礦山技術(shù)指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化軟件

劉保順，王　瑋，竇梅林，袁懷雨，劉德祥，孫丁丁

(1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，　北京　100083；2.五礦邯邢礦業(yè)有限公司西石門鐵礦，　河北 邯鄲市　056303)

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礦山技術(shù)指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化軟件

劉保順1，王瑋1，竇梅林2，袁懷雨1，劉德祥2，孫丁丁2

(1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.五礦邯邢礦業(yè)有限公司西石門鐵礦，河北 邯鄲市056303)

摘要：基于品位指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化的原理和方法，開發(fā)了一款礦山技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化的軟件。該軟件以邊界品位、工業(yè)品位、貧化率為決策變量，在構(gòu)建反映儲量、地質(zhì)平均品位——采出礦量、采出品位——入選礦量、入選品位——精礦量、精礦品位間動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，以精礦量和利潤為決策目標(biāo)，應(yīng)用模糊綜合評判的方法，從眾多方案中選出最優(yōu)方案。通過某地下鐵礦山技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化的實例驗證，表明優(yōu)化后可提高礦山經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：技術(shù)指標(biāo)；模糊綜合評判；動態(tài)優(yōu)化

0前言

我國鐵礦區(qū)分礦巖的邊界品位一般為20%。前兩年礦產(chǎn)品價格高時，開采品位15%的極貧礦都能盈利，說明邊界品位可以降低至15%。目前礦產(chǎn)品價格大跌，且會繼續(xù)呈下跌趨勢，顯然現(xiàn)在不會再開采品位15%的極貧礦，說明邊界品位應(yīng)該提高。同時混巖率、精礦品位等指標(biāo)與此類似。礦產(chǎn)品價格高企時，適當(dāng)提高混巖率，降低精礦品位，增加采出礦石量和精礦產(chǎn)量，可增收利潤。目前礦產(chǎn)品價格跌至低位，為降本增效，可降低混巖率，提高精礦品位。可見，市場條件發(fā)生變化時，應(yīng)該調(diào)整和優(yōu)化品位指標(biāo)、混巖率、精礦品位，才能保證礦山取得最佳綜合效益。

品位指標(biāo)、混巖率、精礦品位均是礦山技術(shù)指標(biāo)(或稱礦山經(jīng)營參數(shù))。所謂“礦山技術(shù)指標(biāo)”，是指可以人為地加以調(diào)整，用以控制礦、冶的生產(chǎn)，進而影響礦、冶效益的一些指標(biāo)。這些技術(shù)指標(biāo)是礦山必須制定，并在生產(chǎn)中執(zhí)行的。顯然，不同的技術(shù)指標(biāo)下，采出礦石的品位、產(chǎn)量，精礦的品位、產(chǎn)量，成本、效益等都不同，因此，這些技術(shù)指標(biāo)不是固定不變的。在技術(shù)、市場條件變化時，調(diào)整、優(yōu)化礦山技術(shù)指標(biāo)能使礦山取得最佳的經(jīng)濟效益，同時資源又可得到充分的利用。

北京科技大學(xué)曾與多個礦山合作，基于品位指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化技術(shù)，通過數(shù)據(jù)庫編程，開發(fā)了一套礦山技術(shù)指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化軟件，并不斷對軟件進行改進，使之操作更加簡便、容易。該軟件操作簡易，可為礦山在當(dāng)前低迷的礦產(chǎn)品價格條件下，調(diào)整、制定實現(xiàn)降本增效的礦山技術(shù)指標(biāo)。

1軟件的功能

軟件的優(yōu)化目標(biāo)是總利潤和精礦量，優(yōu)化變量是各采區(qū)的邊界品位、工業(yè)品位和混巖率。根據(jù)礦山實際生產(chǎn)情況，設(shè)置優(yōu)化變量的變化范圍，組合生成各種可行方案后，調(diào)用地質(zhì)模型、采礦模型、選礦模型，測算每個組合方案的利潤和精礦量。采用模糊綜合評價的方法，從多方案中選出綜合隸屬度最大的方案，得到各采區(qū)合理的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)功能模塊見圖1。

圖1　礦山技術(shù)指標(biāo)功能模塊

1.1系統(tǒng)設(shè)置

(1) 優(yōu)化編碼。優(yōu)化可能不止一次而且需要保存以前的優(yōu)化過程和結(jié)果，本系統(tǒng)中一個優(yōu)化編碼就是一個優(yōu)化任務(wù)，通過優(yōu)化編碼識別優(yōu)化過程中的各技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)的取值和優(yōu)化結(jié)果。建立新的優(yōu)化編碼時，既可使用系統(tǒng)提供的默認優(yōu)化編碼的模板，也可將某個優(yōu)化編碼當(dāng)作模板。新建立的優(yōu)化編碼中，參數(shù)取值、數(shù)學(xué)模型與選用模板中的數(shù)據(jù)和模型保持一致，以便于用戶調(diào)整和修改。

