《金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化設(shè)計規(guī)范》征求意見稿

T/CIXXX—2024金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化設(shè)計指南1適用范圍本文件規(guī)定了最終境界優(yōu)化、境界優(yōu)化與邊界品位、全境界開采的生產(chǎn)計劃優(yōu)化、最終境界與生產(chǎn)計劃的整體優(yōu)化、開采設(shè)計要素與設(shè)備配置的整體優(yōu)化的技術(shù)要求。本文件適用于國內(nèi)金屬露天礦開采設(shè)計和評價。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于標(biāo)準(zhǔn)；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T51360GB51016MT/T8813.術(shù)語和定義金屬露天礦工程施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范露天礦礦用自卸汽車適應(yīng)性試驗方法下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1整體優(yōu)化overalloptimization最終境界、生產(chǎn)能力、開采順序、開采壽命及主體設(shè)備配置是構(gòu)成露天開采方案的五大要素，把五大要素作為一個整體進(jìn)行優(yōu)化即為整體優(yōu)化。3.2露天礦最終境界ultimatepitofopen-pitmine露天礦開采結(jié)束后形成的三維空間形態(tài)。3.3礦床數(shù)值模型numericalmodeloforedeposit將礦床的空間范圍劃分為很多單元塊并存儲礦山各種地質(zhì)信息的數(shù)據(jù)庫，是礦山優(yōu)化設(shè)計3.4邊界品位cut-offgrade邊界品位是區(qū)分礦石與廢石的臨界品位，礦床中大于等于邊界品位的塊段為礦石，低于邊2T/CIXXX—2024界品位的塊段為廢石。3.5露天礦生產(chǎn)計劃productionplanforopen-pitmine露天礦生產(chǎn)計劃指貫穿整個開采壽命的長期計劃，包括生產(chǎn)能力、開采順序和開采壽命。3.6露天礦生產(chǎn)計劃優(yōu)化optimizationofopen-pitmineproductionplan確定礦床數(shù)值模型中每個模塊的開采時間，或者說確定每年應(yīng)開采哪些模塊，以使總凈現(xiàn)值達(dá)到最大，同時滿足露天開采的時空關(guān)系和技術(shù)及經(jīng)濟上的一些約束條件。3.7地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)法geostatisticalmethod借助變異函數(shù)研究區(qū)域化隨機變量的統(tǒng)計學(xué)方法。3.8地質(zhì)不確定性geologicaluncertainty由于探礦取樣的密度很低，礦床中除取樣部位之外的區(qū)域的品位都是未知的。3.9地質(zhì)最優(yōu)開采體geologicaloptimalpushback在最終境界內(nèi)，如果一個采剝量為P、滿足工作幫坡角β的開采區(qū)段，所含的有用礦物量是所有采剝量相同且都滿足工作幫坡角的區(qū)段中的最大者，該區(qū)段稱為對應(yīng)于P和β的“地質(zhì)最優(yōu)開采體”。3.10地質(zhì)最優(yōu)境界geologicaloptimalpit如果一個采剝總量為V、最終幫坡角為{β}的境界所含有用礦物（或平均品位）是所有采剝總量為V幫坡角為{β}的境界中最大者，該境界稱為對應(yīng)于V和{β}的地質(zhì)最優(yōu)境界。3.11浮錐排除法movingconeexclusionmethod構(gòu)造一個錐面傾角等于露天礦最終幫坡角的錐體，通過在礦床數(shù)值模型中移動該錐體并計算落入錐體內(nèi)的礦巖量和利潤值，做出是否排除掉錐體內(nèi)礦巖的決策。3.12露天礦生產(chǎn)能力productioncapacityofopen-pitmine每年采出的礦石量和剝離的廢石量。3T/CIXXX—20243.13露天礦開采順序openpitminingsequence每年露天礦采場推進(jìn)的位置或者說采剝的區(qū)段。3.14露天礦開采壽命openpitmininglife露天礦從開始生產(chǎn)一直到開采結(jié)束，總共需要的時間。