基于动态规划方法的地下采矿边界品位优化研究

论文摘要

边界品位是一个重要的参数,是用于区别矿石与废石的临界品位,它的取值将通过矿石量及其空间分布影响矿山的生产规模、开采寿命和矿山开采规划,同时还影响到不可再生资源的利用率。在一定的技术经济条件下,就一给定的矿床而言,存在着使整个矿山的总经济效益达到最大的最佳边界品位。所以,矿石边界品位的确定是矿产业中的一个极为关键的决策问题,边界品位的优化是当今世界矿业界的重大科研课题之一。动态规划是运筹学中的一个优化算法,它是解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法,动态规划法是一种逐渐改善法,它把原问题化成一系列结构相似的子问题。边界品位的动态规划法,就是将开采过程划分几个阶段,考虑多个约束条件,以现值或赢利为优化目标,求得各阶段最佳的边界品位。边界品位的动态规划优化法可以兼顾矿体的开采顺序、品位的空间分布以及生产能力等因素,取得的结果较符合矿山实际。本文在动态规划思想的基础上,将整个优化范围按照开采过程分成前后过渡的开采阶段,每个阶段为动态规划中的一个优化单元。每个开采阶段包括若干个状态,一个阶段的一个状态由从开始到该阶段开采完毕的累积开采矿量作为状态变量,一个状态是从前一阶段矿量小于本状态矿量的状态过渡而来。每个状态都有一个本阶段开采矿量,从优化单元的品位—矿量曲线可以得到这一矿量对应的边界品位值。根据开采过程中发生的投资与使用的采矿方法所发生的生产成本计算开采矿量所得的赢利,再根据矿山的年生产能力计算出开采时间,并将赢利折现到开采初期时的净现值。状态的净现值就等于过渡到该状态的前一阶段状态的净现值加上该阶段开采矿量的净现值。用同样的方法一直计算到最后阶段(最后一个优化单元)每个状态的净现值和边界品位。从最后阶段的各状态中找出净现值最大的状态,按过渡的顺序反推回去,就得到每个阶段的最优过渡(也叫最优决策),这些最优决策组成该边界品位优化问题的最优解。根据上述优化思路,本文建立了新的动态规划边界品位优化模型。该模型以净现值为指标函数,同时考虑采矿方法、矿山生产能力、储量品位分布、采矿贫化率、矿山成本结构、价格等主要技术经济参数。该模型实现了地下开采边界品位优化在时间上与空间上的动态结合。结合谦比西铜矿的实际生产,将优化范围划分为12个优化单元(动态规划的阶段),每个优化单元有自己的品位分布。运用所建立的边界品位优化动态规划模型,以两种采矿方法(充填法和崩落法)的技术经济参数,计算了谦比西铜矿的最优边界品位。优化结果：采用充填法的边界品位总体来说要高于采用崩落法的边界品位,其中采用充填法优化单元2、3、8、10的边界品位均高于崩落法,其他8个阶段边界品位没有变化,采用充填法和崩落法总净现值分别为23288.4万美元、20963.6万美元,以总净现值最大为依据,矿山实际生产采用的充填采矿法的更具经济性。最后,对模型进行参数敏感度分析得出,对边界品位比较敏感的参数为：折现率、精矿品位、选矿回收率、采矿成本、不变成本；对总净现值比较敏感的参数：选矿回收率、精矿价格、精矿品位、贫化率。通过分析、总结这些参数的影响特征,可以结合矿山实际生产技术经济参数指标,根据参数灵敏度分析结果对参数进行调整,以提高矿山开采的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 边界品位优化问题的描述
• 1.2 边界品位优化研究的意义与应用前景
• 1.3 边界品位的研究现状及确定方法
• 1.4 论文研究内容及结构安排
• 第二章 结合谦比西铜矿分析影响边界品位的主要因素
• 2.1 采矿方法与边界品位的关系
• 2.1.1 采矿方法选择不同对边界品位的影响
• 2.1.2 谦比西铜矿采矿方法的概述
• 2.2 影响边界品位的自然与技术因素分析
• 2.3 影响边界品位的经济性因素分析
• 第三章 地下开采边界品位优化的动态规划模型建立
• 3.1 动态规划方法概述
• 3.1.1 动态规划模型的基本概念
• 3.1.2 动态规划法的适用条件
• 3.1.3 建立动态规划模型的基本步骤
• 3.2 动态规划模型的建立
• 3.2.1 动态规划法确定最佳边界品位的思路
• 3.2.2 边界品位优化动态规划模型的编程思路
• 3.2.3 边界品位优化动态规划模型的算法步骤和流程图
• 第四章 谦比西铜矿边界品位优化
• 4.1 优化单元的确定及其品位分布
• 4.2 动态规划优化法对边界品位的优化计算
• 4.2.1 品位区间及状态矿量的确定
• 4.2.2 采用崩落采矿方法的边界品位优化计算
• 4.2.3 采用充填采矿方法的边界品位优化计算
• 4.3 两种采矿方法优化结果的比较
• 4.4 灵敏度分析
• 第五章 结论
• 附录
• 附录1 部分有效决策集合（充填采矿法）
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介