依兰露天矿排土方案研究.pdf

分类号T D 8 2 4 U D C 6 2 2 l I I I I II I I I I II I I l lI I I I I I l lI I I Y 2 9 19 2 8 5 学校代码 10 14 7 密级公开 依．兰．震．天砖排．方案研．究 D u m D i n gS c h e m eR e s e a r c ho fY i l a nO 卫e nP i tM i n e ⋯⋯⋯⋯●⋯⋯‘Ⅱ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 硕士学位论文 作者姓名 指导教师 申请学位 学科专业 研究方向 耿威 魏春启 教授 工学硕士 采矿工程 露天开采理论及技术 辽宁工程技术大学 万方数据 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者及指导教师完全了解辽宝王程撞丕太堂有关保留、 使用学位论文的规定，同意辽宝王程筮苤太堂保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 学位论文作者签名翠虹 妒y 年6 月旷日 聊签名趣组 P7 吵年多月／乡日 万方数据 致谢 在研究生的三年生活中，魏春启老师给予了我生活中无微不至的照顾。在学习中更是 对我谆谆教诲和耐心指导，使我的专业素质有了很大的提高。在本论文的撰写过程中，导 师抽出了大量的时间来指导我的论文思路和方法，最终使得论文顺利成稿。值此论文完成 之际，谨向导师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢 特别感谢范军富老师，在学位论文写作期间，给了我学习、生活及工作方面的莫大帮 助 在论文的资料收集过程中，中煤龙化集团哈尔滨矿业有限公司及陈彦方高工等给予了 大力支持，表示特别感谢 感谢梅斌师兄、国新师姐给在我学习中的帮助，感谢在我攻读硕士学位期间给我教诲、 关心和帮助的所有老师、同学、朋友 感谢父母多年来对我的培养和教育 感谢研究生学院及矿业学院对我的培养 在本论文的编写过程中，阅读参考了很多相关的资料，在此向这些资料的编写者表示 感谢 感谢各位专家在繁忙的工作中能够抽出时间对我的论文进行批评指正，在此表示感 谢 万方数据 摘要 依兰露天矿由于过去的一段时间内不合理的生产，致使其存在着一系列的采剥问题， 所以急需一个妥善的后期生产计划来指导未来的生产。 本文在认真的研究依兰露天矿的地质资料后，通过对钻孔数据及采场现状图的整理、 分析，运用C A D 二次开发建模技术建立依兰露天矿的砂岩、页岩、上层煤、中层煤、下 层煤的实体模型及露天矿采场现状D T M 表面模型。依据要求的生产规模，合理的经济剥 采比，矿山生产能力及一系列矿山生产设计要求准则制定矿山的开采计划，绘制各年度末 的工程位置平面图。在以上设计基础上，设计合理内外排土场模型，其中包括确定各年度 排土场的位置及排土量的大小等。将矿山各不同的道路属性节点录入V B 编制的运输道路 优化软件中，绘制露天矿运输网络图，并且进行物料规划。最终为依兰露天矿制定一合理 的排土方案。 关键词排土场；实体模型；D T M 表面模型运输网络图；物料规划 万方数据 A b s t r a c t B e c a u s eo ft h ep r o d u c t i o no fY i l a no p e np i tm i n ew a su n r e a s o n a b l ei nt h ep a s tt i m e ，S O t h e r ea r eas e r i e so fp r o d u c t i o np r o b l e m sb a d l yn e e dap r o p e r l yl a t e rp r o d u c t i o np l a nt og u i d et h e p r o d u c t i o nf o rt h ef u t u r e ． A f t e ro ft h ec a r e f u ls t u d yo fY i l a no p e np i tm i n eg e o l o g i c a ld a t a , b a s e do nt h es o r t i n ga n d a n a l y s i so ft h ed r i l l i n gd a t aa n ds t o p es t a t u sf i g u r e ，u s et h eC A Ds e c o n d a r yd e v e l o p m e n t m o d e l i n gt e c h n o l o g yt ob u i l ds a n d s t o n e ，s h a l e ，u p p e rc o a l ，m i d d l ec o a l ，l o w e rc o a le n t i t ym o d e l o fY i l a no p e np i tm i n ea n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fo p e np i tm i n es t o p eD T Ms u r f a c em o d e l ． A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o