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露天采煤技术 1 9 9 9 年 第 1 翅 1 ／ 露 天 煤 矿 模 拟 开 采 系 统 的 研 一 ／ 、 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院魏春启金智求。 摘要在有效的地质模型基础上进行长短期生产计划编制， 是提高露天开采设计质量的有效途 径。 论 述 了露 天矿 的地 质模 型 建 立 方 法、 模 拟开采 系统及 其应 用。 关键 词露 天煤矿 地质模 型开采系统 一， 一 一 随着科学技术的发 展， 计算机在矿业中的应 用已经渗透刊每个方 面。但是，由于矿山开采条件 的多样化和复杂性 ， 彳 啡 开发适用于各类矿 山条件 的通用软件包 在开采计 划编制中， 存在着 各种技 术问题，直接影响使用的可靠性。 我f 门 结合在霍林 河露天矿进 行的科研课题， 对矿床地质模型和能正 确表达矿山设计的模拟 开采进行了研究， 并在 此基 础上对矿山开采计划 的编制进行 了研究 以期 降 低初期 生产录 q 采 比， 提 高露 天矿经济 效益 l矿床地质模型 1 ． 1构模方法 构模方法有三 种 等值线构模法、 网 格构模法、 线框构模法。 尽管 网格构模法 的网格顶 点参数需采用某种方法估 出， 但它优点突出 模型的 操作非常简单， 而且 由于采用 隐含定位技术， 大 大 节省了存储空间 因此研 究中采用网格构模法。 1 ．2 估值计算方法选择 常用的估值方法有三 种 1 ．2 1克里金法 克里金法是 以地质变量空间结构 相关为基础 ， 以区域化变量为核心， 以变异函数为 手段的一种内插估值方法。 1 ．2 2 ,距离幂次反 比法 该方 法认为待估块段的样 品特征值与其邻近的若于样品特征值有关， 而 且和 到待估块段中心点的距离 n次幂或反比。 1 ．2 3 加权最小二乘拟 合法， 是距离幂次反 比法和 趋势面拟 合法结 合的估值方法。 既考虑了邻近参估 样品趋势性变化特征 通过对参估样品的最小二乘 拟台 ， 又考虑了局部变f 拄 特征 通过加距 离权 暑 加权最小二乘拟合法具有很 多优点， 唯一的缺 点是其计算工 作量为距离幂 次反 比法 的 5～ 6 倍 。为保证估值结果满足要求， 研究中选择加权最 小二乘拟合法进行网格点估值 。 1 3 地质构造 ～断层的处理 对断层的处理主要有 以下两种方法 1 3 ． 1 断层面作为 自然估值分区境界 即把整个估 值区域接断层及煤层赋存特征分为若干个分 区， 断 层面是分区的标志界面， 断层两侧的钻孔在估值过 程中互不影响。分区估值后， 再合并组 装成完整的 矿床模 型。 l 3 ,2 修正断层面异侧参估点法 当断层异侧参估 点与待估点连线与 断层面 相交 时， 修 改该 参估 点 值。修改原则为 以断层落差作为对参估 点 高程 指标 进行修正 抬起或降落 的尺度， 修正后的参 估点可在原位参估。 为了解决上述方法存在的问题、 采用下述方法 处理断层两侧估值问题， 实践证明效果 良好 断层屏蔽法 对地质界面网格点估值计算时， 利用断层起屏蔽作用， 即当参估点与待估点的连结 与断层环相交时， 则屏蔽该参估点。这 样处理 ， 采 用全区估值时既不会受断层异侧钻孔影响， 同时又 保证了断层尖灭点外恻有较好的连续 罔 平 滑陛。 1 ．4 生产地质模型的形成 研究矿床开采问题， 需在 已建立的矿床地质模 型基础上， 进一步扩充为准确反映开 采过程 中矿 山 工程发展状态的矿床开采地质模型。 5 维普资讯 露天采煤技术 1 9 9 9 年 第 1 期 露天开采 中错综复杂的矿山工程发展状态及 各种约束关系， 都是通过台阶问相对的时、空关系 体现的。