上房沟钼铁矿露天开采优化技术研究.pdf

中图分类号 U D C 硕士学位论文 学校代码 1 0 5 3 3 密级公珏 上房沟钼铁矿露天开采优化技术研究 S t u d y o no p e np i tm i n i n go p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g yo f s h a n g f a n g g o um o I y b d e n u m ＆i r o nm i n e 一 一1 一一 ● ● 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 论文答辩日期丝 竺兰丝 张兵强 采矿工程 资源与安全工程学院 陈建宏教授、博导 答辩委员会主席垒，垒三∥ 中南大学 2 0 1 4 年5 月 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 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。 作者签名继幺缓。日期垒生址年上月当E t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它 手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名欺云绣导师签名 万方数据 上房沟钼铁矿露天开采优化技术研究 摘要比较合理的确定露天矿山的最佳开采境界，使矿山开采能获得最大的效 益，是矿山工作者追求不懈的目标。传统采矿设计中任务量大，不能及时应对 资源开采条件及变化发展经济技术条件等影响因素对露采境界优化工作的影 响，借助迅猛发展计算机科学技术，在矿体可视化建模基础上应用地质统计学 原理进行矿山储量估算和露天境界优化，实现了露天采矿优化方法与技术的变 革。常用的露天开采境界优化方法有浮动圆锥法、动态规划法、L G 图论法、 网络最大流法及正锥删除法等，其中以L G 图论法和浮动圆锥法使用最为普遍。 本文重点研究了矿床可视化建模及露天开采境界优化等关键技术，并借助 于S u r p a c 建立了上房沟钼铁矿矿床三维可视化模型，采用L G 图论法在不同情 况下的对露天开采境界进行了优化。首要科研工作项及成果如下 l 、以较长时期内铁、钼的最高价、最低价以及过去一段时间内钼、铁均价 和目前钼、铁的平均生产成本为基础，分析预测了未来铁、钼的价格走势，综 合考虑铁钼产品价格、矿山生产成本、回收率等影响因素，计算了多金属矿床 综合品位。 2 、对上房沟钼铁矿历年来地质勘探资料和采矿技术资料等原始资料进行 了、矢量化、数据转换等工作，按照钻孔、探槽、平硐等勘探工程分别建立相 应的数据库，为矿山生产提供了一个动态变化的数据库，大大减轻了海量地质 资料的保存、汇总、查阅、更新等技术难题。按照地表、岩性、构造、采空区 等建立矿区可视化地质模型，并利用地质统计学方法，对矿区主伴生矿种进行 了储量计算，完成了矿区可视化建模和储量计算。 3 、采用L G 图论法，对上房沟钼铁矿在矿区面积等外部条件约束以及钼金 属价格等因素影响下的多种露天开采优化设计方案进行了研究，确保资源综合 利用，为上房沟钼铁矿露天生产建设提供依据。 通过本次研究表明，建立地质数据库能改变矿山工作模式，三维可视化技 术能提高矿山工作效率，以L G 图论法为基础的露天开采境界优化技术能满足 矿山生产实际需要，是矿山可持续化发展的技术保障。 关键字上房沟钼铁矿，综合品位，可视化，L G 图论法，露天开采 分类号 万方数据 S t u d yo no p e np i tm i n i n go p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g yo f s h a n g f a n g g o um o l y b d e n u m ＆i r o nm i n e A b s t r a c t R e a s o n a b l et od e t e r m i n et h eo p t i m a le x p l o i t a t i o no ft h er e a l m o fo p e np i tm i n e ，w h i c hc a ng e tt h em a x i m u mb e n e f i ti sm i n ew o r k e r s r e l e n t l e s sp u r s u i to ft h eg o a l ．W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r t e c h n o l o g y , i ts o l v e dt h ep r o b l e mo fah e a v yw o r k l o a di nt h et r a d i t i o n a l d e s i g nw h i c hC a nn o ts y n t h e s i z ea n dd e t a i la c c o u n to ft h et e c h n i c a l c o n d i t i o n sa n dt h ee x p l o i t a t i o no fr e s o u r c e sa n de c o n o m i ci n d i c a t o r sa n d o t h e rf a c t o r so nt h eo p t i m i z a t i o no ft h er e a l mo f o p e n p i tm i n i n g ．U s i n g g e o s t a t i s t i c sb e i n gm i n er e s e r v e se s t i m a t i o na n do p e np i to p t i m i z a t i o n b a s e do no r eb o d yv i s u a lm o d e l i n g ，w h i c ha c h i e v et h ec h a n g eo fm e t h o d s a n dt e c h n i q u e si no p e np i tm i n i n go p t i m i z a t i o n ．