4.總則4.1金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化需要包括最終境界、生產(chǎn)能力、開采順序、開采壽命、主體設(shè)備配置五大要素的整體優(yōu)化。4.2在金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化過程當(dāng)中，不預(yù)先確定或優(yōu)化任何一個要素，同時得出五大要素的最優(yōu)解，也就是全局最優(yōu)解，最大限度地實現(xiàn)總體效益最大化。4.3金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化在需要優(yōu)化的眾多要素中，確定各種方案和眾多參數(shù)，組成露天開采的大方案，做出科學(xué)的決策。4.4金屬露天礦開采方案整體優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)4.5根據(jù)企業(yè)運行的深度和廣度及要求，進(jìn)行單要素優(yōu)化，也可多要素優(yōu)化及整體優(yōu)化，根據(jù)自身實際情況確定設(shè)計方案。5.露天開采概述5.1一般規(guī)定在露天礦生產(chǎn)中，作業(yè)地點不斷改變，呈現(xiàn)出時空動態(tài)性。因此，露天開采方案的優(yōu)化設(shè)計必須符合其時空發(fā)展規(guī)律并滿足某些約束條件。5.2露天開采設(shè)計參數(shù)及要求5.2.1在垂直方向上，將露天礦按臺階進(jìn)行劃分，臺階高度取決于礦山生產(chǎn)規(guī)模（即年生產(chǎn)能力）、與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)的采掘設(shè)備規(guī)格及其作業(yè)參數(shù)，以及與所采礦種有關(guān)的對選別性的要求。金屬礦的臺階高度一般為10~15m。5.2.2最終境界是由擬開采的各個臺階推進(jìn)到最終位置后構(gòu)成的三維幾何體，也是開采結(jié)束后的最終采場形態(tài)。最終境界在開采開始前就已設(shè)計好。5.2.3最終幫坡（或最終幫、非工作幫），一般由安全平臺、清掃平臺、并段、臺階坡面、運輸坡道（也稱運輸坑線或斜坡道）組成。4T/CIXXX—20245.2.4設(shè)計準(zhǔn)則是境界剝采比等于經(jīng)濟合理剝采比，其經(jīng)濟實質(zhì)是境界的總盈利最大。5.2.5工作幫坡角也是露天礦生產(chǎn)中的一個重要參數(shù)，它影響到生產(chǎn)過程中生產(chǎn)剝采比隨時間的變化，進(jìn)而影響總體經(jīng)濟效益。對于大多數(shù)金屬露天礦，在滿足安全生產(chǎn)條件下，應(yīng)盡量提高工作幫坡角，以獲得最大的投資收益率。6.最終境界優(yōu)化6.1一般規(guī)定6.1.1需要針對境界優(yōu)化相關(guān)參數(shù)做細(xì)致的數(shù)據(jù)挖掘、分析、整理甚至預(yù)測等準(zhǔn)備工作，使它們的取值盡可能準(zhǔn)確地反映所優(yōu)化礦山及其技術(shù)經(jīng)濟條件的實際情況。6.1.2一些境界優(yōu)化參數(shù)具有較高的不確定性，對境界的影響大；而境界設(shè)計又是一項關(guān)乎全局的重要工作。這就需要針對這些參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)深入的境界分析，為最終方案的確定提供依據(jù)。6.2地表標(biāo)高模型建立6.2.1把礦床在水平面的范圍劃分為二維模塊形成的離散模型，模塊的特征值是模塊中心處的地表標(biāo)高。6.2.2依據(jù)已知標(biāo)高數(shù)據(jù)估算每一模塊中心處的標(biāo)高。6.2.3基于采場現(xiàn)狀線和未采地表的地形等高線，應(yīng)用標(biāo)高模型的建立算法，建立礦區(qū)的地表標(biāo)高模型。6.3礦體及塊狀品位模型6.3.1給礦床模型中每一個模塊賦予一個或數(shù)個特征值（也稱為屬性）。6.3.2把礦床建模范圍的三維空間用間距規(guī)則的一組水平面（X-Y平面）、兩組正交垂直平面（X-Z和Y-Z平面）切割成大小相等的三維模塊，根據(jù)已知鉆孔數(shù)據(jù)信息采用距離反比法、克里金法等對每一個模塊進(jìn)行品位估值。6.3.3盡可能準(zhǔn)確地把握和預(yù)測相關(guān)參數(shù)，并針對不確定性較高的參數(shù)的變化進(jìn)行深入細(xì)致的境界分析。7.