矿产资源开采经济生态一体化优化设计理论课件.ppt

1、 境界优化境界优化锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化矿体DHOW境界剥采比=W/O经济合理剥采比本质：总利润最大境界优化境界优化锥体排除法锥体排除法锥体锥体排除法的基本思路：排除法的基本思路：最大境界缩小的境界矿体锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化最大境界圈定最大境界圈定几何定界几何定界 锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化最大境界圈定最大境界圈定几何定界几何定界 几何最大境界1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20ABC标高L标高Lmin非整模块模块柱17底部DE锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化最大境界圈定最大境界圈定几何定

2、界几何定界 1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20最大境界最大境界锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化顶点位于模块柱1底部模块的锥体1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20顶点位于模块柱2底部模块的锥体1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20锥体排除法锥体排除法境界优化境界优化1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 7 2 3 4 5 6 8 9 10

3、 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20顶点位于模块柱3底部模块的锥体露天开采程序露天开采程序 露天矿扩延露天矿扩延露天开采程序露天开采程序 掘沟掘沟 掘沟掘沟露天开采程序露天开采程序 掘沟掘沟露天开采程序露天开采程序 掘沟掘沟露天开采程序露天开采程序 露天开采程序露天开采程序 沟外调头中线采装沟外调头中线采装沟外调头双侧交替采装沟外调头双侧交替采装掘沟掘沟沟底宽沟底宽度度露天开采程序露天开采程序 沟内折返调车沟内折返调车沟内环形调车沟内环形调车掘沟掘沟沟底宽沟底宽度度12016518003030451352101530180封闭圈封闭圈90露天开采程序露天开采程序 山坡与

4、深凹露天矿山坡与深凹露天矿单壁沟单壁沟露天开采程序露天开采程序 山坡露天矿剖面示意图山坡露天矿剖面示意图推土机开掘单壁沟示意图推土机开掘单壁沟示意图电铲掘单壁电铲掘单壁沟沟露天开采程序露天开采程序 15.2 台阶推进方式台阶推进方式台阶推进方式台阶推进方式 露天开采程序露天开采程序 露天开采程序露天开采程序 台阶推进方式台阶推进方式 垂直采掘垂直采掘露天开采程序露天开采程序 台阶推进方式台阶推进方式 单向行车不调头平行采掘单向行车不调头平行采掘双向行车折返调车平行采掘双向行车折返调车平行采掘(单点装车单点装车)露天开采程序露天开采程序 台阶推进方式台阶推进方式 双向行车折返调车平行采掘双向行车

5、折返调车平行采掘(双点装车双点装车)采区宽度与采掘带宽度采区宽度与采掘带宽度 露天开采程序露天开采程序 Ac=(11.8)G cbcsWHHWkb 2cbcsWHHWkb 2cbcsWHHWkb 2露天开采程序露天开采程序 沿工作线方向爆破、横向采掘沿工作线方向爆破、横向采掘采区宽度与采掘带宽度采区宽度与采掘带宽度 露天开采程序露天开采程序 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度 按铲装条件确定最小工作平盘宽度按铲装条件确定最小工作平盘宽度sedBGW2min露天开采程序露天开采程序 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度 折返调车单点装车时最小工作平盘宽度度折返调车单点装车时最小工作平盘宽度度seLdR

6、W22min露天开采程序露天开采程序 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度 折返调车双点装车时最小工作平盘宽度折返调车双点装车时最小工作平盘宽度Wmin=2R+d+2e+s 露天开采程序露天开采程序 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度 是刚好满足采运设备正常作业要求的工作平盘宽度，其取值需依据采运设备的作业技术规格、采掘方式和供车方式确定。实际工作平盘宽度实际工作平盘宽度 最小工作平盘宽度最小工作平盘宽度?露天开采程序露天开采程序 工作线布置方式工作线布置方式 纵向工作面布置纵向工作面布置工作线与矿体走向平行工作线与矿体走向平行露天开采程序露天开采程序 工作线布置方

7、式工作线布置方式 横向工作面布置横向工作面布置工作线与矿体走向垂直工作线与矿体走向垂直爆破方向与矿体的走向平行，故对于顺矿层节理爆破和层理较发育的岩体，会显著降低大块与根底 露天开采程序露天开采程序 工作线布置方式工作线布置方式 扇形工作面布置扇形工作面布置采场布线方式采场布线方式露天开采程序露天开采程序 采场布线方式采场布线方式 在采场的扩展与延深过程中，运输在采场的扩展与延深过程中，运输坡道（也称出入沟或坑线）的布置坡道（也称出入沟或坑线）的布置方式称为方式称为采场的布线方式采场的布线方式或或开拓坑开拓坑线布置方式线布置方式。露天开采程序露天开采程序 采场布线方式采场布线方式 露天开采程序

