CN110348036A - 露天矿山质量平衡控制方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种露天矿山质量平衡控制方法、装置及存储介质。该方法包括：S1、获取质量平衡控制目标；S2、设定出矿点约束参数、卸矿点约束参数和铲装设备约束参数；S3、根据所述质量平衡控制目标、所述出矿点约束参数、所述卸矿点约束参数和所述铲装设备约束参数，自动构建质量平衡控制数学模型；S4、求解所述质量平衡控制数学模型，生成质量平衡控制方案。该方法满足了对露天矿山开采矿石的质量要求的平衡控制，且质量平衡、波动性较小；同时，实现了大量质量较差的矿石科学地与质量较好的矿石均衡搭配，减少排废处理矿石量，最大化地利用矿石资源。同时，本发明还提出了采用该方法的装置及相关的存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿山生产调度和质量平衡控制领域，尤其涉及一种露天矿山质量平衡控制方法、装置及存储介质。
背景技术
露天石灰石矿山开采时，将矿山在垂直方向上划分成多个台阶，各个台阶上进行穿孔、装药、爆破作业形成爆堆，各个爆堆根据质检化验和质量分布情况分成若干出矿点。石灰石矿山开采的目的是为水泥制造厂提供矿石，由于水泥制造工艺的要求，对石灰石矿山开采提供的矿石提出了相应的质量要求，如矿山的主要元素CaO需要大于目标下限，次要元素SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、K2O 和SO3需要小于目标上限，一般将主要元素CaO质量值较高的矿石视为质量较好的矿石，将主要元素CaO质量值较低的矿石视为质量较差的矿石，质量值即元素在矿石中的含量百分比。矿山日常生产的质量平衡控制关键任务就是在各个爆堆的各个出矿点之间，进行出矿量均衡搭配，给水泥制造厂提供满足质量要求的矿石。
露天石灰石矿山目前进行质量平衡控制的方法是通过人工试凑法，计算过程复杂、操作繁琐、受技术人员经验影响较大，且具有盲目性，难以找到最优的质量平衡控制方案，从而导致的结果是：给水泥制造厂提供的矿石质量难以保障；质量不平衡、波动性大；大量质量较差的矿石由于未能科学地与质量较好的矿石均衡搭配，从而不得不进行排废处理，浪费矿石资源。
发明内容
针对上述现象，亟需提出一种技术方案实现露天矿山的矿石质量均衡搭配，最大化利用矿产资源。基于此，本发明提出了一种露天矿山质量平衡控制方法、装置及存储介质。
一种露天矿山质量平衡控制方法，包括以下步骤：
S1、获取质量平衡控制目标；
S2、设定出矿点约束参数、卸矿点约束参数和铲装设备约束参数；
S3、根据所述质量平衡控制目标、所述出矿点约束参数、所述卸矿点约束参数和所述铲装设备约束参数，自动构建质量平衡控制数学模型；
S4、求解所述质量平衡控制数学模型，生成质量平衡控制方案。
优选地，在步骤S1中，所述质量平衡控制目标包括需要控制的元素的目标下限、目标上限和质量平衡控制权重系数。
优选地，在步骤S2中，所述出矿点约束参数的设定过程为：根据矿山开采现状设定具备出矿条件的爆堆及出矿点；所述卸矿点约束参数的设定过程为：根据矿山开采现状设定卸矿点的产量下限和产量上限。
优选地，在步骤S2中，所述铲装设备约束参数的设定过程如下：
根据矿山设备使用状态，选择出参与生产的铲装设备，设定各个参与生产的铲装设备的台时产量下限、台时产量上限和卸矿点，同时根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置。
进一步地，所述根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置是通过手动设定或自动优化设定；若选择手动设定，则手动设定铲装设备工作的台阶、爆堆和出矿点中的一种或多种；若铲装设备工作的台阶、爆堆或出矿点选择自动优化设定，则不需要进行设定。
优选地，在步骤S4中，所述质量平衡控制方案中涉及的控制参数包括铲装设备名称、铲装设备工作的台阶、铲装设备工作的爆堆、铲装设备工作的出矿点、出矿点、各个需要控制的元素的质量值、出矿量和卸矿点名称。
优选地，在步骤S3中，所述自动构建质量平衡控制数学模型的过程如下：
集合：
D：爆堆的集合
G：出矿点的集合
E：质量平衡控制元素的集合
T：卸矿点的集合
M：铲装设备数集合
Fi,j,m：爆堆i出矿点j的m种铲装设备集合