境界優(yōu)化與邊界品位7.1一般規(guī)定7.1.1邊界品位的作用是在兩種選擇間做出最合理的決策：即采還是不采，或采出后作為礦石處理還是作為廢石處理；決策的基本準(zhǔn)則是經(jīng)濟準(zhǔn)則，即在兩種選擇中選取經(jīng)濟效益最好5T/CIXXX—20247.1.2邊界品位對最終境界的影響的大小取決于品位的統(tǒng)計分布特征（即分布密度函數(shù)）和空間分布特征。7.2露天礦邊界品位的確定7.2.1境界優(yōu)化中采用的邊界品位的計算，以總利潤最大為目標(biāo)，進(jìn)行計算。7.2.2對于可以不采的塊段，邊界品位是滿足平衡條件“作為礦石開采的利潤=不采的利潤”的品位。7.2.3對于必須開采的塊段，邊界品位是滿足平衡條件“采出后作為礦石處理的利潤=作為廢石排棄的利潤”的品位。7.2.4露天礦在生產(chǎn)中的盈虧平衡品位按必須開采的塊段情況計算。7.2.5錐體內(nèi)的模塊無論其品位高低，都是要按照必須開采考慮。7.2.6境界設(shè)計中的盈虧平衡品位按必須開采的塊段情況計算。8.生產(chǎn)計劃優(yōu)化8.1一般規(guī)定8.1.1生產(chǎn)計劃包括三個要素：生產(chǎn)能力、開采順序和開采壽命。8.1.2生產(chǎn)計劃優(yōu)化就是確定每年開采多少礦石、剝離多少巖石最好（最佳生產(chǎn)能力采、剝什么區(qū)段最好（最佳開采順序），用多長時間將境界采完最好（最佳開采壽命）。優(yōu)化中“最好”的標(biāo)準(zhǔn)是總凈現(xiàn)值最大。8.2產(chǎn)生地質(zhì)最優(yōu)開采體序列8.2.1構(gòu)建錐體排除法，應(yīng)用這一算法，用戶可以按需要控制地質(zhì)最優(yōu)開采體序列中相鄰開采體之間的增量，消除缺口問題。8.2.2確定相鄰開采體之間的增量。增量要足夠小，一般而言，這一增量設(shè)置為合理年生產(chǎn)能力估值的1/10左右就可既有足夠的分辨率又使不同生產(chǎn)能力之間的差別有實際意義。8.3可行計劃路徑8.3.1地質(zhì)最優(yōu)開采體序列中，每一個以最終境界結(jié)尾的子序列構(gòu)成一個可能的開采計劃（也稱為一個計劃路徑）。不需要評價所有計劃路徑，因為許多路徑明顯不合理，不可能是最佳路徑。8.3.2對于一個給定境界，根據(jù)可采儲量和經(jīng)驗，可以確定一個比較合理的年生產(chǎn)能力范圍。如果一條路徑上所有年份的生產(chǎn)能力落入這一范圍，這一路徑被視為可行計劃路徑，在優(yōu)化中予以評價；否則視為不可行路徑而不予考慮。6T/CIXXX—20248.3.3最后一年不需要滿足年礦石生產(chǎn)能力的下限，因為境界已定，在其他年份滿足年生產(chǎn)能力范圍的情況下，最后一年是剩余多少就開采多少。8.4生產(chǎn)計劃優(yōu)化算法8.4.1建立計劃路徑經(jīng)濟評價數(shù)學(xué)模型。8.4.2建立地質(zhì)最優(yōu)開采動態(tài)排序（即計劃路徑的建構(gòu)與評價）算法。8.4.3編程算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該統(tǒng)籌設(shè)計，以盡量提高程序運行效率。8.4.5針對相關(guān)參數(shù)的不確定性，盡可能全面地分析計劃方案隨參數(shù)的變化，為最終決策提供有價值的依據(jù)。9.最終境界與生產(chǎn)計劃的整體優(yōu)化9.1一般規(guī)定9.1.1把境界和生產(chǎn)計劃作為一個整體進(jìn)行優(yōu)化，才能得到整體最佳方案。9.1.2最終境界、開采壽命、生產(chǎn)能力和開采順序?qū)σ粋€露天開采項目的投資收益至關(guān)重要，是規(guī)劃設(shè)計中需要確定的最重要的方案要素。9.1.3優(yōu)化不僅需要分析當(dāng)不確定性較高的參數(shù)取不同數(shù)值時優(yōu)化結(jié)果出現(xiàn)的變化，而且需要能夠理解和解釋優(yōu)化結(jié)果及其隨某些參數(shù)的變化，能夠評價優(yōu)化結(jié)果的合理性并發(fā)現(xiàn)不合理之處及其產(chǎn)生的原因。9.2地質(zhì)最優(yōu)境界9.2.1把一系列滿足最終幫坡角要求、對應(yīng)于不同礦量和巖量的地質(zhì)最優(yōu)境界作為候選境界，而不必考慮其他境界。9.2.2依據(jù)礦床探明儲量預(yù)先設(shè)定系列中的最小和最大地質(zhì)最優(yōu)境界。9.2.3地質(zhì)最優(yōu)境界之間的增量也不必太小。9.2.4地質(zhì)最優(yōu)境界之間的礦石量增量取估計的合理年礦石生產(chǎn)能力甚至稍高，就可滿足現(xiàn)實需要。