d u c t i o ns c a l e ，r e a s o n a b l ee c o n o m i cs t r i p p i n gr a t i o ，t h e m i n ep r o d u c t i o nc a p a c i t ya n das e r i e so fd e s i g nr e q u i r e m e n t so fm i n ep r o d u c t i o ns t a n d a r d s f o r m u l a t em i n em i n i n gp l a n ，a n dd r a wt h ee n g i n e e r i n gp o s i t i o np l a na tt h ee n do fe a c hy e a r ．O n t h eb a s i so ft h ea b o v ed e s i g n s ，b u i l dr e a s o n a b l em o d e lo fi nd u m p i n ga n de x t e m a ld u m p i n g ， i n c l u d i n gt h ed e t e r m i n a t i o no ft h ea m o u n ta n dt h el o c a t i o no ft h ei nd u m p i n ga n dt h ee x t e r n a l d u m p i n ge t c ．I n p u t d i f f e r e n tm i n er o a da t t r i b u t en o d ei nr o a dt r a n s p o r t a t i o no p t i m i z a t i o n s o f t w a r ep r e p a r e db yV B ，d r a w i n go p e n - p i tt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ，a n dd o i n gt h eo p t i m a l p l a n n i n gf o rm a t e r i a l ．E v e n t u a l l ys e tar e a s o n a b l ep a nf o rY i l a no p e np i tm i n e ． K e yW o r d s D u m p i n g ；e n t i t ym o d e l ；D T Ms u r f a c em o d e l ；T r a n s p o r tn e t w o r kg r a p h ； M a t e r i a lp l a n n i n g I I 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I l 前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1论文选题背景、目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2矿山三维地质建模技术的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 ．2 ．1国内研究状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3矿山运输系统的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．4论文选题主要研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．4 ．1 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．4 ．2技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 矿区地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 ．1地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 ．1地层产状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 ．2 褶皱与隆起⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 ．3 断层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 ．2煤层顶底板岩石工程地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．1勘探区工程地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 ．2工程地质分层描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．3 ．1采场边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 ．