論露天煤礦開采方案模型的建立和價值

1、論露天煤礦開采方案模型的建立和價值導讀：本人長期在鄂爾多斯地區(qū)多個露天煤礦的現(xiàn)場工作和學習，做過多個工種的實踐活動?，F(xiàn)對露天煤礦的開采與管理過程進行總結，整理成文希望與各位同行共同討論，歡迎有興趣的企業(yè)管理者與本人聯(lián)系?？蓪唧w煤礦做細致的開采方案的探討，共謀發(fā)展。第一章 綜述露天煤礦的開采與生產管理都是為企業(yè)獲得利潤、為社會創(chuàng)造價值服務的。因此深入的研究礦區(qū)地形地貌特征、科學測算、建立礦區(qū)開采模型，合理管控費用、加強安全措施、與市場接軌都是生產經營過程中的重點工作。只有將這些工作無縫對接才能達到創(chuàng)造價值的目的。一、鄂爾多斯地區(qū)的地形地質特點和煤炭的存儲特點鄂爾多斯地區(qū)多為丘陵地形，山丘溝渠起

2、伏較大，單個礦區(qū)（礦田面積以110平方公里居多）高低點高差可達100多米。表面多為黃色粘土，一般2米到10多米。下面為低硬度的灰色沉積巖，一般10幾米到200多米，其中有部分地區(qū)夾有少量硬砂石。鄂爾多斯地區(qū)煤炭埋藏深度淺（10到100多米），煤層傾角小（0°3°），垂直厚度大，易于露天開采。二、測繪在露天煤礦開采中的意義和地位測量原始的地形地質數(shù)據是了解礦區(qū)的第一步，是建立煤礦開采模型的基礎。而科學合理的建立礦區(qū)的實體模型和開采預設模型是合理進行采排方案設計和生產現(xiàn)場管理的需要，也是進行成本費用與效益等預算的需要。測繪就如眼睛，了解不清信息，開采就無從下手。在露天煤礦，一般

3、都用GPS（RTK）采集坐標數(shù)據，用南方CASS軟件進行繪圖（主要成平面圖）。本人推薦使用礦業(yè)專業(yè)軟件3Dmine，能做三維立體可視模型圖形，專業(yè)功能非常強大，直觀高效。如下圖：黃色為表皮粘土層，土方806萬方；灰色為煤矸石層，石方7203萬方；紅色為煤層，煤方為720萬方（約2000萬噸煤）。下圖為煤層與原始地形、采掘場、排土場、運輸?shù)缆返鹊年P系透視對比圖三、露天煤礦的開采成本管控1、前期費用前期費用包括礦區(qū)購買、征地費用、辦理證照、基礎設施等，這一部分費用是基本固定的，而且大部分已經在前期支出了。2、生產費用土方剝離、運、排，煤的清理、出坑裝運，后期排土場綠化等。這部分費用是在煤礦運營過程

4、中產生的，是主要費用。能否控制這部分費用，能否適時適量的產出煤炭，就在于能否科學合理的管理。這是管理露天煤礦的關鍵，將在后面分析論述。四、安全生產管理安全事故管理是煤炭企業(yè)經營管理的否決指標，是生產管理的重要工作。人身傷亡事故、重大機械事故、各項罰款等偶發(fā)性較大。但如果日常管理不善或開采規(guī)劃不科學、不合理就會增加不必要的損失，甚至對企業(yè)造成非常大的負面影響及嚴重經濟損失。因此針對此項工作應從以下幾個方面進行規(guī)避及管理：1>采場平臺、臺階、排土場平臺、運輸?shù)缆返鹊脑O計規(guī)劃。采排現(xiàn)場是車輛、機械、人員活動的主要場地。這部分規(guī)劃合理，不但是生產各要素協(xié)調高效運作的基礎，更是安全管理的基礎，例如

5、臺階過高過陡就可能落石傷人，輕重車道不分就可能有撞車事故等。2>建立安全操作規(guī)程和制度并落實執(zhí)行。3>做好安全教育，配備安全管理人員和安全設施等。五、露天煤礦的銷售管理，煤炭價格走低產生的重大影響雖然早在多年前很多煤炭企業(yè)已開始“以銷定產”，合理控制經營費用及成本達到保證利潤收益的目的，但現(xiàn)在煤炭行業(yè)的特殊時期又該如何銷售才能降低成本，擴大利潤？這是每個企業(yè)的所有者和管理者在這一時期更應該重點考慮的問題。露天煤礦銷售管理工作重點應從以下幾方面入手：1>調查煤炭市場需求，洞察煤炭價格走勢，開拓銷售渠道。露天煤礦企業(yè)只能是順應煤炭市場行情，一般是不可能主導市場的。如前幾年煤炭好的

