CN114676874B - 一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法和系统。该方法包括：获取候选境界序列；遍历所述候选境界序列，并生成与所述候选境界序列中每一所述候选境界对应的地质最优开采体；基于预设年采剥量优化所述开采计划；基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案。可见，本发明通过将境界和开采计划作为一个整体来考虑，对候选境界中的开采计划进行优化，能够提高开采计划的精确性和合理性。

Description

一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法及系统

技术领域

本发明涉及金属露天矿开采技术领域，特别是涉及一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法及系统。

背景技术

实践中，最终境界的设计和生产计划的编制一般都是分别进行的——先设计境界，而后在境界内编制生产计划。然而，设计境界时，由于还没有开采计划，无法以净现值(NPV)最大为目标函数对进行优化，只能以总盈利最大作为评价指标；而在生产计划的优化中，绝大多数优化方法都以NPV最大为目标函数。这样就存在一个问题：总盈利最大的境界不一定是NPV最大的境界；而NPV最大的境界才是真正的最佳境界，因为能够体现一个矿山项目的投资收益的不是总盈利，而是NPV。也就是说，分别优化境界和生产计划一般得不到整体最优方案。

有关最终境界和开采计划的整体优化，由于其高度的复杂性，研究成果较少。为了考虑最终境界与开采计划之间的相互作用关系，有的研究者考虑几个候选境界，然后在其中优化开采计划。但这种途径考虑的候选境界数量有限，只能算作优选，而非整体优化。有的研究者把开采计划优化中出现持续的负现金流作为停止开采的标志，而停止时的采场即为最终境界。对最终境界和开采计划的整体优化问题研究较为系统深入的是Wang和Sevim，他们通过产生一个增量可控的金属量最大的境界系列，然后对这一系列进行动态排序，同时求解出最终境界、生产能力、开采顺序和开采寿命。这一方法是露天开采多要素整体优化的一个重要进展。基于这一方法，建立了露天矿分期开采的优化模型和算法；还把这一方法针对露天煤矿的特征进行了改造，用于露天煤矿的多要素整体优化。

因此，必须把境界与开采计划作为一个整体来考虑，才可能得到使总NPV最大的整体最优规划方案。鉴于此，提供一种能够对境界和开采计划(包括开采顺序、每年的采剥生产能力、开采寿命)实施整体优化的方法或系统，成为本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，包括：

获取候选境界序列；所述候选境界序列为基于预设的最小矿岩量境界，按照一定矿岩增量和最终帮坡角约束，以金属含量最大为目标，产生的一系列地质最优境界；

遍历所述候选境界序列，并生成与所述候选境界序列中每一所述候选境界对应的开采计划；

基于预设年采剥量优化所述开采计划；

基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案。

优选地，所述获取候选境界序列，之前还包括：

依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界；

依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量；

根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列。

优选地，所述根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列，具体包括：

构建锥壳模板；所述锥壳模板中锥面与水平面之间的夹角等于反相位的所述预设帮坡角；所述锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围；

从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界；

将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块；所述边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或所述边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块；一个模块柱划分为多个模块；

以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块；

确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位；

根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定所述锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位；

筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按所述平均品位对所述锥体进行升序排列，得到锥体数组；

取所述锥体数组的前m个锥体，形成联合体；

将所述联合体从当前境界排除得到新的境界；

确定所述新的境界的矿量，并当所述新的境界的矿量大于等于所述设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界；

以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回“确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位”，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成所述候选境界序列；所述预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

优选地，所述基于预设年采剥量优化所述开采计划，具体包括：

基于预设年采剥量采用枚举法或动态规划法优化所述开采计划。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，通过将境界和开采计划作为一个整体来考虑，对候选境界中的开采计划进行优化，能够提高开采计划的精确性和合理性。

此外，对应于上述提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，本发明还提供了一种金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，该系统包括：

序列获取模块，用于获取候选境界序列；所述候选境界序列为基于预设的最小矿岩量境界，按照一定矿岩增量和最终帮坡角约束，以金属含量最大为目标，产生的一系列地质最优境界；

