齐大山铁矿深部开采扩建稳产过渡方案优化.pdf

S e r i e s No ． 4 79 Ma y 2 0 1 6 金 氍 矽 山 METAL MI NE 总 第 4 7 9 期 2 0 1 6年第 5期 齐大山铁矿 深部 开 采扩建稳 产过渡方案优化 赵金先 孙境韩 范 轲 李传林 王永增 1 ． 青岛理工大学管理学院， 山东 青岛 2 6 6 5 2 0 ； 2 ． 鞍钢矿业集团齐大山铁矿， 辽宁 鞍山 1 1 4 0 4 3 摘要齐大山铁矿深部露天一期开采向二期扩建过渡开工较晚， 实现稳产过渡难度很大。根据矿山开采现状 和二期境界内矿岩分布情况， 建立了符合矿山实际的地质模型； 运用优化了的生产技术参数 ， 分析了齐大山铁矿深部 开采扩建稳产过渡滞后的实际和现有的开拓运输系统的生产能力； 对照二期深部开采扩建稳产过渡初步设计， 以构 建的地质模型为基础， 编制了3个不同的实现稳产过渡的采剥进度计划方案和开拓运输系统的建议， 提出了实现稳产 过渡 的合理深 度。通过方案 的技术可行性 比较 ， 确定 了高效可行 的生产扩建稳产过渡方案及矿 山生产建议 。 关键 词 深部开采扩 建稳 产过 渡 方案优化 中图分类号T D 8 5 4 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 1 2 5 0 2 0 1 6 - 0 5 0 1 5 0 4 Op t i mi z a t i o n o f S t a b l e T r a n s i t i o n P r o g r a m d u r i n g D e e p Mi n i n g E x p a n s i o n o f Qi d a s h a n I r o n Mi n e Z h a o J i n x i a n S u n J i n g h a n F a n Ke L i C h u a n l i n Wa n g Y o n g z e n g 1 ． S c h o o l o fMa n a g e m e n t ， Q i n g d a o U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 2 0 ， C h i n a ； 2 ． Q i d a s h a n I r o n Mi n e of A n s h a n I r o nS t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n ， A n s h a n 1 1 4 0 4 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d e e p o p e n p i t mi n i n g p r o j e c t o f t h e Q i d a s h a n I r o n Mi n e s i s i n t h e p r o c e s s o f t r a n s i t i o n f r o m t h e fi r s t p h a s e t o t h e s e c o nd p h a s e ． Ho we v e r ， t h e t r a n s i t i o n s t a r t e d l a t e， i t ’ S qu i t e d i ffi c ul t t o a c hi e v e s t a b l e t r a n s i t i o n． Ac c o r di n g t o t he c u r r e nt s i t u a t i o n o f mi n i n g a n d t h e d i s t ri b u t i o n o f t h e mi n e r o c k w i t h i n t h e s c o p e o f t h e s e c o n d p h a s e， a g e o l o g i c a l mo d e l c o r r e s p o n d i n g t o t h e mi ne’ S r e ali t y wa s e s t a bl i s he d ．