在礦山開(kāi)采過(guò)程中,邊界品位是最基本、最重要的參數(shù)之一。邊界品位的選擇直接影響所圈定礦體的形態(tài)及礦石儲(chǔ)量,進(jìn)而影響礦山建設(shè)、生產(chǎn)規(guī)模、收益、設(shè)備選擇和生產(chǎn)壽命,同時(shí)還影響到不可再生資源的利用率。因此,邊界品位是一個(gè)對(duì)礦山經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著重大影響的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。邊界品位的優(yōu)化,也是礦山經(jīng)營(yíng)參數(shù)優(yōu)化的核心內(nèi)容之一。 國(guó)內(nèi)外在邊界品位研究中經(jīng)歷了50多年的歷史,盡管做出了許多非常有價(jià)值的成果,但還存在不足：盈虧平衡法得到的邊界品位,是一個(gè)與礦石質(zhì)量、時(shí)間和位置無(wú)關(guān)的靜態(tài)區(qū)分標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有考慮資金的時(shí)間價(jià)值,它的不合理性是顯而易見(jiàn)的,這種方法逐漸被淘汰；最大現(xiàn)值法是假設(shè)整個(gè)優(yōu)化范圍的品位服從同一統(tǒng)計(jì)學(xué)分布,即這一分布在該范圍是處處相同。在這個(gè)假設(shè)條件下,得到使總凈現(xiàn)值最大的優(yōu)化結(jié)果是邊界品位逐年下降。現(xiàn)實(shí)中幾乎所有礦床都不滿足這一假設(shè)條件,礦床一般都有高品位區(qū)和低品位區(qū)。當(dāng)?shù)推肺粎^(qū)位于礦床的上部時(shí),開(kāi)始一個(gè)時(shí)期采用高的邊界品位顯然是不合理的,甚至是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此,要得到符合實(shí)際的最優(yōu)邊界品位,必須考慮礦床不同區(qū)段的真實(shí)品位分布。 針對(duì)邊界品位優(yōu)化研究中存在的問(wèn)題,在研究地下開(kāi)采工藝的基礎(chǔ)上,根據(jù)礦床的賦存條件和礦體的開(kāi)采順序,把優(yōu)化范圍劃分為一系列的區(qū)段,即優(yōu)化單元。在此基礎(chǔ)上,將開(kāi)采過(guò)程分成前后過(guò)渡的開(kāi)采階段,每個(gè)開(kāi)采階段包括若干個(gè)狀態(tài),一個(gè)階段的一個(gè)狀態(tài)由從開(kāi)始到該階段開(kāi)采完畢的累積開(kāi)采礦量作為狀態(tài)變量,一個(gè)階段的一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的開(kāi)采礦量是從過(guò)渡到該狀態(tài)的前一階段某狀態(tài)的累積礦量和本狀態(tài)的累積礦量求的。開(kāi)采方案從第一階段的各狀態(tài)開(kāi)始,從優(yōu)化單元1的品位—礦量曲線上得到各狀態(tài)礦量對(duì)應(yīng)的邊界品位,根據(jù)開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的投資與使用的采礦方法所發(fā)生的生產(chǎn)成本計(jì)算出開(kāi)采礦量所得的贏利,再根據(jù)礦山的年生產(chǎn)能力計(jì)算出開(kāi)采時(shí)間,并將贏利折現(xiàn)到開(kāi)采初期時(shí)的凈現(xiàn)值。這樣第一階段完成后,就得到該階段各狀態(tài)的礦量、邊界品位和凈現(xiàn)值。第二階段各狀態(tài)是由第一階段的某些狀態(tài)過(guò)渡而來(lái)。以第二階段的某個(gè)狀態(tài)為例,假設(shè)第一階段中有k個(gè)狀態(tài)可以過(guò)渡到該狀態(tài),每個(gè)過(guò)渡都有一個(gè)本階段開(kāi)采的礦量,這個(gè)礦量是在優(yōu)化單元2開(kāi)采的,從第二優(yōu)化單元的品位—礦量曲線可以得到這一礦量對(duì)應(yīng)的邊界品位值、獲得的利潤(rùn)以及該利潤(rùn)折現(xiàn)到開(kāi)采初期時(shí)的凈現(xiàn)值。該狀態(tài)的凈現(xiàn)值就等于過(guò)渡到該狀態(tài)的前一階段狀態(tài)的凈現(xiàn)值加上開(kāi)采礦量獲得利潤(rùn)通過(guò)折現(xiàn)后的凈現(xiàn)值,從前階段的k個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到本階段有k個(gè)不同的凈現(xiàn)值,該狀態(tài)的凈現(xiàn)值取這k個(gè)不同凈現(xiàn)值中的最大者,而該狀態(tài)的邊界品位就是獲得最大凈現(xiàn)值時(shí)對(duì)應(yīng)的邊界品位。用同樣的方法一直計(jì)算到最后階段(最后一個(gè)優(yōu)化單元)每個(gè)狀態(tài)的凈現(xiàn)值和邊界品位。從最后階段的各狀態(tài)中找出凈現(xiàn)值最大的狀態(tài),按過(guò)渡的順序反推回去,就得到每個(gè)階段的最優(yōu)過(guò)渡(也叫最優(yōu)決策),這些最優(yōu)決策組成該邊界品位優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解。根據(jù)上述優(yōu)化思路,建立了新的動(dòng)態(tài)規(guī)劃邊界品位優(yōu)化模型。