地下開(kāi)采邊界品位動(dòng)態(tài)優(yōu)化研究及其應(yīng)用.pdf

1、在礦山開(kāi)采過(guò)程中,邊界品位是最基本、最重要的參數(shù)之一。邊界品位的選擇直接影響所圈定礦體的形態(tài)及礦石儲(chǔ)量,進(jìn)而影響礦山建設(shè)、生產(chǎn)規(guī)模、收益、設(shè)備選擇和生產(chǎn)壽命,同時(shí)還影響到不可再生資源的利用率。因此,邊界品位是一個(gè)對(duì)礦山經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著重大影響的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。邊界品位的優(yōu)化,也是礦山經(jīng)營(yíng)參數(shù)優(yōu)化的核心內(nèi)容之一。
　　 國(guó)內(nèi)外在邊界品位研究中經(jīng)歷了50多年的歷史,盡管做出了許多非常有價(jià)值的成果,但還存在不足:盈虧平衡法得到的邊

2、界品位,是一個(gè)與礦石質(zhì)量、時(shí)間和位置無(wú)關(guān)的靜態(tài)區(qū)分標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有考慮資金的時(shí)間價(jià)值,它的不合理性是顯而易見(jiàn)的,這種方法逐漸被淘汰;最大現(xiàn)值法是假設(shè)整個(gè)優(yōu)化范圍的品位服從同一統(tǒng)計(jì)學(xué)分布,即這一分布在該范圍是處處相同。在這個(gè)假設(shè)條件下,得到使總凈現(xiàn)值最大的優(yōu)化結(jié)果是邊界品位逐年下降?，F(xiàn)實(shí)中幾乎所有礦床都不滿(mǎn)足這一假設(shè)條件,礦床一般都有高品位區(qū)和低品位區(qū)。當(dāng)?shù)推肺粎^(qū)位于礦床的上部時(shí),開(kāi)始一個(gè)時(shí)期采用高的邊界品位顯然是不合理的,甚至是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因

3、此,要得到符合實(shí)際的最優(yōu)邊界品位,必須考慮礦床不同區(qū)段的真實(shí)品位分布。
　　 針對(duì)邊界品位優(yōu)化研究中存在的問(wèn)題,在研究地下開(kāi)采工藝的基礎(chǔ)上,根據(jù)礦床的賦存條件和礦體的開(kāi)采順序,把優(yōu)化范圍劃分為一系列的區(qū)段,即優(yōu)化單元。在此基礎(chǔ)上,將開(kāi)采過(guò)程分成前后過(guò)渡的開(kāi)采階段,每個(gè)開(kāi)采階段包括若干個(gè)狀態(tài),一個(gè)階段的一個(gè)狀態(tài)由從開(kāi)始到該階段開(kāi)采完畢的累積開(kāi)采礦量作為狀態(tài)變量,一個(gè)階段的一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的開(kāi)采礦量是從過(guò)渡到該狀態(tài)的前一階段某狀態(tài)的累積

4、礦量和本狀態(tài)的累積礦量求的。開(kāi)采方案從第一階段的各狀態(tài)開(kāi)始,從優(yōu)化單元1的品位-礦量曲線(xiàn)上得到各狀態(tài)礦量對(duì)應(yīng)的邊界品位,根據(jù)開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的投資與使用的采礦方法所發(fā)生的生產(chǎn)成本計(jì)算出開(kāi)采礦量所得的贏利,再根據(jù)礦山的年生產(chǎn)能力計(jì)算出開(kāi)采時(shí)間,并將贏利折現(xiàn)到開(kāi)采初期時(shí)的凈現(xiàn)值。這樣第一階段完成后,就得到該階段各狀態(tài)的礦量、邊界品位和凈現(xiàn)值。第二階段各狀態(tài)是由第一階段的某些狀態(tài)過(guò)渡而來(lái)。以第二階段的某個(gè)狀態(tài)為例,假設(shè)第一階段中有k個(gè)狀態(tài)可以過(guò)

