平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制方法_肖兵.pdf

：收稿日期：作者简介：肖 兵（），男，辽宁沈阳人，从事露天煤矿生产技术管理工作，：。引用格式：肖 兵，陈 鑫，毕 林，等 平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制方法 煤炭工程，（）：平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制方法肖 兵，陈 鑫，毕 林，徐 谦，谢凌琛（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特；长沙迪迈数码科技股份有限公司，湖南 长沙）摘 要：平行推进采剥模式下露天矿开采计划编制灵活性不高、操作复杂，针对该模式下开采计划编制结果欠佳、开采品质波动、编制周期较长等问题，提出了露天矿开采计划自动编制方法，构建了该模式下的自动计划编制数学模型。结果表明，生成的计划编制自动化程度高、主观因素干扰少，能获得当前条件下的最优计划编制结果，该露天矿开采计划自动编制方法适用于平行推进采剥模式，各成分目标偏差值小，计算结果快速稳定。关键词：数字矿山；平行推进采剥模式；计划自动编制；数学模型；混合整数规划 中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；露天矿山开采作业是一项按穿孔、爆破、采装、运输、排岩等一系列工艺顺序组合而成的系统工程。在此系统作业过程中，计划编制起到了统筹项目目标、分解项目任务、及时反馈跟新等重要作用。当前，平行推进采剥模式下露天矿开采计划编制工作仍大多选用人工试凑法。由于传统人工试凑法存在大量重复工作，作业效率低下，且需具备较长的工作经验才能胜任，因而导致编制结果参差不齐，波动性大，且耗费了较多的人力物力，不利于企业高质量发展。随着我国数字化矿山高速发展，矿山计划编制工作也逐步趋于自动化、智能化。目前，国内学者在开采计划编制数学模型方面开展了相关研究。如谭正华等基于关键链提出一种计划编制关键路径自动搜索方法，优化了采掘计划编制；刘晓明等建立了以出矿品位稳定性最高为目标的混合整数规划模型，提高了计划编制的合理性及经济性；李振等通过构建模型系统，打破矿山地质数据、第卷第期 煤 炭 工 程 ，开采设计、生产计划工作的信息孤岛，实现煤矿生产模块化管理；马龙等通过改进的量子粒子群优化算法，提高了算法的搜索能力；侯杰运用整数规划建立了一基于块体经济价值模型的开采集成优化模型，为开采方案规划提供新途径；马龙基于时空数据库、智能优化算法等理论，优化了生产技术协同，对矿山 生产计划模型进行整体应用；贾明涛等基于聚合分期算法来减少模型变量及约束，解决变量数超过求解器能力无法求解问题。但当前研究均无法运用于平行推进采剥模式下快速高效的自动计划编制场景，故本文针对平行推进采剥模式下的露天矿开采计划自动编制方法展开研究。总体架构及思路针对平行推进采剥模式下利用人工试凑法编制露天矿开采计划的局限性，本文提出一种开采计划自动编制方法，其总体流程如图 所示。图 平行推进采剥模式开采计划自动编制方法总体流程露天矿开采计划编制通常需先进行开采计划目标设置。当前平行推进采剥模式下的开采计划目标包括：矿石品位目标、品位目标波动范围、矿石采出量目标、矿石采出量波动范围、开采剥采比目标、开采剥采比目标波动范围、台阶采剥量设计目标、台阶采剥量设计波动范围、最大开采台阶数等。另外，平行推进模式下的采掘方位设置为垂直于露天台阶坡顶 底线的方位。根据设置的各台阶采剥量设计目标、各台阶采剥量设计波动范围和采掘带宽度，搜索当前台阶满足条件的多种开采方案。最终，开采方案通过自动生成的图示反映。本文基于混合整数规划法，建立了平行推进采剥模式下的开采计划自动编制数学模型。模型主要由数据集、数据集合索引、模型参量、决策变量、模型目标函数及约束条件等构成，。借助线性规划解算器，求解建立的平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制数学模。