露天矿生产能力.ppt

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1、首页,5 露天矿生产能力,概述 按需求量确定生产能力 按经济合理条件确定生产能力 按矿山工程技术条件确定生产能力 储备矿量,矿山设计原理电子教案,5 露天矿生产能力,概述 按资源/储量估算生产能力 按需求量确定生产能力 按矿山工程技术条件确定生产能力 按经济合理条件确定生产能力 储备矿量,矿山设计原理电子教案,5.1 概述,露天矿生产能力是露天矿设计中的一个重要参数。生产能力的大小直接影响到矿山设备的选型和数量，工业场地建设的规模，矿山的定员，投资的大小，生产成本的高低和矿山服务年限的长短等。 露天矿生产能力是指单位时间的采剥量，主要包括两类指标：矿石生产能力和矿岩生产能力。露天矿所需的人员和

2、设备等要按矿岩生产能力来计算。 矿石生产能力指标有设计、实际、平均和极限（最大）等若干种。,生产能力的换算,矿岩生产能力与矿石生产能力可以通过生产剥采比进行换算： An= ( 1+ ns ) A 式中：An 矿岩生产能力， t / a ； A 矿石生产能力， t / a ； ns 生产剥采比，t / t 。 生产剥采比的计算和均衡方法在第 2 章已讨论介绍，本章仅限于讨论矿石生产能力这一指标。,露天矿的矿石生产能力应从市场或用户要求，技术上可行和经济上合理等方面予以综合考虑，最后编制采掘进度计划，使之落实。,露天矿生产能力的主要影响因素有： 自然资源条件，即矿物在矿床中的分布、品位和储量 (1

3、) ； 开采技术条件，即开采程序、装备水平、生产组织与管理水平等 (2) ； 市场，即矿产品的市场需求及产品价格 (3) ； 经济效益，即矿山企业在市场经济环境中所追求的主要目标 (4) 。,5.2 按资源/储量估算生产能力,矿床资源条件是确定矿山生产能力 AK 的最根本因素，另一方面，矿床资源条件也是确定矿山服务年限 T 的基本因素。 假设矿床资源/储量（或露天矿开采矿量）为 A0，矿床开采的表观回收率=1，则存在如下关系： A0 = A T 凭经验而论，可对上式作出如下定性分析： (1) 当 A0 变化时， A 和 T 均与 A0 正相关； (2) 当 A0 不变时， A 与 T 彼消此长

4、，存在着所谓的矿山经 济寿命或最佳产量。,泰勒公式,H.K.泰勒根据多年的设计经验，在撰写的矿山评价与可行性研究一文中，提出了根据矿床的资源/储量（或露天矿的开采矿量）A0 (Mt) 估算矿山经济寿命 T* (a) 的经验公式（泰勒公式）： 将泰勒公式代入公式 A0 = A T ，可得到按矿床资源/储量 A0 (Mt) 估计矿山经济寿命期内平均矿石生产能力A ( Mt ) 的计算公式：,矿石生产能力与工业储量 ( A0 / t ),A0=1 亿 t AK = 500 万 t T = 20 年 A0=16 亿 t AK = 4000 万 t T = 40 年,典型矿山的资源/储量与设计生产能力,

5、按正常服务年限确定生产能力,露天矿的服务年限包括投产至达产时间、正常生产时间和减产时间三个阶段。 露天矿的服务年限 T 与矿石生产能力是直接相关的，两者可概略表示如下： 因此，如果确定了合理的服务年限，实际上也就确定了合理的生产能力。反之亦然。,正常服务年限的考虑因素,露天矿服务年限,各工业部门都制定了露天矿合理服务年限的设计规范。 露天矿合理服务年限可参照下表选取。,露天矿山生产建设规模类型划分,5.3 按需求量确定生产能力,按需求量确定生产能力是将成品矿（精矿）的市场需求量换算成原矿产量。 设成品矿（精矿）的市场需求量 Aj ，则： A = Tj Aj 式中：Tj 生产单位成品矿所需的原矿

6、数量， t / t ； Aj 成品矿的年需求量，t / a 。,换算系数 Tj 的计算,公式 A = Tj Aj 中的换算系数 Tj 按下式计算： 式中： gp 成品矿的品位； 原矿品位； R 运输损失率，一般为 1% 3% ； 加工回收率，% 。,算例,某石墨矿的产品石墨需求量 Aj = 1 ( 万 t / a )，产品石墨品位 = 90 %。已知：矿石工业品位 0 = 6%，围岩品位为零，采矿实际贫化率 = 10 %，运输损失率 R = 2%，选矿回收率 = 85%。试按需求量计算原矿年产量 AK。,需求量的预测,成品矿需求量受许多因素的影响。要克服盲目生产，提高投资的经济效益，就必须对市

