CN105956928A - 一种金属露天矿5d时空动态排产计划模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，主要步骤包括：构建露天矿矿岩体三维块体排产模型；空间块体模型属性赋值；构建矿石价格和采矿及岩体剥离成本数据库；最终构建5D时空动态排产模型；本发明旨在露天矿境界内对矿岩体的开采进行动态模拟开采，利用该5D时空动态排产模型能够精确地模拟出露天矿的中长期开采进度及过程，并动态计算获得的资源净值，使矿山能够在多种中长期开采方案中优选资源净值最大的开采方案，还可进一步考虑贴现率，使得矿山企业优选出净现值NPV最大的中长期进度计划方案，在露天矿开拓优化设计领域有着广泛的应用前景。

Description

一种金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法

技术领域

本发明属于矿业系统工程及矿山优化技术领域，特别涉及一种金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法。

背景技术

目前我国大多数金属露天矿山的中长期(通常超过5年以上称为中长期)生产计划往往存在“一次编制，长期使用”的现象，且只重视某一静态时间点下中长期进度规划，在编制计划期间主要考虑生产规模、矿石品位配矿、剥采比等采矿参数，但市场环境受多种随机因素影响存在着诸多不确定性，矿山企业在计划实施过程中往往忽视了矿石市场价格和生产成本等经济参数的变化，原有的生产计划编制方式往往无法快速反应市场的变化，无法实现生产计划执行结果的预知、预演。多数金属露天矿山企业没有摆脱以往这种重规划、计划，不重技术经济动态分析及投资收益动态分析的现象，一方面是由于技术上存在的不足，另一方面是缺乏此方面的战略规划理念。矿山企业的管理者往往更习惯于以矿山的矿石总开采量、合理剥采比等为年度生产的考核目标，而不是以投资收益最佳等经济指标进行生产计划组织与实施，这使得实际的采矿生产背离了矿山企业以市场为导向，追求合理的净现值为目标的方向，这种静态的中长期生产计划显然缺乏灵活性、实时性和科学性。因此，为了将采矿生产过程中矿石价格等市场经济参数的变化和时间都反应到金属露天矿中长期生产计划的动态编制中，本发明提出了一种将时间和矿石产品价格及矿体开采成本集成到5D时空动态排产模型的构建方法。

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金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，基于空间块体模型，旨在露天采剥进度计划编制过程中，既为管理者提供矿石开采量、剥采比、矿石品位等决策信息，又能为管理者提供在不同的开采顺序下及开采时间安排下矿石价格及成本的变化，形成一种随着进度计划的动态编制，时间、空间及经济参数动态变化的排产模型，从而为管理者提供一种寻求更好的进度计划或收益最大的进度计划方案的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，包括如下步骤：

(1)在露天矿采剥境界内构建三维块体排产模型

在露天开采境界内，将矿体和岩体划分成三维离散的块体，划分后矿岩体形成三维空间块体模型，每一个块体即采剥时的最小开采单元；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，即形成空间块体排产模型；

(2)块体模型属性赋值

利用地质勘探资料中的地质钻孔数据对每一个块体的金属品位进行估值，利用直接赋值法来对每一个块体的比重、矿岩类型进行赋值，结合块体的体积，最终获取每一块体中所含金属质量；

(3)构建矿石预测价格和矿体开采及岩体剥离成本数据库

根据矿石的历史价格来对矿石在未来中长期的价格进行预测，并对开采成本和剥离成本进行预测，构建价格和成本数据库；

(4)构建5D时空动态排产模型

在所述三维块体排产模型基础上，加入开采时间为第四维，该开采时间下的预测价格和成本为第五维，即为空间开采块体进行开采时间和价格、成本赋值，从而形成5D时空动态排产模型。