6、時候，煤價雖高但不愁賣煤，典型的賣方市場。而近一兩年來，煤炭價格一路下挫，銷售不暢，煤炭價格競爭加劇，成了買方市場。2>煤炭銷售與產出的協(xié)調性和均衡性。這就是說盡可能地在煤價高、銷售渠道暢通的時候產出適量的煤炭，增加銷售量，保住利潤率。如果煤炭的產出和銷售在時間上出現(xiàn)錯位，則可能使利潤縮水。例如在銷售行情好時沒有挖出煤炭，則白白丟失機會；在銷售行情不好時挖出過量的煤炭，賣則賠錢，不賣則可能對存儲場地、煤坑占用過大面積影響采掘排土等工作，排土運輸距離增加等后期生產帶來不利因素，增加后期生產費用。煤炭價格的走低使得過去的噸煤高利潤發(fā)展為現(xiàn)在的煤炭噸煤薄利，因此各個煤礦都要重新計算盈虧。例如：

7、有些產量小的，管理粗放的煤礦盈利很少甚至出現(xiàn)虧損。中小規(guī)模的私企煤礦只有適應市場競爭的客觀規(guī)律，引進人才，加強科學管理，提高生產效率，降低成本，擴大生產銷售量，才能扭轉不利因素，做穩(wěn)做強。進入2014年，鄂爾多斯地區(qū)的露天煤礦受到煤炭市場價格的壓力尤其凸顯，有些煤礦的老板對預期猶豫不定，與往年相比開工日期推遲了不少。筆者認為這正好體現(xiàn)了現(xiàn)階段的煤炭行業(yè)走到了一個新的轉型期，由價格的競爭將向人才的競爭，技術的競爭，管理的競爭轉化。由政府部門的人為的煤礦整合到市場規(guī)律的優(yōu)勝劣汰的自然整合的轉化更具不可阻擋的力量。所謂長江后浪推前浪，前浪死在沙灘上。這將為露天煤礦的管理者和技術人員帶來更多的挑戰(zhàn)和機

8、遇，將會帶來人員的流動和組合，讓我們翹首以待吧。綜上所述，鄂爾多斯地區(qū)露天煤礦發(fā)展的前景還是好的，競爭、整合將不可避免的會發(fā)生。對于單個的露天煤礦企業(yè)來說，就是要開拓思路，不拘一格引進人才，利用新技術，優(yōu)化采排方案，壓縮費用，提高效率，必有利潤可圖。下面結合一個露天煤礦實例就礦業(yè)軟件的采用，立體模型的建立和意義做一探討。第二章 露天煤礦開采方案立體模型的建立露天煤礦工程主要包括采掘場、外排土場、內排土場、 場內外運輸?shù)缆贰⒐I(yè)場地等。生產過程環(huán)節(jié)：地形地質測繪計劃挖土裝運排土鉆孔爆破挖巖裝運排巖覆土綠化，出煤。整個生產過程是循序推進的，他們都會受到前一工序的制約和現(xiàn)場地形地質條件的制約，只有統(tǒng)

9、籌分析，才能合理高效的完成任務。露天煤礦的開采過程簡單的打個比喻就三個步驟，挖走土石取出煤炭回填土石。如果不考慮運土石的費用，管理露天煤礦就是一項非常簡單的事情。問題是運土石的費用是露天煤礦的主要成本，熟話說“寸金難買，寸土難移”，就是說要多快好省的挖走土石，回填土石，把費用降到最低是一件較難的事情?，F(xiàn)實中受到幾個方面的要求：運輸距離最短，爬高最小，避免事故，出煤最多，符合境界和邊坡要求，工程隊有利可賺，避免二次倒排等?！肮び破涫?，必先利其器”。如果不是建立在先進的測繪技術和電腦工程軟件之上是很難設計出滿足以上要求的開采方案的。筆者現(xiàn)在使用礦業(yè)專用軟件南方CASS和3Dmine對一個露天煤礦

