CN105389447A - 基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，在露天开采境界内，将矿体划分成三维离散的块体，按照台阶的空间顺序及时间来实现模拟开采，形成三维块体排产模型；然后将可能布设破碎站的露天矿境界进行网格化，每一个网格即为破碎站的可能位置；再根据各个块体的质量、位置计算所有块体到每个网格处的运输功，选取总运输功最小的位置网格质心点即为破碎站的最优位置，此位置的汽车总运输成本最小，本发明通过金属露天矿矿体利用块体离散化和露天矿境界破碎站可能位置网格化来模拟计算矿体开采的总运输功，原理简单，能够有效在露天矿境界内依据最小运输功原则搜寻到破碎站的最优位置，在露天矿开拓优化设计领域有着广泛的应用前景。

Description

基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法
技术领域
本发明属于矿业系统工程及矿山优化技术领域，特别涉及一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法。
背景技术
我国大部分金属露天矿山采用爆破-铲装-汽车运输-破碎站破碎生产工艺，但随着露天矿山进入了中后期开采，露天境界逐渐由浅部转入深部。进入深部开采后，汽车运距也越来越长，运输效率不断降低，运输成本增加，导致生产成本急剧上升，经济效益迅速下滑。随着露天开采的不断深入，为了有效的解决运输功(运矿量与运输距离之积为运输功)不断增加带来的成本问题，不少矿山提出了在露天境界内将破碎站进行重新选址的要求，这样通过在境界内来新建破碎站可以大大减少汽车的运输距离，减少汽车爬坡和油耗，从而减少露天矿境界内汽车的运输成本。因此为了使露天境界内的总汽车运输功最小，汽车运输成本最小，有必要在现有的技术条件下对破碎站的新建或迁移位置的选取研究一种最优方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，可在露天开采境界内寻求一个破碎站最优位置，根据台阶式开采进度计划该位置能够使得所有汽车到该破碎站的运输功达到最小，从而使得汽车运输成本最小化。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，包括如下步骤：
(1)构建露天矿矿体三维块体排产模型
在露天开采境界内，将矿体划分成三维离散的块体，划分后矿体形成三维空间块体模型，每一个块体即可采矿时的最小开采单元，利用此块体模型，按照台阶的空间顺序及时间来实现模拟开采，即形成三维块体排产模型；
(2)露天矿境界网格化处理
将可能布设破碎站的露天矿境界进行网格化，每一个网格即为破碎站的可能位置；
(3)运输功计算
根据三维块体排产模型的块体尺寸计算每个块体的体积，将体积和矿石比重相乘得到每一个块体的质量；根据三维块体排产模型中模拟开采块体的空间坐标位置关系及块体的大小，求得第i块体质心点处的坐标Pi(xi，yi，zi)；根据露天境界内网格化处理后每一个网格的空间位置和网格大小，求得第j网格的质心点坐标Qj(xj，yj，zj)；根据两点间的坐标求距离公式求出Pi和Qj间的空间距离，将此距离作为或者近似作为矿块被开采后由采场运输到破碎站的距离，最后根据三维块体排产模型计算坐标Qj处每一个块体的运输功，将所有块体在坐标Qj处的运输功求和即为破碎站设置在此处的总运输功；
(4)求出总运输功最小的破碎站位置
根据露天矿境界内的网格化处理结果，求出每一个位置网格的总运输功，然后选取总运输功最小的位置网格质心点即为破碎站的最优位置，此位置的汽车总运输成本最小。
所述步骤(1)中，在露天矿境界与矿体的交叉处，采用比露天矿境界内的块体尺寸小的次级块体进行划分，以进一步提高精度。
所述步骤(2)中，先将露天矿境界依据高度进行分层，分层后再进行网格化，每个台阶形成一层位置网格。
所述步骤(3)中，所述总运输功表达公式为：其中，wj为总运输功，n为露天矿矿体三维块体排产模型中的块体个数，wij为第i块体到坐标Qj处的运输功，wij＝Lij×Mi，Mi为第i块体的质量，Lij为坐标Pi到坐标Qj的距离， L i j = ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 2 .
