露天煤矿开采方案模型的建立和价值

论露天煤矿开采方案模型的建立和价值作者：张红强联系电话：[phone]导读：本人长期在鄂尔多斯地区多个露天煤矿的现场工作和学习，做过多个工种的实践活动。现对露天煤矿的开采与管理过程进行总结，整理成文希望与各位同行共同讨论，欢迎有兴趣的企业管理者与本人联系。可对具体煤矿做细致的开采方案的探讨，共谋发展。第一章综述露天煤矿的开采与生产管理都是为企业获得利润、为社会创造价值服务的。因此深入的研究矿区地形地貌特征、科学测算、建立矿区开采模型，合理管控费用、加强安全措施、与市场接轨都是生产经营过程中的重点工作。只有将这些工作无缝对接才能达到创造价值的目的。一、鄂尔多斯地区的地形地质特点和煤炭的存储特点鄂尔多斯地区多为丘陵地形，山丘沟渠起伏较大，单个矿区（矿田面积以1～10平方公里居多）高低点高差可达100多米。表面多为黄色粘土，一般2米到10多米。下面为低硬度的灰色沉积岩，一般10几米到200多米，其中有部分地区夹有少量硬砂石。鄂尔多斯地区煤炭埋藏深度浅（10到100多米），煤层倾角小（0°～3°），垂直厚度大，易于露天开采。二、测绘在露天煤矿开采中的意义和地位测量原始的地形地质数据是了解矿区的第一步，是建立煤矿开采模型的基础。而科学合理的建立矿区的实体模型和开采预设模型是合理进行采排方案设计和生产现场管理的需要，也是进行成本费用与效益等预算的需要。测绘就如眼睛，了解不清信息，开采就无从下手。在露天煤矿，一般都用GPS（RTK）采集坐标数据，用南方CASS软件进行绘图（主要成平面图）。本人推荐使用矿业专业软件3Dmine，能做三维立体可视模型图形，专业功能非常强大，直观高效。如下图：黄色为表皮粘土层，土方806万方；灰色为煤矸石层，石方7203万方；红色为煤层，煤方为720万方（约2000万吨煤）。下图为煤层与原始地形、采掘场、排土场、运输道路等的关系透视对比图三、露天煤矿的开采成本管控1、前期费用前期费用包括矿区购买、征地费用、办理证照、基础设施等，这一部分费用是基本固定的，而且大部分已经在前期支出了。2、生产费用土方剥离、运、排，煤的清理、出坑装运，后期排土场绿化等。这部分费用是在煤矿运营过程中产生的，是主要费用。能否控制这部分费用，能否适时适量的产出煤炭，就在于能否科学合理的管理。这是管理露天煤矿的关键，将在后面分析论述。四、安全生产管理安全事故管理是煤炭企业经营管理的否决指标，是生产管理的重要工作。人身伤亡事故、重大机械事故、各项罚款等偶发性较大。但如果日常管理不善或开采规划不科学、不合理就会增加不必要的损失，甚至对企业造成非常大的负面影响及严重经济损失。因此针对此项工作应从以下几个方面进行规避及管理：1采场平台、台阶、排土场平台、运输道路等的设计规划。采排现场是车辆、机械、人员活动的主要场地。这部分规划合理，不但是生产各要素协调高效运作的基础，更是安全管理的基础，例如台阶过高过陡就可能落石伤人，轻重车道不分就可能有撞车事故等。2建立安全操作规程和制度并落实执行。3做好安全教育，配备安全管理人员和安全设施等。五、露天煤矿的销售管理，煤炭价格走低产生的重大影响虽然早在多年前很多煤炭企业已开始“以销定产”，合理控制经营费用及成本达到保证利润收益的目的，但现在煤炭行业的特殊时期又该如何销售才能降低成本，扩大利润？这是每个企业的所有者和管理者在这一时期更应该重点考虑的问题。露天煤矿销售管理工作重点应从以下几方面入手：1调查煤炭市场需求，洞察煤炭价格走势，开拓销售渠道。露天煤矿企业只能是顺应煤炭市场行情，一般是不可能主导市场的。如前几年煤炭好的时候，煤价虽高但不愁卖煤，典型的卖方市场。而近一两年来，煤炭价格一路下挫，销售不畅，煤炭价格竞争加剧，成了买方市场。2煤炭销售与产出的协调性和均衡性。这就是说尽可能地在煤价高、销售渠道畅通的时候产出适量的煤炭，增加销售量，保住利润率。如果煤炭的产出和销售在时间上出现错位，则可能使利润缩水。