確定露天礦山轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模的方法

摘 要：露天金屬礦山轉(zhuǎn)地下開采是一種必然的趨勢(shì)，確定露天轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模是一項(xiàng)核心決策要素。通過(guò)使用統(tǒng)計(jì)分析、技術(shù)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、綜合評(píng)價(jià)等方法確定合理生產(chǎn)規(guī)模的闡述，為礦山尋找一種適合本企業(yè)的確定合理生產(chǎn)規(guī)模的方法。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；露天轉(zhuǎn)地下；生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

目前國(guó)內(nèi)外礦山開采中對(duì)于礦體延伸較深、覆蓋層不厚且礦體厚度為中厚以上的礦床多采用露天開采。因?yàn)槁短扉_采具有初期建設(shè)投資少、投產(chǎn)快、生產(chǎn)條件好、安全高效、資源回收率高等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用比較廣泛。

但隨著露天礦山服務(wù)年限的增加，開采深度逐漸增大露天采礦剝采比將會(huì)達(dá)到甚至超過(guò)經(jīng)濟(jì)極限值，從而使經(jīng)濟(jì)效益明顯下降。因此隨著露天礦山服務(wù)年限的延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)入地下開采是唯一的途徑[1]。研究露天轉(zhuǎn)地下開采規(guī)律和相關(guān)要素優(yōu)化成為當(dāng)前采礦行業(yè)中的一個(gè)熱門課題[2]，而確定露天轉(zhuǎn)入地下開采穩(wěn)產(chǎn)后的合理生產(chǎn)規(guī)模在決策中尤為重要。下面筆者就確定礦山合理生產(chǎn)規(guī)模的方法做一些闡述。

1 泰勒公式等統(tǒng)計(jì)方法

國(guó)外學(xué)者泰勒通過(guò)多年來(lái)對(duì)多個(gè)礦山樣本的設(shè)計(jì)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析后，得出了如下關(guān)于礦山生產(chǎn)能力的經(jīng)驗(yàn)公式：

A=5R0.75 或T=0.2R0.25 （1）

式中：A-礦山生產(chǎn)能力，t/a；T-礦山經(jīng)濟(jì)壽命，a；R-境界內(nèi)礦石儲(chǔ)量。

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者利用泰勒公式對(duì)我國(guó)礦山生產(chǎn)能力進(jìn)行驗(yàn)證，得到的結(jié)果跟國(guó)內(nèi)礦山的實(shí)際生產(chǎn)能力有一定的出入。文獻(xiàn)[3～4]通過(guò)大量的研究分析后得到更適宜我國(guó)礦山的經(jīng)驗(yàn)公式：

A=1.25R0.75 或T=0.8R0.25 （2）

統(tǒng)計(jì)分析法屬于傳統(tǒng)的方法，考慮的因素較少，而實(shí)際礦山生產(chǎn)中因?yàn)榈V床的自然條件各異，各個(gè)礦山的開采工藝與開采設(shè)備也不同，所以很難真實(shí)的反映礦山開采的實(shí)際情況，屬于一種粗放型的方法，不能保證企業(yè)達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效果，這種方法得到的結(jié)果可以作為一種參照。

2 從礦山開采技術(shù)角度研究

技術(shù)分析法主要從礦山開采技術(shù)角度出發(fā)，根據(jù)礦山生產(chǎn)能力應(yīng)與礦床開采過(guò)程中各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)相結(jié)合的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況。其中具有代表性的有礦山開采年下降速度法[5]。

礦山開采年下降速度法

式中：A-礦山生產(chǎn)能力，t/a；ν-年下降速度，m/a；s-礦體水平面積，m2；δ-礦石體重，t/m3；εk-礦石回采率；e-廢石混入率；k1-礦體傾角修正系；數(shù)k2-礦體厚度修正系數(shù)；E-地質(zhì)影響系數(shù)，0.7～0.9

3 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度研究

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度研究礦山的生產(chǎn)規(guī)模是一種相對(duì)較傳統(tǒng)的方法，采用的方法也比較多。主要采用如最終產(chǎn)品計(jì)劃需要量、經(jīng)濟(jì)合理服務(wù)年限法、盈虧平衡分析法等對(duì)礦山生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行優(yōu)化[6]。

使用較多的是最終產(chǎn)品計(jì)劃需要量法

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度研究生產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程中，人們一般是建立最有生產(chǎn)規(guī)模的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化的目標(biāo)一般為凈現(xiàn)值最大、年利潤(rùn)最大或總成本最低。有些約束條件要求比較苛刻在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中獲取的成本較高，并且由于考慮的指標(biāo)較少最終所求的結(jié)果與理想效果可能會(huì)存在較大偏差，因此通過(guò)這種方法得到的結(jié)果不適宜直接指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