7、场的需求量进行预测。需求量要根据国内和国际历年供求实际情况进行统计和分析，在此基础上预测未来的供求关系。同时，还应对技术上的新成就如新材料替代等及时进行预测。 蓝石棉的遗憾,5.4 按技术条件确定生产能力,露天矿的生产能力常常受到矿山具体的技术条件及技术水平的限制，因此，要从采矿技术条件方面研究矿山可能达到的生产能力。这可以从以下两个方面进行试算： 按采矿工程的工作面数目确定生产能力 按矿山工程发展速度确定生产能力,按开采技术条件确定生产能力,矿床开采技术条件对矿石生产能力的约束作用主要体现在两个方面： 采矿工程的空间范围 采矿工程的发展速度,5.4.1 采矿工程的工作面数目,挖掘机是露天矿的

8、主要生产设备，每个采区工作线布置一个挖掘机工作面。挖掘机选型后，露天矿的生产能力取决于可能布置的挖掘机工作面数，其中可能布置的采矿工作面数目决定了矿石生产能力。,1. 露天矿可能达到的矿石生产能力,式中：Qs.k 采矿挖掘机的平均生产能力，t/a； ni 台阶 i 可能布置的采矿工作面数目； nk 可能同时采矿的台阶数目。,2. 采矿台阶可能布置的挖掘机台数,台阶 i 可能布置的采矿工作面(采区)数目 ni 为： 式中：lgi 台阶 i 的采矿工作线长度，m； lc 采矿工作面(采区)的工作线长度，m。 一般情况下，对于铁路运输要求,昌江：石碌矿区北露天矿被誉亚洲最大的富铁矿,3. 可能同时采

9、矿的台阶数目,露天矿可能同时采矿的台阶数目nk与矿床自然条件和开采技术条件有关。 单矿体矿床可能同时采矿的台阶数目 多矿体矿床可能同时采矿的台阶数目,1) 单矿体矿床可能同时采掘的采矿台阶数目,单矿体矿床可同时采掘的采矿台阶数目取决于： 矿体赋存特征 矿体倾角 矿体厚度 工作帮坡角 工作面推进方向,(1) 水平或近水平矿体,(1) 水平或近水平矿体,(3) 倾斜矿体,倾斜矿体中的工作帮 顺向开采 逆向开采,旋转的矿体，百变的 nk, 矿体倾角与矿体厚度 , = 90 ，m = mz； = 0 ， m ,m,mz,台阶与工作帮参数,设台阶高度 ht 、台阶全宽 b= b + ht cott 。,

10、 ,b,ht cott,ht,b,倾斜矿体顺向开采,同时采掘的采矿台阶数目的计算公式,(1) 对于倾斜矿体矿床，依图所示的水平投影几何关系可得到 nk 的计算公式：,同时采掘的采矿台阶数目的计算公式,(1) 对于倾斜矿体矿床，依图所示的垂直投影几何关系可得到 nk 的计算公式：,同时采掘的采矿台阶数目的计算公式,(1) 对于顺向开采的单矿体矿床，依图所示的几何关系得到下述 nk 的两个等价计算公式：,两个等价的通用计算公式,计算公式的简要讨论,下面对计算 nk 的 1 式和 2 式作出简要讨论： 对于水平矿体，即 = 0 对于直立矿体，即 = 90 对于倾斜矿体，若 = ,计算公式变形 1,1

11、) 对于水平矿体，即 = 0，sin = 0，cos= 1，则 式 (2) 简化为：,(1) 水平或近水平矿体,(1) 水平或近水平矿体,计算公式变形 2,2) 对于直立矿体，即 = 90，cot = cot = 0，m = mz，则式 ( 1 ) 简化为：,(1) 水平或近水平矿体,(2) 直立矿体,计算公式变形 3,3) 对于倾斜矿体，若 = ，tan cot =1，则 式 (1)转化为：,两个等价的通用计算公式,计算公式变形 3 的实际意义,3) 对于倾斜矿体，若 = ，tan cot =1，则上式转化为： 式中， 在实际中意味着工作帮上全是采矿台阶。比如，倾斜矿体顶板全部出露的山坡露天