开采计划生成模块，用于遍历所述候选境界序列，并生成与所述候选境界序列中每一所述候选境界对应的开采计划；

开采计划优化模块，用于基于预设年采剥量优化所述开采计划；

开采技术方案生成模块，用于基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案。

优选地，还包括：

境界设定模块，用于依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界；

增量设定模块，用于依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量；

序列生成模块，用于根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列。

优选地，所述序列生成模块包括：

椎体模块构建单元，用于构建锥壳模板；所述锥壳模板中锥面与水平面之间的夹角等于反相位的所述预设帮坡角；所述锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围；

境界选定单元，用于从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界；

模块柱划分单元，用于将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块；所述边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或所述边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块；一个模块柱划分为多个模块；

框选单元，用于以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块；

第一确定单元，用于确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位；

第二确定单元，用于根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定所述锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位；

筛选单元，用于筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按所述平均品位对所述锥体进行升序排列，得到锥体数组；

联合体生成单元，用于取所述锥体数组的前m个锥体，形成联合体；

排出单元，用于将所述联合体从当前境界排除得到新的境界；

候选境界确定单元，用于确定所述新的境界的矿量，并当所述新的境界的矿量大于等于所述设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界；

循环单元，用于以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回“确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位”，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成所述候选境界序列；所述预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

优选地，所述开采计划优化模块包括：

开采计划优化单元，用于基于预设年采剥量采用枚举法或动态规划法优化所述开采计划。

因本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统实现的技术效果与上述提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法实现的技术效果相同，故在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的块状矿床模型和境界V_i ^*的一个垂直横剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法的实施架构图；

图4为本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法及系统，能够提高开采计划的精确性和合理性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，包括：

步骤100：获取候选境界序列。该候选境界序列即为：基于预设的最小矿岩量境界，按照一定矿岩增量和最终帮坡角约束，以金属含量最大为目标，产生的一系列地质最优境界。

步骤101：遍历候选境界序列，并生成与候选境界序列中每一候选境界对应的开采计划。

步骤102：基于预设年采剥量优化开采计划。

步骤103：基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案。

进一步，实现上述金属露天矿境界与开采计划整体优化方法的整体思路为：先设计一系列候选境界，然后在每个候选境界中优化生产计划并计算其NPV，NPV最大的那个境界及其生产计划就是整体最佳方案。

对于给定的矿床模型和最终帮坡角，存在无穷多个大小、形状、位置各异的境界。为了提高优化后续境界的精确性，假设考虑的候选境界之一，是一个采剥总量为T(比如1亿吨)的境界，不难想象，对于这一给定的量，也存在许多个位置、形状、大小不同的境界可供考虑。然而，即使不进行经济核算，也自然会想到：在所有采剥总量为T的境界中，含金属量最大的那个境界比其他具有相同采剥总量的境界都好。这就引出如下定义：

定义1：如果在所有满足最终帮坡角{β}要求的总量为T、矿量为Q的境界集合{V(T，Q)}中，某个境界的矿石中含有的金属量最大，这个境界称为对于总量T、矿量Q和帮坡角{β}的地质最优境界，记为V*(T，Q)，或简记为V*。

应用这一定义，就可以把一系列满足最终帮坡角要求、对应于不同矿量和岩量的地质最优境界作为候选境界，而不必考虑其他所有境界。从理论上讲，这“一系列”也是无穷多个境界。但对于一个现实问题，只考虑有限的数量就可以了。

首先，可以依据矿床探明储量预先设定系列中的最小和最大地质最优境界。比如，矿床的探明储量为1亿吨矿石，可以把含矿石量为一半或三分之一储量的地质最优境界作为系列中的最小者。系列中的最大境界可以基于一个比预测精矿价格高很多(比如高一倍)的价格，用境界优化方法求得，几乎可以肯定最佳境界的大小位于如此确定的最小和最大境界之间。其次，地质最优境界之间的增量也不必太小。假如最大地质最优境界内的矿量为全部探明储量，即1亿吨，那么可以估计出其合理开采寿命在20年左右、合理年矿石生产能力为500万吨左右。如果两个地质最优境界的矿量差别小于500万吨(比如一个是7000万吨，另一个是7300万吨)，可以预见，二者的NPV之间的差别不会达到影响决策的程度。所以，地质最优境界之间的矿石量增量取估计的合理年矿石生产能力甚至稍高，就可满足现实需要。这样，假设最大境界的矿量为1亿吨，最小境界的矿量为0.5亿吨，相邻境界间的矿石量增量取500万吨，需要考虑的境界总数为11个。