2排土场边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 3矿床三维地质模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 3 ．1C A D 三维建模技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 3 ．1 ．1C A D 技术概论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 3 ．1 ．2C A D 二次开发在矿山建模中的主要应用及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 万方数据 3 ．2依兰露天矿地质模型构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 ．1依兰露天矿采场平面模型及实体模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 ．2依兰露天矿煤层及岩层实体模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．3依兰露天矿开采境界的圈定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 3 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 4开采计划的制定及排土场模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 4 ．1矿区生产概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 4 ．1 ．1 生产现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 4 ．1 ．2 存在的主要问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 4 ．2深部开采接续方案开采程序确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．2 ．1制定开采计划的必要性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．2 ．2制定开采方案的依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．2 ．3 设计范围及主要技术原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 4 ．2 ．4各年度开采工程位置的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．3 排土场实体模型构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 3 4 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5物料的最优规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 5 ．1运输网络图的绘制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 5 ．1 ．1运输系统网络的组成和描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 ．2运输系统网络图节点的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 5 ．1 ．3运输系统网络图孤权值的确立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．1 ．4运输系统网络的生成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．2依兰露天矿运输网络图的绘制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．3物料流量、流向规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 8 5 ．3 ．1最小运输功计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 8 5 ．3 ．2 最短路径建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 0 5 ．3 ．3物料最优规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 2 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 6 结论和展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 I V 万方数据 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 6 ．