W i t h t he us e o f t h e o p t i mi z e d pr o d u c t i o n t e c h n o l og y pa r a me t e r s ， t he pr a c t i c a l s i t u a t i on o f t h e h y s t e r e t i c t r a n s i t i o n a n d t h e p r o d u c t i v i t y o f e x i s t i n g d e v e l o p i n g t r a n s p o rt s y s t e m w e r e a n aly z e d ． C o n t r a s t i n g t o t h e p ri ma r y d e s i g n o f t h e s t a b l e t r a n s i t i o n t o t h e s e c o n d p h a s e o f d e e p o p e n - p i t m i n i n g p r o j e c t a n d b a s e d o n t h e g e o l o g i c a l m o d e l b u i l t ， t h r e e d i f f e r e n t s t r i p p i n g s c h e d u l e p r o g r a ms a n d s u g g e s t i o n s o f d e v e l o p me n t t r a n s p o rt s y s t e m w e r e d r a w n u p， a n d t h e r e a s o n a b l e d e p t h o f t h e s t a b l e t r a n s i t i o n w a s p r e s e n t e d ． T h r o u g h a n a l y z i n g t h e t e c h n i c a l f e a s i b i l i t y， a n e ffic i e n t a n d f e a s i b l e p r o d u c t i o n e x p a n s i o n o f s t a b l e t r a n s i t i o n p l a n a n d a p r o p o s al o f t h e mi n e p r o d u c t i o n we r e d e t e r mi n e d ． Ke y wo r d s De e p mi n i n g ， E x p a n s i o n， S t a b l e t r a n s i t i o n， S c h e me o p t i mi z a t i o n 齐大 山铁矿是特大型露天开采铁 矿山之一 。目 前 ， 开采 已经接近一期开采境界末期 ， 截止到 2 0 1 4年 末 ， 一期境界 内结余矿量约为 0 ． 8 1 亿 t ， 岩石 0 ． 4 4亿 t ， 按矿石 1 7 0 0万 t ／ a计算 ， 稳产开采 的服务 年限仅 有 4 a 多 。2 0 1 2年进行了二期开采工程初步设计 ， 二 期境界露天底标高为- 4 5 0 IT I ， 矿 石生产规模仍然 为 1 7 0 0万 t ／ a ， 开采区域为 6 0剖面线至 3 4 0 0剖面线 ， 采场境界长 3 9 8 0 I n ， 宽 1 3 5 0 m。2 0 1 3年矿 山的二 期扩建工程正式开工 ， 但是 ， 由于开工晚， 要实现 由一 期开采向二期开采的稳产过渡 目标 ， 难度很大 ， 急需 开展二期境界扩建研究工作 ， 确定合理有效 的生产过 渡方案 七 J ， 以确保矿山实现稳产过渡 。 收稿 日期2 0 1 6 0 3 1 7 作者 简介赵金先 1 9 6 4 一 ， 男 ， 教授 ， 硕士研究生导师 。 1 矿 山现 状 齐大山铁矿一期设计采剥总量为 5 1 0 0万 t ／ a ， 露天底标高为- 2 7 0 m， 开采区域为 6 O剖面线 至 3 4 0 0 剖面线 ， 采场境界长 3 4 8 0 i n ， 宽 1 0 8 0 in， 矿山 目前 已 进人深 凹露天开采 ， 如 图 1所示 。 采场以 2 0 0 0剖面线 、 3 0 0 0剖面线为界分为北采 区、 南采 区和二矿区 3个采区 ， 采场内呈北高南低的 形状。 