12、矿。, = ,(3) 倾斜矿体（大金山、小金山）,满山尽带黄金甲,香港馬鞍山鐵礦露天採礦坑剖面圖,2) 多矿体矿床可能同时采掘的采矿台阶数目,对于多矿体矿床， 式 (1) 或式 (2) 中的 N0 为各矿体中工作帮坡线的水平投影宽度之和。设 n 为矿体数目，Nj 为矿体 j 中工作帮坡线的水平投影宽度，则有：,按采矿工程的工作面数目确定生产能力,旋转的矿体,5.4.2 矿山工程发展速度,露天矿在生产过程中，工作线不断向前推进，开采水平不断下降，直至最终境界。通常用矿山工程（或工作线）水平推进速度和矿山工程垂直延深速度两个指标来表示开采强度。 如图所示，矿山工程水平推进速度vt (m/a)，是指

13、工作帮或工作线的水平位移速度。延深速度有两个概念：一是矿山工程（垂直）延深速度vy(m/a)，是指矿山工程（或工作帮）在其延深方向（两相邻水平开段沟位置错动方向）的垂直位移速度；另一是采矿工程（垂直）延深速度vk(m/a)，指矿山工程（或工作帮）在矿体倾斜方向的垂直位移速度，即相当于开采矿体水平截面的垂直位移速度。,图 矿山工程垂直延深速度和水平推进速度与采矿工程垂直延深速度的关系 (工作线由下盘向上盘推进，即 = ),露天矿按采矿工程（垂直）延深速度可能达到的矿石生产能力可采用下式计算： (式9.15) 式中：P为具有代表性的台阶水平分层矿量(t)；为露天开采的矿石表观回收率(%)；S为具有

14、代表性的矿体水平截面面积(m2)；r为矿石体重(t/m3)。,采矿工程（垂直）延深速度取决于或受制于矿山工程水平推进速度和矿山工程（垂直）延深速度。如图所示，对于倾斜矿体工作线单侧推进的纵向采剥法，上述三者存在下述关系：,式中： (= 0 180)为矿山工程延深角，即矿山工程（或工作帮）延深方向与水平推进方向的夹角，度；,由上述一组关系式，可得到采矿工程（垂直）延深速度vk的制约关系式：,在某些采剥方法中，vk 与 vy 或 vt 的关系难以定量描述，因此，可令 vk = vy。 矿山工程（垂直）延深速度 vy 与新水平准备时间tx(a) 和水平分层高度或工作台阶高度ht (m) 有关。,新水

15、平准备时间是指现工作水平开始掘出入沟至下一水平开始掘出入沟的间隔时间，或者说是指开辟新水平的持续时间。新水平准备的工程量包括掘出入沟、掘开段沟以及为下一水平掘出入沟提供必要空间所需的扩帮。可通过新水平准备时间与相应的水平分层高度计算矿山工程（垂直）延深速度，即 vy= ht /tx,在矿床开采设计中，矿山工程（垂直）延深速度和新水平准备时间可以采用类比法选取。新水平准备时间也可以通过编制新水平准备工程进度计划来确定。 矿山工程水平推进速度 vt 取决于工作帮上可能布置的挖掘机工作面数目 ng 和工作帮的垂直投影面积 Sz (m2 )。设工作面 i 的挖掘机实际生产能力为 Qs.i ( m3/a

16、 )，则有：,矿石生产能力与矿山工程发展速度,在矿床开采技术条件方面，矿石生产能力取决于采矿工程（垂直）延深速度，采矿工程（垂直）延深速度又受制于矿山工程（垂直）延深速度和矿山工程水平推进速度。 对于水平和近水平矿体，除了基建时间以外，工作帮一般不存在延深的问题，此时露天矿的生产能力主要受制于工作线水平推进速度；对于倾斜和急倾斜矿体，在投产之后，延深速度快意味着采矿量大，但有时延深速度会受到水平推进速度的制约。,总体而言：当生产剥采比较大时，工作帮斜长加大，矿山工程水平推进速度会成为矿石生产能力的主导制约因素；另一方面，当新水平准备工程量较大或掘沟工艺方法效率低下时，新水平准备时间延长，矿山工

17、程（垂直）延深速度可能成为制约矿石生产能力瓶颈。必要时，可以通过改变开采程序或开采参数来调控矿山工程（垂直）延深速度与矿山工程水平推进速度的关系。,发展速度,根据近年国外金属露天矿山建设和生产资料的分析，大型露天矿（生产能力10万t / d 左右）配置设备的规格大致为：铲斗容积 大于 25 m3（最大可达43 m3），运矿汽车载重量大于 220 t。采矿工程年下降速度 10 30 m，个别年份可达 70 80 m。 现今一些可行性研究或详细设计的矿山项目一般以80 90 m/a 的矿山工程年延深速度为约束进行方案优化。装运及其他矿山工程设备已不再对矿山工程发展速度产生太大约束。,我国矿山现状,