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 作者简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 学位论文数据集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1前言 1 ．1论文选题背景、目的及意义 依兰露天矿始建于1 9 6 4 年，到2 0 1 3 年已经开采了4 0 余年，为中国的煤炭事业做出 了巨大的贡献。到目前依兰露天矿露天部分的开采已进入尾期，但是存在着一系列的采剥 问题l 、由于该矿每年的煤炭产量都超出计划的量，而剥离量却没有达到要求，工作帮 大部分台阶并段靠帮，剥采严重失调，电铲作业工作面布置、工作平盘恢复十分困难。2 、 内排土场空间有限、外排土场已无剩余排弃空间，新购排土场7 8 公顷可排土7 0 M m 3 ，所 以各年度剥离物的内排量及外排量的大小，各年度内排和外排的工程位置都急需一个良好 的设计规划。3 、依兰露天矿采用的是单斗一卡车工艺。各年度剥离物的运输路线也亟待 妥善设计。尽量减少剥离物的运输成本。所以必须对露天矿以后的生产进行合理的规划， 使露天矿能够顺利的完成开采任务。 依兰露天矿计划6 年内完成对该矿露天部分的开采，按照要求的生产规模2 0 1 3 年原 煤产量为4 0 0 万吨；2 0 1 4 年原煤产量为3 8 0 万吨；2 0 1 5 年原煤产量为3 2 0 万吨；2 0 1 6 年 原煤产量为3 0 0 万吨；2 0 1 7 年原煤产量为2 0 0 万吨；2 0 1 8 年原煤产量为1 7 6 万吨。均衡 各年度的生产剥采比结合实际生产能力及设计规范要求的相关内容等因素，制定各年度的 采剥工程位置。设计合理的露天矿排土方案。 本文的主要目的是建立各年度的科学、合理的内外排土空间模型，尽可能的充分利用 内排空间减少外部排弃量。然后在已建立的计划开采工程位置及排土场模型的基础上建立 运输网络，并对各年度的剥离物进行流量、流向规划。露天矿的地形地貌是不规则的，用 传统的方法对矿山排土场的容积及位置的预测和规划的精确度与实际工程的情况相差会 很大。在本文中应用A u t o C A D 二次开发三维地质建模技术【卜5 1 ，通过布尔运算【昏引、不规则 三角网【9 - 1 1J 等功能建立各年度的排土场模型。通过这种建模方法可以精确地得出各年度的 排土工程位置及排土量。并且通过这种构模方法可以很好的观察、控制设计排土场的位置、 状态、与采剥工程位置的关系。与传统排土场的设计相比其优点不言而喻。对依兰露天矿 的剥离物运输系统进行研究也是本论文的一个重点。由依兰露天矿的2 0 1 3 年2 月末的地 形图建立的三维模型可知，该矿的运输系统不是很完善，那么为依兰露天矿建立合理的运 输系统是非常重要的。好的运输系统不但可以保证运输工作的安全性也可以为矿上节省大 量的运输成本。在本论文中我们将矿山道路节点属性录入到V B 编制的程序当中，形成一 个露天矿运输网络图，并且可以应用这个程序进行物料的最优流量、流向规划。通过这个 网络图我们可以得出网络图中任意两点的最短运输路径。特别是各剥离点到各自排弃位置 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 的运输路径及量都能很好的在网络图上显示出来，对矿山的设计及实际生产都能起到很好 的指导作用。 本文研究的意义在于建立各年度合理的排土场位置，精确的计算出它们的排弃容量， 建立运输网络，然后进行物料流量、流向规划。通过这一完整的矿山排土场的设计可以实 现矿山设计的合理性、精确性。而且对物料的流量、流向规划可以很好的指导矿山的实际 生产并且可以节省大量的运输成本。本论文中涉及到的排土场设计方法、运输网路图的绘 制及物料的规划不但对依兰露天矿有实际的指导作用，对其它的大部分的露天矿山都可以 有很好的应用。对露天矿山生产科学化有一定的积极影响。 1 ．2 矿山三维地质建模技术的研究现状 1 ．2 ．1国内研究状况 我国矿山应用计算机构建露天矿三维地质模型的技术经历了2 0 余年的发展历史，使 露天矿三维地质建模技术得到了很好的发展。在我国虽然对矿床建模技术的研究起步比较 晚，但是发展的还是很快的。致力于矿山发展的工作者们在借鉴国外先进的技术的同时， 结合国内各矿山的自身地质特征条件，不断的对现有的露天矿三维建模技术进行优化改 进，得出了一套适合我国不同矿山不同地质条件建模方法及建模规律。国内白行开发的计 算机矿床模型主要有霍林河露天矿矿床她质模型平朔安太堡露天煤矿矿床地质模型； 新疆铁厂沟露天矿矿床地质模型；平庄西露天矿矿床地质模型；元宝山露天矿矿床地质模 型等等，这些矿模大都是用高级语言 F O R T R A N ，B A S I C ，C 语言 开发的，其精度和可靠 性都较高，基本能满足地质管理和采矿的要求，但其可视性和通用性较差。 由于近些年来我国对于矿山资源的需求越来越大，露天煤矿的开采建设任务也不断增 大。随着我国露天矿数量增多，露天矿的生产规模越来越大，合理精确的开采设计显得尤 为重要，其中露天矿的三维地质建模技术是其重中之重。所以近些年来各大研究院、高校 都积极的参与到三维地质建模与可视化技术的研究当中【1 2 ～7 1 ，其中以辽宁工程技术大学为 代表。