露天矿三分区开采剥离关系动态优化方法.pdf

m 时| 神． 吨 l 计算机应用 i 如 -舶 f 帕讣 脚 列 啪 茹 露天矿三分区开采剥离关系 动态优化方法 西安建筑科技犬学黄光球 。 【 摘要】 本文 盥 用 运筹学 和 计算 机方 法， 在 考 虑多 种 优化 原 则条 件 下， 提出 了 露 天矿 三分区 开 采果莉关系动态优化方法．诙方法能解决分 区开采 几十关键问题各分区矿岩鼍最优分配I备分区开采 最优开始对间和最优结束时间，各分区最优划分方案． 关键{ 毒 露天矿分区开采采剥关系动态优化运筹学动态规划 一 一，． - ～ 1 哥I吉． 可缓剥大 量岩 石。 露 天矿分 区开采就 是把露 天矿原开采范 围划分成多个开采分区，然后各分区顺序进 行开采 。露天矿 采用分 区开采 ，一方面 由于 各采 区 白成开 采子系统 ，采 场 之 间 干 扰较 少 ，因而工作 条件较 分期开采好 I另一方面 2 三分 区开采采剥关系 动态优化方法 露 天矿 可根据 矿体 规模 和赋存 条件 将矿 体划分成多个分 区进行开 采。本文 只讨论 三 分 区开采的 情况 。 各矿 解 吸电解指标一览 讳 咐讳●砷 神 讳 ● 粕砷 5斗 ●m 裁盘 炭品盥 解 吸炭品 位 贫液 品位 解 嗳辛 电解率 产 壹 g ／ t g ， l g ／ t ％ kg 老府 3 7 B 4 ． 8 0 36 268T．j6 2 08 9． 0T { 25 ． 6 初头 朗 2 0 j o ． 0 3 5 99 ． T5 解 搜菅 于 1 ． 8 4 T6．55 佰 ． T 8 8． 6 4 、 ’ 0 3． 0 3．7 5 2 1 2 ．8 【 6 ． 2 5 3【 ’． 8 1 ． 8 8 0 ． 0 6 8 结 语 移动式载金 炭解吸 电解装 置 具 有 体积 小、配置紧凑 、操作 简单 、移 动 方 便 的 优 点 。解 吸率可达 9 5 ～9 8 ，电解 率在9 9 97- T5 。 ． 2 T 0 。 【 5 5． 5t 9 4． 7【 ．6 。 9 6． T 0 0 8． O 8 0． 0 0． T7 ．34 7． 日 日0， 60 0 9． 9 4 9 ． 8 5 0 ． 5l 9 9． 3 2 以上 。谤 装置是小型 炭浆 厂和堆浸一 炭吸附 厂生产成品金较理想的设备，具有推广应用 价值。 责任编辑康晓茜 霹 矿三分区 开番剥离关系动 态优化方祛黄光埤 _5 1 一 塑们 嘶 。 “ ～ 一 一 ～ 维普资讯 2． 1 三分 区开 采过程分析 假设露天矿沿 走向布置 三 个 分 区 见 图，AB C D 为露天矿境界， MN X T 为 矿体 ， AL QQt 为第一 分 区，Q Q HH【 为第 二 分 区， H HR D为第 三分 区。首先开 采第一分 区， 当 开采到I K 位置时，开始开采第二分 区。当第 一 分 开采到I r K 位置 、 第二分 区开 采到G- J 位置时， 第三分 区开 始开采。 当第一分 区采 到E F位置 、第 二分 区采到GJ 位 置 、第 三分 区采到Vw位置 ，这时露 天 矿在三个分 区内 同时 工作 。三个分 区均 采 到L QHR 位置 时， 此 时分 区开采结束 ，露 天矿正式转入大 境界 开 采或露 天矿开采终止。 三分 区开 采过程分析 图 2 ． 2 动态优化模型的建立 运用系统工程的观 点，采用运筹 学和计 算机方法进行综合优 化。 2 ． 2 ． 1 状态转移 方程 2 ． 2 ． 1 ． 1 临界矿岩采 剥关 系 在 三分 区开 采条件下 ，假 设在第一、第 二 、第三分 区开 采时，其 临界工作 帮坡 角分 别为a I o 1口 o 和a 它们是露天矿井采为了 揭露最 小采矿工作面而容 许的最陡工作 帮坡 角 。