例如在销售行情好时没有挖出煤炭，则白白丢失机会；在销售行情不好时挖出过量的煤炭，卖则赔钱，不卖则可能对存储场地、煤坑占用过大面积影响采掘排土等工作，排土运输距离增加等后期生产带来不利因素，增加后期生产费用。煤炭价格的走低使得过去的吨煤高利润发展为现在的煤炭吨煤薄利，因此各个煤矿都要重新计算盈亏。例如：有些产量小的，管理粗放的煤矿盈利很少甚至出现亏损。中小规模的私企煤矿只有适应市场竞争的客观规律，引进人才，加强科学管理，提高生产效率，降低成本，扩大生产销售量，才能扭转不利因素，做稳做强。进入2014年，鄂尔多斯地区的露天煤矿受到煤炭市场价格的压力尤其凸显，有些煤矿的老板对预期犹豫不定，与往年相比开工日期推迟了不少。笔者认为这正好体现了现阶段的煤炭行业走到了一个新的转型期，由价格的竞争将向人才的竞争，技术的竞争，管理的竞争转化。由政府部门的人为的煤矿整合到市场规律的优胜劣汰的自然整合的转化更具不可阻挡的力量。所谓长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上。这将为露天煤矿的管理者和技术人员带来更多的挑战和机遇，将会带来人员的流动和组合，让我们翘首以待吧。综上所述，鄂尔多斯地区露天煤矿发展的前景还是好的，竞争、整合将不可避免的会发生。对于单个的露天煤矿企业来说，就是要开拓思路，不拘一格引进人才，利用新技术，优化采排方案，压缩费用，提高效率，必有利润可图。下面结合一个露天煤矿实例就矿业软件的采用，立体模型的建立和意义做一探讨。第二章露天煤矿开采方案立体模型的建立露天煤矿工程主要包括采掘场、外排土场、内排土场、场内外运输道路、工业场地等。生产过程环节：地形地质测绘——计划——挖土装运——排土——钻孔——爆破——挖岩装运——排岩——覆土——绿化，出煤。整个生产过程是循序推进的，他们都会受到前一工序的制约和现场地形地质条件的制约，只有统筹分析，才能合理高效的完成任务。露天煤矿的开采过程简单的打个比喻就三个步骤，挖走土石——取出煤炭——回填土石。如果不考虑运土石的费用，管理露天煤矿就是一项非常简单的事情。问题是运土石的费用是露天煤矿的主要成本，熟话说“寸金难买，寸土难移”，就是说要多快好省的挖走土石，回填土石，把费用降到最低是一件较难的事情。现实中受到几个方面的要求：运输距离最短，爬高最小，避免事故，出煤最多，符合境界和边坡要求，工程队有利可赚，避免二次倒排等。“工欲善其事，必先利其器”。如果不是建立在先进的测绘技术和电脑工程软件之上是很难设计出满足以上要求的开采方案的。笔者现在使用矿业专用软件南方CASS和3Dmine对一个露天煤矿实例的开采与管理进行阐述分析，希望能够抛砖引玉，把方案设计推广到具体的煤矿，创造应有的更大的价值。1、采集有关数据，建立露天煤矿地形地质数据库1﹥地表高程点，是指原始地形（未开挖的露天煤矿）或采场排土场现在的地形（已经开挖的露天煤矿），一般都有现成的数据可以采用，如果数据点距离较远不能满足体现地形的要求，可以用GPS采一些高程点加密数据点进行补充。如下图：2﹥地物坐标点，地物是指居民房、耕地、电力电信线路、厂房等地面上的物件。3﹥矿区范围境界线或拐点坐标。根据以上数据可以绘制地形图，用于规划管理的需要和土方计算的初始依据。如下图为原始地形图局部。下图为矿区原始地形（注海拔高度）：4﹥地质勘探钻孔数据，在露天煤矿开采前都会有地质勘探报告，采录矿区范围内的钻孔数据可以建立各个地层模型，是作图和开采计划的基础。主要有定位表和岩性表，辅助有测斜表和煤质表。如下图：5﹥巷道图，如果矿区范围内有过井工开采，则会有地下塌陷和地下煤着火的可能，开采过程中一定要和开采现场图对比分析，做好计划和防范工作。如果没有进行过地下出煤就可以不必考虑。如下图为巷道图局部。2、建立露天煤矿各个地形、地层模型根据地质数据库中定位表和岩性表中的数据可以建立各种需要的立体模型，可以直观的进行观测和体积的计算等工作。例如粘土模型：煤矸石模型：煤层模型：地质模型局部：从上到下依次为粘土、煤矸石、上层煤、夹矸、下层煤：3、土方、煤量分析，土方平衡土方量分析：剥离土方包括表层粘土，上层煤矸石和煤间夹矸。