一種金屬露天礦5d時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬露天礦5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，主要步驟包括：構(gòu)建露天礦礦巖體三維塊體排產(chǎn)模型；空間塊體模型屬性賦值；構(gòu)建礦石價格和采礦及巖體剝離成本數(shù)據(jù)庫；最終構(gòu)建5D時空動態(tài)排產(chǎn)模型；本發(fā)明旨在露天礦境界內(nèi)對礦巖體的開采進行動態(tài)模擬開采，利用該5D時空動態(tài)排產(chǎn)模型能夠精確地模擬出露天礦的中長期開采進度及過程，并動態(tài)計算獲得的資源凈值，使礦山能夠在多種中長期開采方案中優(yōu)選資源凈值最大的開采方案，還可進一步考慮貼現(xiàn)率，使得礦山企業(yè)優(yōu)選出凈現(xiàn)值NPV最大的中長期進度計劃方案，在露天礦開拓優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
-種金屬露天礦5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于礦業(yè)系統(tǒng)工程及礦山優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種金屬露天礦加時空 動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國大多數(shù)金屬露天礦山的中長期(通常超過5年W上稱為中長期)生產(chǎn)計劃 往往存在"一次編制，長期使用"的現(xiàn)象，且只重視某一靜態(tài)時間點下中長期進度規(guī)劃，在編 制計劃期間主要考慮生產(chǎn)規(guī)模、礦石品位配礦、剝采比等采礦參數(shù)，但市場環(huán)境受多種隨機 因素影響存在著諸多不確定性，礦山企業(yè)在計劃實施過程中往往忽視了礦石市場價格和生 產(chǎn)成本等經(jīng)濟參數(shù)的變化，原有的生產(chǎn)計劃編制方式往往無法快速反應(yīng)市場的變化，無法 實現(xiàn)生產(chǎn)計劃執(zhí)行結(jié)果的預(yù)知、預(yù)演。多數(shù)金屬露天礦山企業(yè)沒有擺脫W往運種重規(guī)劃、計 劃，不重技術(shù)經(jīng)濟動態(tài)分析及投資收益動態(tài)分析的現(xiàn)象，一方面是由于技術(shù)上存在的不足， 另一方面是缺乏此方面的戰(zhàn)略規(guī)劃理念。礦山企業(yè)的管理者往往更習慣于W礦山的礦石總 開采量、合理剝采比等為年度生產(chǎn)的考核目標，而不是W投資收益最佳等經(jīng)濟指標進行生 產(chǎn)計劃組織與實施，運使得實際的采礦生產(chǎn)背離了礦山企業(yè)W市場為導(dǎo)向，追求合理的凈 現(xiàn)值為目標的方向，運種靜態(tài)的中長期生產(chǎn)計劃顯然缺乏靈活性、實時性和科學(xué)性。因此， 為了將采礦生產(chǎn)過程中礦石價格等市場經(jīng)濟參數(shù)的變化和時間都反應(yīng)到金屬露天礦中長 期生產(chǎn)計劃的動態(tài)編制中，本發(fā)明提出了一種將時間和礦石產(chǎn)品價格及礦體開采成本集成 到5D時空動態(tài)排產(chǎn)模型的構(gòu)建方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬露天礦加時空動 態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，基于空間塊體模型，旨在露天采剝進度計劃編制過程中，既為管 理者提供礦石開采量、剝采比、礦石品位等決策信息，又能為管理者提供在不同的開采順序 下及開采時間安排下礦石價格及成本的變化，形成一種隨著進度計劃的動態(tài)編制，時間、空 間及經(jīng)濟參數(shù)動態(tài)變化的排產(chǎn)模型，從而為管理者提供一種尋求更好的進度計劃或收益最 大的進度計劃方案的方法。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種金屬露天礦5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，包括如下步驟：