T h ec o m m o nm e t h o d so f O p e nP i tO p t i m i z a t i o ni n c l u d ef l o a t i n gc o n em e t h o d ，L Gg r a p ht h e o r y 、 d y n a m i cp r o g r a m m i n g 、t h em a x i m u mn e t w o r kf l o wm e t h o da n dt h e p o s i t i v ec o n ed e l e t em e t h o d ．E s p e c i a l l ys p e a k i n g ，t h em o s tw i d e l yu s e d m e t h o d sa r et h eL G g r a p ht h e o r ya n dt h ef l o a t i n gc o n em e t h o d ． S t u d i e dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fd e p o s i tv i s u a l i z a t i o nm o d e l i n ga n d o p e np i tm i n i n go p t i m i z a t i o na r et h em o s ti m p o r t a n ti nt h i sp a p e r ，a n d t h e3 Dv i s u a l i z a t i o nm o d e lo fS h a n gf a n gg o um o l y b d e n u md e p o s i ti s b u i l tw i t hS u r p a c ，t h eu l t i m a t em i n i n gl i m i t so nd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa r e o p t i m i z e db yL Gg r a p hT h e o r yM e t h o d ．T h em a i nr e s e a r c hw o r ka n d a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s 1 、T h ep a p e ra n a l y z e sa n df o r e c a s t st h ef u t u r ep r i c em o v e m e n t so f i r o na n dm o l y b d e n u mb a s e do nt h et o pp r i c e ，t h eb o a o m p r i c ea n dt h e a v e r a g ep r i c eo fM oa n dF ea n dt h ec u r r e n ta v e r a g ep r o d u c t i o nc o s t ． C o n s i d e r i n gt h ef a c t o r so fi r o nm o l y b d e n u mp r i c e s ，m i n ep r o d u c t i o n c o s t s ，r e c o v e r yr a t e s ，c a l c u l a t e dc o m p r e h e n s i v eg r a d eo fp o l y m e t a l l i c d e p o s i t ． 2 、D e p o s i tg e o l o g yd a t a b a s ei sb u i l tr e s p e c t i v e l ya c c o r d i n gt od r i l l h o l e ，t r e n c ha n df o o t r i l la n ds u c he x p l o r i n ge n g i n e e r i n g ，b a s e do nD a t a I I 万方数据 C o n V e r s i o na n dV e c t o r i z a t i o no fg e o l o g i c a ld a t aa n dm i n i n gt e c h n i c a l d a t ao fS h a n gf a n g g o uM o l y b d e n u mM i n e ．I tp r o v i d e d ad y n a m l c d a t a b a s ew h i c h c a l ls o l v et h ep r o b l e mo ns t o r i n g ，c o l l e c t i n g a n d c o n s u l t i n gt h eo r i g i n a ld e s i g nd r a w i n g s ．E s t a b l i s h e d m i n ev i s u a l i z a t i o no f g e o l o g i c a lm o d e la c c o r d i n g t ot h et o p o g r a p h i cm o d e l ，l i t h o l o g y ，s t r u c t u r e a n dg o a fa n du s eo fg e o s t a t i s f i c a lm e t h o d sa n dc a l c u l a t e d t h em a r e a s s o c i a t e dm i n e r a l sm i n i n gr e s e r v e s ，w h i c hh a v ec o m p l e t e dt h e m i n e v i s u a lm o d e l i n ga n dc a l c u l a t i o no f r e s e r v e s ． 