按 临界 工作 帮坡 角进行生产而 形成的矿 岩 发展 关系称为 临界矿岩采 剥关系。 即 Pt 0 t f 1 0 V1 o t P2 。 t f 2 D V2 o t P3 o t f 3 。 V3 o t 式 中vt 。 t 、V2 。 t 、 V。 。 t 分别 为第 一 、第 二 、和第 三分区t 年 临界采矿 量， Pl 0 t ，P 2 0 t 、P a 0 t 分别为第 一 、第二、和第三分 区第 t 年临界剥岩量， f 。 、f 。 f 。 。 分 别为 第一 、 第 二、 和 第 三分 区第 t 年 临界矿岩 采剥 关系。 2 ． 2 ． 1 ． 2 实际矿岩采剥关系 为了在各分 医内均衡生产 ，其实 际工作 帮坡角分 别 为a 1 1 ，a 2 1 和a a t 。显 然，a 1 1 ≤ a 1 0 。a 2 I ≤口 m a 3 t ≤a 3 o 。各分 区 按实 际工 作 帮坡角进行生 产而 形成的矿岩关 系称 为实 际矿岩采剥关 系 。即 P【 l t f 1 t V“ t P2 t t f 2 1 V I t P3 I t 3 1 Va t t 式 中P 1 t 、P 2 1 t 、P 3 l t 分别为第 一 ，第 二和第三分 区第t 年实 际剥岩量 fI I ’ f 2 I 、f 3 I 分 别 为 第 一、第 二 和第 三分 区实际矿岩采 剥关系， vl l t 、 V2 t t 、V4 t t 分别为 第 一 、第二和第三分区第 t 年 实际采矿量。 2 ． 2 ． 1 ． 3 提前矿岩采 剥关系 由于实 际工作 帮坡 角比临界工作帮坡 角 缓，因此，每年 的实 际剥岩 量和实际采矿 量 要比临界剥岩 量和临界采矿量 大。它们之 间 的差 即为每 年的提前 剥离量和提前采 矿量， 它们因此而 构成的 矿岩 采剥关系 为提 前矿岩 采剥关系 。即 Pt t f 】 l V“ t 一 f t 0 V】 D t P2 t f 2 l V2 t t 一 f 2 0 V2 D t P3 t f 3 】 Va t t 一 f a 0 V3 D t 式 中vi I t 、 Vz t 、 V 9 t 分 别 为 第 一 、第二和第三分区 第 t 年 提 前 采 出矿 石 量 { P “ t 、P 2 t t 、P a t t 分别为第 一 、第二和第 三分区 第 t 年 提 前 剥 离岩石 量} f 【 I ’f 2 1 1 f 。 r一 分 别为第一 、第二和第 三分 区提 前矿岩 采剥关系 。 2 ． 2 ． 1 ． 4 提 前剥 离状态 转移方程 一 5 2 一 有e矿 1 9 9 5 ， 5 维普资讯 按露天矿一般生产规律，为了防止剥离 第 t 年初的累计提前剥离量是第 t 年初 高峰的出现，通常采用的方法 就 是 提 前剥 的累计提前剥离量，与第 t 年内实际提前剥 离。即把本来在高峰期才剥离的岩石提前进 离量之和，而第 t 年内的实际提前剥离量则 行剥离。各分区每年提前剥离量，必须从藤 是第 t 年内的实际剥离量与第t 年 内的 临 界 天 矿开 采的全局角度来确 定。在某一分 区， 剥离量之差 ’ 。即 Gj Qi 。 t 1 G Q凡 t Ri t 一f l o Qi t 一Q{ - t 1 Gi Qj t 1 G Qj 。 t R； t 一f 2 。 Qi t 一Q； ． t ⋯ ⋯⋯1 G 3 Qj t 1 Gj Q； t R{ t 一f 3 o Qj t 一Qj t 1 ≤i ，j ≤n。 ，所 有变量非负 。 式 中G Q t ，G Q t 、G Q； t 分别为 第一 、 第二和 第三分 区第 t 年 初状态i 的累计提前剥离量。