大冶铁矿放矿截止品位动态优化研究水.pdf

S e r i e s No． 37 5 S e pt e mb e r 2 0 07 金 砖 山 ME T AL MI N E 总 第3 7 5 期 2 0 0 7 年第9期 大冶铁矿放矿截止品位动 态优化研 究水 谭玉叶 宋卫东 匡忠祥 尹小鹏 1 ．北京科技大学； 2 ．武汉钢铁集团矿业有限责任公司 摘要根据放矿截止品位的优化涉及到整个矿山系统的特点， 采用动态系统的研究方法， 首先建立了大冶 铁矿各动态联系参数间的数学模型， 其次建立综合技术经济模型， 把技术参数与经济参数密切地结合起来， 再利用 Wh a t I f 功能进行成百上千个不同方案的对比分析， 以计算出各方案的各决策 目标值 ， 最后两次应用多目标模糊综 合评判法进行优化决策。优化后方案可实现 3 a总利润、 总现值和精矿产量分别增加 2 5 9 6 ． 8 2万元 、 2 3 9 4 ． 3 6万元 和 1 5 ． 6 8 万 t 。 关键词截止品位数学模型动态优化多目标模糊综合评判法 Dy n a mi c Op t i mi z a t i o n o f Dr a wi n g Cu t - of f Gr a d e i n Da y e I r o n M i n e Ta n Yu y e S o n g W e i d o n g Kua n g Zh o n g x i a n g Yi n Xi a o pe n g 1 ， U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g ； 2 ．Mi n i n g C o ． ， L i d of Wu h a n I r o n a nd ＆ G r o u p Ab s t r a c t I n v i e w t h a t t h e o p t i mi z a t i o n o f t h e c u t - o ff g r a d e i n o r e d r a w i n g i n v o l v e s t h e w h o l e mi n e s y s t e m，a d y n a mi c s y s t e m s t u d y me t h o d i s a d o p t e d ．F i r s t ，a ma t h e ma t i c a l mo d e l f o r all t h e d y n a mi c l i n k p a r a me t e r s o f Da y e I r o n Mi n e i s e s - t a b l i s h e d， f o l l o we d b y e s t a b l i s h i n g a c o mp r e h e n s i v e t e c h e c o n o mi c mo d e l c l o s e l y c o mb i n i n g t h e t e c h n i c a l p aram e t e r s w i t h e - c o n o mi c al o n e s ．S e c o n d l y ．Wh a t I f f u n c t i o n wa s u s e d t o ma k e c o mp ara t i v e a n a l y s i s o f t h o u s a n d s a n d h u n d r e d s o f s c h e me s a n d t h e p o l i c y d e c i s i o n t arg e t v a l u e s o f all s c h e me s are c alc u l a t e d ．F i n all y，o p t i mi z a t i o n d e c i s i o n ma k i n g i s ma d e b y u s i n g t w i c e m u l t i - o b j e c t i v e f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v al u a t i o n me t h o d ．T h e o p t i m i z e d s c h e m e c a n i m p r o v e t h e t h r e e y e ar t o t a l p r o fi t ， p r e s e n t v alu e a n d c o n c e n t r a t e o u t p u t b y 2 5 ． 9 6 8 2 M y u a n ，2 3． 