露天矿配矿优化方法研究.pdf

第3 2 卷第4 期 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M Ⅱq I N GANDM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V o l3 2n 一 A u g u s t2 0 1 2 露天矿配矿优化方法研究① 吴丽春Ⅵ”，王李管1 3 ，彭平安Ⅵ”，王黏1 ’2 ”，陈忠强1 1 2 ’3 1 中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 ；2 中南大学数字矿山研究中心．湖南长抄4 1 0 0 8 3 ；3 长沙迪迈数码科技股份有限公司，湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要针对露天矿山规划与矿石质量管理的配矿需求，在爆堆品位分布预测的基础上，利用0 - 1 整数规划模型，研究了露天矿配 矿的优化方法，进而将其嵌入到D I M l N E 软件中，并以某水泥灰岩矿配矿设计为例，验证该技术的性能。结果表明，该露天矿配矿优 化方法应用简单、配矿效率高、效果好，町有效提高企业的经济效益，对于指导矿山企业的有效生产与决策具有重要的意义。 关键词配矿；D I M I N E 软件；爆堆品位分布预测；0 - 1 拯数规划模型；露天矿 中图分类号T D 2 1 6文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 4 0 0 0 8 0 5 O p t i m i z a t i o nM e t h o d sf o rO r eB l e n d i n gi nO p e n - p i tM i n e W UL i c h u n l ，2 一．W A N GL i g n a n l f 2 ”，P E N GP i n g a n l 2 ”，W A N GZ h e l ，2 ⋯，C H E NZ h o n g q i a n 9 1 ’2 ’3 1 ．S c h o o lo f R e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o t a hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a ；2 ．R e s e a r c h C e n t e ro f D i g i t a l M i n e ．C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a ；3C h a n g s h a D 喀i t a l M i n e I n c ．L t d ， C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ．矾i n a A b s t r a c t I nv i e wo ft h er e q u i r e m e n t so fo r eb l e n d i n gf o ro r eq u a l i t ym a n a g e m e n ta n do p e n p i tm i n ep l a n ，a no p l l m i z a l i o nt e c h n i q u eo fo r eb l e n d i n gf o ro p e n p i tm i n eu s i n ga0 - 1i n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e lw a sp r o p o s e db a s e do nt h eg r a d e d i s t r i b u t i o np r e d i c t i o nf o rm u c k p i l e ．T h i sm e t h o dw a st h e f ti n t e g r a t e di n t oD I M I N E ．T a k i n gt h eo r eb l e n d i n gd e s i g nf o r ac e m e n tl i m e s t o n eo r ea sa ne x a m p l e ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h i so p t i m i z a t i o nt e c h n i q u ew a sv e r i f i e dT h er e s u l t ss h o wt h i s o p t i m i z a t i o nt e c h n i q u ef o ro r eb l e n d i n g ，b e i n gc h a r a c t e r i z e db ye a s i e ra p p l i c a t i o na n dh i g he f f i c i e n c yi n o r eb l e n d i n g ， c a ng r e a t l yi m p r o v ee n t e r p r i s e s ’e c o n o m i cb e n e f i t ．