如露天矿矿床三维建模技术及可视化研究；元宝山露天矿地质模型的建立及其可视 化研究；A u t o C A D 二次开发在露天矿床建模中的应用研究；煤炭科学研究总院西安分院露 天煤矿三维地质建模及其可视化研究。国内的灵图V R M a p 地理信息系统软件有较强的地 形模拟和地表地物的查询功能，但不是真三维的地质建模工具。北京东方泰坦科技有限公 司开发T I T A N 三维建模软件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面数据， 建立起三维空间复杂形状物体的真三维实体模型，但目前只是初步的三维建模与图形处理 的引擎，在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质专业模块等。我国 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 对于露天矿三维地质建模的工作做的还是不够多，不够精，还有很大的提升空间。与国外 的开发技术相比还是有一定的差距。因此加快露天矿质地模型软件的升级优化的发展是必 须的，这是一个信息技术现代化的一个发展潮流，也是我们以后作为一个采矿工程技术人 员以后应该做的。 1 ．2 ．2 国外研究现状 相对于国内的采矿软件而言，国外的同类产品的总体水平还是比较高的，形成了一套 基本完善的软件产品和数字矿山软件体系。在数字地测、矿山的三维地质模型、模拟开采 设计、地质资料处理、采矿设计、测绘地形处理等方面实现了矿用的商品化，如W i n e x 3 D 、 S u r p a c 、L y n x 、E g a l e s 、G e o M a t h 、M i n C o m 、D a t a m i n e 、V u l c a nE a c h ～w o r k 等，这些矿山 应用软件取得了良好的应用效果和经济效益。 澳大利亚S S I S u r p a cS o f f w a r e I n t e m a t i o n a l 公司开发的S u r p a c 软件，它是一套三维交互 式图形系统软件。这款软件主要的应用领域是建立地质数据库及管理、矿体及构造模型、 储量资源量估算、生成地质图件、露天境界优化、露天采矿设计、露天爆破设计、采矿生 产进度计划、地下采矿设计、中深孔爆破等。 M i c r o L Y N X 是加拿大阿波罗科技集团公司 K i r k h a mG e o s y s t e m sL t d 推出的三维建模 与分析软件，它是一款专业的地质采矿软件系统。主要是对离散点进行采样、钻探采样和 探槽采样等一系列空间数据的处理，从而产生剖面、块和面等模型，确定矿物的分布和等 级的变化并计算矿物储量制定采矿计划。 3 DS t u d i oM A X 、M a y a 、S o f l i m a g e 分别是美国K i n e t i x 、A l i a sW a v e f r o n t 和微软公司 开发的大众化的三维建模软件，国外还有很多大众化三维软件它们在构建工业和建筑模型 与动画制作方面有其独到之处，用其与工程勘测数据库结合并应用于工程地质三维建模方 面也有很大的价值。 国外的诸多三维软件在矿山得到了成功实践。这些软件在我们国内也有应用，但在很 多的时候存在操作复杂、价格昂贵、又经常不符合国人习惯等缺点，一直未得到广泛推广。 1 ．3 矿山运输系统的研究现状 露天矿一般都存在着多采掘点多出入沟及多排卸点的现象，从而使物料从剥离点到卸 载点形成多条物料流向通道。运输在露天矿生产中是一个非常重要而且复杂的环节，它对 露天矿开采起到着关键性的决定作用。也是日常生产管理工作工作重点。在露天矿前期投 资总额中，矿山运输投资方面占到了总投资的4 0 ％“ - - 6 0 ％，运输在矿山生产实践中运输成 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 本占总成本的5 0 ％～6 5 ％，运输的能耗占总的能耗的6 0 ％- ～7 2 ％。特别是以公路为开拓 运输系统的露天矿，矿物和岩石总的运输成本能占到矿山生产总成本5 0 ％- ～7 0 ％。所以建 立合理的露天矿运输网络，科学的安排物料的流量、流向是露天的一项重要工作。 露天矿在安排物料的运输线路时主要考虑的是在安全运输的前提下尽可能的减少运 输费用，而运输费用是运输功的线性函数。运输方案的合理性的主要评价标准即运输功是 否最小化。而在以往的矿山设计中在计算运输公式的时候，只是简单地用运输量乘以运距， 这种计算方法不但不符合功的科学定义，同时也没有考虑矿山在较短的距离内克服较大高 程的多坡道运输特点。所以我们在计算运输功的时候不但要考虑运输距离的问题，同时也 要考虑到提升物料高度时所做的克服重力所做的功。 由于矿山运输系统在矿山开采中的重要地位，致力于矿山的工程人员、研究院及各大 跟矿业有关的高校都加大了对矿山运输系统的研列1 8 。2 2 】。如武汉科技大学关于黄麦岭磷矿 排土场方运输功的计算及及其在优选排土场方案中的应用的研究；辽宁工程技术大学关于 武家塔露天煤矿运输系统优化软件开发研究；霍林河露天煤业股份公司关于露天矿排土运 输系统优化建模的研究；中国矿业大学关于露天矿物料流规划系统的设计与实现的研究等 等。这些理论的研究及软件的开发极大的推动了矿山设计的科学化，制定合理的运输路线 及物料规划，很大的缩减了矿山开采成本。 1 ．4 论文选题主要研究内容及技术路线 1 ．4 ．