CN114677236A - 一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统。该方法包括根据矿区的几何约束条件确定的几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；根据经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻境界矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定最优开采路径；将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。本发明能够提高露天开采效益。

Description

一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统

技术领域

本发明涉及金属露天矿开采技术领域，特别是涉及一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统。

背景技术

露天开采是一个复杂系统工程，影响开采效益的要素众多，其中，最终境界、生产能力、采剥顺序、开采寿命这些设计方案要素和电铲、卡车、钻机等主体设备的配置，对露天开采的总体经济效益起决定性作用，也是露天开采优化领域的研究重点。露天矿主体设备的运营费用占总开采成本的比例最大，仅采掘和运输设备的运营费用就占了总开采成本的50％～60％，由此可见露天开采设计要素与设备配置优化在国际矿业界的重要地位。

半个多世纪的研究产生了许多有关露天开采要素的优化模型和算法，一些已被国际上著名的矿业软件开发公司纳入它们的矿山设计软件系统，在生产实践中得到广泛应用，为提高露天开采的投资收益做出了重要贡献。然而，露天开采要素的优化至今仍是一个未解决的问题，露天开采的盈利潜力仍未全部实现。主要原因来自一个露天开采系统的内在难题：最终开采境界、生产能力、采剥顺序、开采寿命和设备配置等不是相互独立的，而是互为前提、相互作用的。没有边界品位无法设计最终境界，没有最终境界又无法确定生产能力和开采顺序，进而无法确定投资和经营成本，不知道这些技术经济参数就无法确定边界品位和最终境界。这是一个很难打破的环状作用机制。露天矿的主体设备 (电铲、卡车和钻机)规格大、价格高、运营费用高，在露天矿的投资和生产成本中占最大的比例；而设备在整个开采寿命期的配置一方面取决于矿山的生产规模和开采计划，另一方面通过其对投资和生产成本现金流的影响反作用于生产能力、开采计划乃至最终境界。设备最佳配置问题进一步增加了露天开采优化的复杂性。

由此可见，最终境界、生产能力、开采计划、开采寿命及开采设备配置是构成露天矿开采方案的五大要素，这些要素之间不是相互独立的，而是存在一种环形的相互作用关系。以往的露天矿开采方案一直采用分步优化方式，即先优化最终境界，而后优化开采计划，最后为开采计划配置设备，无法求得全局最优方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统，能够提高露天开采效益。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，包括：

根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10 的预估年生产力；

以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；

将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

可选地，所述根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界，具体包括：

根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除；

可选地，所述根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列，具体包括：

根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优候选境界序列。

可选地，所述根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列，具体包括：

根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优开采体序列。

可选地，所述以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径，具体包括：

利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1 年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统，包括：

几何最大境界确定模块，用于根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

经济最大境界确定模块，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

地质最优候选境界序列确定模块，用于根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

地质最优开采体序列确定模块，用于根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10的预估年生产力；

最优开采路径确定模块，用于以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；

露天开采方案确定模块，用于将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

可选地，所述经济最大境界确定模块具体包括：

经济最大境界确定单元，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除。

可选地，所述最优开采路径确定模块具体包括：

累计净现值确定单元，用于利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1 年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

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：

本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统，基于几何约束条件确定几何最大境界；然后根据高于矿产品历史最高价格的矿产品销售价进行境界优化，得到经济最大境界；其次，基于这个经济最大境界，按照一定增量和帮坡角产生一系列地质最优候选境界；随后，针对每一个地质最优候选境界，按照一定增量和帮坡角，产生一系列地质最优开采体；接着，以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资、矿山产量需求等为约束条件，以NPV最大为目标函数，搜索某个地质最优候选境界的最优开采路径(地质最优开采体序列列的最佳子序列)；最后，综合考虑所有地质最优候选境界的NPV，从中选出NPV最大者，将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案，其中，当前地址最优候选境界即为最优境界，对应的开采计划即为最优开采方案，最优方案对应的设备配置即为最佳设备配置方案。实现境界、开采计划要素和设备配置的整体优化，最大限度地提高露天开采效益。

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为本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法流程示意图；

图2为浮锥排除法示意图；

图3为地质最优开采体动态排序一般模型结构示意图；

图4为具体实施例的流程示意图；

图5为本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统结构示意图。

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考虑设备配置的露天开采方案确定方法及系统，能够提高露天开采效益。

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。

图1为本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，包括：

S101，根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

S102，根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

S102具体包括：

根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；所述经济最大境界用于包含任何合理市场条件下的可行境界。