8、露天开采程序 采场布线方式采场布线方式(1)螺旋线弯道半径大，线路通视条件好，汽车直进行驶，不需螺旋线弯道半径大，线路通视条件好，汽车直进行驶，不需经常改变运行速度，道路通过能力强。经常改变运行速度，道路通过能力强。(2)工作线的长度和推进方向会因采场条件的变化而发生变化。工作线的长度和推进方向会因采场条件的变化而发生变化。(3)要求采场四周边帮的岩体均较为稳固；要求采场四周边帮的岩体均较为稳固；(4)新水平从掘沟到开采到矿体时间长新水平从掘沟到开采到矿体时间长。露天开采程序露天开采程序 采场布线方式采场布线方式 迂回式（折返式）布线迂回式（折返式）布线露天开采程序露天开采程序 固定坑线缺点固

9、定坑线缺点 露天开采程序露天开采程序 采场布线方式采场布线方式 移动移动-迂回式布线示意图迂回式布线示意图 采场布线方式采场布线方式 露天开采程序露天开采程序 生产剥采比生产剥采比生产剥采比生产剥采比 露天开采程序露天开采程序 几何生产剥采比几何生产剥采比累积生产剥采比累积生产剥采比生产剥采比生产剥采比 露天开采程序露天开采程序 在编制采掘计划时，往往需考虑剥采比的逐年变化情况。年生产剥采比年生产剥采比（SRy）是某一年内采出的废石量Vy与矿石量Ty 之比，即：SRy=Vy/Ty。生产剥采比与工作帮坡角生产剥采比与工作帮坡角 露天开采程序露天开采程序 境界最终帮工作帮生产剥采比与工作帮坡角生产

10、剥采比与工作帮坡角 露天开采程序露天开采程序 生产剥采比与工作帮坡角生产剥采比与工作帮坡角 露天开采程序露天开采程序 工作帮坡角越大，前期生产剥采比越低，剥离高峰来的越晚，即越能推迟剥岩，增加前期的正现金流，总NPV越高。工作平盘宽度越大，工作帮坡角越小，前期生产剥采比越高，剥离高峰来的越快，即前期剥岩大，降低前期的正现金流，总NPV约低。尽量提高工作帮坡角尽量提高工作帮坡角生产剥采比与工作帮坡角生产剥采比与工作帮坡角 露天开采程序露天开采程序 组合台阶组合台阶开采生产剥采比均衡生产剥采比均衡 露天开采程序露天开采程序 生产剥采比均衡生产剥采比均衡 露天开采程序露天开采程序 分期开采分期开采分

11、期开采分期开采 露天开采程序露天开采程序 分期开采分期开采 露天开采程序露天开采程序 第一分期境界比最终境界小得多，所以初期生产剥采比第一分期境界比最终境界小得多，所以初期生产剥采比大大降低，从而减小了初期投资，提高了开采的整体经大大降低，从而减小了初期投资，提高了开采的整体经济效益济效益(总总NPV)。降低由最终境界的不确定性所带来的投资风险。降低由最终境界的不确定性所带来的投资风险。分期开采分期开采 露天开采程序露天开采程序 分期过渡的时间分期过渡的时间分期开采分期开采 露天开采程序露天开采程序 分期开采组合台阶扩帮分期开采组合台阶扩帮 分期开采分期开采 露天开采程序露天开采程序 分期开采

12、分期开采 露天开采程序露天开采程序 扩帮开采扩帮开采 露天矿生产计划露天矿生产计划 生产计划内容生产计划内容 露天矿生产计划露天矿生产计划 生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多少矿、剥多少岩少矿、剥多少岩 开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方 生产寿命生产寿命生产计划实践生产计划实践 露天矿生产计划露天矿生产计划 确定确定生产能力；生产能力；生产剥采比均衡每年剥岩量；生产剥采比均衡每年剥岩量；逐年确定每年的采剥区段，即台阶推进位置，直到境逐年确定每年的采剥区段，即台阶推进位置，直到境界被采完。界被采完。