3 、Av a r i e t yo fo p e n ．p i tm i n i n go p t i m i z a t i o nd e s i g ni ss t u d i e db yL G G r a p hT h e o r yM e t h o do nS h a n g f a n g g o uM o l y b d e n u md e p o s R ， w i t h e x t e r n a lc o n d i t i o n ss u c ha sm i n i n ga r e aa n di n f l u e n c eo fm i n e r a lp r i c e a n do t h e rf a c t o r s ．T h es t u d yi sf o c u so nt h ei n t e g r a t e du s e o fn a t u r a l r e s o u r c e ，w h i c hp r o v i d e sb a s i sf o rt h eo p e np i tm i n i n gc o n s t r u c t i o no f S h a n g f a n g g o uM o l y b I d e n u md e p o s i t ． T h e s t u d y i n d i c a t e st h a tb u i l d i n gg e o l o g y d a t a b a s ea n d3 D v i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hc a nc h a n g em i n ew o r k i n g m o d ea n d i m p r o v e w o r ke f f i c i e n c y ．T h eo p e np i tm i n i n g l i m i t o p t i m i z a t i o n t e c h n 0 1 0 9 vb a s e do nL GG r a p hT h e o r yM e t h o dc a np r o v i d e t h et e c h n i c a l g u a r a n t e ef o re n t e r p r i s e s ’s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n dm e e tt h e a c t u a l r e q u i r e m e n t so f m i n ep r o d u c t i o n s ． K e y w o r d s S h a n g f a n g g o uM o l y b d e n u md e p o s i t ，C o m p r e h e n s i v eg r a d eo f d e p o s i t ，V i s u a l i z a t i o n ，L GG r a p hT h e o r y M e t h o d ，O p e nP i tM i n i n g C l a s s i f i c a t i o n I I I 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 项目来源及背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 露天开采优化国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．1 矿床三维可视化技术国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 ．2 露天开采境界优化国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．3 存在问题及解决方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 论文研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 第二章矿床地质特征及资源概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 矿区概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 ．1 矿区位置及自然地理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2 以往地质工作概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 。2 。2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．2 3 岩浆岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．2 ．4 围岩蚀变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l1 2 ．3 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 ．1 矿体特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 l 2 ．3 ．2 矿石特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．4 资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 第三章铁、钼市场分析及矿床综合品位确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．1 钼市场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．1 ．1 钼资源储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 5 3 ．