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硬岩矿横向开发延时分析：一个案列研究
矿业科技大学
摘要：本文的研究目的是找出造成加纳的AGA矿山地下硬岩横向开发延误的原因。此研究用鱼骨分析的方法，确定了20种可能造成矿体横向开发延误的原因。通过采用Pareto分析法，找出了7个延时的主要原因。分别是：铲斗问题，低压空气，劳动力短缺，地理环境恶劣，洪水，电力中断和废物充分处理问题。研究的结论是，如果管理层致力于减少这7个主要的延误因素，应该会解决加纳AGA矿山大约80%的地下硬岩横向开发相关的延误问题。另外，此研究进一步给出了缓解该矿山横向开发延误的建议。
关键词：延误，鱼骨分析，横向开发 ，Pareto分析，地下开采
导言
Edu（2000）将任何水平巷道是水平横跨矿体并连接主要运输航道，入口或竖井的系统的开发定义为横向开发。其主要的目的是探索矿体并为矿体的最终开发做准备。由于这两项活动在矿山的生产经营中发挥着重要的作用，设置一个最优的仅含最小延误数量的演化速率是非常必要的。根据Serguei等人的说法（2007），横向开发延时的一些影响包括：增加了运营成本；增加了到达矿体所必须的时间，因此影响了诸如回报率，净现值和回收期等参数；以及相比正常情况之下对新目标的探索更慢。因此本研究旨在识别和整理已知的或可能存在的导致AGA矿山横向开发延误的原因，找出此矿山横向开发延时的主要原因，并提出一些建议和方法来减少这些延误。
材料和方法
研究区域简介：AngloGold Ashanti Ltd.（AGA）成立于2004年，由AngloGold（总部设在南非）和AshantiGoldfields Corporation（总部设在加纳）两大矿山企业合并而成。AngloGold Ashanti Limited现在是一个全球性的黄金生产商，在四大洲开展了21项业务。 该公司是纽约，约翰内斯堡，阿克拉，伦敦和澳大利亚以及巴黎和巴黎布鲁塞尔股票交易所的上市公司。（维基百科，2010a） AGA在加纳经营了两家矿山：AGA Obuasi的地下矿山和Tarkwa的露天AGAIduapriem 矿。
地理位置和地质要素：Obuasi市区位于加纳阿散蒂地区的南部。 占地面积1624平方公里。它的行政首都是以富有而闻名的Obuasi 金矿所在的奥布阿西，现在AngloGold Ashanti所在地（维基百科，2010b）。奥布阿西距阿散蒂地区首都和加纳第二大城市——库马西南部大约56公里，距国家首都阿克拉西北部200公里。
该市的地形有很高的起伏性，气候是两倍雨量制的半赤道型气候。年平均降雨量在1250毫米和1750毫米之间。平均温度为25.5℃，相对湿度为75-80％。植被主要是退化的和半落叶的森林。森林由用做木材的几种硬木组成。该市风景优美，有着如图1所示的丘陵地貌自然环境。
图1：加纳Obuasi金矿概况（Mining-Technology.Com，2006）
图2：41级的典型横向开发（MiningTechnology.Com，2006）
Obuasi金矿床是元古代（Birimian）火山——沉积和火成岩构造的一条高品位金矿脉的一部分，该构造在加纳西南部呈东北/西南走向延伸大约300公里。 Obuasi矿化与剪切带有关，使金矿化主要结构趋势有三种：Obuasi，Gyabunsu和Binsere的趋势（Leube等，1990）。 石英脉和硫化物矿石构成了在Obuasi开采的两种矿石。
采矿实践：Obuasi矿地表和地下都已经矿化成型，但现在主要是地下开采。地下开采已经延伸到地下1600米的深度。过去用于开采一些矿块的主要平背，切割和填充采场已经转换为机械化的开放式采场。现在总共有15个竖井，但主要的提升井是George Cappendell，Kwesi Mensah，Kwesi Renner和Sansu。这些竖井通过电动轨道牵引系统连接，为41层的六个排土场（图2）服务。牵引系统由Nordic 采矿科技设计，该系统包括两辆8车厢列车。每节车厢容积为14m3；牵引运输的15t机车由英国制造商克莱顿提供。排土场的废石通过皮带从矿石输送机运输到运输层面。该矿采用普通的钻探和爆破方法开采地下矿石。采矿和建筑承包商（MBC）是旨在开发AGA矿山的所有侧面的承包公司。