(2) 供礦點的設(shè)置。可以任意增加和刪除供礦點，可以指定供礦點的邊界品位、工業(yè)品位和貧化率是優(yōu)化變量，也可以設(shè)置其為固定常數(shù)。

(3) 預(yù)選廠和選廠設(shè)置。可以增加和刪除預(yù)選廠和選廠，調(diào)整各礦點給不同預(yù)選廠的預(yù)選比例及各預(yù)選廠給不同選廠的供礦比例。

1.2數(shù)據(jù)準備

按照指定的Excel文件的格式，提供該礦體品位和樣長的鉆孔數(shù)據(jù)、小體重數(shù)據(jù)；損失率和貧化率的數(shù)據(jù)對；預(yù)選前品位、預(yù)選選礦比、預(yù)選后品位的數(shù)據(jù)對；入選品位、精礦品位、選礦比的數(shù)據(jù)對，使用這些數(shù)據(jù)對，建立地質(zhì)、采礦、選礦的各種模型。采礦成本數(shù)據(jù)需要按照生產(chǎn)工序提供各礦點的變動費用和固定費用。

1.3 數(shù)學(xué)建模

根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)和小體重數(shù)據(jù)，建立以邊界品位和工業(yè)品位為自變量求礦體儲量的數(shù)學(xué)模型；一些采礦方法理論上損失率和貧化率是反相關(guān)的，需要建立以貧化率為自變量求損失率的數(shù)學(xué)模型；建立預(yù)選前品位與預(yù)選后品位的數(shù)學(xué)模型；建立預(yù)選前品位與預(yù)選選礦比的數(shù)學(xué)模型；建立入選品位與選礦比的數(shù)學(xué)模型，或者入選品位和精礦品位與選礦比的數(shù)學(xué)模型。

1.4方案測算

設(shè)置邊界品位、工業(yè)品位和貧化率變化范圍，測算不同邊界品位、工業(yè)品位和貧化率等不同方案下的精礦量和利潤，每個方案的主要技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)如邊界品位、采出礦石量、入選品位、選礦比等保存在數(shù)據(jù)庫中。

系統(tǒng)采用模糊綜合評判的方法，以精礦量和利潤作為決策目標(biāo)，計算各個方案的綜合隸屬度，將綜合隸屬度最大的方案作為最優(yōu)的方案。

1.5結(jié)果輸出

可以將原計劃方案和最優(yōu)方案(或者是從多方案中選中的任一方案)輸出至Excel中，以便于對比分析。

2軟件實現(xiàn)的技術(shù)手段

本軟件基于品位指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化的理論和方法，使用數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)來實現(xiàn)。開發(fā)的軟件使用VB6，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Access。

2.1數(shù)據(jù)庫的建立

系統(tǒng)默認有2個數(shù)據(jù)庫，分別是project.mdb和model.mdb，前者僅僅存放優(yōu)化編碼的相關(guān)信息，后者存放系統(tǒng)默認的數(shù)據(jù)和模型。新建立一個優(yōu)化編碼時，系統(tǒng)將優(yōu)化編碼的信息保存在project數(shù)據(jù)庫中，同時建立一個以優(yōu)化編碼命名的Access數(shù)據(jù)庫，其存放的數(shù)據(jù)與model.mdb中完全相同。圖2是測試兩個優(yōu)化方案的界面，“2015優(yōu)化方案A”是鐵精礦售價是550元/t的優(yōu)化編號，“2015優(yōu)化方案B”是鐵精礦售價600元/t的優(yōu)化編號，保存這2個優(yōu)化方案后，系統(tǒng)會生成“2015優(yōu)化方案A.mdb”和“2015優(yōu)化方案B”2個數(shù)據(jù)庫。

圖2　優(yōu)化編碼的編輯

在每個數(shù)據(jù)庫中需要保存的數(shù)據(jù)有：存放鉆孔數(shù)據(jù)、小體重數(shù)據(jù)、損失率和貧化率數(shù)據(jù)、采礦生產(chǎn)計劃、預(yù)選計劃、預(yù)選數(shù)據(jù)、選礦數(shù)據(jù)、采礦和選礦財務(wù)數(shù)據(jù)，另外需要將各種數(shù)學(xué)模型以公式的形式保存在數(shù)據(jù)庫中，以便程序調(diào)用。表1是存放預(yù)選數(shù)學(xué)模型的表結(jié)構(gòu)，程序可動態(tài)地調(diào)整存放在表1中的預(yù)選數(shù)學(xué)模型。

表1　預(yù)選模型的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

2.2模型的建立

本系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的方法是回歸分析法，可以建立的數(shù)學(xué)模型主要有：

