本文關鍵詞：露天礦群開發(fā)設計理論與工程優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著露天礦礦山工程的發(fā)展,同一煤田相鄰露天礦相互影響,相互制約的矛盾日益突出,成為一個不容忽視和回避的問題,我國很多大型露天煤田都存在兩個相鄰露天礦協(xié)調開采的問題。如內蒙古的白音華煤田、勝利煤田、準格爾煤田、東勝煤田,山西的平朔煤田等等,無一不存在相鄰露天礦協(xié)調開采的問題。在這方面,目前還沒有成熟的理論和技術,因此,專門從露天礦群時空關系及總體布局上系統(tǒng)地研究優(yōu)化開發(fā)的理論與關鍵技術研究是十分必要和重要的課題,其成果對適合露天開采的大型煤田的合理開發(fā)具有重要的指導作用,對露天礦群的獨立開發(fā)和協(xié)調開發(fā)也具有一定的理論指導意義和實用價值,論文以平朔礦區(qū)露天礦群開發(fā)工程實例驗證了露天礦群設計理論與工程優(yōu)化的效果。論文的主要研究成果如下:(一)完善了露天礦群的概念,并對其特征及優(yōu)勢進行研究與分析;在此基礎上,總結出我國主要的適合露天礦群模式開采的大型煤田,并與國外主要產煤國家的典型露天礦群的現(xiàn)狀進行簡要對比。(1)完善了露天礦群的概念:露天礦群是對在同一個煤田或礦區(qū)內,由同一個法人主體對空間上鄰近、開采時間上同步或重迭開發(fā)的多個露天礦的總稱。露天礦群開發(fā)模式顯然不同于傳統(tǒng)的單一礦坑開發(fā)模式,應在開采境界、開采程序、開采工藝、基礎設施、安全管理等設計理論和工程實施方面突出相關性和關聯(lián)性以及共用性,實現(xiàn)資源開發(fā)的整體效益和生產系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調;(2)分析并總結出露天礦群的四大特征:①礦群內的露天礦在時空上相互關聯(lián),在境界上互為關聯(lián)相互交叉,在時間上具有同步性,互為影響,從而成為一個有機的整體,實現(xiàn)了露天礦山之間真正意義上的聯(lián)合開發(fā);②礦群內各露天礦的生產系統(tǒng)和輔助設施共享程度大,存在生產、輔助資源共享,各礦之間基礎設施、生產資料達到優(yōu)化配置,減少重復建設,礦群模式開發(fā)主要目的就是達到經濟上的最優(yōu),如果礦群中各礦之間沒有各種資源的共享,實質上依然是單個露天礦的傳統(tǒng)模式;③位于具有相似的自然、社會條件的同一區(qū)域,從而才有了共同開發(fā)和資源共享的客觀基礎;④一個法人模式下開發(fā)露天礦群,可以最大程度的提高資源回收率,同時各礦之間資源共享會更少阻礙,改變過去國家與地方劃定的礦權邊界重疊;(3)分析并總結出露天礦群模式開采的優(yōu)勢:①礦群集中開發(fā),礦區(qū)總體規(guī)模迅速提升,如平朔礦區(qū)通過露天礦群開發(fā)模式,短時間內產量規(guī)模過億噸;②礦群開采模式可調劑各個礦的剝采能力以保持穩(wěn)定的礦區(qū)開發(fā)規(guī)模,提高礦區(qū)應對復雜地質條件的能力,保證年煤炭產量的穩(wěn)定性;③共用基礎設施,降低新建礦山成本;④礦群內部生產資料共享,如生產設備、排土場,統(tǒng)籌優(yōu)化開拓運輸系統(tǒng)等措施,可以有效降低礦群煤炭生產成本;⑤通過礦群開采程序的統(tǒng)籌優(yōu)化,減少礦山轉向,協(xié)同開采消除端幫,提高了資源回收率,提高了生產效率;⑥在內部可以最大程度的實現(xiàn)煤質搭配,優(yōu)化產能結構,減小礦群對外部配煤資源的依賴程度;(4)對國內適合露天礦群模式開發(fā)的煤田基本情況進行總結,列出其資源儲量及規(guī)劃情況,并介紹了美國、澳大利亞、加拿大、印度的露天礦群開發(fā)情況。