戚克明,劉曉明,李冬潔
(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦,山東 煙臺市 261400;2.長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司,湖南 長沙 410083)
地下礦山中長期計劃的編制是一個復雜的過程,尤其是多步驟采礦工藝。目前,國內(nèi)外針對地下礦中長期采礦計劃編制研究,主要利用信息管理與信息系統(tǒng)、實分析、矩陣論、隨機過程、離散數(shù)學和計算機科學技術作為基礎理論,同時通過三維地質(zhì)模型進行采礦計劃決策,在滿足約束條件的前提下,實現(xiàn)效益最大化。如JAWED[1]通過線性規(guī)劃法來確定礦塊和礦柱回采時間,編制礦山中長期計劃,MAGDA[2]將投資成本、收益以及時間成本相結合,運用礦體幾何模型、項目進度及開拓成本來最大化凈現(xiàn)值,實現(xiàn)開拓計劃的優(yōu)化,賈明濤等[3?4]從地下金屬礦山生產(chǎn)能力和回采工序安全兩方面,確定礦山的中長期計劃,云慶夏等[5]通過遺傳算法制定宏觀的地下金屬礦采掘計劃,之后通過數(shù)學規(guī)劃對計劃進行調(diào)整,實現(xiàn)地下金屬礦的采掘進度優(yōu)化。
上述研究成果并不適用多步驟采礦工藝,未考慮一步驟采場與二步驟采場之間的約束關系,以及礦山出礦品位的相對均衡?;谝陨蠁栴},本文借助iSchedule生產(chǎn)計劃編制軟件進行探究。
iSchedule生產(chǎn)計劃編制軟件是建立在Postgres網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫、Dimine三維軟件技術之上的三維仿真系統(tǒng)。服務于地下礦山采掘計劃編制業(yè)務的一款礦業(yè)軟件。主要功能模塊有:基礎數(shù)據(jù)準備、基本任務的建立、短期采掘計劃、中長期采掘計劃、計劃調(diào)整、報表輸出、計劃動畫展示、計劃的下發(fā)和反饋等。
其中中長期采礦計劃編制功能采用CPLEX整數(shù)規(guī)劃技術,選取回采過程中各元素回采金屬量凈現(xiàn)值之和最大以及各元素回采品位和目標品位偏差值之和最小為2項主要目標構成目標函數(shù),同一個礦塊中一步驟和二步驟采場不能同時開采為決策變量[6?14],以礦山的計劃礦量、回采邏輯、同時開采分段等為約束條件。計劃編制流程如圖1所示。
使用iSchedule生產(chǎn)計劃軟件編制地下礦山的計劃,主要包括四個基本步驟,計劃編制流程圖如圖1所示。
(1)基礎數(shù)據(jù)準備。通過dimine軟件,對采場進行劃分,標記一步驟和二步驟采場,定義多步驟采礦的基本工序,確定采場的施工設備以及設備的基本能力;確定計劃編制的時間周期。
(2)確定目標與約束。對于特殊的采場,如需要優(yōu)先開采的采場,可以人為添加優(yōu)先級、施工隊伍等基本信息,以確定采場的生產(chǎn)能力,礦山的年計劃生產(chǎn)礦量以及計劃出礦品位等基礎信息。
圖1 iSchedule計劃編制流程
(3)計劃編制與調(diào)整。通過iSchedule生產(chǎn)計劃軟件提供的中長期計劃編制功能,編制規(guī)定時間周期內(nèi)的計劃,并對編制的結果進行人工調(diào)整,包括數(shù)量和順序的調(diào)整。
(4)成果輸出。根據(jù)已經(jīng)編制的計劃,用戶可以通過iSchedule生產(chǎn)計劃軟件查看開采動畫,直觀了解實際的開采過程,并根據(jù)實際效果進行調(diào)整。用戶可以由編制好的計劃導出各類報表,如各個時期的三級礦量報表、計劃銜接表、礦山出礦量表等。