这时 对 应的 提 前 采矿量分别 为Qi 。 t 、Q t 和Q 5 t ， Rj t 、Rl t ，R t 分 别为第 一 、第二和第三分 区第t 年 内状态j 的 实际剥 离量， Q{ t 、Qi t 、Qj t 分 别 为第 一 、第 二和第三分 区第t 年 内状态j 的 实 际采 矿 量， 1 1 第 t 年 的状态 数，根据 需 要或 计算精度确定。 2 ． 2 ． 2 约束条件 每年 的矿石年产 量，应 由三个 分 区共同 分 担， 即 Qi t Q； t Q t 0． 0 ≤ Qj t ≤ Ot ＼ 0 ≤Q t ≤Ot ⋯⋯ 2 o O ，则表明在第s 分区提 前 采 剥已 发生 ，其累计提前 剥岩 量 为D 。则第 啤i 的 提前 剥岩量为t D． D 一D ～，s 1 ，2 ，3 于是由D s 用第s 分区提 前矿岩采 剥关系可反 算出第啤i 的提前采矿量，即 Q l t f D8 ， B 1 ，2 ，3 从而 计算 出临界采矿量 Q 。 t Q t 一q t 由Q 。 t 用第s 分 区临界矿岩 采 剥关系 即可计算出该分区的临界剥离量 d。 f 。 。 Q o t s l ，2 ， 3 如果D ≤0 ，刚采剥只在临界开采范围 一发 生 ， 即临界采矿量为 Q 。 t Q t ， s l ， 2 ， 3 由Q 。 【 即可用第 s 分 区的 临 界 矿岩 采 剥关系计算出该分区的临界剥离量d 。 。 2 ． 3． 2 模 型简化 如 果提前 采矿量忽略不计 ，或不进行提 前 采矿，则 采剥 状态转移方程 可简化为 Gj t 1 Gf t R； t 一 。 Qi t G 3 t 1 G t R； t 一f 2 。 Qi t Gj 【 1 G t R{ t 一f 3 Qj t 2 ． 3 ． 3直接 求解 方法 由于上述动态优化模型维数较高，计算 工作量大。因此，可用高速计算机，如中型 机 VA X机、T J 机等 或 高档微机 8 0 3 8 6 、 8 0 4 8 6 等，直接 求解 三个动态 优化模 型， 获 得最优解 。 2 ． 3 ． 4 分 段降维求解方 法 如 果计算机速度较低 ，则 直接求解方法 占用机时长。这时可根据 多分 区开采各分 区 起始和终止时间之间存在时间差这一特点， 采 用分段 方法将模型降维， 具体操作 步骤如 下 I 1设各分 区开采开始 和结束时间 初 始 方案 为 S E 0 ，T儿， Ti l ， T2 2 ，T3 1 ，T 式中 第一分区开采结束时间J T m T“ 分 别为第二分 区开采开 始 和结束时间， T m k分剐为第三分区开采开始 和结束时间。 2根据T 1 1 ，T T 2 2 、T l 1 的 大 小 分段 。计算时，如果时段内某分 区未开采， 则关于该分区所有方程和变量均不考虑。这 样一 来 ，模 型的维 数便 降低 ，这时便可 快速 计 算 出此分段方 案下的最小 总费 用ct 。 3修改分段方案，重新计算新分段 方案下的最小总费用。这样经 过 若 干 次计 算 ，便 可得 出一系列分段 方案； Sl ， S 2 ， ⋯ ， S。 及其对应 的最 小总费用t Ci ， Cz ， ⋯ ， C 因此，可从这些最小总费用中，挑出一最小 总费 用 Ck Mi a C】 ，C C 其 对应的分段 方案 便可立 即得 出 s 唯S K 2 ． 3 。 5 最 优采剥关系 的确 定 利用上述动态 优化模 型， 可 求 出不同优 化原则条件下 ，各分区每年最优的矿石量和 岩石量分配 ，并确 定 了第 二和第三分 区最优 的开始和结束时间，因此，三分区开采最优 采剥关系就可确定下来了。 2 ． 4 三分 区开采结束 时间的确定 兰分 区开采结束时 阔 由 分 区 的大小决 定。