基于上述举例分析，候选境界序列的具体确定过程包括：

步骤1依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界。

步骤2依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量。

步骤3根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成候选境界序列，具体包括：

步骤3.1构建锥壳模板。锥壳模板中锥面与水平面之间的夹角等于反相位的预设帮坡角。锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围。

步骤3.2从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界。

步骤3.3将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块。边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块。一个模块柱划分为多个模块。

步骤3.4以边界模块的中心点位置为起点，将锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块。

步骤3.5确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位。

步骤3.6根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位。

步骤3.7筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按平均品位对锥体进行升序排列，得到锥体数组。

步骤3.8取锥体数组的前m个锥体，形成联合体。

步骤3.9将联合体从当前境界排除得到新的境界。

步骤3.10确定新的境界的矿量，并当新的境界的矿量大于等于设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界。

步骤3.11以边界模块的中心点位置为起点，将锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回步骤3.5，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成候选境界序列。预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

下面列举一个具体实例，对上面提供的候选境界序列的具体确定过程进行进一步说明。

假设已经设定拟产生的地质最优境界序列中最小境界的矿石量为Q₁ ^*，该境界记为V₁ ^*。最大境界记为V_N ^*，其矿岩总量和矿石量分别为T_N ^*和Q_N ^*。相邻境界之间的矿石量增量设定为ΔQ。锥体排除法的基本思路是：从最大境界V_N ^*开始，从中按最终帮坡角{β}排除含金属量(指矿石里的金属量，下同)最低的矿岩量ΔT₁，其中的矿石量为设定的矿量增量ΔQ，那么剩余部分就是所有矿岩量等于T_N ^*－ΔT₁、矿量等于Q_N ^*－ΔQ的境界中含金属量最大者，亦即对于T_N ^*－ΔT₁和Q_N ^*－ΔQ的地质最优境界，记为V_N-1 ^*。再从V_N-1 ^*中排除含金属量最低的矿岩量ΔT₂，其中的矿量为ΔQ，就得到下一个更小的地质最优境界V_N-2 ^*。如此进行下去，直到剩余部分的矿量等于或小于Q₁ ^*，这一剩余部分即为最小的那个地质最优境界V₁ ^*。这样，就得到一个由N个地质最优境界组成的序列{V₁ ^*，V₂ ^*，…，V_N ^*}，记为{V^*}_N。

图2所示为块状矿床模型和境界V_i ^*的一个垂直横剖面示意图，每一栅格表示一个模块，其高度等于台阶高度，垂直方向上的一列模块称为一个模块柱。为了使以块状模型描述的境界能够准确表达境界帮坡角和地表地形，在帮坡和地表处的模块多数为“非整模块”，即整模块的一部分。参照图1，地质最优境界序列的产生算法如下：

第1步：构建一个锥顶朝上、各方位的锥壳与水平面之间的夹角等于相反方位的最终帮坡角的锥壳模板，其大小足够覆盖X-Y水平面上的最大境界范围。

第2步：基于一个比当前精矿价格或预测的最高精矿价格高许多的精矿价格(其他技术经济参数取当前估计值)，优化出一个境界，作为地质最优境界序列中的最大境界V_N ^*(即设定的最大地质最优境界)。依据V_N ^*中的矿石量，设定最小地质最优境界的矿石量Q₁ ^*以及相邻境界之间的矿石增量ΔQ。

第3步：置当前境界为最大境界V_N ^*。

第4步：置模块柱序号i＝1，即取当前境界范围内的序号为1的模块柱。

第5步：考虑模块柱i在当前境界内最低的模块，即从下数第一个中心标高大于该处当前境界边帮或底部标高的模块，把锥壳模板的顶点置于该模块中心处。

第6步：找出当前境界中落入锥壳模板内的所有模块(整块和非整块)，计算锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位(平均品位等于矿石所含金属量除以矿岩总量)。如果锥体的矿量小于等于矿石增量ΔQ，把该锥体按平均品位从低到高置于一个锥体数组中，继续下一步。如果锥体的矿量大于ΔQ，该锥壳模板弃之不用，转到第8步。