(二)提出露天礦群開發(fā)總規(guī)模概念及構成,并進一步分析露天礦群生產規(guī)模、露天礦群外購規(guī)模,進而總結構建確定各部分的技術路線及數(shù)學模型。(1)露天礦群開發(fā)總規(guī)模是指露天礦群對外銷售煤炭的總規(guī)模,由露天礦群山生產規(guī)模和露天礦群外購規(guī)模兩部分組成。2011年,神華集團自產煤2.82億噸,商品煤銷量3.87億噸,全年外購商品煤1.05億噸,同比增長56.15%,連續(xù)兩年保持55%左右的增速,外購煤占煤炭銷售量的比重27.21%,同比提高6個百分點,創(chuàng)歷史新高。按照規(guī)劃,神華集團在 十二五‖末期,外購煤總量要占據(jù)總銷售量的40%以上;2011年,中煤集團全年原煤產量1.64億噸,外購煤達3230萬噸,是自產煤炭的19.70%,同比增長24.6%。外購煤炭在煤炭生產企業(yè)中的作用將越來越大,因此,本論文將其納入露天礦群總規(guī)模,以便更加符合我國煤炭生產企業(yè)的實際運營情況;(2)露天礦群生產規(guī)模是指露天礦群內的各個礦山每年自行生產采出的煤炭總量,論文總結并建立了露天礦群生產規(guī)模的技術路線及確定方法,根據(jù)儲量的限制確定上限規(guī)模,根據(jù)規(guī)模經濟確定下限規(guī)模,將開采工藝、工作線長度與推進度、當?shù)赝獍┕つ芰�、輔助環(huán)節(jié)、投資融資額度、外部運輸環(huán)境作為條件約束,然后在這些因素所確定的區(qū)間內通過技術經濟比選,確定露天礦群經濟合理的生產規(guī)模;(3)露天礦群外購規(guī)模是指礦山生產企業(yè)為了達到國家政策的要求,以及通過煤炭銷售獲取更高利潤等目的,通過外購部分煤炭與自行生產的煤炭進行配煤后再進行銷售,這部分的外購煤炭量就叫做露天礦群外購規(guī)模。(三)分析總結露天礦群開采程序基本類型及其特點,對露天礦群開采程序的優(yōu)勢及影響因素進行分析,從而進一步建立其評價指標體系、技術路線及數(shù)學模型,并以平朔露天礦群為例證。(1)將露天礦群開采程序基本類型分為三種:同向推進開采、相對推進開采及垂直方向推進開采,分析了各種優(yōu)化類型的主要特點,并結合平朔礦群、白音華礦群的工程實踐進行說明。論文同時分析了露天礦群開采程序的優(yōu)勢:①礦群統(tǒng)籌優(yōu)化,減少采區(qū)轉向次數(shù);②協(xié)調開采端幫壓煤,提高資源回收率;③共享排土空間,減少二次剝離量;④消除部分相鄰端幫,減少邊坡維護工作,尤其對軟巖露天礦;⑤降低煤炭自燃隱患,有利于礦山安全生產工作;(2)分析并總結影響其優(yōu)化的影響因素主要有:①不同礦之間開采工藝的差異;②開拓運輸系統(tǒng)的影響;③對內外排土場的影響;④輔助生產環(huán)節(jié)的影響;⑤相鄰露天礦時空位置的協(xié)調;⑥邊坡穩(wěn)定性的影響;(3)建立露天礦群開采程序評價指標體系,將整個指標體系分成兩層,第一層:露天礦群層,包括“礦群階段總煤量均衡性”,“礦群階段剝采比波動性”“追加投資”三個指標;第二層:露天礦層,包括“露天礦總采煤量”,“露天礦總剝離量”,“外排量”,“外排綜合運距”,“階段采剝總量均衡性”,“階段采煤量與剝離量相關性”,“安全生產隱患”,“開拓運輸系統(tǒng)復雜程度”八個指標;(4)論文應用改進的復合理想解法進行開采程序的綜合評價,傳統(tǒng)理想解算法,只能針對一個礦多個方案進行評價,無法滿足露天礦群開采程序評價的需要,論文在傳統(tǒng)理想解算法的基礎上,將多個理想解進行無量綱復合,從而適應了露天礦群開采程序優(yōu)化評價的需要。