1 ．2 国内外钼生产与消费⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．1 ．3 钼价格变化趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．2 铁市场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 ．1 铁资源储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 3 ．2 ．2 国内外铁矿生产与消费⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．2 ．3 铁价格预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．3 矿床综合品位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 万方数据 3 ．3 ．1 确定综合品位的价格法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 8 3 ．3 ．2 确定综合品位的盈利法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 9 3 ．3 ．3 确定综合品位的产值法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 0 3 ．3 ．4 综合品位计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 3 ．3 ．5 矿床综合品位的边际品位确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 第四章矿区三维可视化建模及储量估算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．1 原始资料收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．2 地质数据库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．3 三维可视化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 4 ．3 ．1 地层模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 4 ．3 ．2 构造模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 4 ．3 ．3 巷道模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 4 ．3 ．4 采场建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．3 ．5 地表模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．3 ．6 矿体建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 4 ．4 块体模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 储量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 第五章露天开采境界优化技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 ．1 露天境界开采设计历史⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 l 5 ．2 露天境界优化参数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 ．2 ．1 开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5l 5 ．2 ．2 采场边坡参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 5 ．2 ．3 境界优化主要参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．3 最终境界设计方法及其原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．4L G 图论境界优化法及其原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．4 ．1 基本概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．4 ．2 树的正规化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 8 5 ．4 ．3 图论法境界化定理及算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．5 露天境界优化境界优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．5 ．1 采矿证范围内露天开采境界优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 5 ．5 ．2 不受采矿证限制的露天开采境界优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 5 ．5 ．3 露采境界优化成果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 万方数据 5 ．6 露天开采境界优化方案的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．6 ．