依据求解结果获得最优的计划编制结果。自动计划编制数学模型构建本文基于混合整数规划法构建出平行推进采剥模式下开采计划自动编制数学模型。自动计划编制数学模型包括数据集合、集合的索引、参数、决策变量、目标函数和约束条件等。数学模型数据集合包括：台阶集合；成分集合；，台阶 上第 种 开 采 方 案 集 合；，台阶 上第 种开采方案的采矿量集合；，台阶 上第 种开采方案的剥离量集合；，台阶 上第 种开采方案成分 品质集合；（，）台阶 上第 种开采方案所包含的第 行 列价值块坐标集合。集合的索引包括：台阶的索引；成分的索引；开采方案的索引；价值块行索引；价值块列索引。数学模型参 数 包 括：成 分 品 质 目 标；成分 品质波动范围；成分 权重系数；采矿量目标；采矿量波动范围；剥采比目标；剥采比波动范围；台阶 采剥量目标；台阶 采剥量波动范围；允许同时开采的最大台阶数目。决策变量包括：，台阶 第 种开采方案为计划结果；成分 目标负偏差；成分 目标正偏差。目标函数：（）。约束包括：变量逻辑性约束，计划结果唯一约束，成分品质均衡约束，采矿量约束，剥采比约束，各台阶采剥量约束，上下台阶间开采超前关系约束，允许同时开采最大台阶数目约束。变量逻辑性约束：，（）计划结果唯一约束：，（）成分品质均衡约束：（，）（）生产技术 煤 炭 工 程 年第 期（，）（）（，）（）（，）（）采矿量约束：（，）（）（，）（）剥采比约束：（，）（，）（）（，）（，）（）各台阶采剥量约束：（，（，）（）（，（，）（）上下台阶间开采超前关系约束：，（）允许同时开采最大台阶数目约束：，（）数学模型决策条件是确保各成分品质目标、品质波动范围、采矿量目标、采矿量波动范围、剥采比目标、剥采比波动范围、各台阶采剥量目标等目标偏差最小化。其中，约束条件（）为混合整数规划的基本逻辑约束，即决策变量 只取 或，正负偏差变量均大于等于，且至少有一个必为；约束条件（）为计划结果唯一约束，即各台阶开采方案中最多仅一开采方案为当前台阶最终计划结果。约束条件（）（）为成分品质均衡约束，目的是为了保证各台阶采用各方案的采矿总和各成分量与各成分目标偏差值在成分品质目标波动范围内；约束条件（）（）为采矿量约束，目的是为了保证全部台阶采用各方案的采矿总量在采矿量目标波动范围内；约束条件（）（）为剥采比约束，目的是为了保证全部台阶采用各方案的剥离总量与采矿总量之比在剥采比目标波动范围内；约束条件（）（）为各台阶采剥量约束，目的是为了保证各台阶采用目标方案的采剥总量在矿山总采剥量计划目标范围内；约束条件（）为上下台阶开采超前关系约束，当台阶 的第 种开采方法制约其下一台阶的第 种开采方案时，目的是为了保证当前台阶第 种开采方法水平推进量必定大于等于下一台阶第 种开采方案水平推进量；约束条件（）为允许同时开采的最大台阶数约束，目的是为保证台阶开采数之和在矿山允许同时最大开采台阶数范围内。案例分析 工程背景内蒙 古 神 华 北 电 胜 利 露 天 煤 矿 核 定 产 能 万 ，目前 万 新增产能核定工作已接近尾声。考虑到先进产能超产因素，露天矿实际产能将达 万 。该露天矿开采年轻褐煤，主采煤层为、煤，下煤局部可采，煤低位发热量 ，煤低位发热量 ，下煤 。目前，北电胜利煤矿的生产计划类型有三五年规划、年度生产计划和月度计划等。由于采剥计划通常均为多区域推进，导致年、月生产施工计划反复调 整 计 算，计 划 编 制 效 率 低、编 制 过 程 繁琐，。另外，由于计划成果表包含分区、分台阶、分级别、分所属煤层、分类型报量等多种类型，且文件形式多样，导致文件的整理及分析溯源工作困难。另外，人工编制工作时间较长，无法保证计划结果得以实时输出与动态调整。工程应用 年，神华北电胜利露天煤矿开展了动态储量管理与高效利用数字化研究项目。针对露天煤矿配煤存在的计算过程复杂、操作繁琐和实时性不高从而导致煤质不稳定、波动性大等问题，提出一种基于电铲高精坐标的露天煤矿自动配煤方法。基于数字采矿软件平台 软件开发，实现了该功能。利用 三维引擎进行矿山数字化三维显示，得到的矿山开采现状三维模型如图 所示，。