I ti so fi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o rg u i d i n gt h eo p e r a t i o na n dp l a n n i n g o nm i n e ． K e yw o r d s o r eb l e n d i n g ；D I M I N Es o f t w a r e ；g r a d ed i s t r i b u t i o np r e d i c t i o no fm u c kp i l e ；0 - 1i n t e g e rp r o g r a m m i n g m o d e l ；o p e n p i tm i n e 配矿是矿山生产中矿石质量规划与管理的重要措 施与手段，旨在提高被开采有用矿物及其加工产品质 量的均匀性和稳定性，以满足利用部门对矿石产品的 质量要求，并实现矿床资源的综合利用，从而提高矿山 经济效益”。。在矿山的实际生产过程中，配矿主要面 临两方面的技术难题，一方面由于配矿数据量大，约束 条件多，人工编制配矿计划周期长，生产信息传递慢， 工作效率较低；另一方面矿石成分复杂，品位变化大， 矿石质量波动较大，高、低品位矿石利用率低。近年 来，为提高选矿效率。降低生成成本，越来越多的先进 技术被引入到配矿工作中，如应用地理信息系统 G I S 技术、全球定位系统 G P S 技术及通用无线分 组传输 G P R S 技术进行露天矿山配矿生产的动态管 理”1 ，利用基于多角色的决策支持系统 D S S 的成本 优化模型解决高炉配矿oo ，以及利用计算机优化配矿 方案、为矿山决策提供科学依据”。1 等等。这些研究 部分解决了配矿工作的技术难题，但依然存在不少缺 陷，如爆堆矿石质量的分布情况预报失真导致计算机 配矿中的假数真算现象”1 。基于此，本文提出一种露 天矿配矿的优化方法，即在爆堆品位分布预测的基础 上，利用0 - 1 整数规划优化模型，以出矿量均衡为最大 目标，进行爆堆的配矿工作。继而将其嵌入到三维矿 业软件D I M I N E 中，结合D I M I N E 软件强大的矿床三 维地质建模、储量计算与动态管理、测量验收及快速成 ①收稿日期2 0 1 2 ”、“ ”等其它符号替换。 爆堆配矿的0 - 1 整数规划模型在以上约束条件 下，以出矿量均衡为最大目标，即 M a xf ∑∑∑O 。。 s ．t ∑∑O 。。q 。 0 s l “2 ”，n 2 ⋯1 ∑∑O , , i j t 。 Y ；, i j ≤q ， s 1 ，2 ，⋯，n ⋯12t ∑∑∑O 。。％。≥Q 一 s 1 “2 一，n 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 ∑∑∑ n ，。。一A ㈡0 。。飞。≤0 { I ⋯I 1 h 1 ，2 ，一，n f ∑∑∑ 。；。。一A ．。 0 。，xs , i j ≥0 { 2 ⋯IJ I h l ，2 ，⋯，n k O 。一∑0 。≤0 5 1 ，2 ，⋯，“；i 1 ，2 ，⋯，7 ；j 1 ，2 ，⋯，≠ ∑∑∑皿，．。‘0 “√≥b 8 ≤n 0 。， 0 或1 s 1 ，2 ，’’‘，4 ；i 1 ，2 ，⋯，7 ；J 1 ，2 ，- 一，z I ．2 配矿流程 本文通过爆堆品位分布预测，利用0 - 1 整数规划 优化模型，结合三维矿业软件D I M I N E 实现了露天矿 配矿优化方法，基本流程为根据载人的爆破边界线与 炮孔数据库，划分估值网格估算爆堆品位，重复上述操 作，直到所有参与配矿的爆堆都估值完毕，最后载人已 估值的爆破区域数据，输入配矿参数，得出优化结果并 输出，如图2 。 图2D I M I N E 配矿优化方法的实现流程 2 工程应用 2 ．1 工程概况 某特大型水泥灰岩矿位于唐山市丰润区，矿床以 向斜形态赋存于王宫营向斜的核部，为典型的船型向 斜。矿体规模长轴长约35 0 0n l ，短轴长约22 5 0m ，矿 体延伸最低标高约为一1 8 0m ，共圈出5 个水泥用灰岩 矿层㈣。 配矿主要针对矿石中的有益成分C a O ，同时均衡 有害元素M g O 、K O 和N a 0 ”3 。。整个矿床中C a O 的 平均含量为5 0 ．1 ％，最高为5 0 ．4 9 ％，最低为4 9 ．2 9 ％； 有害组分M g O 平均为0 ．7 6 ％，最高为0 ．8 9 ％，最低为 0 ．6 6 ；K 2 0 N a 2 0 平均为0 ．6 2 ％，最高为0 ．8 6 ％，最 低为0 。4 6 ％。 根据矿山实际情况，需要配平有益元素C a O 和有 害元素M g O 、K O N a 。