第7步：把锥壳模板沿模块柱i向上移动一个台阶(即一个模块高度)。如果这一标高已经高出该模块柱处的地表标高一个给定的距离，继续下一步。

否则，回到第6步。

第8步：如果模块柱i不是当前境界范围内的最后一个模块柱，置i＝i+1，即取下一个模块柱，回到第5步。否则，执行下一步。

第9步：至此，当前境界范围内的所有模块柱被“扫描”了一遍，得到了一组按平均品位从低到高排序的n个锥体组成的锥体数组。从数组中找出前m个锥体的“联合体”(联合体中不包括任何锥体之间的重叠部分)，使联合体的矿石量最接近ΔQ。

由于排除的是平均品位最低的m个锥体的联合体(联合体的矿石量约等于ΔQ)，排除后得到的境界最有可能是所有与之大小相同的境界中含金属量最大者(即地质最优境界)。然而，由于许多锥体之间存在重叠的部分，该算法并不能保证得到的是同等大小的境界中含金属量最大的那个，即严格意义上的地质最优境界。例如，单独考察锥体数组中各个锥体时，锥体1和锥体2是平均品位最低的两个锥体，但考察两个锥体的联合体时，也许锥体8和锥体11的联合体的平均品位低于锥体1和锥体2的联合体的平均品位。要找出矿石量约等于ΔQ的平均品位最低的锥体的联合体，就需要考察所有不同锥体的组合。对于一个实际矿山，组合数量十分巨大，考察所有组合是不现实的。因此在本发明中提供了两个不同的优化级别供使用者选择：级别1不考虑锥体重叠。级别2部分考虑锥体重叠。优化级别2的运行时间要长于优化级别1。

其中，级别1为：在上述第9步和第10步中，锥体的联合体的排除过程为：排除数组中第1个锥体，其矿石量为q₁。如果q₁<ΔQ，重新计算第2个锥体的矿石量q₂(因为两个锥体间若有重叠，排除第1个锥体后第2个锥体的量会发生变化)，如果q₁+q₂<ΔQ，排除第2个锥体。重新计算第3个锥体的矿石量q₃，如果q₁+q₂+q₃<ΔQ，排除第3个锥体，…一直到第m个锥体时为止。

级别2为：在算法的第9和第10步中，锥体的联合体的排除过程为：排除第1个锥体，其矿石量为q₁。如果q₁<ΔQ，重新计算所有尚未被排除的锥体j(j＝2，3，…，n)的矿量和平均品位，从中选出平均品位最低且q₁+q_k≤ΔQ的锥体k，把第k个锥体与第2个锥体互换位置，排除锥体2。如果q₁+q₂<ΔQ，重新计算所有尚未被排除的锥体j(j＝3，4，…，n)的量和平均品位，从中选出平均品位最低且q₁+q₂+q_i≤ΔQ的锥体i，把第i个锥体与第3个锥体互换位置，排除锥体3，…一直到排除了m个锥体时为止。

第10步：把上一步的锥体联合体从当前境界中排除，即把受联合体中锥体影响的每个模块柱的底部标高提升到此模块柱中线处的锥壳标高，就得到了一个新的境界，存储这一境界。

第11步：计算上一步得到的境界的矿量。如果其矿量大于设定的最小境界的矿石量Q₁ ^*，置当前境界为这一新境界，回到第4步，产生下一个更小的境界。否则，所有境界产生完毕，生成候选境界序列。