1 初期露采境界设计参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．6 ．2 初期露采境界优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 第六章结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．1 结j 沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 6 ．2 展望及建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 攻读硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 0 万方数据 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 ．1 项目来源及背景 上房沟钼铁矿坐落于河南省栾川县冷水镇，属于特大型钼铁矿床。目前拥有 生产规模为5 0 0 0 f f d ，采用的开采方式是露天开采，面临着矿石可选性差，开采 规模小，生产成本偏高，资源综合利用率低等问题，在当前钼金属市场萧条的条 件下，很难维持正常生产，因此急需扩大生产规模，形成规模效益。为提高资源 利用效率，实现上房沟钼铁矿资源的规模化、集约化开发和高效综合利用，2 0 1 0 年公司开展了上房沟钼铁矿选矿技术与资源综合回收技术研究，实现了钼及伴共 生铁硫等有用矿物资源综合利用效率的重大技术突破。经国土资源部门遴选推 荐，上房沟矿区难处理钼铁矿大规模开发利用与综合利用示范工程被国土资源部 和财政部列为河南栾川钨钼铁资源综合利用示范基地建设项目，拟规划扩建上房 沟露天矿，使之达到3 0 0 0 0 t ／d 的生产规模，实现矿山规模化、集约化生产，达到 资源综合利用的目的。 上房沟钼铁矿资源储量大、品位高、埋藏浅、矿体厚，但矿石组分复杂、矿 石难选别，为了进一步确定上房沟钼铁矿的资源开发可行性，优化矿山资源开发， 提高资源利用效率，特实施上房沟钼铁矿露天开采优化技术研究。该项目以充分 利用有限的矿产资源，合理开发低品位和伴生矿产资源为目标，根据当前铁钼市 场价格优化铁、钼开采边界品位，盘活和增加矿产资源储量，建立矿床三维可视 化模型，估算矿区地质储量，进行露天开采境界优化，确定最佳的露天开采境界 优化方案，达到建设资源综合利用示范基地的目的。 上房沟钼铁矿露天开采境界优化研究以矿床三维可视化技术为手段，通过露 采开采境界优化技术获取最优经济效益的露采境界，不仅能直观再现矿体的空间 展布形态，为生产提供便捷性的指导，还兼顾了矿山开发效益最大化的要求，对 矿山的长远发展有重要的指导意义。 1 ．2 露天开采优化国内外研究现状 1 ．2 ．1 矿床三维可视化技术国内外研究现状 可视化技术是通过计算机科学技术和图形图象学处理技术相结合，把数据运 1 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论 算处理进程以及运算结果转换为图像或者图形呈现出来，并进行交互式平行处理 的理论、方法及技术。矿床三维可视化技术是随着计算应用与发展起来的，在地 质找矿领域，可视化技术与勘查地质学、地球物理勘探、矿山测算、G I S 、数据 库技术等学科相融合，以其直观，便捷的图形图像化表达，迅速得到推广和应用。 随着计算机图形学技术、图像学技术以及数据库技术的相结合和飞速迅猛发 展，地学界越来越重视矿山三维可视化技术的发展和运用。矿山三维可视化技术 的概念，就是利用计算机科学技术，在三维建模条件下，将空问立体信息数据、 矿山地理诠释、空间处理分析和预计、地学数据统计、以及可视化技术等工具相 互结合运用，直接地再现地质单元的空间体现状况以及其内在相互联系，并可以 顺利进行找矿处理分析以及地质资源储量评估的技术。 随着科学技术的不断发展，出现了许多三维可视化建模的创新理论和建模软 件，大大地方便和简化了可视化建模过程，并在矿山中得到推广和应用，从而使 矿床三维可视化建模的广泛应用成为可能。矿床三维可视化技术的发展实际上就 是矿床三维可视化建模软件的推广和发展过程，此类研究在国外开展得较早，开 发了大量的三维可视化建模软件，形成了一定的规模，积累了相当的经验，取得 了不错的成绩，通用的三维建模软件有C A D 、M a y a 、P h o t 0 3 D 、3 D S t u d i o M A X 、 虚拟仿真软件O p e n l n v e n t o r 、V R 软件W o r l d T o o l K i t 、G I S 软件A R C ／I N F O ，针 对不同的需要，还开发了一些专门化的建模软件，如美国C o g n i S e i s D e v e l o p m e n t C S D 公司研制的T e r r a C u b e 、G e o S e c3 D ，澳大利亚M a p t e k 公司的 V u l c a n ，加拿大G e m c o m S o R w a r eI n t e r n a t i o n a l 公司的G e m e o m ，英国V o l u M e t r i x 公司的F a s t T r a c k e r ，以色列P a r a d i g mG e o p h y s i c a l 的E a r t h M o d e l ，美国D y n a m i c G r a p h i c s D G I 公司的E a r t h V i s i o n ，R o c k w a r e 公司的R o c k w a r e 系列等。这些软件 在矿山三维建模可视化方面也取得一定进展。 矿床形成的多样性和不确定性，使得矿床的可视化建模难度十分大，为了解 决矿产勘查及矿产开采中遇到地层、构造、矿体和巷道的立体空间展示、平剖面 的生成、巷道的空间位置表达、矿体表面形态模拟及储量估算等问题。我国和国 外众多科研单位和技术公司生产出了一系列适用于矿山实际情况的三维可视化 建模软件，如澳大利亚研究的M i c r o M i n e 软件，加拿大金康公司推出的G e m C o m 软件，美国M i n t e e 公司推出的M i n e S i g h t 软件，英国开发的D a t a M i n e 软件、法 万方数据 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 国达索公司研制的S u r p a e 软件等。