目前 ， 矿山生产水平有 6个 ， 主要 出矿水平为 一 1 2 0 、 一 1 3 5 、 一 1 5 0 、 一 1 6 5 、 一 1 8 0和一 1 9 5 I n水平。 矿山开拓运输方式主要采用汽车一破碎一胶带 系统、 汽车一铁路系统和汽车直排岩石系统等 3种方 式 ， 以“ 汽车一可移式破碎机一胶带机开拓运输 ” 方 1 5 总第 4 7 9期 金 鬣 砖 2 0 1 6年第 5期 系统 图 1矿 山 开 采 现 状 Fi g． 1 Pr e s e n t s i t uat i o n of mi ne e x pl oi t a t i o n 式为主。该矿现有 3套破碎胶带运输 系统 ， 分 别是 2 套半移动破碎 矿 、 岩各 1套 和 1套 固定破 碎 北 破 胶带系统。矿石破碎胶带运输系统能力为 1 4 0 0 万 t ／ a ， 中部岩石破碎胶带运输 系统能力为 2 5 5 0万 t ／ a ， 北部破碎胶带运输系统能力为 1 4 0 0万 t ／ a ， 其中 矿石 3 0 0万 t ／ a ， 岩石 1 1 0 0万 t ／ a 。矿山近年来矿石 生产能 力为 1 7 0 0万 t ／ a ， 剥岩量 为 6 0 0 0万 t ／ a左 右 ， 目前胶带 系统的矿石运输能 力能够满 足生产需 求 ， 岩石胶带运输能力为 3 3 5 0万 t ／ a ， 岩石胶带运输 能力不足部分采用汽车运输方式解决。 2建立地质模型 为了更有效地研究可行的一期开采 向二期开采 的稳产过渡方案 ， 需要构建齐大山矿的地质模型。 通过对建模软件进行分析 、 比选 ， 采用 3 D mi n e软件 ， 根据齐大山矿的地 质分层平 面图 ， 构建矿床实 体模 型， 模型中， 共构建氧化矿 F e h 实体 6 0个、 半氧化 矿 F e h p 实体 6 9个 、 未 氧化矿 F e p 实体 7 6个、 低 品位矿石 F e w 实体 4 7个、 夹石 实体 2 6个 ； 用 S u r ． p a c 软件建立 了离散 化块 体模型 ， 根据实体模 型， 确 定模型场范 围、 块体模型标准块尺寸 、 属性等 ， 建立块 体模型， 对块体模型进行约束赋值； 将二期境界进行 处理生成 D T M面文件 ， 用该二期境界 D T M面约束估 算其 以上的境界内矿岩量 ， 并验证 了模型的准确性 ， 为深部开采扩建稳产过 渡方 案研究确定 了分层矿岩 造表及矿岩赋存部位等基础条件 。 根据对地质模型的研究分析 ， 矿山一期境界内岩 石量较少。二期境界内北端帮- 3 0 m以上已经靠帮， 6 0号 ～1 0 6 0号勘探线之间二期境界最低开采标高为 1 6 一 9 0 m， 一 3 0 m至一 9 0 m之间主要以矿石为主 ， 岩石量 较少。二期境界内南端帮从地表开始见矿 ， 并且矿体 向下延伸性较好 ， 矿石量较 多 ， 矿体走 向长度约 5 2 0 m， 宽度约 2 5 0 m。二期境界内岩石主要赋存在矿体 上下盘两帮 ， 岩体 由上 向下逐 步加 宽， 其 中， 1 0 6 0号 ～ 2 0 0 0号勘探线之 间， 东西两帮 岩体 宽度为 1 0 0～ 3 0 0 m； 2 0 0 0号勘探线 以南 ， 东帮岩体 宽度为 3 0 0～ 5 5 0 m， 西帮岩体宽度为 2 3 0～ 4 5 0 m。 3 深部开采扩建稳产过渡方案选择 3 ． 1 稳产过渡采剥进度计划参数的选择 1 根据预排采剥进度计划进行模拟 ， 确定正常 生产最小采掘带宽度 5 0 m， 上部扩 帮剥离最小采掘 带宽度 8 0 m。 2 根据建立的矿 山地质模型及确定 的正常生 产及剥离的最小采掘带宽度 ， 运用方案法预排采剥进 度计划 ， 经过模拟 ， 并参考各类型号电铲的技术参数 ， 最终确定优化的与各类电铲相适应的采区长度如下。 4 m 电铲 2 0 0～2 5 0 m， 效率 1 2 0万 t ／ a ， 困难地 段长度 1 0 0～1 5 0 n l ， 降效使用 ； 1 0 m 电铲 3 0 0～ 4 0 0 m， 效率 3 0 0万 t ／ a ， 困难地 段长度 1 5 0～ 2 0 0 m， 降效使用 ； 1 6 ． 8 m 电铲 4 0 0～5 0 0 m， 效率 5 0 0万 t ／ a ， 困难 地段长度 3 0 0 4 0 0 m， 降效使用； 2 0 m 电铲 4 0 0～ 5 0 0 m， 效率 7 0 0万 t ／ a ， 困难地 段长度 3 0 0～ 4 0 0 m， 降效使用 。 