粘土容易挖掘和装运，一般不需要爆破，与矸石量比较土方量较少，在排弃时尽可能安排成为排土场表层覆土有利于排土场的复垦和绿化。煤矸量最大，一般都需爆破才能挖掘装运，应尽可能排弃在下层。煤间夹矸量相对较少，爆破和装运应注意和煤层合理分离，尽可能排弃在下层。煤数量分析：埋藏较深、相对煤层较厚、煤质较好的1-2层煤炭，是露天煤矿的主要产出对象。部分地区有少量埋藏较浅薄煤层（0.2-1.5米）质量较差，作为附带产出。土方量的挖掘和排弃的平衡计算。要想把地下的煤全部取出，就必须把煤顶板以上所有土石和煤间夹石先运走。运出的土石重新排弃到内外排土场。占用多大面积，排弃高度都有要求，就需要计算土方量的平衡。另外，尽可能的减少运距和爬高是一项重要的内容，原则上应高挖高排，低挖低排。如下图，黄色表示原始地形，红色表示填方，灰色表示挖方，填挖土方平衡后得到一块平整的地形。假设我们把矿区内的土石全部挖出，取完煤后再把所有土石全部回填，就可以达到下面的结果，即开采完煤炭后同时平整了土地（海拔原始最高点1363米，最低点1235米，平整后水平高度1313米）。当然，这是一个理想状态，实际当中可以向它接近就可以了。4、中长期开采计划剥采比，是露天煤矿土方剥离的一项重要参数。即剥离土石方与采煤量的比值。一般来说在煤层厚度变化不大的情况下，比值越小说明煤炭埋藏越浅，越容易开采，效益越好。理论来说应从覆盖浅的地方开挖，初始剥采比小，后期加大。土方剥离量，出煤量，地形条件等的关系。土方剥离量和出煤量是成正比的，随地形条件的影响剥采比变化很大。可以按照出煤量、推进距离、剥离量等条件进行采区的分期划分。下图按距离把矿区分成了三期，黄色为1期，蓝色2期，红色3期。5、短期开采计划按月或按周剥离量和开采量，如下图示例：6、采排现场，道路要求，设计等采场，排土场，运输线路，出煤线路等既要符合露天煤矿安全高效的一般要求，又要根据本煤矿的实际矿区范围、地形地质条件、机械数量、生产工艺等灵活设计。达到剥离开采有序，道路运行安全畅通，排土不受制约，尽可能的做到高土高排、低土低排、缩短运距。一个露天煤矿能否安全高效的进行运作，这里将起到很重要的作用，下面结合一个设计实例说明。采场：台阶高10米，宽30米坡面角65~75度，长400米。采用单斗-卡车工艺，同一平台爆破后两台挖机前后错开安全距离后平行下挖下装车，每次下挖3.5米，分三次完成。挖机下挖可减少功率消耗，易于装满挖斗，减少大臂的上下活动幅度和挖机的旋转角度，有利提高挖机装车效率。多个台阶可交错安排钻孔、爆破、装运，各台阶机械分散平行作业，台阶平行推进，有利减少相互影响，改善工作环境，减少事故率。排土场：尽可能安排各层排土场同时平行排土，这样利于分散车辆，减少等待，减少事故，提高排土速度和质量。排土场的平行排土有利于和采场的平行作业协调配合，有利于整体工作的规划。单层排土场高度10-20米，坡面角30-35度，坡顶底距离30-50米，坡顶留排土挡墙。道路：两条主干道高低分开，宽度15米，坡度小于8%，轻重车道分开。要求路面平整，硬实，靠坡侧不能有落石隐患，靠台阶侧必须有安全挡墙。行车严格遵守有关安全规程。7、绿化，出煤绿化的要求，面积费用的计算。煤顶和煤巷道的清理，灭火工作，煤质化验和装运。这一部分要求不高，不做详细介绍。8、土方验收用GPS—rtk分月踩点获取本月挖掘前和挖掘后地形数据，计算当月的土方量，用于工程款的结算，年终进行复核。采集数据时，台阶内外边，起伏变化大的地方要密一些，平坦的地方稀一些，尽可能真实完整的体现地形本来面貌。土方计算的软件和采用的参数不同，产生的误差差别还是比较大的，关系到矿方和工程队的重大经济利益。如下图，分别用方格网法10米格，方格网法5米格，三角网法计算同一块体的体积，分别为709697.56方，709043.72方，709262.50方。由图形和数据可以发现，方格网法10米格计算误差还是较大的，