(四)針對露天礦群的排土特點,提出了露天礦群排土優(yōu)化的雙層機制,露天礦群內排與外排的流向流量優(yōu)化機制與“排土—產量”調節(jié)機制,并分別構建礦群內外排的流向流量優(yōu)化模型,“排土——產量”反饋調節(jié)的流程及模型,從而達到降低礦群總成本的目的。(1)分析總結露天礦群排土優(yōu)化的特點:①各露天礦的外排土場打破原有歸屬界限;②內排土場依舊由各礦排棄,且盡量排滿;③礦群境界內的外排土場底面積可以擴展,不受露天礦境界約束;④盡量減少礦群境界外的外排土場;⑤根據(jù)流向流量優(yōu)化結果,降低排棄成本高露天礦的產量,提高有內排空間礦的生產量,達到降低總成本的目的。(2)在此基礎上,提出了露天礦群排土優(yōu)化的雙層機制,露天礦群排土流向流量優(yōu)化與“排土—產量”的反饋調節(jié),從露天礦群的角度出發(fā),不受單個露天礦境界的限制,所有的外排土場可以提供給各個露天礦使用,尤其是相鄰距離不大的兩個露天礦之間,通過線性規(guī)劃等優(yōu)化算法,可以起到調節(jié)礦群流向流量的目的,減少運輸功,同時,在排棄條件不好的露天礦,適當降低產量指標,在內排空間充足的露天礦,增大產量,通過這種協(xié)調方式,保持了礦群生產規(guī)模的穩(wěn)定,又降低了礦群的總運輸成本和排土成本,達到經濟效益的提高,“排土—產量”的調節(jié)要充分考慮單個礦山的生產能力,適用于在露天礦群流向流量優(yōu)化后的有限調節(jié);(3)構建露天礦群內排、外排流向流量優(yōu)化模型,首先在各個露天礦內進行內排的優(yōu)化,根據(jù)總排棄量減掉全部內排量,得到礦群的總外排量,此時,外排土場不再具體歸屬于某一個露天礦山,露天礦可以向礦群內全部的外排土場排棄,以礦群總體運輸功最小為目標函數(shù)進行優(yōu)化,發(fā)揮露天礦群開采的優(yōu)勢;(4)構建了“排土—產量”的反饋調節(jié)模型,包括技術流程及數(shù)學公式,站在露天礦群的角度,統(tǒng)籌排土與產量的規(guī)劃,在排棄條件不好的露天礦,適當降低產量指標,在內排空間充足的露天礦,增大產量,通過這種協(xié)調方式,保持了礦群生產規(guī)模的穩(wěn)定,又降低了礦群的總運輸成本和排土成本,達到經濟效益的提高。
【關鍵詞】：露天礦群 設計理論 礦群開發(fā)總規(guī)模 礦群開采程序 礦群流向流量
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD824
【目錄】：

• 摘要5-9
• Abstract9-18
• 1 緒論18-28
• 1.1 選題背景及意義18-20
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.1 露天礦群開發(fā)設計理論研究現(xiàn)狀20-21
• 1.2.2 生產規(guī)模研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 開采程序優(yōu)化研究現(xiàn)狀22-24
• 1.2.4 排土流量流向優(yōu)化研究現(xiàn)狀24-25
• 1.3 存在的問題與不足25
• 1.4 論文主要研究內容25-26
• 1.5 論文研究方法及技術路線26-27
• 1.6 本章小結27-28