13、生产能力生产能力生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划影响露天矿生产能力的主要因素有：(1)矿体自然条件。即矿物在矿床中的分布、品位和储量。(2)开采技术条件。即开采程序、装备水平、生产组织与管理水平等。(3)市场。即矿产品的市场需求及其价格。(4)经济效益经济效益。即矿山企业在市场经济环境中所追求的主要目标。生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划 根据储量估算矿石生产能力 45.6Rt tRPa生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划根据开采技术条件验证生产能力 1.露天矿可能达到的生产能力与垂直延深速度的关系 1bhaTHVP2.延深速度与水平推进速度之间的关系 lu

14、hlVVcotcot生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划3.可能同时采矿的工作台阶数 cot1cottan1HWBNbW4.一个台阶上可能布置的采矿挖掘机数量 生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划电铲1电铲2生产能力生产能力 露天矿生产计划露天矿生产计划在矿体产状、技术条件允许的范围内，生产能力究竟多大最好？主要由生产效益（NPV）决定NPV=PVout+PVin 507.0)07.01(110258.0)07.01(120034.0)07.01(150优化问题16.2 全境界开采的采掘进度计划编制全境界开采的采掘进度计划编制 露天矿生产计划露天矿生产计划露天矿生产计划露天

15、矿生产计划采掘进度计划采掘进度计划 年度计划 季度计划 月计划设计院生产矿山露天矿生产计划露天矿生产计划采掘进度计划采掘进度计划 编制采掘进度计划的基础资料主要有：地表地形图；台阶分层平面图；分层矿岩量表；开采要素：包括台阶高度、采掘带宽度、采区长度 最小工作平盘宽度、运输道路要素（宽度、坡度、转弯半径)等；台阶推进方式、采场延深方式、掘沟几何要素及新水平准备时间；挖掘机数量及其生产能力；选厂生产能力、入选品位等。露天矿生产计划露天矿生产计划采掘进度计划采掘进度计划 在分层平面图上逐水平确定年末工作线位置；确定新水平投入生产的时间；编制采掘进度计划表；每年末每个台阶的位置图年末综合平面图露天矿

16、生产计划露天矿生产计划采掘进度计划采掘进度计划 分期开采的采掘进度计划编制 露天矿生产计划露天矿生产计划全境界开采的采剥计划与全境界开采的采剥计划与生产能力同时优化生产能力同时优化 露天矿生产计划露天矿生产计划 生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多少矿、剥多少岩少矿、剥多少岩 开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方 生产寿命生产寿命露天矿生产计划露天矿生产计划生产计划内容与目标生产计划内容与目标NPV最大最大 1.确定确定生产能力；生产能力；2.生产剥采比均衡每年剥岩量；生产剥采比均衡每年剥岩量；3.逐年

17、确定每年的采剥区段，即台阶推进位置，直到逐年确定每年的采剥区段，即台阶推进位置，直到境界被采完。境界被采完。露天矿生产计划露天矿生产计划生产计划编制一般做法生产计划编制一般做法最终帮工作帮工作帮、最终帮工作帮、最终帮露天矿生产计划露天矿生产计划每年推进到什么位置最好？每年采、剥多少最好？总净现值NPV最大基本思路基本思路境界最终帮工作帮露天矿生产计划露天矿生产计划假设，第一年采剥总量为1000万吨，有无数多个1000万吨的区域可以采，那个区域最好？基本思路基本思路不用进行经济评价，你可以想到：？露天矿生产计划露天矿生产计划基本思路基本思路地质最优开采体地质最优开采体：在最终境界内，如果一个采剥

18、量为P、以工作帮坡角开采的区段，所含有的有用矿物量（金属量）是所有采剥量和工作帮坡角相同的区段中的最大者，该区段称为对应于P和的地质最优开采体地质最优开采体，用P*表示。露天矿生产计划露天矿生产计划基本思路基本思路境界V（P5*）P4*P1*P2*P3*所以，在最终境界内，按工作帮坡角和给定的矿岩增量P，产生一个地质最优开采体序列，这个序列就是每年采场推进的候选位置露天矿生产计划露天矿生产计划优化定理优化定理 令P*N 为开采境界V内按大小升序排列的地质最优开采体序列，序列中的开采体数为N，P1*为最小开采体，PN*为最大开采体（即开采境界V）。如果相邻开采体之间的矿岩量增量足够小，且P*N