10、實例的開采與管理進行闡述分析，希望能夠拋磚引玉，把方案設計推廣到具體的煤礦，創(chuàng)造應有的更大的價值。1、采集有關數(shù)據，建立露天煤礦地形地質數(shù)據庫1地表高程點，是指原始地形（未開挖的露天煤礦）或采場排土場現(xiàn)在的地形（已經開挖的露天煤礦），一般都有現(xiàn)成的數(shù)據可以采用，如果數(shù)據點距離較遠不能滿足體現(xiàn)地形的要求，可以用GPS采一些高程點加密數(shù)據點進行補充。如下圖：2地物坐標點，地物是指居民房、耕地、電力電信線路、廠房等地面上的物件。3礦區(qū)范圍境界線或拐點坐標。根據以上數(shù)據可以繪制地形圖，用于規(guī)劃管理的需要和土方計算的初始依據。如下圖為原始地形圖局部。下圖為礦區(qū)原始地形（注海拔高度）：4地質勘探鉆孔數(shù)據，

11、在露天煤礦開采前都會有地質勘探報告，采錄礦區(qū)范圍內的鉆孔數(shù)據可以建立各個地層模型，是作圖和開采計劃的基礎。主要有定位表和巖性表，輔助有測斜表和煤質表。如下圖：5巷道圖，如果礦區(qū)范圍內有過井工開采，則會有地下塌陷和地下煤著火的可能，開采過程中一定要和開采現(xiàn)場圖對比分析，做好計劃和防范工作。如果沒有進行過地下出煤就可以不必考慮。如下圖為巷道圖局部。2、建立露天煤礦各個地形、地層模型根據地質數(shù)據庫中定位表和巖性表中的數(shù)據可以建立各種需要的立體模型，可以直觀的進行觀測和體積的計算等工作。例如粘土模型：煤矸石模型：煤層模型：地質模型局部：從上到下依次為粘土、煤矸石、上層煤、夾矸、下層煤：3、土方、煤量分

12、析，土方平衡土方量分析：剝離土方包括表層粘土，上層煤矸石和煤間夾矸。粘土容易挖掘和裝運，一般不需要爆破，與矸石量比較土方量較少，在排棄時盡可能安排成為排土場表層覆土有利于排土場的復墾和綠化。煤矸量最大，一般都需爆破才能挖掘裝運，應盡可能排棄在下層。煤間夾矸量相對較少，爆破和裝運應注意和煤層合理分離，盡可能排棄在下層。煤數(shù)量分析：埋藏較深、相對煤層較厚、煤質較好的1-2層煤炭，是露天煤礦的主要產出對象。部分地區(qū)有少量埋藏較淺薄煤層（0.2-1.5米）質量較差，作為附帶產出。土方量的挖掘和排棄的平衡計算。要想把地下的煤全部取出，就必須把煤頂板以上所有土石和煤間夾石先運走。運出的土石重新排棄到內外排

13、土場。占用多大面積，排棄高度都有要求，就需要計算土方量的平衡。另外，盡可能的減少運距和爬高是一項重要的內容，原則上應高挖高排，低挖低排。如下圖，黃色表示原始地形，紅色表示填方，灰色表示挖方，填挖土方平衡后得到一塊平整的地形。假設我們把礦區(qū)內的土石全部挖出，取完煤后再把所有土石全部回填，就可以達到下面的結果，即開采完煤炭后同時平整了土地（海拔原始最高點1363米，最低點1235米，平整后水平高度1313米）。當然，這是一個理想狀態(tài)，實際當中可以向它接近就可以了。4、中長期開采計劃剝采比，是露天煤礦土方剝離的一項重要參數(shù)。即剝離土石方與采煤量的比值。一般來說在煤層厚度變化不大的情況下，比值越小說明

14、煤炭埋藏越淺，越容易開采，效益越好。理論來說應從覆蓋淺的地方開挖，初始剝采比小，后期加大。土方剝離量，出煤量，地形條件等的關系。土方剝離量和出煤量是成正比的，隨地形條件的影響剝采比變化很大。可以按照出煤量、推進距離、剝離量等條件進行采區(qū)的分期劃分。下圖按距離把礦區(qū)分成了三期，黃色為1期，藍色2期，紅色3期。5、短期開采計劃按月或按周剝離量和開采量，如下圖示例：6、采排現(xiàn)場，道路要求，設計等采場，排土場，運輸線路，出煤線路等既要符合露天煤礦安全高效的一般要求，又要根據本煤礦的實際礦區(qū)范圍、地形地質條件、機械數(shù)量、生產工藝等靈活設計。達到剝離開采有序，道路運行安全暢通，排土不受制約，盡可能的做到高