根据以上参数 ， 进行采剥进度计划方案选择。 3 ． 2 稳产过渡采剥进度计划方案比较 依据矿山开采现状 ， 保证矿山矿石规模 1 7 0 0万 t ／ a ， 二期矿石破碎胶带运输 系统第 2年投入使用 ， 结 合二期公路开拓系统和二期境界内上部分层矿岩量 ， 参照采剥进度计划参数 ， 共制定 了 3个过渡期采剥进 度计划方案 。 1 方案一。采剥进度计划思路 尽早增加上部 扩帮区域出矿能力 ， 减轻深部 出矿压力 ， 南帮、 东帮 、 西帮 ， 三帮就近利用路由通道 ， 同时扩帮 ， 以南帮汽车 运输路由为通道 ， 逐 年加大开采上部南端 帮采矿能 力 ， 减轻深部开采压力 ， 以东帮汽车运输路 由为通道 ， 开展东帮扩帮工作 ， 以西帮汽车运输路由和北部破碎 胶带运输系统为通道 ， 强采西帮， 保证第 2年二期矿 石破碎胶带运输系统投入使用 ， 东、 西两帮的北部 同 时扩帮， 尽早为境界北部 出矿创造 条件 ， 增加上部 出 矿能力 。在剥离东南端帮岩石过程中， 注意为建设南 部岩石破碎胶带运输系统- 4 5 m破碎站打开空 间， 尽 早使南部岩石破碎胶带运输系统投入使用 ， 在不影 响 赵金先等 齐大山铁矿深部开采扩建稳产过渡方案优化 2 0 1 6年第 5期 上部扩帮进度的同时 ， 尽量使一期 中部岩石破碎胶带 运输系统使用时间最长 ， 保证深部开采的岩石运输通 道畅通， 第 2 年二期矿石破碎胶带运输系统投入使用 前 ， 保证一期矿石破碎胶带运输系统不被破坏 ， 确保 深部开采的矿石运输通道畅通 ， 南端帮扩帮采用矿体 中或矿岩交界带开沟。 矿 山前期年剥采 比为 4 t ／ t 。方案一过渡方案矿 岩量变化曲线见图 2 。 { L 年 份 第 n 年 图2 方案一矿岩量变化曲线 Fi g ． 2 Or e r o ck v o l u m e c ha nge c u r ve a t S c he me 1 方案一概述 一期矿石破碎胶带运输系统第 2年 停止使用 ； 二期矿石破碎胶带运输系统第 2年投入使 用 ； 南部岩石破碎胶带运输 系统第 6年投入使用 ； 中 部岩石破碎胶带运输系统第 7年投入使用 ； 剥采 比 4 t ／ t 维持 8 a 。 2 方案二。一 期矿石破 碎胶带运输 系统第 2 年停止使用 ， 二期矿石破碎胶带运输系统第 2年投入 使用 ， 南部岩石破碎胶带运输系统第 6年投入使用， 中部岩石破碎胶带运输系统第 6年投入使用 ， 剥采 比 4 ． 3 5 t ／ ， t 维持 2 a ， 4 ． 1 2 t ／ t 维持 4 a ， 之后剥 采 比增 大 ， 预计后期剥采 比急剧下降。方案二过渡方案矿岩 量变化 曲线见图 3 。 l 2 4 5 6 7 年份 第n 年 图 3 方案二矿岩量变化 曲线 Fi g ． 3 Or e r oc k v o l ume c h a n g e c u r v e a t S c h e me 2 方案二采剥进度计划思路与方案一类似 ， 不同点 在于加大了前期 的剥岩量 ， 并且南端帮扩帮尽量采用 固定帮开沟 。 3 方案三。方案 三采剥进度计划 思路与方案 一 类似 ， 不同点在于加大 了前期的剥岩量。方案三过 渡方案矿岩量变化曲线见图 4 。 年 份 第 n 年 图4 方案三矿岩量变化曲线 Fi g． 4 Or e r oc k v o l u m e c ha ng e c ur v e at Sc he me 3 方案三概述 一期矿石破碎胶带运输 系统第 2年 停止使用 ， 二期矿石破碎胶带运输系统第 2年投人使 用 ， 南部岩石破碎胶带运输系统第 6年投入使用 ， 中 部岩石破碎胶带运输 系统第 6年投入使用 ， 剥采 比 4 ． 3 5 t ／ t 维持 2 a ， 4 ． 1 2 t ／ t 维持 5 a ， 之后剥采 比急剧 下降。 3 ． 3 采剥进度计划方案选择 各方案主要优缺点对比见表 1 。 表 1 各方案优缺点对 比 Tabl e 1 Adv a nt ag e s a nd di s a dv an t ag e s o f e a c h s c he me 霉 过 渡 期 参 数 优点 缺点 第 7年完成过 渡 ， 上 部扩 帮最 低开 采 台阶 为 一 1 3 5 ～ 1 2 0 m台阶， 深部最低 竺 开采 台阶为一 2 5 5～ 2 4 0 m A t 台 阶； 过 渡 期 间 ， 年 平 均 采矿量为 l 7 0 0万 t ， 剥岩 量为 6 8 0 0万 t ， 剥采 比为 4 t ／ t 。 