19、是完全嵌套序列。那么，在境界V内使总净现值最大的最优采剥进度计划必然是P*N 的一个子序列。露天矿生产计划露天矿生产计划优化定理优化定理P1*P2*P3*P9*=VP4*P5*P6*P7*P8*第1年第2年第3年第4年第5年P*5=P2*,P4*,P6*,P7*,P9*是一个可能的计划方案它是P*9=P1*,P2*,P3*,P4*,P5*,P6*,P7*,P8*,P9*的一个子序列露天矿生产计划露天矿生产计划动态排序动态排序地质最优开采体地质最优开采体V P2*P1*P4*P3*P2*P3*P4*P4*阶段（年）阶段（年）123450V V 境界V（P5*）P4*P1*P2*P3*露天矿生产计

20、划露天矿生产计划地质最优开采体地质最优开采体V P2*P1*P4*P3*P2*P3*P4*P4*阶段（年）阶段（年）123450V V 动态排序动态排序(1)开采寿命：4年；(2)每年推进到的位置：第1、2、3、4年末采场依次推进到P2*，P3*，P4*，V 位置（前面图16.8所示），第4年末的采场即为最终境界；(3)各年采、剥量：第1年的采矿量为Q2*、剥岩量为W2*，第2年的采 矿量为Q3*Q2*、剥岩量为W3*W2*，第3年的采矿量为 Q4*Q3*、剥岩量为W4*W3*，最后一年的采矿量为 Q5*Q4*、剥岩量为W5*W4*。露天矿生产计划露天矿生产计划地质最优开采体序列的产生地质最优

21、开采体序列的产生露天矿生产计划露天矿生产计划境界V（PN*）5000万吨P=50万吨PN-1*=4950万吨地质最优开采体序列P*N=P1*,P2*,，PN*地质最优开采体序列的产生地质最优开采体序列的产生露天矿生产计划露天矿生产计划5000万吨P=50万吨PN-1*=4950万吨PN-2*=4900万吨地质最优开采体序列的产生地质最优开采体序列的产生按平均品位从低到高排序的锥体序列按平均品位从低到高排序的锥体序列锥体锥体 1锥体锥体2锥体锥体 i锥体锥体 n模块模块B1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20工作帮坡角工作帮坡角锥体锥

22、体境界境界V=P*N露天矿生产计划露天矿生产计划分期境界优化分期境界优化 优化内容与目标优化内容与目标分期境界优化分期境界优化 确定最佳分期数；每个分期境界的大小、位置、形状；（最终境界）总NPV最大优化思路优化思路分期境界优化分期境界优化I期境界III期境界(最终境界)II期境界III期境界(最终境界)I期境界II期境界优化思路优化思路分期境界优化分期境界优化假如：I期境界采剥总量5000万吨这3个境界采剥总量都是5000万吨不用进行经济比较，哪个最好？优化思路优化思路分期境界优化分期境界优化定义定义 如果一个采剥量为P、最终帮坡角为的境界所含有的有用矿物量（金属量）是所有采剥量和帮坡角相同

23、的境界中的最大者，该境界称为对应于P和的地质最优开境界地质最优开境界，用P*表示。表示由不同方位上的最终帮坡角组成的数组。优化思路优化思路分期境界优化分期境界优化以一系列不同大小的地质最优境界地质最优境界作为候选分期境界:如果考虑I期采剥4000万吨，就用4000万吨的那个地质最优境界作为I期境界；如果考虑I期采剥5000万吨，就用5000万吨的那个地质最优境界作为I期境界；如果考虑I+II期采剥8000万吨，就用8000万吨的那个地质最优境界作为II期境界；以后各个分期也类似如果考虑I+II期采剥9000万吨，就用9000万吨的那个地质最优境界作为II期境界；优化思路优化思路分期境界优化分期

24、境界优化问题：只考虑那些地质最优境界，会不会漏掉最优方案？会不会某个分期境界取一个不是地质最优的境界更好？产生一个地质最优境界序列P*N 优化定理优化定理分期境界优化分期境界优化定理定理 令P*N 为一个按大小升序排列的地质最优境界序列，N为序列中的境界数，最小者记为P1*，最大者记为PN*。如果相邻境界之间的矿岩量增量足够小，且P*N 是完全嵌套序列。那么，使总净现值最大的各分期境界必然是P*N 的一个子序列。优化定理优化定理分期境界优化分期境界优化P*3=P2*,P4*,P7*是一个可能的分期方案P*3 是 P*9=P1*,P2*,P3*,P4*,P5*,P6*,P7*,P8*,P9*的一