在我国目前较广泛使用的矿业三维可视化软 件有S u r p a c 以及M i c r o m i n e 等软件。 国内矿床三维可视化软件是随着计算机技术的普及和矿山及科研设计院所 的实际需要发展起来的，近十年来取得了较快发展，开发了适用于矿山生产需要 的软件系统和软件包，主要有①中南大学的可视化集成采矿C A D 系统；② 北京科技大学的矿床三维可视化仿真系统；③煤科院总院的矿区资源与环 境信息系统 M R E I S ；④北京龙软科技公司的龙软煤矿专用地理信息系统 ⑤长沙迪迈科技公司的D I M I N E 矿业软件。类似的国内软件还有很多，但是 并没有得到很好的推广，与国外软件相比，国内软件更贴合矿山生产实际，但软 件功能和集成上还有不完善的地方，软件的易用性及界面友好方面还无法和国外 软件相媲美。 1 ．2 ．2 露天开采境界优化国内外研究现状 从经济角度考虑，露天开采存在在一个经济效益最大化的境界优化方案，从 资源综合利用角度考虑，露天境界应该尽最大努力可能包含更多的矿石储量。矿 产资源的不可再生性决定了露采境界优化设计的目标应该是如何确定在获得最 大经济效益的前提下能够最大可能利用矿产资源的露采境界。因此，露天开采境 界优化设计是矿山开发中一项非常重要的工作，既要考虑经济效益最大化，又要 考虑技术可行性。露天矿山开采境界优化设计方法总体走过了三个大阶段的发展 历程 1 手工设计阶段在这阶段的主要出发点是通过设计求得技术可行经济 合理的剥采比，通过使用求积仪等基础工具在剖面图上以及分层水平图上进行手 工方法的设计和运算，以此来决定露天矿最小的底宽、最终的边坡角、最终的开 采深度、绘制底部的周界以及最终平面图。手工设计方法在发达国家已经进入了 博物馆中，而在我国的一些小矿山中仍然在使用。 2 1 计算机辅助设计阶段该方法在原理上与手工阶段的方法大体相似，利 用计算机方法为辅助手法，设计进程中借助于C A D 等辅助设计工具进行，设计 结果以屏幕显示或者图纸的方式呈现在我们明前。在欧美发达国家，计算机辅助 境界设计大部分用来对境界优化结果进行后处理；在我国随着计算机的普及已广 泛应用的科研院所和大中型矿山。 ≈ 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论 3 优化设计阶段自2 0 世纪6 0 年代初开始，出现并形成了境界优化设计 的方法和理论，并随着计算机软件和硬件技术的发展和进步在实践中得到了逐步 的推广和广泛的运用，经过三十多年的研究与进步过程，推出了更多的优化方法。 比如说动态规划法、L G 图论法、浮动圆锥法、网络最大流法以及正锥删除法等 等。浮动圆锥法和L G 图论法是在实际应用中使用最为普遍的优化方法。目前最 终境界优化方法正逐步得到推广和应用，在我国处于起步阶段，主要存在于一些 科研院所和部分大型矿山。 1 ．2 ．3 存在问题及解决方法 在矿山企业的日常开采中，各阶段的设计工作都依赖于前阶段完成大量的图 纸、表格等原始资料。而这些图纸、表格等原始资料的获取，均依赖于传统的矿 山生产工作方法首先矿山工程技术人员依据地质勘查阶段获取的钻孔资料手工 绘制钻孔柱状图，再根据钻孔柱状图中的矿岩分布情况，圈定矿体，计算矿石品 位等指标，并绘制矿体平、剖面图，然后根据矿石开采工作的需要，在矿体平、 剖面图基础上，编制采掘中断平、剖面图，同时结合采掘工程编录数据，完成采 掘中段平面图中矿体分布情况和矿体剖面图上采矿工程布置位置等工作。在进行 上述工作中，存在以下问题 1 - 维图表文件不能直截了当和形象的呈现矿体以及工程布置在空间的地 理位置关系以及相应的分布状况，与此同时，手工绘制的图件，受较多人为因素 的影响，很容易产生误差 2 对于绘制一些相对繁杂的矿床剖面图，必须在较少的图纸范围内完全反 应矿体的空间形态、构造及工程分布等，以前旧的方法不但在定位转换和绘制图 形方面需要较多的时间，而且有很多的重复工作，客观上大大增大了设计人员的 工作量，费时以及费力，而且效果还不一定会很好。 3 数据处理工作量大，对数据处理和图形绘制的不能实现自动化处理，图 形剖切随意性因素过多，可是在进行露采境界设计时候，需要重复且不断的调整 设计参数以获取最佳境界，这就使得设计者重复的设计多个露天坑。如果是人工 去完成就需要投入大量的人力物力，同时绘制过程充满着重复和艰辛，这不仅带 来了工作效率的降低，同时也在客观上使生产设计不能及时跟进生产需要。 4 万方数据 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 近年来，矿业的高速发展，使得我国原有的矿山开采技术及生产管理水平不 能满足不断发展的矿业需求，给矿业发展带来了空前的挑战，也提供了前所未有 的发展机遇。我国矿业要在国际矿业发展中获得利益最大化，就一定要在采矿方 法和采矿技术等方面进行重大的变革，把当今世界前沿的科学技术引入采矿业， 使得落后陈旧的生产运行方式和设备水平得到改变。本文基于三维可视化的技术 以及理论，并且借助于国际上先进的矿业软件最先实现了矿床的三维可视化，在 这个基础上，采用电脑优化方法来确定露天开采的最优境界，它的最终目的是为 了实现资源以及开采环境的三维可视化、装备以及技术的智能化、生产过程的网 络化、可控化信息传输、科学化的生产管理以及优化决策，从而大大的提高矿山 资源的成产效率以及利用效率。 从另一个角度上说，建立了真的矿山三维的地质矿床模型的前提下，用计算 机进行露天采矿的开采设计，就能为露天开采设计提供了真的三维的工作空间。 并且实现了可以任意切割剖面图、自动绘制以及成图，与此同时，对地质数据的 进行计算机数据库化管理、同时显示地质采矿数据再现管理和改动的统一化、实 时化，最大限度的提高了采矿设计工作的效率以及质量，使得设计工作能够快速 的满足生产需求。把矿石开采的经济分析模型建立在这个基础上，就能够为矿山 企业的生产管理者以及决策者拿出更多的决策方面的依据，因此，矿床三维可视 化的建模工作以及最优境界技术的研究具有非常重要的理论以及实际意义。 综上所述，计算机技术和有效合理利用可以使矿山生产从过程到手段都能产 生了根本性的革新，不仅提高了生产效率，降低了生产成