• 2 露天礦群基本概念及我國露天礦群模式開發(fā)的煤田分析28-64
• 2.1 露天礦群及其特征28-31
• 2.1.1 露天礦群在開發(fā)時空上緊密關聯(lián)29
• 2.1.2 礦群內各露天礦的生產系統(tǒng)和輔助設施共享程度大29-30
• 2.1.3 多個礦處于同一區(qū)域，其地質資源、開采和社會條件基本相同30
• 2.1.4 露天礦群的開發(fā)區(qū)主體同屬于一個法人30-31
• 2.2 露天礦群開發(fā)模式的優(yōu)勢31-35
• 2.2.1 礦群集中開發(fā)，礦區(qū)總體規(guī)模迅速提升31-32
• 2.2.2 礦群開采模式可調劑各個礦的剝采能力以保持穩(wěn)定的礦區(qū)開發(fā)規(guī)模32-33
• 2.2.3 以礦區(qū)基礎設施為支撐，有效降低新建礦山成本33
• 2.2.4 礦群內部生產系統(tǒng)和管理資源可共享，降低總生產成本33-35
• 2.2.5 提高資源回收率，減少煤炭資源的浪費35
• 2.2.6 實現(xiàn)煤質搭配，優(yōu)化產能構成，提升市場競爭力35
• 2.3 我國適合露天礦群模式開發(fā)的煤田基本情況分析35-55
• 2.3.1 準格爾礦區(qū)露天礦分布及露天礦群35-37
• 2.3.2 寶日希勒礦區(qū)露天礦分布及露天礦群37-39
• 2.3.3 白音華礦區(qū)露天礦分布及露天礦群39-40
• 2.3.4 勝利礦區(qū)露天礦分布及露天礦群40-42
• 2.3.5 霍林河礦區(qū)露天礦分布及露天礦群42-44
• 2.3.6 沙爾湖煤田沙爾湖礦區(qū)露天礦分布及露天礦群44-47
• 2.3.7 沙爾湖煤田庫木塔格礦區(qū)露天礦分布及露天礦群47-49
• 2.3.8 準東煤田五彩灣礦區(qū)露天礦分布及露天礦群49-51
• 2.3.9 準東煤田大井礦區(qū)露天礦分布及礦群51-52
• 2.3.10 準東煤田西黑山礦區(qū)露天礦分布及露天礦群52-53
• 2.3.11 平朔礦區(qū)露天礦分布及露天礦群53-55
• 2.4 國外部分露天礦群開發(fā)情況55-62
• 2.4.1 美國北安特洛浦/ 羅切爾露天煤礦群55-56
• 2.4.2 美國黑雷露天煤礦群( Black Thunder Coal Mine)56-57
• 2.4.3 澳大利亞昆士蘭州露天礦群57-60
• 2.4.4 印度Neyveli褐煤礦區(qū)露天煤礦群60-61
• 2.4.5 加拿大露天礦群61-62
• 2.5 本章小結62-64
• 3 露天礦群開發(fā)總規(guī)模的確定64-100
• 3.1 露天礦群開發(fā)總規(guī)模64-68
• 3.1.1 露天礦群開發(fā)總規(guī)模構成64-65
• 3.1.2 以市場需求量為根本約束65-67
• 3.1.3 不飽和規(guī)模67-68
• 3.2 露天礦群生產規(guī)模68-79
• 3.2.1 露天礦群生產規(guī)模68-69
• 3.2.2 技術流程69-71
• 3.2.3 上限規(guī)�！O計規(guī)范與資源儲量約束71-72
• 3.2.4 下限規(guī)�！潭ǔ杀九c可變成本關系72
• 3.2.5 條件約束72-78
• 3.2.6 經濟生產規(guī)模的確定78-79
• 3.3 露天礦群必須外購煤量的確定79-85
• 3.3.1 關于必須外購煤量的論述79-82
• 3.3.2 必須外購煤量的技術流程82
• 3.3.3 確定必須外購煤量的數(shù)學模型82-85