1主要研究内容 1 国内外资料的收集与分析。通过广泛收集并认真阅读国内外资料，了解有关露 天矿设计的技术发展； 2 利用C A D 二次开发系统，根据依兰露天矿给出的地质地理资料建立露天矿地形 地质模型； 3 按照要求的煤炭生产规模，均衡各年度的生产剥采比结合实际生产能力及设计 规范要求的相关内容等因素，制定各年度的采剥工程位置； 4 运用A u t o C A D 三维地质地形建技术模构建各年度最佳排土场模型。利用 A u t o C A D 建模技术生成不规则三角网络面然后拉伸生成实体。控制好要设计的排土场与采 场的时空关系，通过布尔运算、三维可视化、体积查询等功能建立合理的露天矿排土场。 求最佳内外排土量及排土工程位置，并其对其水平台阶进行切割，得出各水平的排土容量； 5 建立矿山运输网络图。将矿山道路不同属性节点输入数据库，生成动态露天矿 运输网络模型。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 对露天矿物料流量流向进行规划。运用线性规划的方法，在露天矿运输网络图 的基础上对露天矿物料的流量、流向进行规划。 1 ．4 ．2技术路线 论文的技术路线流程图见图1 ．1 。 依兰露天矿排土方案研究 上 资料的整理收集 上 矿山三维地质模型建立 上 采剥工程位置确定 、 r 1r 建建 业 业 排廷 土 输 场网 模络 型图 I I 上 物料最优规划 上 总结及评价 图1 ．1 F i g ．1 ．1 技术路线 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 矿区地质概况 2 ．1地质构造 达连河矿区在依兰煤田的东部，依兰牡丹江经向构造带以西，沙河子一永丰东西构 造带与华夏式佳一依地堑北端的复合构造的东北部位，呈一近东西向或北东一南西向的S 形构造体系，其西北边被地堑东界的达一苏断裂相切，东南界被北西倾的F l 正断裂相割成 的三角扇形断陷地带。 2 ．1 ．1地层产状 煤层露头广布，1 6 线以东走向近E W 向，倾向南，倾角一般1 7 0 左右1 6 “ - - , 2 4 线走向 为N E 7 0 0 ，倾向南偏东，倾角l l o ～1 7 0 ；2 4 2 7 线为N E 4 0 0 ，倾向南东，倾角1 5 0 ～2 5 0 ； 2 7 “ - - - 2 8 线为近S N 向，倾向东；2 8 “ - - , 3 0 线西为N E 6 0 0 一近E W 向，倾向南，倾角3 0 0 “ - - - , 3 7 。。 所以，地层产状除西部及在隆起周围、小褶皱、断层附近较陡高达5 0 0 “ - - , 6 0 0 外，一般属缓 倾斜地层，且由于走向在2 4 和2 7 线处转折与东部向南西的收敛而形似“扇形”展布之势。 2 ．1 ．2 褶皱与隆起 从煤层露头和基底在露天矿的揭露与深部钻探资料来看，基底隆起沿倾向约1 0 0 0 - ～ 1 5 0 0 m 处分布一条近东西向的隆起带；沿走向约1 0 0 0 “ - - , 2 0 0 0 m 处分布着近南北向起伏隆起 带，它对煤系地层、煤层、煤质及后期构造等起一定控制作用，受喜山期构造运动作用使 煤系地层产生褶皱与断裂变动，在隆起附近出现形态较复杂的不对称型 2 0 0 - - - 5 0 0 褶曲，幅 度一般1 0 - - - 1 5 m ，宽度大者4 0 - - - - 2 0 0 m ，轴向多垂直地层走向，一般则为宽缓的波状起伏 褶皱。 2 ．1 ．3断层 露天扩大区内查明2 5 条断层，其分布主要在东西两部，尤以西部1 9 一- 2 7 线间最为发 育约1 8 条，使构造复杂化，东部1 6 “ - 8 线间较为简单约6 条，而中部构造简单，产状平 缓，煤层保存最好，绝大多数为正断层，逆断层很少见 仅有2 条 。 断距落差一般不大，1 5 ～ 5 0 m 者约占5 0 ％，但因倾角平缓其水平错距较大。 排列方式同方向倾斜断层连续出现在剖面上呈阶梯状，与相反倾斜断层组成地垒与 地堑相间的构造形式。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 在平面上由于N E 与N W 两组张扭性断裂交叉呈x 型，且向南东深部收敛构成似扇形 状，煤层露头由东向西明显地由北向南推移，而呈S 形。 2 ．2煤层顶底板岩石工程地质特征 2 ．2 ．1 勘探区工程地质特征 煤田的沉积建造环境和应力应变分布等因素，制约了勘探区工程地质特征。 沉积过程中，由于古地形条件的控制 基底不平 ，内外应力作用的差异和其它因素 的干扰 风浪、流速等 形成下部岩层的岩性和物理力学性质的各向异性。在油页岩沉积 过程中，由于和谐的沉积韵律 沉积物的周期性 和沉积物的分异，形成了油页岩的原生 层状特征，从而构成了本区岩体初级结构。 由于北东向的压性应力作用，形成全区发育的同向裂隙 为本区的主组裂隙 在不同 岩性中其形态和作用表现为油页岩中呈X 型剪性裂隙，粗、中砂岩中呈直线型张性裂隙。 为本区岩层的I I I 级结构面的主要组成部份。 因断层在走向和倾向的切割，使岩体支离，形成该区的断裂破碎带，从而降低了岩层 的整体强度。 基底海西期花岗岩，因长期的风化剥蚀作用形成的风化裂缝带，构成了煤系基底的次 结构面。 2 ．2 ．2工程地质分层描述 1 油页岩 灰褐褐黑一棕黑色，泥质胶结，质细腻致密，层理发育，巨厚及薄层状层理，层面 清晰平滑，层理连续发育，在饱和水状态下，层间结合较牢，失水后，多呈0 ．