O 三种指标，参数要求如表1 所示。 表1 配矿指标参数 2 ．2 基于D I M I N E 软件的配矿步骤 将优化后的配矿方法嵌入到D I M l N E 软件中，实 现了该优化技术的功能化。根据该优化方法的原理及 配矿的工作流程，在D I M I N E 中开展矿山的配矿工作， 主要包括以下步骤 1 数据导入即配矿功能需要的基础数据，包括 爆破区域和炮孔数据库。 2 网格划分根据该矿山的实际情况，设置待划 分网格的长度和宽度，沿采掘方_ 【旬将爆破区域划分为 规则单元格。本次设计网格的长度与宽度均为3 ，结 果如图3 所示。 图3 划分估值单元格 3 品位估算采用距离幂次反比法，设置样品个 数为4 ，幂次为2 ，台阶高度和密度根据矿山实际情况 分别设定为1 2m 和2 ．6 7t ／m ’。 4 爆堆载人将所有参与配矿的已估值爆堆文件 载人到D I M I N E 配矿模块，并设置各爆堆的最大生产 能力。本次研究了3 个爆堆，爆堆1 最大生产能力为 2 10 0 0 t ，爆堆2 最大生产能力为2 70 0 0 t ，爆堆3 最大 生产能力为1 6 0 0 0t 。 5 设置参数并执行针对露天矿山规划与管理矿 石质量的配矿需求，添加约束条件C a O ／ 4 7 ，5 ％、M g O ≤ 2 ．5 ％、K 2 0 N 如0 ≤O ．6 ％，电铲半径设置为1 5n l ，总期 万方数据 第4 期吴丽春等露天矿配矿优化方法研究 数为5 ，卡车吨位为2 0 。确定后计算并输出配矿结果。 2 ．3 结果分析 配矿结果如图4 、图5 所示。其中图4 通过不同 颜色表示某一爆堆不同时期参与配矿所采矿石量，图 5 将露天矿的基建终了图打开与生成的结果复合，显 示出露天坑某个时期的配矿情况，表2 为输出的配矿 报表，用于指导实际生产。 圈 配枷结采与基建终了复台圄 可以看出，相对于传统方法而言，D I M I N E 软件中 的配矿方法通过5 个步骤即实现了露天矿配矿的优 化，计算速度和工作效率得到了极大提高。另一方面， 由表2 可知，通过搭配不同爆堆不同品位的矿石，避免 了矿石质量的波动，保证了供矿质量，班次出矿量较原 计划指标提高了1 ．4 ％～1 5 ％。 表2 配矿结果报表 s 结论 篓翥燃警嚣蒸嚣冀篓器 提出了基于爆堆品位分布预测和0 - 1 整数规划优精确地求解了复杂的配矿计算问题，有效地提高了配 化模型的露天矿配矿优化方法，并将其嵌人N - - 维矿矿的工作效率。同时经过优化后的班次出矿量较原计 业软件D I M I N E 中，同时以某水泥灰岩矿配矿设计为 划指标有明显提高，有助于矿山综合利用矿床资源，提 万方数据 2 矿冶工程第3 2 卷 高经济效益，延长矿山服务年限，从而可为矿山决策提 供科学的理论与实践依据，促进矿山科学化管理。 本文以松动爆破情况为例，验证了基于三维矿业 软件D I M I N E 的露天矿配矿方法的有效性，其基本前 提是爆堆形态和品位分布变化不大。考虑抛掷情况、 改进爆堆品位分布和爆堆形态的预测方法，进一步提 高配矿模型的精度将是后续研究的重点内容。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 舒航．国内外配矿研究现状与发展趋向[ J ] 冶金矿山设计与 建设，1 9 9 4 3 1 3 1 7 Q i ng I l u aG ，c 玉w I lL ，J i n p i n gG ，e ta lD y n a m i cm a n a g e m e n ts y s t e m o fo r eb l e n d i n gi na no p e np i tm i n eb a s e dO nG I S ／G P S ／G P R S [ J ] M i n i n gS c i e n e ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 2 0 1 3 2 1 3 7 Z h a n gR ，L uJ ，Z h a n gG ．Ak n o w l e d g e - b a s e dm u l t i r o l ed e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m f o ro mb l e n d i n gc o s to p t i m i z a t i o no fb l a s t f u M [ J ] E u r o p e a nJ o u r n a lo f O p e r a t i o n a lR e s e a r c h ，2 0 1 1 ，2 1 5 1 9 4 2 0 3 黄启富，陈建宏基于P S O 的矿山企业动态配矿优化研究[ J ] 计算机工程，2 0 1 l 8 1 7 5 1 7 7 [ 5 ] 杨珊．陈建宏，杨海洋，等基于X p r e s s - 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