音 第 6年完成 过渡 ， 上 部扩 帮最 低开 采 台阶 为 一 1 5 0 “f F ～ 1 3 5 m 台阶 ， 深 部最 低 一 开采台阶为- 2 5 5～ 2 4 0 m J -Z - 一 台 阶； 过 渡 期 间 ， 年 平 均 采矿量为 1 7 0 0万 t ， 剥岩 量为 7 1 0 0万 t ， 剥采 比为 4 1 8 t ／ t 。 第 7年完成 过渡 ， 上 部扩 帮最 低开 采 台阶 为 一 1 5 0 ～ 1 3 5 m 台阶 ， 深 部最 低 一 开采台阶为一 2 5 5～2 4 0 m 一 台阶； 过渡期间， 年平均 呈 采矿量为 1 7 0 0万 t ， 剥岩 量为7 1 1 4万t ， 剥采比为 答 4． 1 8 t ／ t 术 年 剥 采 比稳 ，对 应设备使 周期 长 ； 前期 采 比小 ， 对应 期投资少。 期 各 台 阶工 平 台 宽 度 较 案一 大 ； 中部 石 破 碎 胶 带 输 系 统 投 入 用 时 间 较 方 一 早 1 a 。南 扩 帮 区域 采 固定帮掘沟。 期 各 台阶 工 平 台 宽 度 较 案一 大 ； 中部 石 破 碎 胶 带 输 系 统 投 入 用 时 间 较 方 一 早 1 a 。 期各 台 阶 工 作 台 宽 度 较 方 案 和方 案三 小 ； 中 岩 石 破 碎 胶 带 输 系 统 投 入 使 时 间 较 方 案 二 方案三晚 1 a 。 年 剥 采 比波 动 大 ， 对 应设 备投 不稳 定 ； 前 期剥 比大 ， 对应 前期 资 多。 逐 年 剥 采 比波 动 较大 ， 对 应设 备投 入不稳 定 ； 前 期剥 采 比大， 对应 前期 投资多 。 矿山在一期境界向二期境界过渡的过程中， 大量 剥岩主要集中在上部扩帮工作中， 深部开采主要是采 矿 ， 剥岩量很少 。方案二和方案三 ， 加大前期上部剥 岩量， 一方面前期投资增大； 另一方面， 各水平扩帮工 作线推进距离更长 ， 采掘强度加大 ； 并且会导致后期 剥采 比急剧下降 ； 在剥岩 的过程 中， 由于扩帮工作线 长度和工作面数量有限， 扩帮台阶下降速度增速不明 显 ， 各胶带运输系统投入使用时间并未显著提前 。而 方案一的采剥进度计划参数不但能够满足要求 ， 而且 ．1 7 ． 前 平 二部 运 用 和 逐 较 人 采 投 M 叭 叭 0 8 6 4 2 l 咖 总第4 7 9期 金 属 矽 山 2 0 1 6年第 5期 逐年剥采比更低并且稳定。 综上所述 ， 方案一是 3个采剥进度计划方案 中的 最优方案。 3 ． 4 最优方案与原初步设计过渡方案比较 从方案一过渡期采剥进度计划与原矿 山初步设 计过渡期采剥进度计划的比较可以得出 原扩建初步 设计 齐大山铁矿二期开采初步设计 简称“ 原设 计” 过渡期为 2 0 1 2 --2 0 2 0年 ， 逐年剥采 比为 2 ． 4 4～ 3 ． 8 2 t ／ t ， 剥采 比维持 3 ． 8 2 t ／ t 为 4 a ； 优化后过渡期 为 2 0 1 4 --2 0 2 1 年 ， 逐年剥采 比均为 2 ． 9 6 4 t ／ ， t ， 剥采 比维持 4 t ／ ， t 为7 a 。过渡期稳产时问由原来的4 a 转 为 7 a ， 设备投入更为稳定 ， 生产组织更加合理 ； 齐大 山铁矿经过几年过度生产， 矿山生产的组织已经较为 困难 。 方案一为矿山继续生产提 出了合理高效 的过渡 期 生产 方 案 ， 使 得 生产 组 织 能 够继 续 步 入 正 轨 ， 2 0 1 2 --202 1 年 ， 少剥岩 1 6 6 1 万 t ， 多采矿 6 1 万 t 。 4采剥进度计划建议 在 目前的经济形势下 ， 齐大山铁矿以最经济的方 案实现一期境界到二期境界的稳产过渡 ， 可以保证矿 山的生存发展 ， 对矿 山未来几年 的生产经 营尤为重 要。由一期境界向二期境界稳产经济地过渡 ， 需要注 意一下几点 1 南帮 、 东帮、 西帮同时扩帮， 前期 以南帮出矿 为主， 后期补充境界北部出矿能力 ， 逐步减轻深部开 采压力 ， 替代深部采矿。 2 尽早实现二期矿石破碎胶带运输 系统 和南 部岩石破碎胶带运输系统投入使用。 