• 3.4 露天礦群經濟外購煤量的確定85-90
• 3.4.1 關于經濟外購煤量的論述85-88
• 3.4.2 經濟外購煤量的技術流程88-89
• 3.4.3 確定經濟外購煤量的數(shù)學模型89-90
• 3.5 關于露天礦群合理礦數(shù)確定的原則90-91
• 3.6 中煤平朔露天礦群實例研究91-98
• 3.6.1 平朔露天礦群合理生產規(guī)模的分析91-96
• 3.6.2 平朔露天礦群合理外購規(guī)模的分析96-97
• 3.6.3 平朔露天礦群開發(fā)總規(guī)模97-98
• 3.7 本章小結98-100
• 4 露天礦群開采程序綜合評價體系及方法100-128
• 4.1 露天礦群開采程序基本類型及其特點100-105
• 4.1.1 同向推進礦群開采程序及其特點101-102
• 4.1.2 相對推進礦群開采程序及其特點102-103
• 4.1.3 垂直方向推進礦群開采程序及其特點103-105
• 4.2 露天礦群開采程序的優(yōu)勢分析105-110
• 4.2.1 統(tǒng)籌優(yōu)化，減少采區(qū)轉向次數(shù)105-107
• 4.2.2 提高資源回收率107
• 4.2.3 共享排土空間，減少二次剝離量107-109
• 4.2.4 消除部分相鄰端幫，減少邊坡維護工作109-110
• 4.2.5 降低煤炭自燃隱患，有利于礦山安全生產110
• 4.3 露天礦群開采程序影響因素分析110-115
• 4.3.1 不同礦之間開采工藝的差異110-111
• 4.3.2 開拓運輸系統(tǒng)的影響111-112
• 4.3.3 對內外排土場的影響112-113
• 4.3.4 輔助生產環(huán)節(jié)的影響113-114
• 4.3.5 相鄰露天礦時空位置的協(xié)調114
• 4.3.6 邊坡穩(wěn)定性的影響114-115
• 4.4 露天礦群開采程序評價指標體系與技術流程115-118
• 4.4.1 評價指標體系115-117
• 4.4.2 評價技術流程117-118
• 4.5 露天礦群開采程序評價數(shù)學模型118-120
• 4.6 中煤平朔露天礦群開采程序優(yōu)化實例研究120-127
• 4.7 本章小結127-128
• 5 露天礦群排土優(yōu)化特點及作用機制128-142
• 5.1 露天礦群排土特點128-129
• 5.2 露天礦群排土優(yōu)化機制及技術流程129-133
• 5.2.1 露天礦群排土的優(yōu)化機制129-132
• 5.2.2 露天礦群排土優(yōu)化技術流程132-133
• 5.3 露天礦群內排流向流量優(yōu)化模型133
• 5.4 露天礦群外排流向流量優(yōu)化模型133-135
• 5.5 優(yōu)化結果對各礦產量調節(jié)模式135
• 5.6 中煤集團平朔露天礦群排土工程實例研究135-141
• 5.6.1 內外排流向流量優(yōu)化136-139
• 5.6.2 “排土—產量”反饋調節(jié)139-141
• 5.7 本章小結141-142
• 6 結論與展望142-146
• 6.1 主要結論142-144
• 6.2 創(chuàng)新點144-145
• 6.3 未來工作展望145-146
• 參考文獻146-154
• 致謝154-156
• 作者簡介156
• 在學期間發(fā)表的學術論文156
• 在學期間參加科研項目156

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本文編號：300171