贊比亞謙比希銅礦礦區(qū)呈北西-南東走向,長約150 km,寬約50 km。礦體按走向分為主西礦體和東南礦體兩個礦山,其中主西礦體已經(jīng)在正常生產(chǎn),年產(chǎn)礦石150萬t,東南礦體目前正在基建,設計年生產(chǎn)能力是330萬t。主要的技術經(jīng)濟指標銅最低工業(yè)品位為1.35%,礦床平均品位為2.00%,最小可采厚度為2.50m。采用下向分層進路充填法,分兩步驟回采,分層高度24m,其中主要生產(chǎn)工序包括上分層切頂、中深孔爆破、下分層出礦、充填[15?18]。
(1)創(chuàng)建礦體三維模型以及塊段模型。中色非礦東南礦體采用Dimine軟件建立三維礦體模型以及塊段模型,以單樣品位Cu 0.8%為邊界品位,同時考慮工藝的可能性圈定礦化體,采用距離反比法、不同估值半徑對銅、鉻進行估值,估值橢球體與坐標軸方向相同,采用礦石平均品位為2.8t/m3。礦體模型以及塊段模型如圖2所示。
圖2 中色非礦東南礦體礦體模型及塊段模型
(2)盤區(qū)以及采場的布置。綜合考慮礦體的賦存狀態(tài)、礦山的設備情況以及地壓管理等因素,中色非礦東南礦體采用分段高度24m,每200m劃分一個盤區(qū),盤區(qū)內(nèi)部劃分成若干個采場,采場寬度為9m,開采過程中先開采一步驟采場,如圖3所示,圖中綠色為一步驟采場,紅色為二步驟采場。盤區(qū)的施工工藝為:首先對一步驟采場進行回采,回采完成后立即對空區(qū)進行充填,充填體達到一定強度后,再進行二步驟回采。
圖3 中色非礦東南礦體盤區(qū)布置(局部)
(3)計劃編制。根據(jù)iSchedule生產(chǎn)計劃軟件編制中長期計劃的基本要求,計劃編制前,首先對一步驟采場和二步驟采場進行標記。輸入計劃編制必要的條件,如,采場生產(chǎn)能力(1000t/d)、年計劃礦量(200萬t/a)、計劃出礦品位等,考慮到生產(chǎn)管理因素,需要輸入可選約束條件,如,同一時間最多開采的采場數(shù)目、同一時間最多開采的分段、采場可以跨越的分段數(shù)目等。相關參數(shù)優(yōu)化如圖4所示。
圖4 采礦計劃優(yōu)化參數(shù)
iSchedule生產(chǎn)計劃軟件編制的采礦計劃如圖5所示。
(1)采場銜接關系分析。從計劃編制結果圖表可以得出,各個采場之間計劃銜接緊密,同時開采的采場數(shù)目始終保持在5個,部分采場銜接的月份會大于5個,屬于月份內(nèi)部的銜接,對計劃量并未影響。
(2)盤區(qū)內(nèi)部兩步驟不能同時開采分析。從圖表可以看出,計劃周期內(nèi)不存在同一個盤區(qū)一步驟和二步驟同時生產(chǎn)的計劃。如732-4盤區(qū),二步驟回采時間是2020年1月—4月,充填時間是2020年4月—5月,一步驟采場回采時間是2020年8月—11月,充填時間是11月—12月,不存在交叉作業(yè)現(xiàn)象。
(3)總礦量分析。本次計劃編制回采礦量為200萬t,允許波動區(qū)間10%,即計劃礦量在180萬t~220萬t都是合理的,采用iSchedule軟件編制計劃總礦量為186.67萬t,計劃編制結果合理。
(4)品位波動。本次計劃編制設置的計劃品位為1.4,允許波動區(qū)間為10%,即計劃品位在1.26~1.54范圍內(nèi)都是合理的,品位波動情況如圖6所示。分析圖6可以看出,計劃周期內(nèi),最大品位為1.62,最小品位為1.19,根據(jù)計劃編制總礦量和單月平均品位計算全年平均品位為1.467,品位符合計劃編制的要求。
圖5 中色非礦東南礦體2020年采礦計劃
圖6 品位波動曲線
(1)采用Dimine建立三維礦體模型和塊段模型,同時與iSchedule生產(chǎn)計劃軟件相結合,在編制多步驟采礦計劃過程中,能夠快速準確地編制中長期采礦計劃,編制計劃不僅能夠滿足礦山生產(chǎn)的需要,還可以實現(xiàn)配礦的目的,為礦山持續(xù)生產(chǎn)提供科學依據(jù)。
(2)采用iSchedule生產(chǎn)計劃軟件編制礦山采掘計劃,能夠節(jié)省人力成本,減少計劃編制人員的時間投入。