开发周期活动：在AGA，开发布局准备就绪时开始开发，当所有服务扩展到新一轮开始的工作面时，开发已经结束。开发周期中涉及的活动如图3所示。循环开始时用石灰涂料或喷涂标记工作面表面，指示要钻的点。用传统的手动钻孔机来进行钻孔。AGA采用典型的4 mtimes;4 m尺寸驱动器。从1.2米的杆开始钻孔，然后使用1.8米的杆，最后以2.4米的杆结束。平均断裂前进率为90％，每次爆炸的平均推进率为2.2米。钻孔的直径为38毫米，铰孔的直径约为57毫米。AGA矿山采用不同类型的钻孔模式，并且每一轮的炮孔数量都不相同。典型的楔形或矩形网路每轮占用约56个孔。
钻孔结束后，班组人员为充电做准备。为避免任何可能导致失火的爆炸物污染，清洁钻孔并用压缩空气彻底冲洗。充电使用ANFO装载机或爆破孔充电器。盖子保险丝插在钻孔底部，ANFO装载器将ANFO高压泵入孔中。延时元件也用于实现顺序爆破。爆破在每个班次结束时完成。
图3：AGA Obuasi矿的横向开发周期
爆破后，爆破区域通风。通风开始时间和返回爆破区域之间的时间段称为再入期间，通常为最小45分钟至最大60分钟。 在重新进入之后，爆破班组人员的领导清理完所有不稳定的岩石之后，才能进入爆破面。进行水的喷射也有助于清除工作面的灰尘和烟雾。
清渣是岩石清理后的下一个阶段。在这个阶段，装载设备，如Wagner 铲车，收集破碎的材料；电车把这些收集的材料到在远处。而在较远的距离（500米及以上），铲车，自卸卡车和地下机车进行组合作业。重复上述过程，直到清理完工作面所有破碎的岩石。清渣机架每50米设置一个。在进行研究的Kwesi Mensah竖井（KMS）中，主要的清渣设备是铲车和地下机车。
地基支撑通常取决于该地区的地质情况。在强度较高的岩体中，地基支撑的问题不足为虑，但在地基较弱的情况下，一般采用金属丝网，岩石锚杆，索道螺栓和混凝土进行支撑。
一旦有了足够的地基支持，就可以进行通风扇，压缩空气，供水，供电，照明和其他辅助工作等基本设施的布置，以便为下一轮作业做好准备。
模型简述：图4展示了一个模型，概述了研究实际地点数据收集和分析情况。在AGA，Obuasi的横向开发周期中，各种活动收集的延误数据输入MS Excel。然后使用Excel函数和工具进行鱼骨分析和Pareto分析。
图4：模型制定过程的示意图
图5：鱼骨分析AGA横向发育周期延迟的可能原因
数据收集方法：在AGA，横向开发期间，每个调班结束时进行爆破，因此任何阻碍循环平稳运行的活动都被认为是矿井横向开发生产率延误的原因。因此，为了找出导致2009年加纳Obuasi矿的AngloGold Ashanti Kwesi Mensah Shaft（KMS）在横向开发周期中的部分爆破（爆炸损失）的因素进行了实地研究。通过各个班次中的爆炸损失次数，来衡量这些因素的影响，并把这些因素作为研究期间每月爆炸损失的最终数据。
结果和讨论
鱼骨分析：因果图是一种有助于识别，排序和显示具体问题或者质量特征可能的原因的工具。它以图形方式说明了给定结果与影响结果的所有因素之间的关系。这种类型的图有时被称为“Ishikawa”图，因为它是由Kaoru Ishikawa发明的，或者是“鱼骨图”，因为它的外观很像鱼骨（BSC，1996）。在这项研究中，影响或结果是由AGA，Obuasi的横向开发中每月爆炸损失总数所代表的全面性的延误。鱼骨分析确定的原因有：装载单元不可用（铲车）；低压缩空气；没有专门的劳动力来进行横向开发周期的活动，如钻孔，爆破和机器作业；恶劣的地理位置； 洪水；停电；废物处理；布局问题; 供水问题; 风机故障; 管道破裂和泄漏; 没有针对性的调查方向; 地质特征问题，如地层类型，断层和节理; 运输单位（机车）故障; 基础设施服务不足; 钻井设备问题（包括不合格的操作工人）; 压力泵不可用;火灾问题; 钻头问题; 并且工作面仍有废渣。 鱼骨分析的结果如图5所示。
Pareto分析：Pareto分析是决策中的一种统计技术，作用是在有限数量的任务中选择能发挥重要性整体性的任务。这种分析法遵循帕累托原则（也称为80/20规则）：通过完成20％的工作，可以产生80％的整体工作效益。或者在质量改进方面，大多数问题（80％）是由几个关键原因（20％）产生的。这也被称为重要的少数和琐碎的多数（Duncan，2008）原理。本文应用这一原则，来确定导致在研究期间每个月末的总延误的主要原因。表1列出了2009年AGA Obuasi矿区横向开发过程中由造成延误的二十（20）个原因而造成的爆炸损失数据。柱状图如图6所示。