9 4 3 6 M y a a n a n d 0 ． 1 5 6 8 M t r e s p e c t i v e l y ． Ke y w o r d s C u t o ff g r a d e ， Ma the ma t i c al m o d e l ，D y n a mi c o p t i mi z a t i o n ， Mu l ti o b j e c t i v e f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v al u a - t i o n me t h o d 在覆岩下放矿的崩落采矿法中， 放矿截止品位 是影响矿山系统生产经营效果的重要指标之一。变 动放矿截止品位 ， 一系列效益指标将相应变化。降 低放矿截止品位则回收率提高 ， 矿石单位成本降低 ， 同时， 增加 了主金属和副产金属的回收， 延长了矿山 的寿命。可是随着放矿截止品位的降低， 采出矿石 的平均品位也相应降低， 选矿比提高， 从而使精矿的 原矿费用和选矿费用增加 ， 提高了精矿的成本 引。 可见放矿截止品位直接影响着资源的回收和矿山的 盈利水平。 大冶铁矿为典型的矽卡岩型铁矿床 ， 富含 c u 、 s 、 c o 等多种金属。包括井下 和东采两个采矿车间， 均采用无 底柱分段 崩落法 开采 ， 两 车间一直 延用 2 0 ％的单一放矿截止品位。 1 9 9 9年， 北京科技大学的陈希廉和曹乐农等教 授曾进行了大冶铁矿合理人选品位综合评价研究工 作。但随着近年来东采车间 由露天转入地下开采、 ．28 ． 尖龙车间和铁门坎车间合并为井下车间、 精矿粉和 铜精矿售价的大幅度提高、 选厂技术改造完毕和选 矿工艺流程的优化等 因素的变化 ， 使得 以前的研究 结果已经无法指导现场 的矿石质量管理工作 ， 迫切 需要重新进行放矿截止品位的优化研究。 1 研究方法和步骤 在矿床的开发中， 品位指标敏感地影响到矿山 的采选经济效益和资源的回收利用程度， 应采用技 术经济的分析方法进行放矿截止品位的优化 ] 。 在本次研究过程中， 采用系统的研究方法， 抓住 整体化 、 动态化、 多 目标化、 技术可行性 4个要点并 综合各个影响因素， 以获取最佳经济效益和资源 回 收效益为 目的来选择研究方案 。具体方法和步骤如 教育部新世纪优 秀人才 支持计 划资 助项 目 编号 N C E T一0 4 0 1 0 2 。 谭玉 叶 1 9 8 3 一 ， 女 ， 北京科技大学土木与环境工程学 院， 硕 士研究 生 ， 1 0 0 0 8 3北京市海淀区学 院路 3 O号。 维普资讯 谭 玉叶等 大冶铁矿放矿截止品位动态优化研究 2 0 0 7年第9期 F 1 收集矿 山的地质数据 、 采选 生产数据及经 营参数 、 财务数据。本次研究收集 了大冶铁矿两个 车间 2 0 0 3 0 1 2 0 0 60 5的采矿生产数据和选厂 的选矿生产数据以及 2 0 0 6年全年的财务报表。 2 建立原始 数据库 ， 对各技经参数进行 相关 性分析 ， 建立各动 态联 系参 数 间的数学 回归模 型 数模 。根据系统的动态性 ， 建立了多个不同经济 技术参数之间的数模 ， 以反映系统的动态性联系。 3 建立综合技术经济模型 以进行经济评价分 析。根据系统的复杂性 ， 建立 了“ 综合技术 经济模 型” 的综合分析 系统。该模 型把技术参数与经济参 数密切地结合起来 ， 不仅可反映系统复杂的技术参 数间的动态联系， 而且可反映经济参数与技术 因素 间的密切联系。通过这种联 系， 它还可根据许多决 策变量来求多个决策目 标。 4 利用模 型及 Wh a t Ⅱ功能进行多方案对 比 分析。利用该软件 的 Wh a t I f 功能进行成百上千个 不同方案 由决策变量变化所组成的方案 的对 比 分析计算 ， 以计算出各方案的各决策 目标值户。 5 多 目标优化决策分析。利用 Wh a t I f 分析 的计算结果 ， 在 Mi c r o s o E x c e l f o r Wi n d o w s电子表 格上进行两次多 目标优化决 策的分析计算 ， 最后再 从中选取最佳的方案。本研究应用模糊综合评判的 方法进行优化决策。 2 数学模型的建立 采用回归分析的数学方法 ， 使用 S P S S 1 3 ． 0统计 软件 ， 经过多次检验得出合理的数学 回归模型。 2 ． 1 关于建立储量回归模型的问题 调整截止 品位的措施之一 ， 是通过调整圈定矿 床的品位指标来实现的。在一般情况下 ， 必须建立 能反映储量 、 地质平均品位与品位指标相关的数学 模型。但是， 根据对大冶铁矿矿石品位频率分布 图 的分析研究， 矿体与围岩间呈截然分明的接触关系 ， 通过调整品位指标来优化截止品位是不可行 的， 所 以本次不予考虑。 