露天煤礦最終境界與開(kāi)采計(jì)劃優(yōu)化方法及其應(yīng)用.pdf

1、最終境界和長(zhǎng)期開(kāi)采計(jì)劃是露天煤礦設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)最重要的組成部分，對(duì)礦山的整體開(kāi)采效益有重大影響。因此，最終境界和長(zhǎng)期開(kāi)采計(jì)劃的優(yōu)化一直是過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)國(guó)際礦業(yè)系統(tǒng)工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。
　　本文在系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的已有研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)近水平煤層的賦存特點(diǎn)，給出并證明了“從地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)序列中求得最優(yōu)開(kāi)采計(jì)劃”的定理，建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型;從礦床地質(zhì)模型的建立到最終境界和長(zhǎng)期開(kāi)采計(jì)劃的優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一整套算法;通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)

2、，使本文的理論、方法和模型得以實(shí)現(xiàn)。
　　針對(duì)露天開(kāi)采的煤礦床多呈近水平層狀分布的特點(diǎn)，建立了便于計(jì)算機(jī)處理和應(yīng)用的規(guī)則柱狀煤層礦床模型。在算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上充分考慮建模中處理實(shí)際地質(zhì)條件的能力以及煤田探礦數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可以方便地處理斷層、煤層邊界控制、聚集效應(yīng)等實(shí)際問(wèn)題，具有運(yùn)算效率高和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
　　優(yōu)化境界和開(kāi)采計(jì)劃需要建立地表標(biāo)高模型。本文提出了一種能夠很好處理各種地表特征的、基于等高線的地表標(biāo)高模型建立方法，設(shè)計(jì)

3、了相應(yīng)的建模算法。
　　基于建立的柱狀煤層礦床模型和地表標(biāo)高模型，以開(kāi)采總利潤(rùn)最大為目標(biāo)函數(shù)，采用“錐體排除法”優(yōu)化露天煤礦開(kāi)采境界。該方法首先產(chǎn)生一個(gè)可能的最大境界，然后從最大境界開(kāi)始，通過(guò)錐體掃描循環(huán)，把不盈利或剝采比大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比的錐體排除，直到在一次掃描中找不到這樣的錐體為止，就得到了最優(yōu)境界。該方法應(yīng)用簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度高，可以方便地處理不同方向（或不同區(qū)域）具有不同幫坡角的實(shí)際情況;通過(guò)把錐殼頂點(diǎn)依次置于各煤層底板的椎

4、體排除掃描，較好地處理了椎體重疊對(duì)優(yōu)化結(jié)果的不利影響，而且符合近水平煤層條件下境界坑底盡可能沿煤層底板設(shè)計(jì)的實(shí)際要求。針對(duì)這一優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)了最大境界的圈定算法、錐體排除算法、錐體模板構(gòu)建算法，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
　　露天煤礦開(kāi)采計(jì)劃在本文的定義中，包括開(kāi)采順序（即每年開(kāi)采的位置和形態(tài)）、生產(chǎn)能力（即每年的采煤量、四紀(jì)層和硬巖的剝離量）和開(kāi)采壽命三大方面?，F(xiàn)有的開(kāi)采計(jì)劃優(yōu)化方法一般是在給定生產(chǎn)能力（也就給定了開(kāi)采壽命）的條件下，

5、尋解最佳的開(kāi)采順序。然而，開(kāi)采順序和生產(chǎn)能力不是相互獨(dú)立的，給定其一進(jìn)行優(yōu)化得出的是局部最優(yōu)解，需要同時(shí)優(yōu)化才能得到全局最優(yōu)解。
　　本文針對(duì)露天煤礦，給出并證明了“從地質(zhì)最優(yōu)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)”的開(kāi)采計(jì)劃優(yōu)化定理，即經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的開(kāi)采計(jì)劃中每年末的采場(chǎng)（包括位置、形態(tài)和大?。┧M成的采場(chǎng)序列，一定是地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)序列的一個(gè)子序列。對(duì)于一個(gè)給定總體積V的“地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)”是滿足工作幫坡角約束條件下，所有總體積為V的采場(chǎng)中含煤量最大的那個(gè)采場(chǎng)。根

6、據(jù)這一定理，首先在最終境界中依據(jù)工作幫坡角產(chǎn)生一個(gè)地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)序列，然后對(duì)該序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)排序，求出使總凈現(xiàn)值(NPV)最大的子序列，即最優(yōu)開(kāi)采計(jì)劃。這樣求得的開(kāi)采計(jì)劃同時(shí)包括了最優(yōu)開(kāi)采順序、生產(chǎn)能力和開(kāi)采壽命?；谶@一優(yōu)化方法，建立了對(duì)地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)排序的一般模型和動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，設(shè)計(jì)了地質(zhì)最優(yōu)采場(chǎng)序列產(chǎn)生算法和該序列的動(dòng)態(tài)排序算法。
　　基于本文的理論、模型和算法體系，開(kāi)發(fā)了CoalDesign軟件系統(tǒng)。利用某煤礦床的實(shí)