4 從綜合評(píng)價(jià)角度研究

綜合評(píng)價(jià)技術(shù)是一種定量認(rèn)識(shí)客觀實(shí)際的手段，可以使我們?cè)趶?fù)雜的現(xiàn)象中把握事物的規(guī)律，其廣泛運(yùn)用于各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的定量綜合評(píng)價(jià)實(shí)踐中。綜合評(píng)價(jià)確定合理生產(chǎn)規(guī)模的方法比較多：人工智能法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法（AHP）、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）、灰色多目標(biāo)決策法、計(jì)算智能法[7～9]等。這些方法都取得了比較理想的效果，下面就人工智能法做個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

智能化系統(tǒng)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)有機(jī)耦合而成，它不是利用兩者的性能在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)某一部分的內(nèi)容，而是在集成后形成一種新的知識(shí)表達(dá)體系，該體系的信息處理是通過(guò)大量的神經(jīng)元之間相互作用而進(jìn)行的。整個(gè)系統(tǒng)包括以下五個(gè)系統(tǒng)：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)用于存放整個(gè)智能化系統(tǒng)運(yùn)行所需要的各類原始數(shù)據(jù)以及其產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，還有系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)等。同時(shí)，還可以對(duì)一些可以控制的因子經(jīng)行賦值，使之變得更合理。該子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入單元的來(lái)源，因此對(duì)該子系統(tǒng)變量的選擇至關(guān)重要，一般選擇能反映礦山生產(chǎn)規(guī)模屬性的變量作為指標(biāo)。

（2）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。由于反映礦山生產(chǎn)規(guī)模變量的是由采礦、選礦及其他因素組成，所以各個(gè)變量的屬性是不同的，要放在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面作為樣本參數(shù)訓(xùn)練就必須作統(tǒng)一的描述。該子系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，它對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)子系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)一定的規(guī)則把各個(gè)變量轉(zhuǎn)換為[0，1]的值，再把這些屬性值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的訓(xùn)練樣本。

（3）知識(shí)庫(kù)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器，對(duì)系統(tǒng)所涉及的各類知識(shí)存儲(chǔ)。其方式分為兩部分：一部分是以規(guī)則的形式存放精確的知識(shí)，另外一部分則存放網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，表示不精確的知識(shí)。

（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是核心部分，它用于確定礦山露天轉(zhuǎn)地下的合理生產(chǎn)規(guī)模。首先從數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中獲取訓(xùn)練樣本，再利用本子系統(tǒng)自身的優(yōu)勢(shì)通過(guò)不精確推理對(duì)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)從而獲取新的知識(shí)，最終對(duì)新的樣本進(jìn)行判斷。知識(shí)的獲取及表示是知識(shí)推理的前提[10]。

（5）管理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)包含用戶界面和解釋機(jī)構(gòu)。用戶界面是方便用戶操作，能形象生動(dòng)的為用戶提供系統(tǒng)的運(yùn)行、操作和維護(hù)的友好界面。解釋機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)回答用戶提出的問(wèn)題，并作出相關(guān)的解釋，也可以方便用戶操作。

上面五個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起就組成了確定礦山露天轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模的智能化系統(tǒng)。

通過(guò)綜合評(píng)價(jià)方法得到的生產(chǎn)規(guī)模是通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型將多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值“合成”為一個(gè)整體性的綜合評(píng)價(jià)值，主要把握好以下幾個(gè)問(wèn)題：被評(píng)價(jià)對(duì)象的確定、建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、確立與各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)、構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)的模型、計(jì)算各系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)值并進(jìn)行排序。只要把這幾個(gè)問(wèn)題解決好，一般都能取得理想的效果。目前不但成為學(xué)術(shù)界常用的方法，也廣泛運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦山生產(chǎn)規(guī)模作為礦山?jīng)Q策的核心要素之一，其合理與否直接影響到礦山企業(yè)的投資數(shù)額、建設(shè)速度、服務(wù)年限、經(jīng)濟(jì)效益等。礦山生產(chǎn)規(guī)模受到礦區(qū)地質(zhì)條件、礦床儲(chǔ)量大小、礦產(chǎn)儲(chǔ)藏條件、市場(chǎng)需求、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件及國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)等方面的因素影響，因此確定礦山合理生產(chǎn)規(guī)模是一項(xiàng)影響面廣、設(shè)計(jì)因素多的復(fù)雜決策過(guò)程，因此在確定露天礦山轉(zhuǎn)地下生產(chǎn)規(guī)模時(shí)應(yīng)充分的考慮到影響礦山生產(chǎn)規(guī)模屬性的各項(xiàng)因素，這樣才能得到符合實(shí)際生產(chǎn)的理想指導(dǎo)結(jié)果，才能給礦山企業(yè)制定科學(xué)規(guī)劃、合理開發(fā)提供科學(xué)的方法和理論依據(jù)，為礦區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

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