若分区划分是最优的，则分区开采结束 时间也是最优的。它由下式简单地确定 O。 t T 3 最优分 区划分 的确定 上述那些动态优化模型是在假定分区划 露天矿三分区开采剥离关系动态优化方法黄光球 Q Q Q ≥ 0 ∑ ㈦ 维普资讯 分已经给定的条件下建立起来的，因此可用 搜索方法确定最优的分 区划 分，其 步 骤如 下 1 给定一初始分 区划分 方案 。 2根据 实际要求选 定适 用的 优化原 则，进行分 区开采动态优化计算 ，确定出分 区部分 ALRD 最优 的生产费用C J用 文 献 [1]提 出的方法计算剩余部分 LR C B 生 产费用C ，于是露天矿生 产总费用 为 M Cl C2 3 移动分 区划分 界 线 。重 复 步 骤 2 ，重新计算露天矿生产 总费用M。 4经 过若 干次计算 ，将 得出一系列 生产 总费用 M l ， M 2 “， M 及 对应的分 区划分 方案； Ll J L2 ， ⋯ ， L 显 然，这些 总费 用中的最小者所 对应 的 分 区划分 即为最 优的分 区划分 。即 M} Mi ra { Ml ，M2 ，⋯，M } L-L 4 结 论 露天 矿多分 区开采 是较常用 的一种 具有 较 好经济 效益的开采 方法 。实践 表明 ，本 方 法是可行的，它 可解决分 区开采的下列关键 问题 1 确定三分 区开采条件下的各分区 开采最优 的开始 和结束时 间。 2最优 地分 配各分 区的矿石开采量 和岩石 剥离量。 3最优 地确定分 区划分 方案 。 本文所提 出的 方法 可直 接应用于露天矿 多分 区开采优 化设 ‘ 中。 参考文献 l 云 庆夏． 均衡 露天矿 剥 离工作 的新方 法． 右 色 金 属 ， 9 8 4 c 4 ． 2桂中岳 ． 矿 业 运筹 学． 北京 冶金工业 出版社 ．】 9 8 9． 3 云废夏 ．黄光豫 ． 薛介 民等． 露天矿采掘计划的微机 CAD优 化收 件色 ． 化 工矿 山技术 ，1 9 8 8 B ． 4 李克民．张幼蒂． 露天矿分区开采优化 教 学模型． 盒 属矿 山 ． 目 g 0 3 ． 责任 编辑周致勤 ⋯ Ⅲ ⋯ ⋯ Ⅲ⋯ ⋯ ， ． ， 上接第 2 2 页 4 0 余年特 别是近 l 0 年 的迅速发展，逐部形成 本矿 山支护方法的特点 ，是我 国黄金矿 山中 掌握 采场护顶技术较好的矿 山之一 。但 也存 在许多 问题 ，主要是设备不配 套，机械化程 度 不高 ，劳动强度大，支护施工 中测试手段 不 完善等 。对此 ，今后应开展下 列工作 1 加强对深部岩体力学 与新 型锚 杆 的试验研究工作。通过对岩体结构特征和质 量评 价， 以及 地压与采场结构尺寸关系 的研 究，确定台理 的支护形式和参数 。大力 试验 推广陕硬膨胀水泥药卷新型锚杆，代替现用 的锚杆， 以降低 采场支护成本， 2 加快开发人工点柱快速形成采矿 工 艺，取代 护巷矿柱 和运 搬困难 ，架设操作 繁重的水泥预制垛支护，以及解决削壁充填 难于接 顶造成 大面积空顶悬顶的 采场因地压 而 丢矿问题 。预 测应用这 项新 技术可减少矿 石损失约 5％。 3在研 究更 新现 有设备 和工具 的 同 时，配套组建喷锚机 械化 自动化作 业线 ，将 手工操作 减少到最低 限度 。补充必要 的新 型 仪器仪表 ，加强技术监 测，进 一步提 高 支护 施工质 量 。 4 目前 ，尾砂供应量不 足，采场 充 填欠帐，很不利于深部地区控制。为了使采 充平衡，大力开展利用掘进中的废石为骨料 的垒粒级块石胶结充填工艺研究，拓宽新的 充填料来源，弥补尾砂充填量不足，同时又 可提高充填体的刚度，更好的控制深部大面 积开采 中的 地压。 责任编辑周致勤 一 5 6 一 宥自矿 ～ 9 s ． 5 维普资讯