25、个子序列P1*P2*P3*P4*P5*P9*P6*P7*P8*动态排序动态排序分期境界优化分期境界优化地质最优境界地质最优境界P2*P1*P4*P3*P2*P3*P4*P4*阶段（分期）阶段（分期）123450P9*P5*P5*P5*P9*P9*P9*P9*6789P6*P6*P9*P7*P8*P9*P9*P9*P8*P6*P3*动态排序结果动态排序结果分期境界优化分期境界优化P1*P2*P3*P4*P5*P9*P6*P7*P8*P*4=P2*,P4*,P5*,P6*是最佳分期方案P*4 是 P*9=P1*,P2*,P3*,P4*,P5*,P6*,P7*,P8*,P9*的最优子序列P*4=P2

26、*,P4*,P5*,P5*最优子序列（最佳分期方案）：动态排序结果动态排序结果分期境界优化分期境界优化(1)最佳分期数：4期；(2)每期推进到的位置：第I、II、III、IV期末采场依次推进到P2*，P4*，P5*，P6*位置，第IV 期末的境界P6*即为最终境界；(3)各期采矿和剥岩量：第I期的采矿量为Q2*、剥岩量为W2*；第II期的采矿量为Q4*Q2*、剥岩量为W4*W2*；第III期的采矿量为 Q5*Q4*、剥岩量为W5*W4*；第IV期的采矿量为 Q6*Q5*、剥岩量为W6*W5*。产生地质最优境界序列产生地质最优境界序列分期境界优化分期境界优化最小境界；境界之间的增量。产生地质最优

27、境界序列产生地质最优境界序列分期境界优化分期境界优化P*N=P1*,P2*,PN*最大境界 PN*(5亿吨)P=0.5亿吨境界 PN-1*=4.5亿吨)首先产生一个最大境界 PN*（14.5节）按平均品位从按平均品位从低到高排序的低到高排序的锥体数组序列锥体数组序列锥体锥体 1锥体锥体2锥体锥体 i锥体锥体 n1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20锥体锥体最大境界最大境界锥体锥体上移上移锥体柱间移动锥体柱间移动产生地质最优境界序列产生地质最优境界序列分期境界优化分期境界优化锥体的排除与锥壳模板锥体的排除与锥壳模板锥体锥体模块模块B1

28、 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20顶点顶点三维锥体三维锥体-128.062I，45o哦II，50oIII，48oIV，51oi0 锥壳模板锥壳模板锥体的排除与锥壳模板锥体的排除与锥壳模板锥体的排除与锥壳模板锥体的排除与锥壳模板锥体锥体1 7 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20锥体锥体开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）1.最终境界最终境界开动脑筋（开动脑筋（Bra

29、instorming）2.生产计划生产计划露天开采方案露天开采方案？开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）？：？：最终境界的优化（设计）目最终境界的优化（设计）目标标总盈利最大总盈利最大生产计划的优化目标生产计划的优化目标总总NPV最大最大开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）？：？：最终境界最终境界相互独立？相互独立？生产计划生产计划开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）最终境界与生产计划整体优化最终境界与生产计划整体优化最终境界与生产计划不是相互独立的，最终境界与生产计划不是相互独立的，二者的评价标准都应该是二者的评价标准都应该是NPV或或IRR。能否实现？如

30、何实现？能否实现？如何实现？开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）最简单的思路：最简单的思路：最终境界与生产计划整体优化最终境界与生产计划整体优化设计多个境界，设计多个境界，在每个境界内优化生产计划，在每个境界内优化生产计划，计算每个境界及其计划的计算每个境界及其计划的NPV；取取NPV最大者；最大者；开动脑筋（开动脑筋（Brainstorming）最终境界与生产计划整体优化最终境界与生产计划整体优化1.产生一个产生一个地质最优境界地质最优境界序列；序列；4.取取NPV最大者，得到整体最优方案；最大者，得到整体最优方案；2.在每个在每个地质最优境界地质最优境界中产生地质最优开采体序列；中产生地质最优开采体序列；3.对每个对每个地质最优境界地质最优境界的地质最优开采体序列进行动的地质最优开采体序列进行动 态排序，得到该境界的生产计划和态排序，得到该境界的生产计划和NPV；课堂实习课堂实习P.1 认识露天采场与分层平面图认识露天采场与分层平面图课堂实习课堂实习P.2 采掘（采掘）计划编制过程采掘（采掘）计划编制过程课堂实习课堂实习P.3 境界优化境界优化课堂实习课堂实习P.4 生产计划优化生产计划优化课堂实习课堂实习P.5 整体优化整体优化