因此， 研究中提 出在矿床地质模型的基础 上， 应用 C A D技术， 建立 以台阶为单元的分层式矿 床开采地质模型的方法。 分层式矿 一 个台阶都作为一个独立分层， 每个分层中都包含 许多平面尺寸相同但高度可以不同的网块， 不同分 层中网块高 度可根据工程、 工艺需要变化， 将构模 区内所有分层按对应的平面坐标及高程次序顺序 地叠加在一起 ，就构成 了该 区域 的矿床 开采地质 模 型。 这是一种维可变、 两维固定的矿床模型。 为适应各种开采作业的要求并便于采矿工程技 术人员使用， 系统以人工编制开采计划的过程为基 础， 利用数字化议及屏幕模拟开采过程 。采掘和排 弃的模拟过程与软件算法是基本相同的 模拟采 掘主要在绘有前期 次 采掘计划工作线位置的图 E 进行， 输入工作线新的推进位置， 计算机完成有 关工程量的计算 ， 屏幕显示工作线推进过 程及计算 结果。 图1 中给出了采掘过 程模拟 的软件工作流程。 本文利用所开发的模拟开采软件系统， 对霍林 河号露天矿设计方案和组合 台阶开采方案分别 进行了模拟开采试验， 并对结果进行 了分 析 比较。 3 ． 1 模拟开采过程 3 ． 1 ． 1模拟开采试验初始位置 的选择 选择原设计 中的达产位置为模拟开采初始位置 3 ． 1 ．2 初始台阶工作线的形成 依据开采方案， 输入 最下层煤台阶 拉沟 台阶位置 ， 并按掘沟参数和煤 层底板等高 线控 制， 以形成最下 水平的 台阶工 作 线， 并以开采方案设定的开采参数所控制 的工作平 盘位置作为 几何 约束条件 平盘宽度 顶板露煤要 求、 组合 台阶组合方式等 调用模拟开 采模型功能 一 自动推进 ， 从下到上 依次产 生出 各水平 台 阶线， 即形成工作帮上各台阶的初始工作线。 3 ．1 ． 3 台阶线的推进 通过台阶线的推进 来实现扩 帮。在扩 帮过程 中只需设定最下台阶的工作线位 置及推进量， 其上各台阶的推进部分即台阶线的推 进位置， 在满足剥采程序、 开采参数及各种时、 空约 束的条件下， 由计算机 自动计算产生。 3 1 ．4 工作线推进的局部调整 需要根据 实际工程 发展的要求对台阶线进行局部调整。 3 ． 2 组合台阶开采方案与原设计方案髓姒开采结果 分析比较 3 ．2 ． 1 两方案模拟开采煤岩量计算结果及生产剥采 比均衡 利用模拟开采模型， 按 3 1 所述的模拟 开采过 程， 对首 采区原设计方案 I 和组合台阶开采方案 Ⅱ 分别进行了模拟开采试验． 得两方案煤岩工程 量计算结果及均衡后的生产剥采比表 1 。 3 ．2 ．2 I、 Ⅱ 方案的比较 仅以剥离费用计算， 组合台阶方案 Ⅱ 与原设 计方案 I 不同生产时期的剥离费用对比见表 1 。 图 1采掘过程模拟的软件工作流程图 表 1 I、 Ⅱ 模拟开采过程的核一 采， 为提高软件工作的 自动化程度并兼顾复杂的开 采作业要求， 系统提供两种台阶模拟推进方式 ①自 动推进 在输入最下部 台阶的推 进位置后，系统 自 动按满足 几何约束要求完成上部台阶的推进 ； ② 非 自动推进 逐台阶输入推进位置 。又可分为规则 推进和随机推进两种情况。 3 模拟开采应用实例 6 ’ 曝醍计 组合白阶生产剥栗 年剥离 单位 年剥离费 均 方案 I 方案 Ⅱ 比差值量 差值 甩差值 衡 剥采比 生产期 剥采比 生产期 I I - I Ⅱ 一I 川 Ⅱ 一 I 期 m t ／ 年／ m t i 侔, m q t 。 。 仍 a 。 ／ 元m 历壳 a r 幂期3 ． 1 7 4 0 2 9 0 5 ,7 3 0 ． 2 7 2 7 0 5 , 0 一】 3 5 0 第二朝3 6 1 7 ． 5 5 3 4 5 7 9 0 0 ． 1 6一】 6 。 5 ． 0 8 0 0 第三期3 3 6 5 ． 8 5 3 7 8 6 ． 1 7 0 ． 