Hi,j,m,n：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量集合
Ki,j,m,n,k：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量质量平衡控制方案集合
Pi,j,m,n,k,t：爆堆i出矿点j第m铲装设备第n种出矿量到卸矿点t的矿量集合
爆堆i出矿点j元素e质量值集合
索引：
i：爆堆的索引
j：出矿点的索引
e：元素的索引
m：铲装设备名称的索引
n：出矿量的索引
t：卸矿点名称的索引
k：质量平衡控制方案的索引
参数
卸矿点t对元素e的质量平衡控制目标下限、目标上限
λt,e：卸矿点t各个元素e的质量平衡控制权重系数
卸矿点t的产量下限、产量上限
决策变量：
gt,e -：卸矿点t元素e的质量平衡控制负偏差 gt,e +：卸矿点t元素e的质量平衡控制正偏差目标函数：
约束：
1)变量逻辑性约束
2)出矿点逻辑性约束
3)卸矿点t的质量平衡控制下限约束
4)卸矿点t的质量平衡控制上限约束
5)卸矿点t的产量能力下限约束
6)卸矿点t的产量能力上限约束
优选地，在步骤S4中，通过lpSolve求解器求解所述质量平衡控制数学模型。
本发明还提出了一种采用的露天矿山质量平衡控制方法的装置，包括：显示器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。
此外，本发明还提出了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明提供的露天矿山质量平衡控制方法，获取质量平衡控制目标，设定出矿点约束参数、卸矿点约束参数和铲装设备约束参数；根据所述质量平衡控制目标、所述出矿点约束参数、所述卸矿点约束参数和所述铲装设备约束参数，自动构建质量平衡控制数学模型，最后求解所述质量平衡控制数学模型，生成质量平衡控制方案满足了对露天矿山开采矿石的质量要求的平衡控制，且质量平衡、波动性较小；同时，实现了大量质量较差的矿石科学地与质量较好的矿石均衡搭配，减少排废处理矿石量，最大化地利用矿石资源。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明具体实施方式中露天矿山质量平衡控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
结合图1，本具体实施方式提出一种露天矿山质量平衡控制方法，包括以下步骤：
101、获取质量平衡控制目标。本具体实施例中的露天矿山为露天石灰石矿山，质量平衡控制所涉及的元素包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、 CaO、MgO、Na2O、K2O和SO3，根据矿山质量情况选择出需要控制的元素，同时依次设定各个需要控制的元素的目标下限、目标上限和权重系数。目标下限是指对需控制元素的在矿石中的含量百分比的最低要求，目标上限是指对需控制元素的在矿石中的含量百分比的最高要求。
102、设定出矿点约束参数、卸矿点约束参数和铲装设备约束参数。所述出矿点约束参数的设定过程为：根据矿山开采现状选择出具备出矿条件的爆堆及出矿点；所述卸矿点约束参数的设定过程过程为：依次设定各卸矿点的产量下限和产量上限。所述铲装设备约束参数的设定过程为：根据矿山设备使用状态，选择出参与生产的铲装设备，设定各个参与生产的铲装设备的台时产量下限、台时产量上限和卸矿点，同时根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置。进一步地，所述根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置是通过手动设定或自动优化设定；若选择手动设定，则手动设定铲装设备工作的台阶、爆堆和出矿点中的一种或多种；若铲装设备工作的台阶、爆堆或出矿点选择自动优化设定，则不需要进行设定。
103、根据所述质量平衡控制目标、所述出矿点约束参数、所述卸矿点约束参数和所述铲装设备约束参数，自动构建质量平衡控制数学模型；进一步地，所述自动构建质量平衡控制数学模型的过程如下：集合：
D：爆堆的集合
G：出矿点的集合
E：质量平衡控制元素的集合
T：卸矿点的集合
M：铲装设备数集合
Fi,j,m：爆堆i出矿点j的m种铲装设备集合
Hi,j,m,n：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量集合