另外，把一次扫描得到的所有锥体都存入锥体数组。对于一个实际矿山，一次扫描的模块柱可能有上万个甚至更多，这样做所需的计算机内存会很大。而且锥体数组中的锥体数量越大，运行时间越长，对于优化级别2尤其如此。事实上，并不需要把每一个锥体都保存在锥体序列中，只保存足够的平均品位最低的那些锥体就可以了。其中，“足够”有两个方面的含义：一是足够组成矿量不小于ΔQ的联合体，如果保存的锥体太少，它们全部的联合体的矿量也可能小于ΔQ。二是如果用的是优化级别2，保存的锥体数量少于一定数值时会漏掉平均品位最低的锥体的组合。多次试运算表明，对于500万吨左右的ΔQ，保存3000个平均品位最低的锥体就足够了，保存更多的锥体对运算结果没有影响。

以地质最优境界序列中的境界为候选境界，在这些候选境界内优化生产计划，就可得到最佳境界及其生产计划，即境界和生产计划的整体最佳方案。即基于上述形成的候选境界序列，本发明生成与候选境界序列中每一候选境界对应的开采计划后，基于预设年采剥量优化开采计划。在对开采计划进行优化的过程中，本发明采用的主要优化方法为：枚举法或动态规划法。下面基于这两个优化方法，对开采计划的优化过程进行举例说明，具体如下：

第1步：置境界序号j＝1，即取候选境界序列{V^*}_N中的第1个境界。

第2步：应用地质最优开采体序列的产生算法在境界j内产生地质最优开采体序列。其中，地质最优开采体产生算法和上述提供的候选序列的生成方法基本一致，区别就在于帮坡角设置和相邻增量设置不一样，地质最优开采体的帮坡角是工作帮坡角，增量设置一般取年生产能力的1/10，但不限于此。

第3步：依据境界j的可采储量，设定年矿石生产能力的可行区间[Q_L，Q_U]和年采剥量上限T_U。一般情况下年采剥量不设限，即设置一个很大的T_U。应用枚举法或动态规划法优化境界j的生产计划。保存或输出境界j的最佳生产计划。

第4步：如果j<N，置j＝j+1，即取地质最优境界序列{V^*}_N中的下一个境界，返回到第2步。否则，执行下一步。

第5步：所有候选境界的生产计划优化完毕，结束。从保存或输出的结果中确定整体最佳方案。

如果发现结果中的最佳境界是序列{V^*}_N中的最大境界V_N ^*，表明最优境界可能是一个比V_N ^*更大的境界。这种情况下，需要逐台阶对比境界V_N ^*和矿床块状模型，如果在境界V_N ^*之外还有较大的储量，就应该在生成候选序列的过程中进一步提高精矿价格，得到一个更大的最大境界，并把原最大境界V_N ^*作为最小境界(即设定最小境界的矿石量Q₁ ^*等于原V_N ^*的矿石量)，再产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划。综合两次优化结果，确定整体最佳方案。如果在原最大境界V_N ^*之外矿量很少或没有矿量，表明整体最佳方案就是把矿床模型的全部(或几乎全部)矿量采出，没有必要考虑更大的境界了。

如果发现结果中的最佳境界是序列{V^*}_N中的最小境界V₁ ^*，表明最优境界可能是一个比V₁ ^*更小的境界。这种情况下，就以原最小境界V₁ ^*作为新序列的最大境界，设定一个更小的最小境界矿石量Q₁ ^*，再产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划。综合两次优化结果，确定整体最佳方案。

不过，出现上述情形之一，也有可能是输入数据有误(比如误输入)所致，或是取值太不合理。所以应该首先仔细检查输入数据，而后采取相应的措施。

基于几个不同矿山的矿床模型进行的案例研究表明，这些案例的总NPV随境界大小的变化曲线一般是单峰曲线，即随着境界的增大，总NPV先是单调增加，达到峰值后又单调下降。利用这一特点，可以用黄金分割法或其他方法搜索最优境界，而不必对序列{V^*}_N中的所有境界进行生产计划优化。这样可以节省时间。但是，总NPV随境界大小的变化曲线是否为单峰曲线，取决于矿床中品位的分布，这样做可能得到的是局部峰值处的方案。

基于上述描述内容，本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法的具体实施框架如图3所示。

此外，对应于上述提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，本发明还提供了一种金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，如图4所示，该系统包括：序列获取模块400、开采计划生成模块401、开采计划优化模块402和开采技术方案生成模块403。