2 ． 2 贫化率、 损失率与放矿截止品位数模 的建立 无底柱分段崩落法 中， 贫化率与损失率之间呈 负相关关系 ， 要确定合理的放矿截止品位 ， 使采选经 济效益统一在一个基础上 ， 就必须充分 考虑到截止 品位对贫化率和损失率 的影响 ， 建立放矿截止品位 与二者的关系数模 1 井下车间放矿截止 品位与损失率 、 贫化率 间的数模。 S j 1S j h 1 0 ． 0 0 1 1 5C j l 2 ． 9 2 0 5 3 ／ 7 ． 2 5 1， 1 P j 1P jh 1 4 8 ． 1 6 0 4 51 ． 0 4 2 2 1C j 1 ／ 2 7 ． 3 1 6 3 ， 2 式中， ．s _z1 为井下车间放矿截止品位为c ．z1 时的损失 率 ， ％； ．s 为井下车间的计 划损 失率 ， ％ ； C j 为井 下车间的放矿截止 品位 ， ％； P j 为井下车间放矿截 止品位为 C i z l 时的贫化率 ， ％ ； P i h 为井下车间的计 划贫化率 ， ％。 2 东采车间放矿截止 品位与损失率 、 贫化率 间的数模 。 S 讧 2S j h 2 0 ． 0 0 1 1 5C 2 ． 9 2 0 5 3 ／ 7 ． 2 5 1， 3 P iz 2P i h 2 4 8 ． 1 6 0 4 51 ． 042 2 1C iz 2 ／ 2 7 ． 3 1 6 3 ， 4 式中， ．s i 为东采车间放矿截止品位为 C 时的损失 率 ， ％ ； S i 为东采车间的计划损失率 ， ％ ； C i 为东 采车间的放矿截止品位 ， ％； P j 为东采车间放矿截 止品位为 C 时的贫化率 ， ％ ； P j 为东采车间的计 划贫化率 ， ％。 2 ． 3 磁滑轮甩废有关数学模型的建立 干选 阶段通过磁滑轮可以去除大量的无磁性废 石， 直接提高人选品位， 从而减弱人选品位浮动幅 度 、 提高 回收率并调节选 比、 降低选矿成本 ， 消除了 因放矿截止品位的降低而对选矿带来的负面影响 ， 为放矿截止品位提供了可下降的空间。经过多次检 验， 建立了如下数模 ①以两车间各自的人抛矿量为 自变量求干抛精矿量的数模； ②以人抛矿量 外购 部分 为自 变量求干抛精矿量的数模； ③以抛前铁 品位为自变量求抛后铁品位的数模； ④以抛前铜品 位求抛后铜品位的数模 。 2 ． 4 选矿有关数学模型的建立 选矿生产涉及 的指标繁多 ， 经过相关关系分析 与验证， 选取如下6组相关指标 ①铁精矿品位与人 选原矿铁品位； ②弱磁选产率与人选原矿铁品位； ③ 首次浮选混精铜品位与人选原矿铜品位； ④首次浮 选混精产率与人选原矿铜品位； ⑤二次浮选后铜精 矿铜品位与混精铜品位； ⑥二次浮选产率与混精铜 品位 ， 并分别建立 回归方程。 3 建立综合技术经济模型和 多目标优化决策分析 应用 Mi c r o s o g E x c e l f o r Wi n d o w s 建立了综合分 维普资讯 总第3 7 5期 金 属 矿 山 2 0 0 7年第9期 析系统大冶铁矿放矿截止品位优化综合技术经 济模型 ， 把上述 回归数学模型， 有关的技术参数和经 济参数密切结合起来 ， 进行数百个放矿截止品位方 案的各决策 目标的快速测算 。 3 ． 1 设置决策 目标 本研究中设置了 3个初次优化决策 目标 ， 分别 为静态经济效益3 a全矿年总利润 ； 动态经济效 益总现值 ； 资源回收效益弱磁精矿总产量。 考虑到 ， 一是实际生产过程 中， 两个采 区采取相 近的截止品位方案有利于保证人选品位的稳定 ； 二 是弱磁精矿品位本身难以精确控制 ， 应选用弱磁精 矿品位较高的方案以保证弱磁精矿的合格 。故从实 际应用的可行性出发， 还设置了 3个二次决策 目标 弱磁精矿品位 、 两采区截止品位之差 以及初次决策 分析所得的综合隶属度 。 3 ． 2 对决策 目标进行 w h a t I f 分析 在已有 的综合 技术经 济模 型 的基 础上 ， 利用 M i c r o s o ft E x c e l f o r Wi n d o w s 软件进行 w h a t i f 分析。 以两车间的放矿截止品位为 自变量 ， 变动步距 为 1 ％， 变化范围为 1 0 ％ ～ 2 3 ％ ， 共形成可供对比选 择的 1 9 6个方案。研究中对总利润、 净现值 、 弱磁精 矿产量 、 铁金属综合 回收率 、 铜金属综合 回收率 、 铜 精矿产量 、 弱磁精矿品位 、 铜精矿品位 、 铁矿石采 出 品位 、 全矿加权贫化率和全矿加权损失率等 1 1 个指 标进行了 w h a t i f 分析。 应用该综合技术经济模型还可实现动态计算机 优化 ， 当精矿售价或其它基本参数发生变化时 ， 只要 在相应的位置修改数值， 该模型便会自动完成测算 及 w h a t i f 分析 。 