[0006] (1)在露天礦采剝境界內(nèi)構(gòu)建=維塊體排產(chǎn)模型
[0007] 在露天開采境界內(nèi)，將礦體和巖體劃分成=維離散的塊體，劃分后礦巖體形成= 維空間塊體模型，每一個塊體即采剝時的最小開采單元;利用此塊體模型，按照臺階的空間 順序及時間來實現(xiàn)模擬開采，即形成空間塊體排產(chǎn)模型；
[000引（2)塊體模型屬性賦值
[0009]利用地質(zhì)勘探資料中的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)對每一個塊體的金屬品位進行估值，利用直 接賦值法來對每一個塊體的比重、礦巖類型進行賦值，結(jié)合塊體的體積，最終獲取每一塊體 中所含金屬質(zhì)量；
[0010] (3)構(gòu)建礦石預(yù)測價格和礦體開采及巖體剝離成本數(shù)據(jù)庫
[0011] 根據(jù)礦石的歷史價格來對礦石在未來中長期的價格進行預(yù)測，并對開采成本和剝 離成本進行預(yù)測，構(gòu)建價格和成本數(shù)據(jù)庫；
[0012] (4)構(gòu)建抓時空動態(tài)排產(chǎn)模型
[0013] 在所述=維塊體排產(chǎn)模型基礎(chǔ)上，加入開采時間為第四維，該開采時間下的預(yù)測 價格和成本為第五維，即為空間開采塊體進行開采時間和價格、成本賦值，從而形成5D時空 動態(tài)排產(chǎn)模型。
[0014] 所述步驟(1)中，=維空間塊體模型的塊體的大小根據(jù)實際需要來進行劃分，塊體 越大誤差越大，塊體越小礦體及巖體擬合的越好，誤差越小。
[0015] 所述步驟(1)中，在露天礦境界與礦體的交叉處，采用比露天礦境界內(nèi)的塊體尺寸 小的次級塊體進行劃分。
[0016] 所述步驟(2)中
[0017] 若第i開采塊體為礦石，則其質(zhì)量Hbi=PoVi;
[001引礦石所含的金屬量為Mi=m。巧i;
[0019] 若第i開采塊體為巖石，則其質(zhì)量為mwi = PwVi;
[0020] 式中i為開采塊體的編號，取值為1，…，n，化為礦石比重，Pw為巖石比重，Vi為第i塊 可采塊體的體積，gi為直接利用克里格法或距離幕次反比法來對第i塊塊體的品位的賦值。 [0021 ]所述步驟(3)中，礦石價格數(shù)據(jù)庫建立方法為：
[0022] 收集近十年的礦石價格數(shù)據(jù)，并對礦石價格的變化趨勢進行分析預(yù)測，通過分析 前十年的價格變化，分別形成礦石的未來的樂觀價、最可能價及悲觀價，將樂觀價作為最高 價，悲觀價作為最低價，預(yù)測第j年礦石的期望價格門，并最終計算出每單位金屬質(zhì)量的最 終價格Qj:
[0023]
[0024] Qj = IOOXPjXp
[0025] 其中，T表示露天礦開采總年限，P表示精礦價格的金屬含量百分比。
[0026] 所述步驟(3)中，礦體開采及巖體剝離成本數(shù)據(jù)庫建立方法為：
[0027] 采集近十年的采礦及巖體剝離成本數(shù)據(jù)，計算出礦體開采成本平均增長率ri和巖 體剝離成本平均上漲率n，然后利用上一年的礦體開采成本OCw和巖體剝離成本W(wǎng)Cw,計 算下一年度的礦體開采成本和巖體剝離成本，即
[002引 OCj = OCj-I X (1+ri)
[0029] WCj=WCj-I X (l+n)
[0030] 所述步驟(4)中，采用人機交互的方式，按照臺階的開采順序進行模擬開采，在模 擬開采的過程中加入開采時間和該開采時間下的價格和成本形成5D時空排產(chǎn)模型。
[0031] 根據(jù)所述加時空動態(tài)排產(chǎn)模型，計算第j年開采第i塊開采單元的資源凈值Wi,若 開采單元為礦石，貝U
[0032] W〇i = QjXMiXSX(l-f)(l-k)-m〇iXOCj(i = l，...，m)
[0033] 若開采單元為巖石，貝U
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039] 值為
[0040]