序列获取模块400用于获取候选境界序列。候选境界序列包括多个候选境界。每一候选境界为地质最优境界。地质最优境界为境界集合中含有金属量最大的境界。境界集合由满足预设帮坡角、预设矿岩总量和预设矿量的境界构成。

开采计划生成模块401用于遍历候选境界序列，并生成与候选境界序列中每一候选境界对应的开采计划。

开采计划优化模块402用于基于预设年采剥量优化开采计划。

开采技术方案生成模块403用于基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案。

进一步，为了提高整体优化方案的精确性和实时性，本发明提供的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统还优选包括：境界设定模块、增量设定模块和序列生成模块。

境界设定模块用于依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界。

增量设定模块用于依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量。

序列生成模块用于根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成候选境界序列。

其中，上述采用的序列生成模块还可以优选包括：椎体模块构建单元、境界选定单元、模块柱划分单元、框选单元、第一确定单元、第二确定单元、筛选单元、联合体生成单元、排出单元、候选境界确定单元和循环单元。

椎体模块构建单元用于构建锥壳模板。锥壳模板中锥面与水平面之间的夹角等于反相位的预设帮坡角。锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围。

境界选定单元用于从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界。

模块柱划分单元用于将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块。边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块。一个模块柱划分为多个模块。

框选单元用于以边界模块的中心点位置为起点，将锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块。

第一确定单元用于确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位。

第二确定单元用于根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位。

筛选单元用于筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按平均品位对锥体进行升序排列，得到锥体数组。

联合体生成单元用于取锥体数组的前m个锥体，形成联合体。

排出单元用于将联合体从当前境界排除得到新的境界。

候选境界确定单元用于确定新的境界的矿量，并当新的境界的矿量大于等于设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界。

循环单元用于以边界模块的中心点位置为起点，将锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回“确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位”，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成候选境界序列。预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

再进一步，为了提高开采计划的优化效果，上述提供的开采计划优化模块还优选包括：开采计划优化单元。

开采计划优化单元用于基于预设年采剥量采用枚举法或动态规划法优化开采计划。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，其特征在于，包括：

获取候选境界序列；所述候选境界序列为基于预设的最小矿岩量境界，按照一定矿岩增量和最终帮坡角约束，以金属含量最大为目标，产生的一系列地质最优境界；

遍历所述候选境界序列，并生成与所述候选境界序列中每一所述候选境界对应的开采计划；

基于预设年采剥量优化所述开采计划；

基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案；

其中，所有候选境界的生产计划优化完毕，结束；从保存或输出的结果中确定整体最佳方案；

如果发现结果中的最佳境界是候选境界序列中的最大境界，表明最优境界是一个比最大境界更大的境界；这种情况下，逐台阶对比最大境界和矿床块状模型，如果在最大境界之外还有储量，在生成候选序列的过程中提高精矿价格，得到一个更大的最大境界，并把原最大境界作为最小境界，再产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划；综合两次优化结果，确定整体最佳方案；如果在原最大境界之外没有矿量，表明整体最佳方案是把矿床模型的全部矿量采出，不考虑更大的境界；

如果发现结果中的最佳境界是候选境界序列中的最小境界，表明最优境界是一个比最小境界更小的境界；这种情况下，就以原最小境界作为新序列的最大境界，设定一个比原最小境界更小的最小境界矿石量，产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划；综合两次优化结果，确定整体最佳方案。

2.根据权利要求1所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，其特征在于，所述获取候选境界序列，之前还包括：

依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界；

依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量；

根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列。

3.根据权利要求2所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，其特征在于，所述根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列，具体包括：

构建一个锥顶朝上、各方位的锥壳与水平面之间的夹角等于相反方位的最终帮坡角的锥壳模板；所述锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围；

从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界；

将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块；所述边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或所述边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块；一个模块柱划分为多个模块；

以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块；

确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位；

根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定所述锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位；

筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按所述平均品位对所述锥体进行升序排列，得到锥体数组；

取所述锥体数组的前m个锥体，形成联合体；

将所述联合体从当前境界排除得到新的境界；

确定所述新的境界的矿量，并当所述新的境界的矿量大于等于所述设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界；

以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回“确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位”，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成所述候选境界序列；所述预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