該模型以凈現(xiàn)值為指標(biāo)函數(shù),同時(shí)考慮礦體的開(kāi)采順序、礦山的年生產(chǎn)能力以及礦石品位在不同區(qū)段(優(yōu)化單元)的實(shí)際分布,并與實(shí)際使用的采礦方法相結(jié)合。該模型實(shí)現(xiàn)了地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化在時(shí)間上與空間上的動(dòng)態(tài)結(jié)合,在地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化方法的一次突破。 論文還基于Lane法的思路,分析地下開(kāi)采和露天開(kāi)采的不同特點(diǎn),推導(dǎo)出采礦、選礦兩階段和采礦、選礦、冶煉三階段的地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。模型增加了貧化率和圍巖品位等參數(shù),引用圍巖品位與礦石地質(zhì)品位比值的變量,使之適用于地下礦山。 基于兩種優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)模型,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)：動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)(DPOS1.0)和礦山經(jīng)濟(jì)決策系統(tǒng)(MEDS1.0)。DPOS1.0不僅可以求得各優(yōu)化單元的開(kāi)采礦量、邊界品位、累計(jì)的生產(chǎn)年限以及現(xiàn)值等結(jié)果,還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)圖,直觀的得到各優(yōu)化單元之間有效的決策集合和該優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)策略。MEDS1.0不僅可以對(duì)整個(gè)礦體作為優(yōu)化對(duì)象,還可以選取任意勘探線和水平之間的范圍作為優(yōu)化對(duì)象,同時(shí)能夠使用多套經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)方案,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)現(xiàn)值法假設(shè)優(yōu)化范圍品位分布不變的局限性。該系統(tǒng)是基于謙比西銅礦開(kāi)發(fā)的,但也可以應(yīng)用于其他同類(lèi)礦山,是一個(gè)相對(duì)通用的礦山經(jīng)濟(jì)決策軟件。 這一邊界品位動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用于贊比亞謙比西銅礦,對(duì)崩落法開(kāi)采的兩個(gè)階段的邊界品位進(jìn)行了優(yōu)化。動(dòng)態(tài)優(yōu)化法將優(yōu)化范圍劃分為12個(gè)優(yōu)化單元(動(dòng)態(tài)規(guī)劃的階段),每個(gè)優(yōu)化單元有自己的品位分布,按照一定的開(kāi)采順序。優(yōu)化的結(jié)果是：優(yōu)化單元1到12的邊界品位和開(kāi)采礦量分別是1.004%和853823.852噸、0.808%和1333158.948噸、0.905%和913919.33噸、1.002%和883214.087噸、1.015%和906692.185噸、0.999%和965396.035噸、0.995%和716111.732噸、1.007%和708986.005噸、0.993%和710850.398噸、0.993%和759790.244噸、0.993%和709781.188噸、0.989%和740540.653噸,共開(kāi)采礦石10202264.66噸,開(kāi)采時(shí)間近10年,最大現(xiàn)值為24281.68萬(wàn)美元,邊界品位優(yōu)化結(jié)果在0.808%至1.015%之間。按照目前礦山使用的邊界品位1%計(jì)算,共開(kāi)采礦量9719937.8噸,開(kāi)采時(shí)間9年5個(gè)月,最大現(xiàn)值為23891.76萬(wàn)美元。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類(lèi)】：TD803
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 邊界品位及其對(duì)礦山生產(chǎn)的影響
        1.1.1 邊界品位的定義
        1.1.2 邊界品位對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的影響及與其它重要參數(shù)的關(guān)系
    1.2 邊界品位研究現(xiàn)狀及方法
        1.2.1 國(guó)外對(duì)邊界品位的研究現(xiàn)狀及方法
        1.2.2 我國(guó)對(duì)品位指標(biāo)的研究現(xiàn)狀及方法
    1.3 問(wèn)題的定義
        1.3.1 邊界品位研究中存在的主要問(wèn)題
        1.3.2 地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化問(wèn)題的提出與定義
    1.4 本文研究工作
        1.4.1 解決問(wèn)題的思路
        1.4.2 研究?jī)?nèi)容
        1.4.3 論文結(jié)構(gòu)