所述步骤(1)中，三维空间块体模型的块体的大小根据实际需要来进行划分，块体越大误差越大，块体越小矿体及岩体拟合的越好，误差越小。

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。

所述步骤(2)中

若第i开采块体为矿石，则其质量m_oi＝ρ_oV_i；

矿石所含的金属量为M_i＝m_oig_i；

若第i开采块体为岩石，则其质量为m_wi＝ρ_wV_i；

式中i为开采块体的编号，取值为1,…,n，ρ_o为矿石比重，ρ_w为岩石比重，V_i为第i块可采块体的体积，g_i为直接利用克里格法或距离幂次反比法来对第i块块体的品位的赋值。

所述步骤(3)中，矿石价格数据库建立方法为：

收集近十年的矿石价格数据，并对矿石价格的变化趋势进行分析预测，通过分析前十年的价格变化，分别形成矿石的未来的乐观价、最可能价及悲观价，将乐观价作为最高价，悲观价作为最低价，预测第j年矿石的期望价格P_j，并最终计算出每单位金属质量的最终价格Q_j：

Q_j＝100×P_j×p

其中，T表示露天矿开采总年限，p表示精矿价格的金属含量百分比。

所述步骤(3)中，矿体开采及岩体剥离成本数据库建立方法为：

采集近十年的采矿及岩体剥离成本数据，计算出矿体开采成本平均增长率r₁和岩体剥离成本平均上涨率r₂，然后利用上一年的矿体开采成本OC_j-1和岩体剥离成本WC_j-1，计算下一年度的矿体开采成本和岩体剥离成本，即

OC_j＝OC_j-1×(1+r₁)

WC_j＝WC_j-1×(1+r₂)

所述步骤(4)中，采用人机交互的方式，按照台阶的开采顺序进行模拟开采，在模拟开采的过程中加入开采时间和该开采时间下的价格和成本形成5D时空排产模型。

根据所述5D时空动态排产模型，计算第j年开采第i块开采单元的资源净值W_i，若开采单元为矿石，则

W_oi＝Q_j×M_i×S×(1-f)(1-k)-m_oi×OC_j(i＝1,…,m)

若开采单元为岩石，则

W_wi＝-m_wi×wC_j(i＝1,…,n-m)

总开采矿量

总剥离岩石量

总平均品位为

该方案平均剥采比为

该进度计划排产获得的总的资源净值为

$W=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{W}_{oi}+\underset{i=1}{\overset{n-m}{\Σ}}{W}_{wi}$

上述公式中S为矿石选矿回收率，f为矿石损失率，k为矿石贫化率，m为开采块体为矿石的总块数，n-m为开采块体为岩石的总块数。与现有技术相比，本发明通过在金属露天矿三维空间排产模型基础上引入时间(第四维)和矿石价格及成本(第五维)的方法来构建露天矿中长期进度计划排产模型，能够将原有的不关心矿石价格和成本进度计划静态编制方法改变，形成成为一种随着时间动态变化的露天矿中长期5D时空排产模型，为金属露天矿的中长期进度计划编制提供了更为精细化的动态编制方法，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，图中数字为块体划分编号。

图2是本发明某矿岩体划分后形成排产模型示意图，图中数字代表放大100倍后得矿石品位数据。

图3是本发明露天矿境界内时空动态排产模型示意图。

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。

如图1所示，一种金属露天矿5D时空动态排产模型的构建方法，具体的实施步骤如下：

步骤1：在露天开采境界内，将矿体和岩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；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，这样划分后矿体形成包含n块块体的三维空间块体排产模型，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，即形成三维空间排产模型。

步骤2：在三维空间块体模型构建之后，利用矿区地质勘探的钻孔品位数据对每一个块体进行品位估值，可以直接利用克里格法或距离幂次反比法来对第i块块体的品位进行赋值为g_i，根据g_i可以将开采块体划分为矿石和岩石两种类型，然后根据三维排产模型中矿体的空间大小可以求出第i开采块体的体积v_i，根据矿岩体的类型，可得到其比重ρ，如矿石ρ_o通常为3.2吨/立方米，岩体ρ_w通常为2.9吨/立方米，依据如下公式计算：