4.根据权利要求1所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化方法，其特征在于，所述基于预设年采剥量优化所述开采计划，具体包括：

基于预设年采剥量采用枚举法或动态规划法优化所述开采计划。

5.一种金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，其特征在于，包括：

序列获取模块，用于获取候选境界序列；所述候选境界序列为基于预设的最小矿岩量境界，按照一定矿岩增量和最终帮坡角约束，以金属含量最大为目标，产生的一系列地质最优境界；

开采计划生成模块，用于遍历所述候选境界序列，并生成与所述候选境界序列中每一所述候选境界对应的开采计划；

开采计划优化模块，用于基于预设年采剥量优化所述开采计划；

开采技术方案生成模块，用于基于优化后的开采计划生成整体开采技术方案；

其中，所有候选境界的生产计划优化完毕，结束；从保存或输出的结果中确定整体最佳方案；

如果发现结果中的最佳境界是候选境界序列中的最大境界，表明最优境界是一个比最大境界更大的境界；这种情况下，逐台阶对比最大境界和矿床块状模型，如果在最大境界之外还有储量，在生成候选序列的过程中提高精矿价格，得到一个更大的最大境界，并把原最大境界作为最小境界，再产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划；综合两次优化结果，确定整体最佳方案；如果在原最大境界之外没有矿量，表明整体最佳方案是把矿床模型的全部矿量采出，不考虑更大的境界；

如果发现结果中的最佳境界是候选境界序列中的最小境界，表明最优境界是一个比最小境界更小的境界；这种情况下，就以原最小境界作为新序列的最大境界，设定一个比原最小境界更小的最小境界矿石量，产生一个地质最优境界序列，并对这一序列优化生产计划；综合两次优化结果，确定整体最佳方案。

6.根据权利要求5所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，其特征在于，还包括：

境界设定模块，用于依据矿床储量设定最大地质最优境界和最小地质最优境界；

增量设定模块，用于依据矿床储量和开采年限设定矿石量增量；

序列生成模块，用于根据设定的最大地质最优境界、设定的最小地质最优境界和设定的矿石量增量，采用锥体排除法生成所述候选境界序列。

7.根据权利要求6所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，其特征在于，所述序列生成模块包括：

椎体模块构建单元，用于构建一个锥顶朝上、各方位的锥壳与水平面之间的夹角等于相反方位的最终帮坡角的锥壳模板；所述锥壳模板的范围覆盖设定的最大地质最优境界的范围；

境界选定单元，用于从矿井中选定与设定的最大地质最优境界相等的境界；

模块柱划分单元，用于将选定的境界划分为多个模块柱，并确定边界模块；所述边界模块为中心标高大于选定境界的帮高的模块，或所述边界模块为中心标高大于选定境界的底部标高的模块；一个模块柱划分为多个模块；

框选单元，用于以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板的顶点置于起点位置得到锥壳模板框选范围内所有的模块；

第一确定单元，用于确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位；

第二确定单元，用于根据锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位确定所述锥壳模板形成的锥体的矿量、岩量和平均品位；

筛选单元，用于筛选矿量大于等于设定的矿石量增量的锥体，并按所述平均品位对所述锥体进行升序排列，得到锥体数组；

联合体生成单元，用于取所述锥体数组的前m个锥体，形成联合体；

排出单元，用于将所述联合体从当前境界排除得到新的境界；

候选境界确定单元，用于确定所述新的境界的矿量，并当所述新的境界的矿量大于等于所述设定的最小地质最优境界的矿量时，得到一个候选境界；

循环单元，用于以所述边界模块的中心点位置为起点，将所述锥壳模板沿当前模块柱移动预设台阶，并返回“确定锥壳模板框选范围内所有模块的矿量、岩量和平均品位”，直至遍历选定境界中的每一模块柱，以形成所述候选境界序列；所述预设台阶为模块柱中一个模块的高度。

8.根据权利要求5所述的金属露天矿境界与开采计划整体优化系统，其特征在于，所述开采计划优化模块包括：

开采计划优化单元，用于基于预设年采剥量采用枚举法或动态规划法优化所述开采计划。