第二章 地下開(kāi)采邊界品位優(yōu)化的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法
    2.1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題的基本概念及建模思路
    2.2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法確定最佳邊界品位
        2.2.1 最優(yōu)邊界品位的確定思路
        2.2.2 變量定義
        2.2.3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃邊界品位優(yōu)化模型
        2.2.4 實(shí)際問(wèn)題的處理
        2.2.5 邊界品位動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的算法步驟和流程圖
    2.3 品位優(yōu)化的成本分析
        2.3.1 可變成本的構(gòu)成
        2.3.2 不變成本的構(gòu)成
    2.4 無(wú)后效應(yīng)討論
    2.5 算例
    2.6 本章小結(jié)
第三章 最大現(xiàn)值法確定地下開(kāi)采邊界品位
    3.1 礦量計(jì)算和平均品位
    3.2 采礦、選礦兩階段邊界品位的數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 贏利及現(xiàn)值計(jì)算
        3.2.2 不同階段生產(chǎn)能力約束下的最佳邊界品位
        3.2.3 生產(chǎn)能力平衡條件下的邊界品位
        3.2.4 最佳邊界品位
        3.2.5 算法步驟和流程框圖
    3.3 采、選、冶三階段邊界品位的數(shù)學(xué)模型
        3.3.1 贏利及現(xiàn)值計(jì)算
        3.3.2 不同階段生產(chǎn)能力約束下的最佳邊界品位
        3.3.3 生產(chǎn)能力平衡條件下的邊界品位
        3.3.4 最佳邊界品位
        3.3.5 算法步驟和流程框圖
    3.5 小結(jié)
第四章 謙比西銅礦生產(chǎn)概述
    4.1 礦山概況
        4.1.1 地理位置
        4.1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀
    4.2 礦床地質(zhì)
        4.2.1 礦區(qū)地層
        4.2.2 礦區(qū)構(gòu)造
        4.2.3 礦區(qū)水文地質(zhì)條件
        4.2.4 礦體特征
    4.3 探礦工程布置、取樣
        4.3.1 基建期探礦
        4.3.2 生產(chǎn)期探礦
        4.3.3 取樣數(shù)據(jù)
        4.3.4 礦體品位變化趨勢(shì)
    4.4 主采區(qū)開(kāi)拓及采礦方法
        4.4.1 開(kāi)采范圍
        4.4.2 礦床開(kāi)采技術(shù)條件
        4.4.3 采礦方法
        4.4.4 回采工藝
        4.4.5 開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)
    4.5 謙比西銅礦成本及價(jià)格分析
        4.5.1 可變成本
        4.5.2 不變成本
        4.5.3 銅精礦價(jià)格
    4.6 本章小結(jié)
第五章 謙比西銅礦邊界品位優(yōu)化
    5.1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)邊界品位的優(yōu)化
        5.1.1 優(yōu)化單元的確定
        5.1.2 優(yōu)化單元的品位分布
        5.1.3 優(yōu)化單元的邊界品位—礦量曲線
        5.1.4 動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法對(duì)邊界品位優(yōu)化的計(jì)算
    5.2 最大現(xiàn)值法對(duì)邊界品位的優(yōu)化
        5.2.1 優(yōu)化對(duì)象的品位分布及邊界品位—礦量曲線
        5.2.2 邊界品位優(yōu)化結(jié)果
        5.2.3 現(xiàn)值法優(yōu)化的主要局限性
    5.3 兩種優(yōu)化結(jié)果的比較
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
附錄
    附錄1 最終產(chǎn)品分別為精礦和金屬時(shí)產(chǎn)量的推導(dǎo)過(guò)程
    附錄2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃邊界品位優(yōu)化系統(tǒng)（DPOS1.0）簡(jiǎn)介
    附錄3 礦山經(jīng)濟(jì)決策系統(tǒng)（MEDS1.0）簡(jiǎn)介
    附錄4 第5章案例:有效決策集合（部分）
參考文獻(xiàn)
致謝
作者從事科學(xué)研究和學(xué)習(xí)經(jīng)歷的簡(jiǎn)歷
攻讀博士期間發(fā)表的論文及參與的科研活動(dòng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2889600