4 2 4 2 0 5 ． 0 21 0 0 按净现值法计算霍林河矿服务年限内两方案的 经济效果 ， 则组合台阶方案较设计方案在服务年限 内节省剥离费用的净现值 C按下式计算 维普资讯 露天采煤技术 1 9 9 9 年 第 1 期 7 一 髂 镉 黟 | 霈 彩 缒 禚 惑 锣 前 一 ， 。 _ 厂 ／ 。 二 ／。 l 霍林河矿务局 李全亮 王玉成 马泾苒 赵明磊 巧乃新 一 一 摘要 结合霍林河南露天煤矿生产实际情况， 灵活机动的延洋方式，为提 高经济效益提供参考。 关 键 词 苎兰 堡 丝， 丝 塑 生 1生产工艺简介 霍林河南露天矿是我国投资新建 的大型褐煤 露天矿之一 ，其生产的煤 炭主要用 于发 电。它分 两期建 成 ，首期规模 为 3 0 0万 柏 ， 已于 1 9 8 4 年 9 月 1日投产； 二期工程 扩建规模为 7 0 0 万 啦， 已于 1 9 9 2 年移交投产。该矿的生产工艺为 剥离采用单 斗挖掘 机 一汽车工艺； 采煤采用单斗挖掘机 一汽 车 一半移动式破碎站 一胶带运输机的半连续工艺。 首期工程主要 的采掘设备为R H7 5 液压挖掘机， 运 对 原设计 开拓 延深 方式进 扦 了分析 和评 价， 提 出 了 _≮ ／ 输设备 为 7 5 B型和 H D6 8 0 型 6 8 t 自卸汽车。在二 期扩建工程中， 根据生产规模的扩大和采运设备的 发展 ， 采用了大 中型采运设备。主要设备为 WK一 1 0 B型 1 4 m’ 电铲 及wF一1 2 0 0型 l 2 电铲； 运输 设备为 1 0 8 t 电动轮 自卸汽车。 在辅助设备中， 由于 总投资所限， 设计中数量少， 给生产带来了诸多不便 2 地质条件 霍林河 沙尔乎热采区位于霍林河煤 田的北部 东翼。 有 9 个可采煤层， 其中 1 4 、1 7 矗 ． 1 、 2 1 煤 C ∑C K 而 K K l 式中 C一服务年限内两方案录 i 离费净现值总和； n 一服务年限； 卜 折现率； 按 i 1 0 ％ 计算 C K 一第 K年方案 I的剥离费用减去方案 Ⅱ 的剥离费用。 按表 1 数据计算得 C5 0 3 1 ．4 万元 即组合 台阶方案 方案Ⅱ 比原设计方案 曲案I 优越。 初期年节省剥离费用 1 3 5 0 万元，服务年限 内 按净现值法计算， 节省剥离费用净现值 5 0 0 0 多万元。 4 结论 4 ． 1加权最小二乘拟合法估值外推能力强， 用于呈 明显趋势性变化的地质变量 煤层顶底板高程等 洁 值， 取得了满意效果。 4 ．2 本丈提出了断层屏蔽全区估值法。利用此法估 值计算， 不受异侧参估点 的影响， 同时 又保证断层 两端外侧估值界面有较好的连 续性 和平滑性， 实 用中估值效果良好。 4 ．3 采用网格法构造矿床地质模型， 能灵活方便地 扩充为适应具体开采条件的矿床模型， 且 比块段模 型算量精度高。 4 ．4模拟开采系统为采矿工程师提供了方便、 灵活 且可靠的设计手段， 使实现多方寨设计并从 中选优 成为可能 提高了采矿设计的速度和质量。 4 ．5 实例应用中， 宽采宽组合台阶方案 Ⅱ 比原设 计方案 I 综 合经济效果好 ， 降低初期 生产 剥采 比0 2 7 m ／ t ， 服务期 内仅推迟超前剥离费用的总净 现值 为5 0 0 0多万元。 作者简开 魂春启， 舅 ， 工学礤士， 副教授， 】 9 5 瞬i 生 ] 9 8 2 年 毕业于畴 ． 阜新矿业学院采矿系， 现|5 k 事露天采矿教学与种 矸工作 金智求， 男， 敦授， 1 9 3 3 年生， 1 9 5 8 年毕业于 北京矿业学院前苏 联专寡研究生班． 现从事露天采矿教学与科研工 作．地址 阜新 市 中华路 4 7 号1 2 3 0 0 0 收稿 日期 1 9 9 8 -1 0 - 2 0 7 维普资讯