若第i开采块体为矿石，则其质量m_oi＝ρ_oV_i；

矿石所含的金属量为M_i＝m_oig_i；

若第i开采块体为岩石，则其质量为m_wi＝ρ_wV_i。

式中i为开采块体的编号，取值为1,…,n。

步骤3：收集十年以上的该精矿的市场价格，根据该价格在近十年的变化趋势，分别形成精矿的未来的乐观价、最可能价及悲观价，利用如下公式计算预测每一年精矿的期望价格P_j，如2015年钼精矿平均价格为800元/吨度，根据露天矿初步设计中的开采年限分别求出下一年度的精矿期望价格，根据精矿价格的金属含量百分比p，可以计算出每单位(吨)金属质量的最终价格Q_j

Q_j＝100×P_j×p

步骤4：收集十年以上该类矿石的开采成本和岩石岩体剥离成本数据，成本数据一般呈现逐年上涨趋势，根据十年的相关情况算出矿体开采成本平均上涨率r₁和岩体剥离成本平均上涨率r₂，然后利用上一年的矿体开采成本OC_j-1和岩石岩体剥离成本WC_j-1可以计算下一年度的矿体开采成本和岩体剥离成本，通常单位为元/吨，即

OC_j＝OC_j-1×(1+r₁)

WC_j＝WC_j-1×(1+r₂)

步骤5：依据上述步骤构建的三维空间排产模型和矿石价格及成本数据库，采用人机交互的方式来按照台阶的开采顺序进行模拟开采，在模拟开采的过程中就依据开采时间为三维排产模型，加入开采时间(第四维)和该开采时间下的价格和成本(第五维)，即进行时间和价格与成本赋值，形成5D时空排产模型，然后可以计算出第j年开采第i块开采单元的资源净值W_i，若开采的块体单元为矿石，则

W_oi＝Q_j×M_i×S×(1-f)(1-k)-m_oi×OC_j(i＝1,…,m)

若开采的块体单元为岩石，即为需要剥离的废石，则

W_wi＝-m_wi×wC_j(i＝1,…,n-m)

其中，i为块体数量编号，m为开采单元为矿石的块体总数，n为矿石和岩石块体总数；j为块体开采年度，T为露天矿开采总年限，j＝1，…，T；S为矿石选矿平均回收率，f为矿石损失率，k为矿石贫化率。

根据贴现率可以将其进一步转换为净现值NPV，本发明暂且考虑资源净值W_i。

步骤6：根据台阶模拟开采的进行可以依次计算出矿石的开采矿量、品位、体积、岩石的剥离量、剥采比等，本发明与三维排产模型不同的是在编制的过程中随着块体开采的进行，根据该块体在排产计划中的开采时间以及在该开采时间约束下的矿石价格和开采成本，这样就可以随着进度计划编制的过程动态的计算出该进度计划方案下的主要参数，计算如下：

总开采矿量m为开采块体为矿石的总块数；

总剥离岩石量n-m为开采块体为岩石的总块数；

总平均品位为

该方案平均剥采比为

该进度计划排产获得的总的资源净值为

$W=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{W}_{oi}+\underset{i=1}{\overset{n-m}{\Σ}}{W}_{wi}$

步骤7：利用该时空排产模型，每进行一次进度计划的编制，都会产生该开采计划编制下的企业所获得的资源净值，若总共有k套不同的进度计划编制方案，则找到资源总净值最大W_max，对应的该开采方案即为不考虑贴现率情况下的最优进度计划编制方案。

W_max＝Max{W₁，…，W_k}

本发明将矿体和岩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，然后依据开采年限构建了矿石市场价格预测数据和矿石开采成本及岩体剥离成本数据，在模拟开采的过程中分别将开采时间和该开采时间下的价格和成本数据增加到三维排场模型，形成5D时空排产模型。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 (8)