18、我国金属矿山整体装备水平与国外有一定差距。根据调查，目前我国露天矿山采矿工程年下降速度： 黑色金属一般为 8 9 m/a，个别大型最高达 35 40 m/a（铲斗容积 10 m3 ，运矿汽车载重量 77 85 t ）； 大型有色金属为 13 17 m/a； 个别采石场短期可达 80 90 m/a 。 整体上深凹露天矿采矿工程年下降速度更低一些。,5.4.3,当前，矿床开采技术条件对露天矿生产能力的制约日益弱化，主要原因在于数字化技术的发展和矿山工程设备的改进。前者大大提升了矿山管理水平，后者显著提高了矿山生产强度。,5.5 按经济合理条件,对于技术上可能的生产能力，尚需按经济合理条件进行优化，

19、以寻求经济上最佳的生产能力。 在市场经济体制下，矿山企业生产经营的主要目标是获得最大经济效益。矿山建设项目动态经济评价的主要指标是净现值（NPV）。净现值是指矿山建设项目各时期净收益的现值总额，或指在寿命期内投入的现值总额 PVout 与产出的现值总额 PVin 的差额，即：,假设：矿山建设项目的基建期为n(a)；包括基建期在内的矿山寿命为N(a)；开始有销售收入的年份为m；第i年的基建投资为Ci；第j年的净现金流量，即销售收入减去生产成本和税收的余额为Fj；折现率为d。则有：,按一般规律分析：随着生产能力的增加，基建投资Ci 及其现值 PVout 随之增加；另一方面，在一定范围内生产能力的增

20、加会提高年销售收入，同时降低单位生产成本，故各年的现金流量 Fj 及其现值 PVin,也随之增加。PVout、PVin和NPV与生产能力的关系如图所示。,从图中可以看出，生产能力太低时，由于正现值PVin 太小，不足以抵消负现值，NPV为负。如果生产能力太高，由于投资太大而导致负现值大于正现值，NPV也为负。因此，对于给定的开采矿量及其品位，可通过寻求使NPV最大的矿山生产能力建设方案，来确定最优生产能力 A*。,需要指出的是，由于选矿厂的生产能力是一定的，采场的矿石生产能力在矿山寿命期一般被看做不变的常数。由于受市场变化以及矿床中矿物品位分布特点的影响，恒定不变的矿石生产能力并非总是使矿床开

21、采总效益（NPV）最大的最佳选择。从纯经济角度讲，生产能力的确定是要找出使NPV最大的各个生产时期的生产能力。,5.6 储备矿量,储备矿量是指已完成预定的开拓、准备工程，能提供近期生产的矿石工业储量。按可采程度，露天矿的储备矿量一般分为开拓矿量和回采矿量两个级别。 开拓矿量：指开拓工程已完成，主要运输枢纽已形成，并具备了采准工作条件的新水平底部标高以上的矿体工业储量。 回采矿量：指位于采矿台阶最小工作平盘宽度以外，其上部和侧面已被揭露的矿体工业储量。回采矿量是开拓矿量的一部分。,意义与作用,剥离与采矿的关系 纵向延深与水平推进的关系 基建与生产的关系,两级储备矿量的演化及图示,储备矿量保有期,

22、储备矿量过多，意味着过早进行开拓和剥离工作，会积压生产资金。因此，应该有一个能满足持续生产的合理储备矿量数值。这一指标可用露天矿按一定的生产能力开采的年数和月数来表示，称为储备矿量保有期或保有时间。,露天矿储备矿量保有期可以根据矿山的矿体赋存状况、开拓运输方式、采装运输设备作业空间等因素核定。一般情况下，回采矿量保有期为3 6个月，开拓矿量保有期为1 2年。 新建矿山投产时，开拓矿量和回采矿量保有期分别按设计规模和投产年年产量计算。,矿 山 设 计 原 理,倾斜矿体顺向开采,倾斜矿体顺向开采,倾斜矿体顺向开采,倾斜矿体逆向开采,计算公式变形 3,3) 对于倾斜矿体，若 = ， ，则 1 式转化为：,倾斜矿体顺向开采,(1) 水平或近水平矿体,(2) 直立矿体,(2) 直立矿体,旋转的矿体,