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除。

如图2所示，作为一个具体的实施例，浮锥排除法的具体的筛选方法为：

首先构造一个足够大的锥体(锥体放在模型的任何位置都能覆盖整个模型水平面)，将锥顶向上的锥体的顶点置于模型最低水平(L＝1)某模块中心，计算如果要采出该锥体内的矿石和岩石，并选取比矿产历史品价格还要高的一个价格作为输入数据，计算能获得的利润值是多少，如果小于零，说明不值得开采，则将该锥体内的所有模块从该境界中删除掉，否则不做任何处理，将锥体沿同一水平移动到下一个模块，做同样的判断和处理，直到锥体遍历该水平所有的模块；然后向上移动一个水平(根据优化等级可以是一个台阶高度也可以是1/2台阶高度或者1/4台阶高度)，对该水平所有的模块进行同样的锥体移动和判断，再向上移动一个水平，直到模型中所有水平的模块都被遍历过，这就完成了一轮锥体排除；如果某一轮锥体排除过程中没有任何锥体被排除，那么锥体排除结束，剩下的模块即构成了最佳境界，否则继续下一轮锥体排除，直到没有锥体被排除为止。

S103，根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

S103具体包括：

根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优候选境界序列。

S104，根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10的预估年生产力；第二设定增量为预估年生产能力的1/10或者根据矿床规模可以上下调整，越小精度与高，但是最终的生产计划优化的运算量会指数增加。

S104具体包括：

根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优开采体序列。最优开采体序为露天矿可能的年末采场位置。

S105，以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；即建立露天矿开采计划一般优化模型。

S105具体包括：

利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1 年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

如图3所示，以金属露天矿为研究对象，首先针对时空维度上的离散现金流，建立以NPV最大为目标函数的露天矿开采计划一般优化模型，使之能够处理采剥量与现金流之间的非线性、离散关系。

图3中的时间(年)，用i表示，阶段数等于N，即开采体序列{P^*}_N中的开采体数；状态变量定义为阶段末的开采体，取序列{P^*}_N中的开采体，用 S_i,j表示第i阶段的状态j。如图3所示，每一阶段i(i＝1，2，…，N)的状态都是从状态i到状态N，某一状态j(j＝i，i+1，…，N)对应于序列{P^*}_N中的开采体P_j ^*。

由于采场是逐年扩大的，第i阶段的状态j(S_i,j)只能从前一阶段(i-1)上那些比状态j低的状态(S_i-1,k，i-1≤k≤j-1)转移而来，如图3的箭线所示。当状态S_i,j从状态S_i-1,k转移而来时，状态转移方程为：

式中：O_i,j(i-1,k)、W_i,j(i-1,k)、U_i,j(i-1,k)分别为上述状态转移对应的第i年的采出矿量、剥离废石量和选出精矿量；

分别为状态S_i,j对应的采场P_j ^*含有的原地矿量、原地岩石量和原地矿石平均品位；O^* _k、W^* _k、g^* _k分别为状态S_i-1,k对应的采场P_k ^*含有的原地矿量、原地岩石量和原地矿石平均品位；g_x为精矿品位；r_o、r_r、r_x分别表示采矿回收率、废石混人率和选矿回收率。

这样一个状态转移代表从i-1年末到i年末，采场从开采体P_k ^*扩展为开采体P_j ^*。因此，如果在第i年按该状态转移开采，假定矿山的销售产品为精矿，则精矿销售额和矿石开采成本分别为：

P_i,j(i-1,k)＝U_i,j(i-1,k)·p(i) (4)

C_i,j(i-1,k)＝O_i,j(i-1,k)[c_o(i)+c_x(i)]+W_i,j(i-1,k)c_w(i) (5)

式中：P_i,j(i-1,k)为从状态S_i-1,k转移到状态S_i,j精矿销售额，10⁴元；p(i) 为第i年的精矿售价，元·t^-1；C_i,j(i-1,k)为从状态S_i-1,k转移到状态S_i,j总的采剥选成本，10⁴元；c_o(i)，c_x(i)和c_w(i)分别为采矿，选矿和剥岩在第i年的单位成本，元·t^-1。

那么从状态S_i-1,k转移到状态S_i,j实现的利润y_i,j(i-1,k)为：

y_i,j(i-1,k)＝P_i,j(i-1,k)-C_i,j(i-1,k) (6)

销售收入一般被看作发生在年末，而成本发生在年初，那么，该状态转移对应的第i年末的累计净现值(从时间0开采到第i年末的总净现值)NPV_i,j(i-1,k)(10⁴元)为：