图6：AGA横向发育延迟导致的爆炸损失数
图7：帕累托分析确定AGA横向发育延迟的主要原因
Pareto分析显示，大约80％的延误是由二十（20）个确定的延误因素中的七（7）个引起的（表2和图7）。这些被认定的原因有：铲斗问题，低压缩空气，劳动力短缺，恶劣的地理位置，洪水，电力故障，废物充分处理。
Pareto分析的含义是，如果管理层集中精力减少由于七（7）个主要延误原因导致的延误，该矿将解决80％与爆炸损失相关的问题，从而解决横向开发中的生产率的问题。
表1：AGA横向开发延迟导致的爆炸数量
表2：延迟的原因及其累积影响
结论
横向开发在矿山的总生产力中起着非常重要的作用，因此需要确保在其所有活动中减少延误。有些延误是可以避免的，有些则不是。但是，对延误原因的预先了解可以帮助管理层采取相应的措施限制这些延误，从而提高生产率。本研究利用鱼骨分析和Pareto分析分析了AngloGoldAshanti，Obuasi矿井地下横向开发延误的原因。在通过鱼骨分析确定的延误的20个可能原因中，再用Pareto分析法分析了7个主要的延误原因，管理层应该致力于减小这些问题，以解决与大约80％AGA Obuasi矿井地下横向开发延误的相关问题。造成延误的7个主要原因是铲斗问题，低压缩空气，劳动力短缺，恶劣的地理位置，洪水，电力故障和废物处理。
建议
以下建议可以考虑：
备件应始终可用，并保持良好的维护，以减少铲斗和压缩空气问题。
应观察机器运行所需的最佳温度，以避免温度过高导致软管等机器部件损坏。
熟练人员应参与购买机器和其他设备，以避免购买无法达到服务年限的劣质产品。
应从信誉良好的公司进行购买，这将提供非常好的保修。
应始终保持良好矿山道路，否则会经常导致机器轮胎损坏。
机器操作员必须接受有关设备滥用后果的教育，同时采取相关措施制裁滥用设备的人。
进行详细的工作分析，来确定分配某一特定工作的工人数量，避免某项工作的工人数量太多或太少。
鼓励工人，使工人自愿和热情地为实现公司目标而工作。
在钻探和爆破之前，必须严格研究该地区的地质情况。
备用发电厂应该随时可以在停电时立即为压缩空气和其他公用设施供电。
7月发生的大洪水事故是一个特殊情况，必须避免。必须仔细维护集水坑，排水泵和排水系统。
致谢
非常感谢TarkwaGhan采矿科技大学采矿工程专业的Kofi Frimpong Ofosu先生;加纳AngloGold AshantiObuasi矿的StanleyMensa先生和BashirAhmed先生。
参考文献
BSC., 1996. Cause-And-Effect Diagram: Basic Tools forProcess Improvement. Retrieved from: http://www.balancedscorecard.org/BSCResources/ArticlesWhitePapers/ProcessImprovementTools/tabid/243/Default.aspx,(Accessed on: 28 September 2010).
Duncan, H., 2008. Pareto Analysis Step by Step,Retrieved from: www.projectsmart.co.uk/paretoanalysis-step-by-step.html, (Accessed on: 08March,2010).
Edu, M., 2000. Dictionary of Mining, Mineral andRelated Terms, Retrieved from: http://www.infomine.com, (Accessed on: 05 February 2010).
Leube, A., W. Hirdes, R. Mauer and G.O. Kesse, 1990.The early proterozoic birimian supergroup of Ghanaand some aspects of its associate
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