[0041] 上述公式中S為礦石選礦回收率，f為礦石損失率，k為礦石貧化率，m為開采塊體為 礦石的總塊數(shù)，n-m為開采塊體為巖石的總塊數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在金屬露天 礦=維空間排產(chǎn)模型基礎(chǔ)上引入時間（第四維）和礦石價格及成本(第五維）的方法來構(gòu)建 露天礦中長期進度計劃排產(chǎn)模型，能夠?qū)⒃械牟魂P(guān)屯、礦石價格和成本進度計劃靜態(tài)編制 方法改變，形成成為一種隨著時間動態(tài)變化的露天礦中長期5D時空排產(chǎn)模型，為金屬露天 礦的中長期進度計劃編制提供了更為精細化的動態(tài)編制方法，在露天礦開拓優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域 有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明=維塊體模型構(gòu)建示意圖，圖中數(shù)字為塊體劃分編號。
[0043] 圖2是本發(fā)明某礦巖體劃分后形成排產(chǎn)模型示意圖，圖中數(shù)字代表放大100倍后得 礦石品位數(shù)據(jù)。
[0044] 圖3是本發(fā)明露天礦境界內(nèi)時空動態(tài)排產(chǎn)模型示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0046] 如圖1所示，一種金屬露天礦5D時空動態(tài)排產(chǎn)模型的構(gòu)建方法，具體的實施步驟如 下：
[0047] 步驟1:在露天開采境界內(nèi)，將礦體和巖體劃分成=維離散的開采塊體，塊體的大 小根據(jù)實際需要來進行劃分，通常要依據(jù)臺階高度、露天境界大小、模擬開采的精度等要求 來劃分，如開采臺階大多數(shù)金屬露天礦通常為12米，因此境界內(nèi)塊體大小可W采用長10米、 寬10米、高6米的塊體來劃分，劃分后每一個塊體即為境界內(nèi)的最小開采單元;在露天礦境 界與礦體的交叉處，為了提高礦體開采模擬精度，可采用較小的次級塊體來劃分，如采用長 5米、寬5米、高3米的次級塊進行露天礦邊界處礦體的劃分，運樣劃分后礦體形成包含n塊塊 體的=維空間塊體排產(chǎn)模型，利用此模型可按照臺階的空間順序及時間來實現(xiàn)模擬開采， 即形成=維空間排產(chǎn)模型。
[0048] 步驟2:在=維空間塊體模型構(gòu)建之后，利用礦區(qū)地質(zhì)勘探的鉆孔品位數(shù)據(jù)對每一 個塊體進行品位估值，可W直接利用克里格法或距離幕次反比法來對第i塊塊體的品位進 行賦值為gl，根據(jù)gl可W將開采塊體劃分為礦石和巖石兩種類型，然后根據(jù)=維排產(chǎn)模型中 礦體的空間大小可W求出第i開采塊體的體積VI，根據(jù)礦巖體的類型，可得到其比重P，如礦 石Pd通常為3.2噸/立方米，巖體Pw通常為2.9噸/立方米，依據(jù)如下公式計算：
[0049]若第i開采塊體為礦石，則其質(zhì)量m〇i =化Vi;
[(K)加]礦石所含的金屬量為Mi=m。巧i;
[0051] 若第i開采塊體為巖石，則其質(zhì)量為mwi = PwVi。
[0052] 式中i為開采塊體的編號，取值為1，…，n。
[0053] 步驟3:收集十年W上的該精礦的市場價格，根據(jù)該價格在近十年的變化趨勢，分 別形成精礦的未來的樂觀價、最可能價及悲觀價，利用如下公式計算預(yù)測每一年精礦的期 望價格門，如2015年鋼精礦平均價格為800元/噸度，根據(jù)露天礦初步設(shè)計中的開采年限分 別求出下一年度的精礦期望價格，根據(jù)精礦價格的金屬含量百分比P，可W計算出每單位
(噸）金屬席吾的愚給價松化 [0化4]
[0化5]
[0056] 巧9萊4: H義果下牛W王巧失W々的化米W傘W君々君體剝離成本數(shù)據(jù)，成本數(shù)據(jù)一 般呈現(xiàn)逐年上漲趨勢，根據(jù)十年的相關(guān)情況算出礦體開采成本平均上漲率ri和巖體剝離成 本平均上漲率K，然后利用上一年的礦體開采成本OCw和巖石巖體剝離成本W(wǎng)Cw可W計算 下一年度的礦體開采成本和巖體剝離成本，通常單位為元/噸，即 [0化7] OCj = OCj-I X (1+ri)
[005引 WCj=WCj-I X (l+n)