式中：NPV_i-1,k表示从0开始沿最佳路径到达状态S_i-1,k(阶段i-1的状态k) 的最大累计净现值，10⁴元；

d为折现率。

使年末的累计净现值最大的那个转移是最佳转移(动态规划中称为“最优决策”)。因此，有：

式中，NPV_i,j为从0时刻沿最佳路径到达状态S_i,j的最大累计净现值(10⁴元)，该式即为动态规划中的递归方程。

时间为0时的初始条件为：

从第一阶段的第一个状态开始，逐状态、逐阶段进行上述计算，得出从0 点到达每一个状态的最大NPV，并记录每一状态从其前一阶段的最佳状态转移。一般来说，在设计好的最终境界中进行开采计划优化，开采计划必须把境界内的全部矿岩采出，所以从对应于最终境界的那些状态(图2中最上面的一行的状态)中，选择NPV最大者，这一状态所在的阶段是最佳开采寿命。然后从这一状态开始，逐阶段反向追踪其最佳状态转移对应的前一阶段的状态，直到时间0，就得出到达最终境界的最佳路径(即动态规划中的最优策略)，即最优开采计划。

通过对大型露天矿的现场调研，收集电铲、卡车和钻机的实际生产资料，如设备规格、工作台数、在册台数、生产能力、每台设备的役龄、相关运营成本、新设备投资、工作制度等。以此为基础，抽象出表征每类设备“配置状态”的参数集，建立反映生产实际的设备配置状态与现金流之间以及与开采量和开采位置之间的关系。

在图3中，正在被评价的某路径称为“当前路径”。每台设备的年初役龄为 a_i,l(l＝1,2，…，n_i,j)。当前路径上i–1年的状态为S_i-1,k，其设备配置为F_i-1,k；i 年的状态为S_i,j，其设备配置为F_i,j。从上述状态产生过程可知，F_i,j是基于F_i-1,k通过一个“更新-退役-增添新设备”组合产生的。不失一般性，假设在状态产生过程中，F_i-1,k和F_i,j中的设备依据这一组合进行了这样的排序：F_i-1,k中最前面的r_n台设备被更新，成为F_i,j中最前面的r_n台设备(如果该组合中没有设备更新，r_n＝0)；F_i-1,k中最后面的s_n台设备被退役(如果该组合中没有设备退役， s_n＝0)；F_i,j中最后面的p_n台设备是增添的新设备(如果该组合中没有增添新设备，p_n＝0)。这样，F_i,j中：1～r_n台设备是新设备；r_n+1～n_i-1,k–s_n台设备为继承来的旧设备(n_i-1,k为F_i-1,k中的设备总台数)；n_i-1,k–s_n+1～n_i,j为新设备(n_i,j为F_i,j中的设备总台数)。如果r_n、s_n和p_n同时为0，则F_i,j是F_i-1,k的完全继承。这样，从状态S_i-1,k到状态S_i,j的转移由以下状态转移方程描述：

n_i,j＝n_i-1,k–s_n+p_n (10)

a_i,l＝0对于1≤l≤r_n；n_i-1,k–s_n+1≤l≤n_i,j (11)

a_i,l＝a_i-1,l+1对于r_n+1≤l≤n_i-1,k–s_n (12)

S_i,j＝S_i-1,k+Q_i,j (13)

式中，S_i,j——当前路径上年i末的累计完成采剥量；

S_i-1,k——当前路径上年i–1末的累计完成采剥量，在评价年i–1时已经求得；

Q_i,j——设备配置F_i,j在当年i完成的采剥量。

当前路径上i年初用于更新旧设备和增添新设备所发生的设备投资I_i,j为

式中，I(m_i,l)——型号为m_i,l的一台新设备的投资。

当前路径上i年初被更新的旧设备和退役的旧设备的残值V_i,j为

式中，V(m,a)——型号为m、役龄为a的一台旧设备的残值。

当前路径上第i年发生的设备运营成本C_i,j为：

式中，C(m_i,l,a_i,l)——F_i,j中的第l台设备(其型号为m_i,l、i年初的役龄为 a_i,l)的年运营成本。

新设备投资I_i,j和旧设备的残值V_i,j均发生在i年初，把设备运营成本C_i,j看作是发生在i年末。那么，当前路径到达状态S_i,j(i年末)的成本现值PVC_i,j为

式中，PVC_i-1,k——当前路径到达状态S_i-1,k(i–1年末)的成本现值，在评价年i–1时已经求得。

初始条件：

F_0,0＝F₀

F₀是优化时矿山已有的设备。如果F₀不存在，那么第一年的各个状态的设备配置全由新设备组成。

把设备配置状态作为与离散现金流和生产能力相关联的决策变量，引入离散现金流条件下的开采计划一般模型，并考虑最佳候选境界系列或状态，建立整体优化模型。整体优化模型即以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以 NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径。