(1) 以邊界品位和工業(yè)品位為自變量，求礦體儲量和地質(zhì)平均品位的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)圈定礦體的邊界品位和工業(yè)品位發(fā)生變化時，礦體的儲量和地質(zhì)平均品位會發(fā)生相應(yīng)的變化，通過此模型可以得到不同邊界品位和工業(yè)品位下的礦體的儲量和地質(zhì)平均品位，計算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)表中。

(2) 以貧化率為自變量求損失率的模型。建立反映某些采礦方法的損失率與貧化率動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。圖3是某采區(qū)損失率和貧化率回歸程序的界面，回歸后的結(jié)果保存在數(shù)據(jù)表中。

圖3　損失率和貧化率的回歸界面

根據(jù)礦山某年的采礦生產(chǎn)計劃，利用公式(1)～公式(2)可以計算出該年不同邊界品位和工業(yè)品位下采出礦石量和采出品位。

(1)

采出品位=地質(zhì)品位×(1-貧化率)+

圍巖品位×貧化率

(2)

(3) 預(yù)選模型。建立以預(yù)選前品位為自變量求預(yù)選后品位和預(yù)選選比的數(shù)學(xué)模型，如圖4和圖5所示。根據(jù)這2個模型和(1)(2)中建立的模型，可以計算出不同邊界品位、工業(yè)品位和貧化率下預(yù)選后的礦石量和預(yù)選后的品位。將預(yù)選后的礦石與其它直接入選廠的礦石混合后，計算出入選礦石量和入選品位。

(4) 選礦模型。系統(tǒng)提供了3種選礦模型供用戶根據(jù)實際情況選擇：以入選品位為自變量求選礦比的數(shù)學(xué)模型A；以入選品位和精礦品位為自變量求選礦比的數(shù)學(xué)模型B；以入選品位為自變量求精礦品位的數(shù)學(xué)模型C。如果需要優(yōu)化精礦品位且精礦品位與入選品位存在正相關(guān)關(guān)系，可使用模型C，否則可以嘗試模型B；如果模型B和C都不能通過數(shù)學(xué)檢驗，精礦品位只能取常數(shù)。

借助模型A或者B，可以計算出不同入選品位下的精礦量；通過模型C可以計算出不同入選品位下的精礦品位。

應(yīng)用上述的各種技術(shù)模型和采礦、選礦的財務(wù)數(shù)據(jù)，通過編程，能夠測算由不同邊界品位、工業(yè)品位和貧化率組成的多方案下的精礦量、采選成本、利潤等其它技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

圖4　預(yù)選前品位—預(yù)選后品位的模型

圖5　預(yù)選前品位—預(yù)選選礦比的模型

3實例分析

某鐵礦采用無底柱分段崩落法，礦巖提升到地表后，全部經(jīng)磁化輪甩巖后，入磨原礦進入選廠。需要對6個采區(qū)中的3個采區(qū)進行優(yōu)化。3個采區(qū)目前的邊界品位是20%，工業(yè)品位是25%。礦山年采出礦石量275 萬t，精礦品位保持在66%左右。使用本軟件，對精礦售價分別是550元/t和600元/t進行多方案測算，測算結(jié)果見表2。

從表2可以看出，開展礦山技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化，在目前礦產(chǎn)品價格低迷的情況下，可以降低虧損。礦產(chǎn)品價格550 元/t較低的情況下，要提高圈定礦體的品位指標(biāo)；礦產(chǎn)品價格600 元/t較高的情況下，可以適當(dāng)?shù)亟档腿ΧǖV體的品位指標(biāo)。優(yōu)化后精礦量要比計劃的少，但可獲得更好的經(jīng)濟效益。

表2　不同售價下優(yōu)化結(jié)果的對比

4結(jié)論

礦山生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)不應(yīng)該是一成不變的，而要隨礦山生產(chǎn)技術(shù)、礦產(chǎn)品市場價格等的變化而調(diào)整。由于礦山生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)間存在關(guān)聯(lián)，調(diào)整某一指標(biāo)時，要引起其它相關(guān)指標(biāo)的一系列變化，故有必要開發(fā)一套操作簡單的礦山技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化軟件。軟件基于品位指標(biāo)整體動態(tài)優(yōu)化的理論和方法，利用數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)，實現(xiàn)了快速地建立儲量模型、損失率與貧化率模型、預(yù)選模型和選礦模型的基礎(chǔ)上，可以快速地測算不同方案的選礦成本、選礦比、精礦量和利潤。以精礦量和利潤為目標(biāo)，從多方案中應(yīng)用模糊綜合評價選出綜合隸屬度最大的方案作為綜合效益最優(yōu)的方案，得到合理的礦山生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻：

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[3]袁懷雨,劉保順,李克慶,等.礦產(chǎn)經(jīng)濟學(xué)—原理、方法、技術(shù)與實踐[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012:101-115.(收稿日期：2015-08-15)

作者簡介：劉保順(1967-)，男，山西懷仁縣人，博士，副教授，主要從事礦業(yè)經(jīng)濟、數(shù)字礦山的研究，Email:lbs888@163.com。