Ki,j,m,n,k：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量质量平衡控制方案集合
Pi,j,m,n,k,t：爆堆i出矿点j第m铲装设备第n种出矿量到卸矿点t的矿量集合
爆堆i出矿点j元素e质量值集合
索引：
i：爆堆的索引
j：出矿点的索引
e：元素的索引
m：铲装设备名称的索引
n：出矿量的索引
t：卸矿点名称的索引
k：质量平衡控制方案的索引
参数
卸矿点t对元素e的质量平衡控制目标下限、目标上限
λt,e：卸矿点t各个元素e的质量平衡控制权重系数
卸矿点t的产量下限、产量上限
决策变量：
gt,e -：卸矿点t元素e的质量平衡控制负偏差
gt,e +：卸矿点t元素e的质量平衡控制正偏差
目标函数：
约束：
1)变量逻辑性约束
2)出矿点逻辑性约束
3)卸矿点t的质量平衡控制下限约束
4)卸矿点t的质量平衡控制上限约束
5)卸矿点t的产量能力下限约束
6)卸矿点t的产量能力上限约束
104、求解所述质量平衡控制数学模型，生成质量平衡控制方案。进一步地，通过lpSolve求解器解算所述质量平衡控制数学模型，得到质量平衡控制方案中涉及的控制参数包括：铲装设备名称、铲装设备工作的台阶、铲装设备工作的爆堆、铲装设备工作的出矿点、出矿点各个需要控制的元素的质量值、出矿量和卸矿点名称。
本具体实施方式还包括一种采用的露天矿山质量平衡控制方法的装置，该装置包括：显示器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。
此外，本具体实施方式还提出了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
为说明本具体实施方式中的露天矿山质量平衡控制方法，下面进一步详细列举相关实施例。
实施例1
A1：某露天石灰石矿山质量平衡控制所涉及的元素包括SiO2、 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O和SO3，根据矿山质量情况选择出需要控制的元素为SiO2、CaO和MgO，同时依次设置元素SiO2、 CaO和MgO的目标下限、目标上限和权重系数如表1所示。
表1需要控制的元素及其目标下限、目标上限和权重系数
A2：根据矿山开采现状选择出具备出矿条件的爆堆、爆堆对应的出矿点及出矿点的需要控制的元素的质量如表2所示。
表2爆堆、爆堆对应的出矿点及出矿点的需要控制的元素的质量
设置卸矿点A#的产量下限1150t和产量上限1250t。
A3：根据矿山设备使用状态，选择出参与生产的铲装设备，依次设置各个参与生产的铲装设备的台时产量下限、台时产量上限和卸矿点；同时根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置自动设定或自动优化设定，若选择手动设定，则设定铲装设备工作的台阶、爆堆和出矿点；若选择自动优化设定，则不需要设定，如表3所示。
表3参与生产的铲装设备，依次设置各个参与生产的铲装设备的台时产量下限、台时产量上限和卸矿点的情况
A4：自动构建的质量平衡控制数学模型如下：
集合：
D：爆堆的集合
G：出矿点的集合
E：质量平衡控制元素的集合
T：卸矿点的集合
M：铲装设备数集合
Fi,j,m：爆堆i出矿点j的m种铲装设备集合
Hi,j,m,n：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量集合
Ki,j,m,n,k：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量质量平衡控制方案集合
Pi,j,m,n,k,t：爆堆i出矿点j第m铲装设备第n种出矿量到卸矿点t的矿量集合
爆堆i出矿点j元素e质量值集合
索引：
i：爆堆的索引
j：出矿点的索引
e：元素的索引
m：铲装设备的索引
n：出矿量的索引
t：卸矿点的索引
k：质量平衡控制方案的索引
参数
卸矿点t对元素e的质量平衡控制目标下限、目标上限
λt,e：卸矿点t各个元素e的质量平衡控制权重系数
卸矿点t的产量下限、产量上限
决策变量：
gt,e -：卸矿点t元素e的质量平衡控制负偏差
gt,e +：卸矿点t元素e的质量平衡控制正偏差
目标函数：
约束：
1)变量逻辑性约束
2)出矿点逻辑性约束
3)卸矿点t的质量平衡控制下限约束
4)卸矿点t的质量平衡控制上限约束
5)卸矿点t的产量能力下限约束