5、渡到該狀態(tài),每個(gè)過(guò)渡都有一個(gè)本階段開(kāi)采的礦量,這個(gè)礦量是在優(yōu)化單元2開(kāi)采的,從第二優(yōu)化單元的品位-礦量曲線(xiàn)可以得到這一礦量對(duì)應(yīng)的邊界品位值、獲得的利潤(rùn)以及該利潤(rùn)折現(xiàn)到開(kāi)采初期時(shí)的凈現(xiàn)值。該狀態(tài)的凈現(xiàn)值就等于過(guò)渡到該狀態(tài)的前一階段狀態(tài)的凈現(xiàn)值加上開(kāi)采礦量獲得利潤(rùn)通過(guò)折現(xiàn)后的凈現(xiàn)值,從前階段的k個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到本階段有k個(gè)不同的凈現(xiàn)值,該狀態(tài)的凈現(xiàn)值取這k個(gè)不同凈現(xiàn)值中的最大者,而該狀態(tài)的邊界品位就是獲得最大凈現(xiàn)值時(shí)對(duì)應(yīng)的邊界品位。用同樣的方法

6、一直計(jì)算到最后階段(最后一個(gè)優(yōu)化單元)每個(gè)狀態(tài)的凈現(xiàn)值和邊界品位。從最后階段的各狀態(tài)中找出凈現(xiàn)值最大的狀態(tài),按過(guò)渡的順序反推回去,就得到每個(gè)階段的最優(yōu)過(guò)渡(也叫最優(yōu)決策),這些最優(yōu)決策組成該邊界品位優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解。根據(jù)上述優(yōu)化思路,建立了新的動(dòng)態(tài)規(guī)劃邊界品位優(yōu)化模型。該模型以?xún)衄F(xiàn)值為指標(biāo)函數(shù),同時(shí)考慮礦體的開(kāi)采順序、礦山的年生產(chǎn)能力以及礦石品位在不同區(qū)段(優(yōu)化單元)的實(shí)際分布,并與實(shí)際使用的采礦方法相結(jié)合。該模型實(shí)現(xiàn)了地下開(kāi)采邊界品位

7、優(yōu)化在時(shí)間上與空間上的動(dòng)態(tài)結(jié)合,在地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化方法的一次突破。
　　 論文還基于Lane法的思路,分析地下開(kāi)采和露天開(kāi)采的不同特點(diǎn),推導(dǎo)出采礦、選礦兩階段和采礦、選礦、冶煉三階段的地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。模型增加了貧化率和圍巖品位等參數(shù),引用圍巖品位與礦石地質(zhì)品位比值的變量,使之適用于地下礦山。
　　 基于兩種優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)模型,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng):動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)(DPOS1.0)和礦山經(jīng)濟(jì)決策系

8、統(tǒng)(MEDS1.0)。DPOS1.0不僅可以求得各優(yōu)化單元的開(kāi)采礦量、邊界品位、累計(jì)的生產(chǎn)年限以及現(xiàn)值等結(jié)果,還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)圖,直觀的得到各優(yōu)化單元之間有效的決策集合和該優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)策略。MEDS1.0不僅可以對(duì)整個(gè)礦體作為優(yōu)化對(duì)象,還可以選取任意勘探線(xiàn)和水平之間的范圍作為優(yōu)化對(duì)象,同時(shí)能夠使用多套經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)方案,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)現(xiàn)值法假設(shè)優(yōu)化范圍品位分布不變的局限性。該系統(tǒng)是基于謙比西銅礦開(kāi)發(fā)的,但也可以應(yīng)用于其他同類(lèi)礦山,是一

9、個(gè)相對(duì)通用的礦山經(jīng)濟(jì)決策軟件。
　　 這一邊界品位動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用于贊比亞謙比西銅礦,對(duì)崩落法開(kāi)采的兩個(gè)階段的邊界品位進(jìn)行了優(yōu)化。動(dòng)態(tài)優(yōu)化法將優(yōu)化范圍劃分為12個(gè)優(yōu)化單元(動(dòng)態(tài)規(guī)劃的階段),每個(gè)優(yōu)化單元有自己的品位分布,按照一定的開(kāi)采順序。優(yōu)化的結(jié)果是:優(yōu)化單元1到12的邊界品位和開(kāi)采礦量分別是1.004％和853823.852噸、0.808％和1333158.948噸、0.905％和913919.33噸、1.002％和8832

10、14.087噸、1.015％和906692.185噸、0.999％和965396.035噸、0.995％和716111.732噸、1.007％和708986.005噸、0.993％和710850.398噸、0.993％和759790.244噸、0.993％和709781.188噸、0.989％和740540.653噸,共開(kāi)采礦石10202264.66噸,開(kāi)采時(shí)間近10年,最大現(xiàn)值為24281.68萬(wàn)美元,邊界品位優(yōu)化結(jié)果在0.808％至