本发明中，破碎站在开采境界内为固定式，运输距离为空间距离。
与现有技术相比，本发明通过金属露天矿矿体利用块体离散化和露天矿境界破碎站可能位置网格化来模拟计算矿体开采的总运输功，原理简单，能够有效在露天矿境界内依据最小运输功原则搜寻到破碎站的最优位置，在露天矿开拓优化设计领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明三维块体模型构建示意图。
图2是本发明境界边界处块体划分示意图。
图3是本发明某矿体划分后形成排产模型示意图。
图4是本发明境界内某水平分层网格化处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
基于时空排产模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，具体的实施步骤如下：
步骤1：如图1所示，在露天矿开采境界内，将矿体划分成三维离散的开采块体，块体的大小根据实际需要来进行划分，通常要依据台阶高度、露天境界大小、模拟开采的精度等要求来划分，如开采台阶大多数金属露天矿通常为12米，因此境界内块体大小可以采用长10米、宽10米、高6米的块体来划分，划分后每一个块体即为境界内的最小开采单元，图中数字表示矿块划分后的编号；在露天矿境界与矿体的交叉处，为了提高矿体开采模拟精度，可采用较小的次级块体来划分，如采用长5米、宽5米、高3米的次级块进行露天矿边界处矿体的划分，如图2所示，边界处划分的块体的质心点尽量落在边界线上，且块体尺寸越小越好，边界拟合的越好，误差会越小。这样划分后矿体形成包含n块块体的三维空间块体模型，利用此模型可按照台阶的空间顺序及时间来实现模拟开采，即形成三维块体排产模型，如图3所示，图中数字表示矿块的品位，为了标注方便，图中的品位是原品位的100倍。
步骤2：根据三维块体排产模型中矿体的空间大小可以求出第i块体的体积Vi，根据矿体的类型，可得到其比重ρ，如钼矿ρ通常为3.2吨/立方米，依据如下公式计算第i块体的质量，即为
Mi＝ρvi
步骤3：在将矿体划分成三维空间块体后，可得到每一个块体的空间布局坐标，利用已知空间坐标和块体的空间大小，可以求得此第i块体的质心点坐标Pi(xi，yi，zi)(i＝1,…n)。
步骤4：如图4所示，按照露天矿的开采实际情况和空间开采约束，先找出可能布设破碎站的水平，如Z＝1282米，然后利用空间网格在此水平的境界内进行网格化处理，网格的大小依据寻求破碎站位置的精度，如采用长、宽都是50米的网格来进行划分可以得到k个网格。
步骤5：根据可能布设破碎站的位置网格的空间坐标和网格大小可以计算出第j网格中心点的坐标Qj(xj，yj，zj)(j＝1,…k)
步骤6：计算出第i块体到破碎站位置第j网格处的空间距离为Lij，此距离用来模拟开采第i块体时其运输距离。
L i j = ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 2
步骤7：根据运输功计算公式，求出汽车运送第i块体到第j网格即破碎站位置的运输功为：
wij＝Lij×Mi
步骤8：求出所有开采块体到破碎站位置的总运输功为
w j = Σ i = 1 n w i j
步骤9：求出所有开采块体到每一个破碎站可能位置的总运输功wj，找到总运输功值最小的wj，即为最小运输功wmin，
wmin＝Min{w1,…,wj}(j＝1,…,k)
步骤10：运输功最小处对应的空间网格中心点位置即为破碎站设置的最优位置，此位置处所有的矿体运输到破碎站的运输功最小，运输成本最小。
本发明利用将矿体利用三维空间块体进行划分形成最小开采单元来模拟开采过程，根据模拟开采的过程来求得汽车运输功最小的破碎站位置，此位置选取后为理论最优位置，实际应用过程中可根据露天矿的实际开采情况进行调整。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构建露天矿矿体三维块体排产模型
在露天开采境界内，将矿体划分成三维离散的块体，划分后矿体形成三维空间块体模型，每一个块体即可采矿时的最小开采单元，利用此块体模型，按照台阶的空间顺序及时间来实现模拟开采，即形成三维块体排产模型；
(2)露天矿境界网格化处理
将可能布设破碎站的露天矿境界进行网格化，每一个网格即为破碎站的可能位置；
(3)运输功计算
根据三维块体排产模型的块体尺寸计算每个块体的体积，将体积和矿石比重相乘得到每一个块体的质量；根据三维块体排产模型中模拟开采块体的空间坐标位置关系及块体的大小，求得第i块体质心点处的坐标Pi(xi，yi，zi)；根据露天境界内网格化处理后每一个网格的空间位置和网格大小，求得第j网格的质心点坐标Qj(xj，yj，zj)；根据两点间的坐标求距离公式求出Pi和Qj间的空间距离，将此距离作为或者近似作为矿块被开采后由采场运输到破碎站的距离，最后根据三维块体排产模型计算坐标Qj处每一个块体的运输功，将所有块体在坐标Qj处的运输功求和即为破碎站设置在此处的总运输功；
(4)求出总运输功最小的破碎站位置
根据露天矿境界内的网格化处理结果，求出每一个位置网格的总运输功，然后选取总运输功最小的位置网格质心点即为破碎站的最优位置，此位置的汽车总运输成本最小。
2.根据权利要求1所述基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在露天矿境界与矿体的交叉处，采用比露天矿境界内的块体尺寸小的次级块体进行划分。
3.根据权利要求1所述基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先将露天矿境界依据高度进行分层，分层后再进行网格化，每个台阶形成一层位置网格。
4.根据权利要求1所述基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述总运输功表达公式为：其中，wj为总运输功，n为露天矿矿体三维块体排产模型中的块体个数，wij为第i块体到坐标Qj处的运输功，wij＝Lij×Mi，Mi为第i块体的质量，Lij为坐标Pi到坐标Qj的距离， L i j = ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 2 .
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