[0059] 步驟5:依據(jù)上述步驟構(gòu)建的=維空間排產(chǎn)模型和礦石價格及成本數(shù)據(jù)庫，采用人 機交互的方式來按照臺階的開采順序進行模擬開采，在模擬開采的過程中就依據(jù)開采時間 為=維排產(chǎn)模型，加入開采時間（第四維)和該開采時間下的價格和成本(第五維），即進行 時間和價格與成本賦值，形成加時空排產(chǎn)模型，然后可W計算出第j年開采第i塊開采單元 的資源凈值Wi，若開采的塊體單元為礦石，貝U
[0060] Woi = Qj XMiXSX (l-f)(l-k)-m〇iXOCjQ =
[0061] 若開采的塊體單元為巖石，即為需要剝離的廢石，貝U
[0062] Wwi = -fflwi X wCj (i = I, ,n-m)
[0063] 其中，i為塊體數(shù)量編號，m為開采單元為礦石的塊體總數(shù)，n為礦石和巖石塊體總 數(shù);j為塊體開采年度，T為露天礦開采總年限，j = l，…，T;S為礦石選礦平均回收率，f為礦 石損失率，k為礦石貧化率。
[0064] 根據(jù)貼現(xiàn)率可W將其進一步轉(zhuǎn)換為凈現(xiàn)值NPV，本發(fā)明暫且考慮資源凈值Wi。
[0065] 步驟6:根據(jù)臺階模擬開采的進行可W依次計算出礦石的開采礦量、品位、體積、巖 石的剝離量、剝采比等，本發(fā)明與=維排產(chǎn)模型不同的是在編制的過程中隨著塊體開采的 進行，根據(jù)該塊體在排產(chǎn)計劃中的開采時間W及在該開采時間約束下的礦石價格和開采成 本，運樣就可W隨著進度計劃編制的過程動態(tài)的計算出該進度計劃方案下的主要參數(shù)，計 算如下：
[0066] 總開采礦i
，111為開采塊體為礦石的總塊數(shù)；
[0067] 總剝離巖石量 n-m為開采塊體為巖石的總塊數(shù)；
[0068] 總平均品位關(guān)
[0069] 該方案平均熟
[0070] 該進度計劃排產(chǎn)獲得的總的資源凈值為
[0071]
[0072] 步驟7:利用該時空排產(chǎn)模型，每進行一次進度計劃的編制，都會產(chǎn)生該開采計劃 編制下的企業(yè)所獲得的資源凈值，若總共有k套不同的進度計劃編制方案，則找到資源總凈 值最大Wmax,對應(yīng)的該開采方案即為不考慮貼現(xiàn)率情況下的最優(yōu)進度計劃編制方案。
[007；3] Wmax=Max{Wi，…，Wkl
[0074]本發(fā)明將礦體和巖體利用=維空間塊體進行劃分形成最小開采單元來模擬開采 過程，然后依據(jù)開采年限構(gòu)建了礦石市場價格預(yù)測數(shù)據(jù)和礦石開采成本及巖體剝離成本數(shù) 據(jù)，在模擬開采的過程中分別將開采時間和該開采時間下的價格和成本數(shù)據(jù)增加到=維排 場模型，形成5D時空排產(chǎn)模型。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體 實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì) 性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種金屬露天礦時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 在露天礦采剝境界內(nèi)構(gòu)建三維塊體排產(chǎn)模型 在露天開米境界內(nèi)，將礦體和巖體劃分成三維離散的塊體，劃分后礦巖體形成三維空 間塊體模型，每一個塊體即采剝時的最小開采單元;利用此塊體模型，按照臺階的空間順序 及時間來實現(xiàn)模擬開采，即形成空間塊體排產(chǎn)模型； (2) 塊體模型屬性賦值 利用地質(zhì)勘探資料中的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)對每一個塊體的金屬品位進行估值，利用直接賦 值法來對每一個塊體的比重、礦巖類型進行賦值，結(jié)合塊體的體積，最終獲取每一塊體中所 含金屬質(zhì)量； (3) 構(gòu)建礦石預(yù)測價格和礦體開采及巖體剝離成本數(shù)據(jù)庫 根據(jù)礦石的歷史價格來對礦石在未來中長期的價格進行預(yù)測，并對開采成本和剝離成 本進行預(yù)測，構(gòu)建價格和成本數(shù)據(jù)庫； (4) 構(gòu)建?