3 ． 3 多目标优化决策 的建立 利用模糊数学的模糊综合评判法进行多 目标优 化决策 ， 模糊综合评判法就是通过建立不同 目标值 的隶属度来 实现综 合评判 J 。本次研究采用 的隶 属函数如下 {0 ≤ i ，X i X ～ ，5 ≥ 一 式中， 为某个优化决策 目标 函数的隶属 函数 ； 为某方案下某个优化决策 目标函数的值 ； 为所 有方案中某优化决策 目标 函数值 的最小值 ； 为 所有方案 中某优化决策 目标 函数值的最大值。 使用德菲尔法确定各个优化决策指标的权重。 确定各个优化决策指标的权重如下 3 a全矿总利润 权系数为 0 ． 4 ； 总现值权系数为 0 ． 2 ； 弱磁精矿产量 权系数为0 ． 4 。 然后使用公式 6 计算每个方案的各优化决策 目标函数隶属度的加权平均综合隶属度。 3 ∑A ， 6 式中， 为第i 个优化决策目 标的综合隶属度； A 为 第 i 优化决策 目标的权系数 。 从 1 9 6个方案 中选取综合隶属度 大于 0 ． 8的 2 4组方案使用 3个辅助决策 目标进行二次决策 ， 以 选取最有利于生产的合理方案。确定各辅助决策 目 标权重如下 弱磁精矿 品位权 系数 为 0 ． 2 5 、 两采区 截止品位之差权系数为 0 ． 2 5 ， 综合隶属度权系数为 0． 5。 再次使用公式 6 计算该 2 4组方案 的各辅助 决策 目标函数隶属度的加权平均综合隶属度。所得 结果如表 1所示。 3 ． 4 结果 比较分析 通过对采、 选生产过程 中各技术经济指标 的大 量计算优化 ， 选取在现行价格 铁精矿 8 ． 0 8元／ 品 位吨、 铜精矿 6 5 3 5 6 ． O 0元／ t 和相关基本经济技术 参数下二次决策隶属度最大 0 ． 7 2 0 1 的 1 5 1 6方案 井下车间的截止品位为 1 5 ％ ， 东采车间的截止品 位为 1 6 ％ 为最优方案。在此方案下 ， 两生产车间 的各主要技术经济指标表 2所示 。将 优化后方案 1 5 1 6 下各技术经济指标值 和精矿产量与现行方 案 2 0 2 0 的 比较结果表 2所示。优化后方案下各 决策指标值与现行方案的比较结果表 3所示 。 通过 以上比较可得 ， 在现行 的精矿售价和各基 本参数下 ， 2 0 0 4 --2 0 0 6若采用 1 5 1 6方案， 3 a全矿 总利润可增加 2 5 9 6 ． 8 2万元 、 总现值增加 2 3 9 4 ． 3 6 万元、 合格弱磁精矿产量增加 1 5 ． 6 8 万 t ， 采矿贫化 率略有提高 ， 但采矿损失率降低至 1 0 ． 3 9 ％ ， 降低了 7 ． 7 6 ％ ， 同时， 铁、 铜金属综合回收率均有所提高 ， 从 而实现 了放矿截止品位的优化。 4 结论 本次研究对大冶铁矿的矿山生产经营中相对重 要 的经营参数放矿截止品位进行了动态优化， 优化 后的方案能够大大提高矿山的经济效益和资源回收 效益 。 维普资讯 谭玉叶等 大冶铁矿放矿截止品位动态优化研究 2 0 0 7年第9期 注 为便于评判， 对其中两采区的截止品位之差采取如下处理 两采区截止品位之差 M A X 差的绝对值 一 差的绝对值。 表2 优化方案与现行方案各技术经济指标值比较 表3 优化方案各决策目标值与现行方案的比较 本次研究所建立的综合技术经济模型建立在大 量的实际生产数据上的基础上， 符合大冶铁矿生产 的实际情况 ， 并能随着矿 山生产 技术 、 管理水平、 市 场条件的变化， 对放矿截止品位进行实时动态优化 调整， 能够很好的应用于今后矿山的生产管理、 技术 改造、 经营决策的分析中。 参考文献 张 民正 ． 截止放 矿 品位 的优化 [ J ] ．黄 金科 学技 术 ， 1 9 9 9 ， 2 7 6 2 3 - 2 6 ． 任天贵． 关于优选放矿截止品位的几个问题 [ J ] ．金属矿山， 1 9 8 3 5 1 2 1 7 ． 董藏海． 矿石品位指标优化方法在二峰山铁矿的应用[ J ] ． 金 属矿 山。 2 o o 2 4 1 4 1 6 ． 王义达， 周伟， 袁怀雨． 矿山经营参数整体动态优化系统的 研究[ J ] ． 金属矿山， 2 0 0 3 1 0 1 0 1 5 ． 李克庆 ， 袁怀雨 ， 胡永平 ． 合 理人选 品位综合评 价技术 及其应 用 [ J ] ．金属矿山 ， 2 0 0 0 2 2 8 -3 1 ． 袁怀雨， 刘宝顺， 李克庆． 合理人选品位整体动态优化[ J ] ． 北 京科技大学学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 3 2 4 0 - 2 1 4 ． 收稿 日期2 0 0 7 - 0 7 - 2 2 3l 口 寸 _ 维普资讯