6)卸矿点t的产量能力上限约束
A5：通过lpSolve解算步骤A4所述的质量平衡控制数学模型，得到质量平衡控制涉及的控制参数包括：铲装设备名称、铲装设备工作的台阶、铲装设备工作的爆堆、铲装设备工作的出矿点、出矿点各个需要控制的元素的质量值、出矿量和卸矿点名称，如表4所示。
表4质量平衡控制方案
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取质量平衡控制目标；
S2、设定出矿点约束参数、卸矿点约束参数和铲装设备约束参数；
S3、根据所述质量平衡控制目标、所述出矿点约束参数、所述卸矿点约束参数和所述铲装设备约束参数，自动构建质量平衡控制数学模型；
S4、求解所述质量平衡控制数学模型，生成质量平衡控制方案。
2.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述质量平衡控制目标包括需要控制的元素的目标下限、目标上限和质量平衡控制权重系数。
3.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述出矿点约束参数的设定过程为：根据矿山开采现状设定具备出矿条件的爆堆及出矿点；所述卸矿点约束参数的设定过程为：根据矿山开采现状设定卸矿点的产量下限和产量上限。
4.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述铲装设备约束参数的设定过程如下：
根据矿山设备使用状态，选择出参与生产的铲装设备，设定各个参与生产的铲装设备的台时产量下限、台时产量上限和卸矿点，同时根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置。
5.根据权利要求4所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，所述根据生产需求选择各个铲装设备的工作位置是通过手动设定或自动优化设定；若选择手动设定，则手动设定铲装设备工作的台阶、爆堆和出矿点中的一种或多种；若铲装设备工作的台阶、爆堆或出矿点选择自动优化设定，则不需要进行设定。
6.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S4中，所述质量平衡控制方案中涉及的控制参数包括铲装设备名称、铲装设备工作的台阶、铲装设备工作的爆堆、铲装设备工作的出矿点、出矿点、各个需要控制的元素的质量值、出矿量和卸矿点名称。
7.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S3中，所述自动构建质量平衡控制数学模型的过程如下：集合：
D：爆堆的集合
G：出矿点的集合
E：质量平衡控制元素的集合
T：卸矿点的集合
M：铲装设备数集合
Fi,j,m：爆堆i出矿点j的m种铲装设备集合
Hi,j,m,n：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量集合
Ki,j,m,n,k：爆堆i出矿点j第m铲装设备n种出矿量质量平衡控制方案集合
Pi,j,m,n,k,t：爆堆i出矿点j第m铲装设备第n种出矿量到卸矿点t的矿量集合
爆堆i出矿点j元素e质量值集合
索引：
i：爆堆的索引
j：出矿点的索引
e：元素的索引
m：铲装设备名称的索引
n：出矿量的索引
t：卸矿点名称的索引
k：质量平衡控制方案的索引
参数
gt,e 、卸矿点t对元素e的质量平衡控制目标下限、目标上限
λt,e：卸矿点t各个元素e的质量平衡控制权重系数
qt、卸矿点t的产量下限、产量上限
决策变量：
gt,e -：卸矿点t元素e的质量平衡控制负偏差
gt,e +：卸矿点t元素e的质量平衡控制正偏差
目标函数：
约束：
1)变量逻辑性约束
2)出矿点逻辑性约束
3)卸矿点t的质量平衡控制下限约束
4)卸矿点t的质量平衡控制上限约束
5)卸矿点t的产量能力下限约束
6)卸矿点t的产量能力上限约束
8.根据权利要求1所述的露天矿山质量平衡控制方法，其特征在于，在步骤S4中，通过lpSolve求解器求解所述质量平衡控制数学模型。
9.一种采用的露天矿山质量平衡控制方法的装置，包括：显示器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
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