矿产资源开采经济生态一体化优化设计理论课件.ppt

境界优化锥体排除法,境界优化,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,锥体排除法,锥体排除法的基本思路：,锥体排除法,境界优化,最大境界圈定几何定界,锥体排除法,境界优化,最大境界圈定几何定界,锥体排除法,境界优化,最大境界圈定几何定界,最大境界,锥体排除法,境界优化,锥体排除法,境界优化,露天开采程序,露天矿扩延,露天开采程序,掘沟,掘沟,露天开采程序,掘沟,露天开采程序,掘沟,露天开采程序,露天开采程序,沟外调头中线采装,沟外调头双侧交替采装,掘沟沟底宽度,露天开采程序,沟内折返调车,沟内环形调车,掘沟沟底宽度,封闭圈90,露天开采程序,山坡与深凹露天矿,单壁沟,露天开采程序,山坡露天矿剖面示意图,推土机开掘单壁沟示意图,电铲掘单壁沟,露天开采程序,15.2 台阶推进方式,台阶推进方式,露天开采程序,露天开采程序,台阶推进方式,垂直采掘,露天开采程序,台阶推进方式,单向行车不调头平行采掘,双向行车折返调车平行采掘(单点装车),露天开采程序,台阶推进方式,双向行车折返调车平行采掘(双点装车),采区宽度与采掘带宽度,露天开采程序,Ac=(11.8)G,露天开采程序,沿工作线方向爆破、横向采掘,采区宽度与采掘带宽度,露天开采程序,最小工作平盘宽度,按铲装条件确定最小工作平盘宽度,露天开采程序,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,露天开采程序,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,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 最小工作平盘宽度?,露天开采程序,工作线布置方式,纵向工作面布置工作线与矿体走向平行,露天开采程序,工作线布置方式,横向工作面布置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,工作线布置方式,扇形工作面布置,采场布线方式,露天开采程序,采场布线方式,在采场的扩展与延深过程中，运输坡道（也称出入沟或坑线）的布置方式称为采场的布线方式或开拓坑线布置方式。,露天开采程序,采场布线方式,露天开采程序,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。(3)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。,露天开采程序,采场布线方式,迂回式（折返式）布线,露天开采程序,固定坑线缺点,露天开采程序,采场布线方式,移动-迂回式布线示意图,采场布线方式,露天开采程序,生产剥采比,生产剥采比,露天开采程序,几何生产剥采比,累积生产剥采比,生产剥采比,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（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,露天开采程序,生产剥采比与工作帮坡角,露天开采程序,生产剥采比与工作帮坡角,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,生产剥采比与工作帮坡角,露天开采程序,组合台阶开采,生产剥采比均衡,露天开采程序,生产剥采比均衡,露天开采程序,分期开采,分期开采,露天开采程序,分期开采,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(总NPV)。,降低由最终境界的不确定性所带来的投资风险。,分期开采,露天开采程序,分期过渡的时间,分期开采,露天开采程序,分期开采组合台阶扩帮,分期开采,露天开采程序,分期开采,露天开采程序,扩帮开采,露天矿生产计划,生产计划内容,露天矿生产计划,生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多少矿、剥多少岩 开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方 生产寿命,生产计划实践,露天矿生产计划,确定生产能力；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，直到境界被采完。,生产能力,生产能力,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。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,露天矿生产计划,根据储量估算矿石生产能力,生产能力,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,2.延深速度与水平推进速度之间的关系,生产能力,露天矿生产计划,3.可能同时采矿的工作台阶数,W,4.一个台阶上可能布置的采矿挖掘机数量,生产能力,露天矿生产计划,电铲1,电铲2,生产能力,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,优化问题,16.2 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,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,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,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,露天矿生产计划,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,全境界开采的采剥计划与生产能力同时优化,露天矿生产计划,生产能力：矿石生产能力、采剥总能力，每年采多少矿、剥多少岩 开采顺序：每年采什么地方、剥离什么地方 生产寿命,露天矿生产计划,生产计划内容与目标,NPV最大,1.确定生产能力；2.生产剥采比均衡每年剥岩量；3.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。,露天矿生产计划,生产计划编制一般做法,工作帮、最终帮,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,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,不用进行经济评价，你可以想到：？,露天矿生产计划,基本思路,地质最优开采体：在最终境界内，如果一个采剥量为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，用P*表示。,露天矿生产计划,基本思路,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,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 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,优化定理,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,动态排序,露天矿生产计划,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,地质最优开采体序列的产生,露天矿生产计划,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,露天矿生产计划,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,锥体 1,锥体2,锥体 i,锥体 n,模块B,1,7,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,工作帮坡角锥体,境界V=P*N,露天矿生产计划,分期境界优化,优化内容与目标,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,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,分期境界优化,优化思路,分期境界优化,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，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,分期境界优化,以一系列不同大小的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,分期境界优化,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？,优化定理,分期境界优化,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,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*的一个子序列,动态排序,分期境界优化,地质最优境界,P2*,P1*,P4*,P3*,P2*,P3*,P4*,P4*,阶段（分期）,1,2,3,4,5,0,P9*,P5*,P5*,P5*,P9*,P9*,P9*,P9*,6,7,8,9,P6*,P6*,P9*,P7*,P8*,P9*,P9*,P9*,P8*,P6*,P3*,动态排序结果,分期境界优化,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*,P4*,P5*,P5*最优子序列（最佳分期方案）：,动态排序结果,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,分期境界优化,最小境界；境界之间的增量。,产生地质最优境界序列,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）,按平均品位从低到高排序的锥体数组序列,锥体 1,锥体2,锥体 i,锥体 n,1,7,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,锥体,最大境界,锥体上移,锥体柱间移动,产生地质最优境界序列,分期境界优化,锥体的排除与锥壳模板,锥体,模块B,1,7,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,1,7,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,顶点,三维锥体,-128.062,I，45o哦,II，50o,III，48o,IV，51o,i,0,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,1,7,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,锥体,开动脑筋（Brainstorming）,1.最终境界,开动脑筋（Brainstorming）,2.生产计划,露天开采方案,？,开动脑筋（Brainstorming）,？：最终境界的优化（设计）目标,总盈利最大,生产计划的优化目标,总NPV最大,开动脑筋（Brainstorming）,？：最终境界,相互独立？,生产计划,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不是相互独立的，二者的评价标准都应该是NPV或IRR。,能否实现？如何实现？,开动脑筋（Brainstorming）,最简单的思路：,最终境界与生产计划整体优化,设计多个境界，在每个境界内优化生产计划，计算每个境界及其计划的NPV；,取NPV最大者；,开动脑筋（Brainstorming）,最终境界与生产计划整体优化,1.产生一个地质最优境界序列；,4.取NPV最大者，得到整体最优方案；,2.在每个地质最优境界中产生地质最优开采体序列；,3.对每个地质最优境界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NPV；,课堂实习,P.1 认识露天采场与分层平面图,课堂实习,P.2 采掘（采掘）计划编制过程,课堂实习,P.3 境界优化,课堂实习,P.4 生产计划优化,课堂实习,P.5 整体优化,