1 8 3 在不影响上部扩帮进度的同时 ， 尽量使一期 矿石破碎胶带运输系统和一期 中部岩石破碎胶带运 输系统使用时间最长 ， 保证深部开采的矿岩运输通道 畅通 。 参考文献 [ 1 ] 徐帅 ， 李元辉 ， 高振领 ， 等． 露天转地 下不 扩帮延伸 采矿方 法 研究 [ J ] ． 金属矿 山， 2 0 1 1 8 4 1 4 4 ． Xu S h u a i ， L i Yu a n h u i ， Ga o Z h e n l i n g， e t a 1 ．S t u d y o n t h e e x t e n s i o n mi n i n g me t h o d wi t h o u t e x p a n s i o n s i d e s l o p e d u ri n g t r a n s i t i o n f r o m o p e n - p i t t o u n d e r g r o u n d mi n i n g [ J ] ． M e t a l M i n e ， 2 0 1 1 8 4 1 - 4 4 ． [ 2 ] 王英俊． 露天矿 扩帮范 围优 化研究 [ J ] ． 价 值工 程 ， 2 0 1 4 2 9 28 0 2 81 ． Wa n g Y i n g j u n ． S t u d y o n t h e o p t i mi z a t i o n o f o p e n p i t mi n e e x p a n s i o n s c o p e [ J ] ． V al u e E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 4 2 9 2 8 0 - 281 ． [ 3 ] 龚清 田． 露天矿末期延深扩帮经济合 理剥采 比的确定 [ J ] ． 金 属 矿 山， 1 9 9 9 3 5 7 ． G o n g Q i n g ti a n ． D e t e r m i n a t i o n o f t h e e c o n o m i c a l l y r a t i o n a l s t ri p p i n g r a t i o o f t h e e x t e n s io n a n d e x p a n s i o n i n t h e la t e p e rio d o f o p e n - p i t mi n e s [ J ] ． Me t al Mi n e ， 1 9 9 9 3 5 7 ． [ 4 ] 梁峥祥 ， 吴庆深 ． 眼前山铁矿三期 开采方 式 的研 究 [ J ] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 4 S 1 1 5 l 一 1 5 6 ． L i a n g Z h e n g x i a n g ， Wu Q i n g s h e n ． I n v e s t i g a t i o n o n t h i r d p h a s e mi n i n g mo d e o f Ya n q i a n s h a n I r o n M i n e [ J ] ． M e t a l Mi n e ， 2 0 0 4 s 1 1 5 1 - 1 5 6． f 5 ] 渠爱巧 ， 韩延清 ， 米成 ， 等． 歪头 山铁矿扩 帮开采工程 岩石 运 输系统方案的探讨[ J ] ． 辽宁科技学院学报， 2 0 1 5 ， 1 7 2 2 2 2 4 ． Q u A i q i a o ， Ha n Y a n q i n g ， Mi C h e n g ， e t a1． An i n q u i r y o n t h e w a s t e t r a n s p o r t s y s t e m f o r t h e s i d e w a l l e x p a n d i n g p r 0 j e c t i n Wa i t o u s h a n O p e n P i t I r o n M i n e [ J ] ． J o u r n a l of L i a o n i n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 5， 1 7 2 2 2 2 4 ． 责任编辑徐志宏