图 矿山开采现状三维模型该矿山实际开采 种有效成分，各成分品质目标及品质波动范围见表。年第 期 煤 炭 工 程 生产技术 表 矿山各成分品质目标及品质波动范围成分目标波动范围成分 成分 成分 成分 神华北电胜利露天煤矿开采自动计划编制数学模型参数包括：采矿量目标为 万、采矿量波动范围为 万、剥采比目标为 、剥采比波动范围为、各台阶采剥量目标为 万、各台阶采剥量波动范围为 万、采掘带宽度为、安全平台宽度为、允许同时开采台阶数为 个。根据矿山开采现状，指定平行推进方位为。根据各台阶采剥量目标、各台阶采剥量波动范围和采掘带宽度，搜索台阶上满足条件的开采方案，。以 台阶为例，该台阶可行的开采方案如图 所示。图 台阶可行开采方案根据流程图 构建平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制数学模型。其中，上下台阶开采超前关系约束如图 所示。通过线性规划解算器解算自动编制数学模型，得到计划结果如图 所示。从图 中可看出，深色部分为数学模型计算出的计划编制方案结果。该结果确保了露天矿计划编制各成分目标偏差值最小，图 上下台阶间开采超前关系约束示意且计算结果快速稳定。结果显示，以 为开发工具，基于混合整数规划方法能实现露天煤矿的自动计划编制。且该方法相比人工试凑法，计算过程自动化、人为干扰较小，能够获取最优计划编制方案，从而保障企业经济效益的最大化。图 平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制计划结果 结 语结合混合整数规划，构建出一种平行推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制法，该方法能实现在时间、空间、工艺约束下，露天矿开采计划有序开展。另外，该计划编制结果能同时满足品质波动、采矿量和剥采比要求，保障露天矿的持续均衡生产和经济高效运营。参考文献：王德胜，龚 敏 露天矿山台阶中深孔爆破开采技术 北京：冶金工业出版社，生产技术 煤 炭 工 程 年第 期 黄俊歆，郭小先，王李管，等 一种新的用于编制露天矿生产计划开采模型 中南大学学报（自然科学版），（）：顾清华，李学现，卢才武，等 一种基于改进灰狼算法的多金 属 露 天 矿 生 产 作 业 计 划 编 制 方 法：胡乃联，李 勇，李国清，等 用粒子群算法优化编制露天矿生产作业计划 北京科技大学学报，（）：罗来林，陈 鑫，梁 超 迪迈排产平台在露天矿山采剥计划编制中的应用 采矿技术，（）：王李管，陈 鑫 数字矿山技术进展 中国有色金属学报，（）：王忠鑫，赵 明，赵丹丹，等 露天煤矿绿色矿山建设支撑保障体系 露天采矿技术，（）：杭成宝 露天煤矿智能化转型平行安全研究 工矿自动化，（）：臧立岩，邢存恩 煤矿采掘计划计算机自动编制系统的研究 山西煤炭，（）：李仲学，廖荣淮 地下煤矿采掘计划计算机辅助管理系统 北京科技大学学报，（）：韩可琦，胡吉锋，刘华东，等 煤矿采掘计划计算机仿真系统实现 黄金科学技术，（）：熊 涛 线性规划在某金属露天矿山中的应用 有色冶金设计与研究，（）：李文秀，高重阳，尹 夏，等 大型矿山生产系统的模糊线性规划 化工矿物与加工，（）：易丽平，王李管，房智恒 线性规划在露天配矿中的应用 现代矿业，（）：陈孝华，魏一鸣，叶家冕，等 地下矿山采掘计划神经网络专家系统研究 云南冶金，（）：，刘晓明，徐志强，陈 鑫，等 基于混合整数规划法的地下矿采掘计划编制 东北大学学报（自然科学版），（）：高庆芳，赵霞 矿山开采计划计算机自动编制系统 世界有色金属，（）：李海其 计算机采掘计划自动编制系统的研究 矿业研究与开发，（）：王李管，何昌盛，贾明涛 三维地质体实体建模技术及其在工程中的应用 金属矿山，（）：李宁，孙金良 露天煤矿生产计划编制和影响因素分析 露天采矿技术，（）：周晓将，毕惠珍 某大型露天矿山采剥计划编制方法 采矿技术，（）：刘月亭，李文明，郭雁斌 露天煤矿编制滚动计划的研究与应用 神华科技，（）：（责任编辑 杨蛟洋）年第 期 煤 炭 工 程 生产技术