ 2 1 ∶ 1 1 ∶ 1 1 ∶ 1 2 ∶ 3 2 ∶ 3 1 ∶ 1 [ 5. 00,6. 00) 5. 00,6. 00) 4. 00,5. 00) 3. 00,4. 00) 3. 00,4. 00) 2. 00,3. 00) 2. 00,3. 00) [ [ [ [ [ [ # 图 2 中,1 工作面为西区 67 m 阶段水平的采装 # 工作面,主要开采石灰石;2 工作面为西区 43 m 水平 # 的采装工作面,主要开采白云石;3 工作面为东西 43 m 阶段水平的采装工作面,该工作面开采区域矿石分 ꢀ ꢀ 表 2 给出了 MgO 含量低于 10% 的互层矿与 MgO # 布较为复杂,且其中互层矿较多;4 工作面为东区 含量在 16. 44% ~ 18. 80% 的白云石的配比关系,且 将配比换算为配矿车比。 在开采过程中,根据工作面 正在开采的互层矿和白云石的品位,对照表 2 查看其 配矿车比,可快速完成互层矿的配矿工作,并将其运 出采场,有利于工作面及采场按开采计划推进。 5 5m 水平的采装工作面,该工作面继续推进 55 m 水 # 平平台,该区域矿石主要为石灰石和互层矿;5 工作 # 面为西区 55 m 阶段水平的采装工作面,5 工作面需 # 在 1 工作面推进一定平台宽度后,待西区 55 m 开段 沟掘出部分才能开始工作。 2 . 2ꢀ 工作面布置优化 由矿石分布可知,互层矿主要分布在东区,在近 乌龙泉矿是一个已投入生产多年的大型露天矿 # # 期的开采中,3 工作面和 4 工作面在推进过程中会开 山,其整个生产系统不宜重新规划,故乌龙泉矿露天 采场工作面的布置方案应在现有工作面布置的基础 上进行优化。 由图 1 可知:西区矿体分布主要为石灰 石;东区主要矿体为白云石和石灰石,互层矿主要分 布在白云石和石灰石交接处。 生产过程中,要保证采 采到互层矿。 若开采时互层矿不能够直接生产,则需 # # 要配矿处理。 3 工作面和 4 工作面采掘互层矿时,配 # 矿需要的白云石主要由 2 工作面生产,石灰石主要 # 由 1 工作面生产,并需要几个工作面同时工作。 同 时,乌龙泉矿露天采场东区平台长度约是西区的 2 · 33· 总第 471 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 9 期 倍,东区布置有 3 个工作面,西区布置有 2 个工作面, 该工作面布置形式有利于东西开采水平高差的缩小。 示),乌龙泉矿露天采场内一共布置有 5 个采矿工作 # # 面,每个工作面配 1 台挖掘机,1 工作面、2 工作面、 # # # 2 . 3ꢀ 基于优化方案的露天采场规划 3 工作面、4 工作面、5 工作面的挖掘机编号分别为 N1 、N2 、N3 、N4 、N5 ,挖掘机可以根据生产需求相互调 用。 每台挖掘机的生产能力为 100 ~ 120 万 t/ a,考虑 到一定的废石剥离量,每台挖掘机开采矿石的生产能 力约为 90 万 t/ a。 根据优化后的乌龙泉矿露天采场 的布置形式,对乌龙泉矿近 3 a 的生产计划做出安 排,其中,每台挖掘机近 3 a 的生产能力如表 3 所示。 针对乌龙泉矿近期的开采计划,结合互层矿的配 矿技术方案,将优化后的工作面布置方式应用于乌龙 泉矿露天采场的实际生产计划中,对露天采场进行规 划。 乌龙泉矿近期年产量要求为 400 万 t(2015 年为 3 50 万 t),其中石灰石 240 万 t,白云石 160 万 t(含互 层矿 50 万 t)。 根据工作面布置优化方案(如图 2 所 表 3ꢀ 近 3 a 各挖掘机生产能力安排 Table 3ꢀ Production capacity arrangements of excavators in recent years 4 10 t 2 015 年挖掘机生产能力 2016 年挖掘机生产能力 2017 年挖掘机生产能力 矿石种类 N1 N2 N3 N4 N5 合 N1 N2 N3 N4 N5 合 N1 N2 N3 N4 N5 合 石灰石 白云石 互层矿 总ꢀ 量 90 0 20 70 0 50 10 30 90 30 30 20 80 0 0 0 0 190 110 50 90 0 10 70 10 90 40 10 30 80 30 30 10 70 80 0 250 110 50 90 0 10 70 10 90 40 10 20 70 30 30 20 80 80 0 250 110 50 0 0 0 0 0 90 90 350 90 80 410 90 80 410 ꢀ ꢀ 根据矿体分布及工作面布置方式(见图 2)可知, 求,可以达到预期的效果。 单个工作面所在区域有足够的矿石资源,可以满足各 个挖掘机的年生产能力的安排。 由表 3 可知,应用上 述工作面布置优化方案,乌龙泉矿露天采场 2015 年 矿石产量为 350 万 t,其中石灰石 190 万 t,白云石 160 万 t(含互层矿 50 万 t);2016 年矿石产量为 410 万 t, 其中石灰石 250 万 t,白云石 160 万 t(含互层矿 50 万 吨);2015 年矿石产量为 350 万 t,其中石灰石 250 万 t,白云石 160 万 t(含互层矿 50 万 t)。 由上述生产计 划可知,优化后的露天采场规划较为合理,可以满足 乌龙泉矿新的生产需求。 (4)基于采场配矿技术的工作面布置优化方法 解决了乌龙泉矿互层矿的开采问题,该工作面布置优 化方法可以应用于类似于乌龙泉矿(采场内多品级 矿石共存、有配矿需求)的露天矿山。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 吴丽春,王李管,彭平安,等. 露天矿配矿优化方法研究[J]. 矿 冶工程,2012,32(4):22-23. 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