S106，将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

如图4所示，具体的过程为：

第1步：产生几何最大境界。

第2步：产生经济最大境界。

第3步：产生地质最优境界序列{V}_M。

第4步：置境界序号m＝1。

第5步：在当前境界V_m中产生地质最优开采体序列{P}_N。

第6步：优化当前境界V_m的开采计划要素与设备配置，求得该境界在第 i年末的累计净现值

式中所有参数定义参考公式(7)、(8)、(17)。使年末的累计净现值最大的那个转移是最佳转移：

式中，NPV_i,j为从0时刻沿最佳路径到达状态S_i,j的最大累计净现值(10⁴元)。

当j等于N时，即完成了该境界内所有开采体的搜索，记录或输出最佳方案NPV_i,N。

第7步：置j＝j+1，即取下一个境界。如果j≤J，回到第5步；否则，执行下一步。

第8步：序列中所有境界的开采计划要素与设备配置已经优化完毕，比较记录或输出的方案，NPV最大者所对应的境界及其开采计划要素与设备配置，构成了整体最佳方案。

对于一个给定境界，一般存在多个开采计划要素与设备配置方案，它们的 NPV与最大NPV之间差异非常小，可以认为是相等的；而就生产能力随时间的变化和设备配置而言，这些方案中有的方案比其他方案更为合理。因此，为了给用户提供更大的决策空间，在算法的第4步应该记录或输出多个最佳方案，具体数量由用户在软件的界面上输入。

图5为本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统结构示意图，如图5所示，本发明所提供的一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统，包括：

几何最大境界确定模块501，用于根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

经济最大境界确定模块502，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

地质最优候选境界序列确定模块503，用于根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

地质最优开采体序列确定模块504，用于根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10的预估年生产力；

最优开采路径确定模块505，用于以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV 最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；

露天开采方案确定模块506，用于将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

所述经济最大境界确定模块502具体包括：

经济最大境界确定单元，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除。

所述最优开采路径确定模块505具体包括：

累计净现值确定单元，用于利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1 年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

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)

1.一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，其特征在于，包括：

根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10的预估年生产力；

以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；

将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

2.根据权利要求1所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，其特征在于，所述根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界，具体包括：

根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除。

3.根据权利要求2所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，其特征在于，所述根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列，具体包括：

根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优候选境界序列。

4.根据权利要求2所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，其特征在于，所述根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列，具体包括：

根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，以金属含量最高为浮锥排除法中锥体组合排除依据，确定地质最优开采体序列。

5.根据权利要求1所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定方法，其特征在于，所述以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径，具体包括：

利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

6.一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统，其特征在于，包括：

几何最大境界确定模块，用于根据矿区的几何约束条件确定几何最大境界；所述几何约束条件包括：矿区岩体稳定性确定的帮坡角、地表开采范围和最低开采深度；所述几何最大境界外的区域是无权限开采的范围或者或者无法回收的资源区域；

经济最大境界确定模块，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价确定经济最大境界；

地质最优候选境界序列确定模块，用于根据所述经济最大境界，以第一设定增量为相邻境界矿岩增量，以最终帮坡角为约束条件，确定地质最优候选境界序列；所述地质最优候选境界序列按照第一设定增量变化的多个候选境界；多个所述候选境界完全嵌套；所述第一设定增量为预估年生产力或者预估年生产力的倍数；

地质最优开采体序列确定模块，用于根据每一地质最优候选境界，以第二设定增量为相邻开采体矿岩增量，以工作帮坡角为约束条件，确定地质最优开采体序列；所述第二设定增量为1/10的预估年生产力；

最优开采路径确定模块，用于以不同役龄设备生产能力、设备运营成本、设备闲置成本、选矿厂基建投资以及矿山产量需求为约束条件，以NPV最大为目标函数，确定地质最优开采体序列中的最优开采路径；

露天开采方案确定模块，用于将所有地质最优候选境界序列中最优开采路径对应的NPV最大的开采方案确定为矿区的露天开采方案。

7.根据权利要求6所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统，其特征在于，所述经济最大境界确定模块具体包括：

经济最大境界确定单元，用于根据所述几何最大境界和高于历史最高价格的矿产品销售价，采用浮锥排除法确定经济最大境界；

根据所述浮锥排除法确定经济最大境界，具体包括：

将所述几何最大境界划分为多个模块；

根据模块的规格设定相应规格的锥体；

将锥体从几何最大境界的底部开始遍历，并以高于历史最高价格的矿产品销售价作为锥体的输入，进而确定锥体对应的模块的利润值；

判断锥体对应的模块的利润值是否小于零；进而将利润值小于零的模块进行删除。

8.根据权利要求6所述的一种考虑设备配置的露天开采方案确定系统，其特征在于，所述最优开采路径确定模块具体包括：

累计净现值确定单元，用于利用公式

确定当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值；

其中，NPV_i,j(i-1,k)为当前的地质最优候选境界中当前的地质最优开采体序列在第i年末的累计净现值，NPV_i-1,k表示从0开始沿最优开采路径到达i-1年阶段的状态k的最大累计净现值，d为折现率，P_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的精矿销售额，C_i,j(i-1,k)为从i-1年阶段的状态k转移到i年阶段的状态j的采剥选成本。

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