1.一种金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在露天矿采剥境界内构建三维块体排产模型

在露天开采境界内，将矿体和岩体划分成三维离散的块体，划分后矿岩体形成三维空间块体模型，每一个块体即采剥时的最小开采单元；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，即形成空间块体排产模型；

(2)块体模型属性赋值

利用地质勘探资料中的地质钻孔数据对每一个块体的金属品位进行估值，利用直接赋值法来对每一个块体的比重、矿岩类型进行赋值，结合块体的体积，最终获取每一块体中所含金属质量；

(3)构建矿石预测价格和矿体开采及岩体剥离成本数据库

根据矿石的历史价格来对矿石在未来中长期的价格进行预测，并对开采成本和剥离成本进行预测，构建价格和成本数据库；

(4)构建5D时空动态排产模型

在所述三维块体排产模型基础上，加入开采时间为第四维，该开采时间下的预测价格和成本为第五维，即为空间开采块体进行开采时间和价格、成本赋值，从而形成5D时空动态排产模型。

2.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中，三维空间块体模型的块体的大小根据实际需要来进行划分，块体越大误差越大，块体越小矿体及岩体拟合的越好，误差越小。

3.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，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。

4.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，所述步骤(2)中

若第i开采块体为矿石，则其质量m_oi＝ρ_oV_i；

矿石所含的金属量为M_i＝m_oig_i；

若第i开采块体为岩石，则其质量为m_wi＝ρ_wV_i；

式中i为开采块体的编号，取值为1,…,n，ρ_o为矿石比重，ρ_w为岩石比重，V_i为第i块可采块体的体积，g_i为直接利用克里格法或距离幂次反比法来对第i块块体的品位的赋值。

5.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中，矿石价格数据库建立方法为：

收集近十年的矿石价格数据，并对矿石价格的变化趋势进行分析预测，通过分析前十年的价格变化，分别形成矿石的未来的乐观价、最可能价及悲观价，将乐观价作为最高价，悲观价作为最低价，预测第j年矿石的期望价格P_j，并最终计算出每单位金属质量的最终价格Q_j：

Q_j＝100×P_j×p

其中，T表示露天矿开采总年限，p表示精矿价格的金属含量百分比。

6.根据权利要求1或5所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中，矿体开采及岩体剥离成本数据库建立方法为：

采集近十年的采矿及岩体剥离成本数据，计算出矿体开采成本平均增长率r₁和岩体剥离成本平均上涨率r₂，然后利用上一年的矿体开采成本OC_j-1和岩体剥离成本WC_j-1，计算下一年度的矿体开采成本和岩体剥离成本，即

OC_j＝OC_j-1×(1+r₁)

WC_j＝WC_j-1×(1+r₂)

7.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用人机交互的方式，按照台阶的开采顺序进行模拟开采，在模拟开采的过程中加入开采时间和该开采时间下的价格和成本形成5D时空排产模型。

8.根据权利要求1所述金属露天矿5D时空动态排产计划模型构建方法，其特征在于，根据所述5D时空动态排产模型，计算第j年开采第i块开采单元的资源净值W_i，若开采单元为矿石，则

W_oi＝Q_j×M_i×S×(1-f)(1-k)-m_oi×OC_j(i＝1,…,m)

若开采单元为岩石，则

W_wi＝-m_wi×wC_j(i＝1,…,n-m)

总开采矿量

总剥离岩石量

总平均品位为

该方案平均剥采比为

该进度计划排产获得的总的资源净值为

$W=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{W}_{oi}+\underset{i=1}{\overset{n-m}{\Σ}}{W}_{wi}$

上述公式中S为矿石选矿回收率，f为矿石损失率，k为矿石贫化率，m为开采块体为矿石的总块数，n-m为开采块体为岩石的总块数。