15、土高排、低土低排、縮短運距。一個露天煤礦能否安全高效的進行運作，這里將起到很重要的作用，下面結合一個設計實例說明。采場：臺階高10米，寬30米坡面角6575度，長400米。采用單斗-卡車工藝，同一平臺爆破后兩臺挖機前后錯開安全距離后平行下挖下裝車，每次下挖3.5米，分三次完成。挖機下挖可減少功率消耗，易于裝滿挖斗，減少大臂的上下活動幅度和挖機的旋轉角度，有利提高挖機裝車效率。多個臺階可交錯安排鉆孔、爆破、裝運，各臺階機械分散平行作業(yè)，臺階平行推進，有利減少相互影響，改善工作環(huán)境，減少事故率。排土場：盡可能安排各層排土場同時平行排土，這樣利于分散車輛，減少等待，減少事故，提高排土速度和質量。排土

16、場的平行排土有利于和采場的平行作業(yè)協(xié)調配合，有利于整體工作的規(guī)劃。單層排土場高度10-20米，坡面角30-35度，坡頂?shù)拙嚯x30-50米，坡頂留排土擋墻。道路：兩條主干道高低分開，寬度15米，坡度小于8%，輕重車道分開。要求路面平整，硬實，靠坡側不能有落石隱患，靠臺階側必須有安全擋墻。行車嚴格遵守有關安全規(guī)程。7、綠化，出煤綠化的要求，面積費用的計算。煤頂和煤巷道的清理，滅火工作，煤質化驗和裝運。這一部分要求不高，不做詳細介紹。8、土方驗收用GPSrtk分月踩點獲取本月挖掘前和挖掘后地形數(shù)據，計算當月的土方量，用于工程款的結算，年終進行復核。采集數(shù)據時，臺階內外邊，起伏變化大的地方要密一些，平

17、坦的地方稀一些，盡可能真實完整的體現(xiàn)地形本來面貌。土方計算的軟件和采用的參數(shù)不同，產生的誤差差別還是比較大的，關系到礦方和工程隊的重大經濟利益。如下圖，分別用方格網法10米格，方格網法5米格，三角網法計算同一塊體的體積，分別為709697.56方，709043.72方，709262.50方。由圖形和數(shù)據可以發(fā)現(xiàn)，方格網法10米格計算誤差還是較大的，網格越小，誤差相對越小，計算結果越符合實際方量。9、安全與優(yōu)化方案安全為了生產，生產必須安全。在確保安全的前提下對采排方案進行優(yōu)化設計，達到多快好省的完成出煤任務是我們的最終目的。時光流轉到2014年，在露天煤礦遇到煤炭市場低迷的時候，在煤炭價格競爭

18、日趨激烈的時候，過去的粗放管理方式受到了力不從心的困擾，有遠見有魄力的露天煤礦的老板一定會在生產優(yōu)化管理方面尋找突破。筆者認為，在露天煤礦整個的開采過程中，隨著環(huán)境和開采現(xiàn)狀的變化而分階段的對開采方案做新的設計是非常必要的。我們可以把生產過程建立的數(shù)據轉化成三維可視化圖形和立體模型，在電腦上建立一個虛擬的生產過程，在虛擬中找到一個優(yōu)化可行的方案用來指導生產，將會事半功倍，使露天煤礦的生產管理變得游刃有余，創(chuàng)造更多的利益價值。下圖為露天煤礦開采方案立體模型的平面圖：下圖為露天煤礦開采方案立體模型的立體圖：以上簡略的簡紹了利用礦山軟件建立露天煤礦的數(shù)據庫，建立地形地質結構的立體模型，建立采掘、排土

19、、道路等生產現(xiàn)場的立體模型，建立土方驗收立體模型，建立長短期采排計劃立體模型等內容。在實際的露天煤礦開采中，可以根據需要做更多的數(shù)據采集和分析與立體模型建立，更直觀的認識地形地質條件，更直觀的設計采排現(xiàn)場，做好開采的優(yōu)化設計，利于管理。第三章 露天煤礦開采方案立體模型的價值立體模型與平面圖形比較最大的不同就在于三維可視化，可以從不同的角度觀看，使人一目了然，更好的認清現(xiàn)場情況，便于做出計劃和安排工作。另外，立體模型包含了平面圖沒有的體積信息和品質信息。露天煤礦開采過程就是在不同的時間把土方、石方、煤方轉移到不同的空間。立體模型幾乎可以真實的模擬出這一過程，可以在電腦上模擬比較，找出最優(yōu)方案，指導實際的生產過程以最少的費用，安全及時的完成土方工程，完成煤炭產出量，實現(xiàn)較大利潤和社會效益。第四章 露天煤礦開采方案立體模型具體應用礦業(yè)軟件的應用是多方面的，筆者根據軟件的數(shù)據庫和立體成模功能結合露天煤礦的實際開采需要列出4個方面，進行簡略的闡述。1、 露天煤礦礦區(qū)總體境界、方量、經濟分析