9.3產(chǎn)生地質(zhì)最優(yōu)境界序列9.3.1構(gòu)建錐頂朝上、各方位的錐殼與水平面之間的夾角等于相反方位的最終幫9.3.2基于一個比當(dāng)前精礦價格或預(yù)測的最高精礦價格高許多的精礦價格（其他7T/CIXXX—20249.3.3從最大境界開始，通過構(gòu)造錐體序列，逐步排除一系列平均品位最低的錐體，得到一個逐步縮小的地質(zhì)最優(yōu)境界序列。9.3.4不需要把每一個錐體都保存在錐體序列中，只保存足夠的平均品位最低的那些錐體就可以了。9.4境界與生產(chǎn)計劃整體優(yōu)化9.4.1以地質(zhì)最優(yōu)境界序列中的境界為候選境界，應(yīng)用生產(chǎn)計劃優(yōu)化模型和算法，在這些候選境界內(nèi)優(yōu)化生產(chǎn)計劃，就可得到境界和生產(chǎn)計劃的整體最佳方案。9.4.2如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果中的最佳境界是序列{V*}N中的最大境界VN*，表明最優(yōu)境界可能是一個比VN*更大的境界，需要逐臺階對比境界VN*和礦床塊狀模型，如果在境界VN*之外還有較大的儲量，就應(yīng)該在上一節(jié)地質(zhì)最優(yōu)境界序列產(chǎn)生算法中進(jìn)一步提高精礦價格，得到一個更大的最大境界，并把原最大境界VN*作為最小境界，再產(chǎn)生一個地質(zhì)最優(yōu)境界序列，并對這一序列優(yōu)化生產(chǎn)計劃。9.4.3綜合兩次優(yōu)化結(jié)果，確定整體最佳方案。9.4.4如果在原最大境界VN*之外礦量很少或沒有礦量，表明整體最佳方案就是把礦床模型的全部（或幾乎全部）礦量采出，沒有必要考慮更大的境界了。9.4.5如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果中的最佳境界是序列{V*}N中的最小境界V1*，表明最優(yōu)境界可能是一個比V1*更小的境界。這種情況下，就以原最小境界V1*作為新序列的最大境界，設(shè)定一個更小的最小境界礦石量Q1*，再產(chǎn)生一個地質(zhì)最優(yōu)境界序列，并對這一序列優(yōu)化生產(chǎn)計劃。綜合兩次優(yōu)化結(jié)果，確定整體最佳方案。9.4.6出現(xiàn)上述情形之一，也有可能是輸入數(shù)據(jù)有誤或是取值太不合理所致。所以應(yīng)該首先仔細(xì)檢查輸入數(shù)據(jù)，而后采取相應(yīng)的措施。10.開采設(shè)計要素與設(shè)備配置的整體優(yōu)化10.1一般規(guī)定將金屬礦露天開采的主體設(shè)備配置和設(shè)計規(guī)劃要素（生產(chǎn)能力、開采順序、開采壽命）作為一個整體進(jìn)行優(yōu)化。10.2單臺開采設(shè)備的經(jīng)濟壽命與次序更新策略。10.2.1結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，確定開采設(shè)備的作業(yè)效率和運營成本與服役時間（役齡）的關(guān)系，據(jù)此計算一臺設(shè)備的經(jīng)濟壽命及其次序更新策略問題。10.2.2計算設(shè)備“靜態(tài)經(jīng)濟壽命”和“動態(tài)經(jīng)濟壽命”。8T/CIXXX—202410.2.3對單臺設(shè)備進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化，獲得更新策略。10.2.4設(shè)計求解算法，開發(fā)“經(jīng)濟壽命計算和單臺設(shè)備次序更新策略優(yōu)化”模塊。10.3剝離計劃與設(shè)備配置同時優(yōu)化。10.3.1依據(jù)問題的性質(zhì)與特點，建立剝離作業(yè)量計劃與設(shè)備配置同時優(yōu)化的一般數(shù)學(xué)模型。10.3.2用臨近域離散搜索法和設(shè)備配置規(guī)則，解決這一在巨量的可能組合中求解最佳組合的多時段剝離計劃與設(shè)備配置優(yōu)化難題。10.3.3應(yīng)用實際礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)，對算法進(jìn)行合理性檢驗和求解效率評價，形成最終算法和軟件模塊。10.4露天礦開采計劃要素與開采設(shè)備配置的整體優(yōu)化。10.4.1把不同開采計劃導(dǎo)致的采場狀態(tài)（大小、形態(tài)和位置）轉(zhuǎn)化為一系列滿足工作幫坡角要求的地質(zhì)最優(yōu)開采體。10.4.2在境界中產(chǎn)