時空動態(tài)排產(chǎn)模型 在所述三維塊體排產(chǎn)模型基礎(chǔ)上，加入開采時間為第四維，該開采時間下的預(yù)測價格 和成本為第五維，即為空間開采塊體進行開采時間和價格、成本賦值，從而形成5D時空動態(tài) 排產(chǎn)模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，所 述步驟（1)中，三維空間塊體模型的塊體的大小根據(jù)實際需要來進行劃分，塊體越大誤差越 大，塊體越小礦體及巖體擬合的越好，誤差越小。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，所 述步驟（1)中，在露天礦境界與礦體的交叉處，采用比露天礦境界內(nèi)的塊體尺寸小的次級塊 體進行劃分。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，所 述步驟(2)中 若第i開采塊體為礦石，則其質(zhì)量; 礦石所含的金屬量為Mi=nkigi; 若第i開采塊體為巖石，則其質(zhì)量為; 式中i為開采塊體的編號，取值為1，···，n，P。為礦石比重，pw為巖石比重，Vi為第i塊可采 塊體的體積，gl為直接利用克里格法或距離冪次反比法來對第i塊塊體的品位的賦值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，所 述步驟(3)中，礦石價格數(shù)據(jù)庫建立方法為： 收集近十年的礦石價格數(shù)據(jù)，并對礦石價格的變化趨勢進行分析預(yù)測，通過分析前十 年的價格變化，分別形成礦石的未來的樂觀價、最可能價及悲觀價，將樂觀價作為最高價， 悲觀價作為最低價，預(yù)測第j年礦石的期望價格匕，并最終計算出每單位金屬質(zhì)量的最終價 格Qj: Qj = 100 XPj 八其中，T表;^露天礦開米總年限，p表;^精礦價格的金屬含量百分比。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述金屬露天礦5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在 于，所述步驟(3)中，礦體開采及巖體剝離成本數(shù)據(jù)庫建立方法為： 采集近十年的采礦及巖體剝離成本數(shù)據(jù)，計算出礦體開采成本平均增長率rdP巖體剝 離成本平均上漲率r2,然后利用上一年的礦體開采成本OCh和巖體剝離成本W(wǎng)Cn，計算下 一年度的礦體開米成本和巖體剝離成本，BP OCj = OCj-iX (1+n) WCj=ffCj-iX (l+r2)7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，所 述步驟(4)中，采用人機交互的方式，按照臺階的開采順序進行模擬開采，在模擬開采的過 程中加入開采時間和該開采時間下的價格和成本形成時空排產(chǎn)模型。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬露天礦f5D時空動態(tài)排產(chǎn)計劃模型構(gòu)建方法，其特征在于，根 據(jù)所述5D時空動態(tài)排產(chǎn)模型，計算第j年開采第i塊開采單元的資源凈值1，若開采單元為 礦石，則 W〇i = QjXMiXSX (l-f)(l-k)-m〇iXOCj(i = l,---,111) 若開采單元為巖石，則 ffwi = ~mwi X wCj (i = 1, · · ·, n-m) 總開采礦量擬0 = Σ[^ι爪; 總剝離巖石量二 總平均品位為《g二 該方案平均剝采比為δ = f ιηο 該進度計劃排產(chǎn)獲得的總的資源凈值為上述公式中S為礦石選礦回收率，f為礦石損失率，k為礦石貧化率，m為開采塊體為礦石 的總塊數(shù)，n-m為開采塊體為巖石的總塊數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK105956928SQ201610300267
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】顧清華, 盧才武, 張雯, 聶興信, 楊震, 郭梨
【申請人】西安建筑科技大學(xué)