5 “ - - l c m 薄片 剥离，抗压强度一般为1 0 - - - , 3 0 M P a ，极小值为0 ．1 3 “ - - - - 3 M P a ，为软一极软的岩层。 2 粉砂岩及粉细砂岩互层 灰白一灰绿色，泥质胶结，多具水平及微波层理，层面平直清晰，层间结合较差。该 层分布于下层煤下部中、粗砂岩间及各煤层间，一般均以0 ．2 “ - - , l m 小薄层在中、粗砂岩间 以夹层出现，最大厚度可达1 0 余米，抗压强度为1 5 , - ～3 0 k M P a ，最小值为0 “ - - , 4 ．2 M P a 。 3 细砂岩 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 分布及特征同上，灰～灰白色，泥质胶结，质软，分选较好，层理发育，层面较平直， 清晰，岩层完整性差，裂隙发育与上下层多呈突变接触，层间结合较牢。抗压强度为2 0 - - - “ 3 0 M P a 。 4 中砂岩 分布于下层煤底部，层厚2 , - - 5 m ，结构松散，质较软，裂隙较发育，但多被泥质或方 解石充填，抗压强度为2 0 , - - , 3 0 M P a 。 5 粗砂岩 分布同上，层厚l ～5 m ，较厚者约1 0 余米，与薄层粉、细砂岩、油页岩相间共生。泥 质胶结为主，少有凝灰质胶结，结构松散，质软，抗压强度最大值为1 5 , ～3 0 M P a ，最小值 为3 “ - ～7 M P a 。 6 花岗质粗砂岩 分布于下部岩层底部。裂隙发育，倾角7 0 。“ - - 8 0 。，部份近似直立，裂面粗糙，局部 有擦痕，抗压强度5 ．1 ～ 3 0 ．5 M P a 。 7 煤 黑色，块状结构，节理发育，贝状断口，中层煤中多含琥珀，上层煤中多油页岩夹层 及炭页薄层，结构松散，层理发育。比重1 ．4 ～1 ．7 ，容重1 ．2 - 、一1 ．3 ，抗压强度5 ．1 “ - - 1 2 ．7 M P a ， 凝聚力系数3 ．7 2 M P a 。 8 花岗岩 为煤系岩层基底，岩石抗压强度3 0 , - - , 9 0 M P a 。 2 ．3边坡稳定性分析 2 ．3 ．1采场边坡稳定性分析 1 安全储备系数的确定 根据中华人民共和国岩土工程勘察规范 G B 5 0 0 2 1 9 4 第3 ．6 ．1 0 条第一条的规定， 边坡稳定安全系数F s 的取值应符合下列要求新设计的安全等级为一级的边坡工程，F s 值宜采用1 ．3 0 , - - - 1 ．5 0 工程安全等级为二级的边坡工程，宜采用1 ．1 5 , - - - , 1 ．3 0 ；工程安全等 级为三级的边坡工程，宜采用1 ．0 5 ～1 ．1 5 。根据煤炭工业露天矿设计规范 G B 5 0 1 9 7 ．2 0 0 5 ，采场边坡服务年限十年以下F s 宜采用1 ．1 ～1 ．2 。矿业公司露天矿边坡服 务年限非常短，所以可以选用较小的F s 值。同时边坡的安全储备系数F s 与边坡的重要程 度和地质资料、岩体力学指标等基础资料的掌握程度有关，矿业公司露天矿在过去的开采 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 过程中局部边坡高7 0 m ，边坡角达到4 6 。时，没有发生过滑坡，实践证明边坡岩体稳定性 较好。综合确定边坡稳定储备系数为1 ．1 。 2 岩石力学性质 根据地质报告及地质补勘，并结合多年生产实际和参考类比相似矿山条件，综合确定 边坡稳定性分析计算采用的岩体物理、力学指标如表2 ．1 所示。 表2 ．1岩体物理力学指标 地层容重 妇1 3 内聚力 M p a 内摩擦角 。 3 采场最终帮坡角确定 应用刚体极限平衡理论，对边坡进行稳定性计算以地层、岩性为界，对不同高度的边 坡进行了稳定系数的计算。计算结果表明，圆弧沿煤层底板滑出的时候，稳定系数最小， 边坡最危险。滑坡模式为沿圆弧面剪切煤岩层。顶帮最终边坡角为4 1 0 时，边坡稳定系数 F s - 2 _ 1 ．1 ，满足规范要求。 2 ．3 ．2排土场边坡稳定性分析 1 排弃物料的力学指标确定 排土场的排弃物料是以油页岩及粉砂岩为主的混合物料，目前尚无为排土场边坡稳定 设计所需的松散物料的力学指标。本次设计采用力学指标为 1 摩擦角中值采用油页岩的指标，即9 2 5 ．7 8 0 ； 2 凝聚力C 值采用O M P a ； 3 容重丫值，Y 2 ．11 5 t ／m 3 。 2 内排土场边坡稳定 根据露天采矿要求，内排土场排土台阶高3 0 m ，边坡总高度2 4 0 m ，采用松散介质圆 弧滑面进行边坡稳定计算，安全系数按1 ．3 考虑，总边坡角取2 0 0 是合适的。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 外排土场边坡角确定 外排土场台阶高度3 0 m ，总高度9 0 “ ～2 2 0 m ，安全系数按1 ．3 经考虑，总边坡角以2 3 0 为宜。 2 ．4本章小结 本章主要研究了依兰露天矿的地质构造、煤层信息、煤质信息。并在此基础上对依兰 露天矿的边坡稳定性进行了分析。确定了其工作帮的帮坡角及内外排土场的帮坡角的大 小。而且这些矿山资料的整理和收集对后期的开采计划的制定及矿山模型的建立都是必不 可少的。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3矿床三维地质模型的建立 三维地形地质模型的建立是本