在礦山開采過程中,邊界品位是最基本、最重要的參數之一。邊界品位的選擇直接影響所圈定礦體的形態及礦石儲量,進而影響礦山建設、生產規模、收益、設備選擇和生產壽命,同時還影響到不可再生資源的利用率。因此,邊界品位是一個對礦山經濟效益和社會效益有著重大影響的技術經濟參數。邊界品位的優化,也是礦山經營參數優化的核心內容之一。 國內外在邊界品位研究中經歷了50多年的歷史,盡管做出了許多非常有價值的成果,但還存在不足：盈虧平衡法得到的邊界品位,是一個與礦石質量、時間和位置無關的靜態區分標準,沒有考慮資金的時間價值,它的不合理性是顯而易見的,這種方法逐漸被淘汰；最大現值法是假設整個優化范圍的品位服從同一統計學分布,即這一分布在該范圍是處處相同。在這個假設條件下,得到使總凈現值最大的優化結果是邊界品位逐年下降。現實中幾乎所有礦床都不滿足這一假設條件,礦床一般都有高品位區和低品位區。當低品位區位于礦床的上部時,開始一個時期采用高的邊界品位顯然是不合理的,甚至是無法實現的。因此,要得到符合實際的最優邊界品位,必須考慮礦床不同區段的真實品位分布。 針對邊界品位優化研究中存在的問題,在研究地下開采工藝的基礎上,根據礦床的賦存條件和礦體的開采順序,把優化范圍劃分為一系列的區段,即優化單元。在此基礎上,將開采過程分成前后過渡的開采階段,每個開采階段包括若干個狀態,一個階段的一個狀態由從開始到該階段開采完畢的累積開采礦量作為狀態變量,一個階段的一個狀態對應的開采礦量是從過渡到該狀態的前一階段某狀態的累積礦量和本狀態的累積礦量求的。開采方案從第一階段的各狀態開始,從優化單元1的品位—礦量曲線上得到各狀態礦量對應的邊界品位,根據開采過程中發生的投資與使用的采礦方法所發生的生產成本計算出開采礦量所得的贏利,再根據礦山的年生產能力計算出開采時間,并將贏利折現到開采初期時的凈現值。這樣第一階段完成后,就得到該階段各狀態的礦量、邊界品位和凈現值。第二階段各狀態是由第一階段的某些狀態過渡而來。以第二階段的某個狀態為例,假設第一階段中有k個狀態可以過渡到該狀態,每個過渡都有一個本階段開采的礦量,這個礦量是在優化單元2開采的,從第二優化單元的品位—礦量曲線可以得到這一礦量對應的邊界品位值、獲得的利潤以及該利潤折現到開采初期時的凈現值。該狀態的凈現值就等于過渡到該狀態的前一階段狀態的凈現值加上開采礦量獲得利潤通過折現后的凈現值,從前階段的k個狀態過渡到本階段有k個不同的凈現值,該狀態的凈現值取這k個不同凈現值中的最大者,而該狀態的邊界品位就是獲得最大凈現值時對應的邊界品位。用同樣的方法一直計算到最后階段(最后一個優化單元)每個狀態的凈現值和邊界品位。從最后階段的各狀態中找出凈現值最大的狀態,按過渡的順序反推回去,就得到每個階段的最優過渡(也叫最優決策),這些最優決策組成該邊界品位優化問題的最優解。根據上述優化思路,建立了新的動態規劃邊界品位優化模型。該模型以凈現值為指標函數,同時考慮礦體的開采順序、礦山的年生產能力以及礦石品位在不同區段(優化單元)的實際分布,并與實際使用的采礦方法相結合。該模型實現了地下開采邊界品位優化在時間上與空間上的動態結合,在地下開采邊界品位優化方法的一次突破。 論文還基于Lane法的思路,分析地下開采和露天開采的不同特點,推導出采礦、選礦兩階段和采礦、選礦、冶煉三階段的地下開采邊界品位優化數學模型。模型增加了貧化率和圍巖品位等參數,引用圍巖品位與礦石地質品位比值的變量,使之適用于地下礦山。 基于兩種優化方法的數學模型,開發了相應的計算機軟件系統：動態規劃優化系統(DPOS1.0)和礦山經濟決策系統(MEDS1.0)。DPOS1.0不僅可以求得各優化單元的開采礦量、邊界品位、累計的生產年限以及現值等結果,還可以通過動態規劃網絡圖,直觀的得到各優化單元之間有效的決策集合和該優化問題的最優策略。MEDS1.0不僅可以對整個礦體作為優化對象,還可以選取任意勘探線和水平之間的范圍作為優化對象,同時能夠使用多套經濟技術參數方案,彌補了傳統現值法假設優化范圍品位分布不變的局限性。該系統是基于謙比西銅礦開發的,但也可以應用于其他同類礦山,是一個相對通用的礦山經濟決策軟件。 這一邊界品位動態優化方法應用于贊比亞謙比西銅礦,對崩落法開采的兩個階段的邊界品位進行了優化。動態優化法將優化范圍劃分為12個優化單元(動態規劃的階段),每個優化單元有自己的品位分布,按照一定的開采順序。優化的結果是：優化單元1到12的邊界品位和開采礦量分別是1.004%和853823.852噸、0.808%和1333158.948噸、0.905%和913919.33噸、1.002%和883214.087噸、1.015%和906692.185噸、0.999%和965396.035噸、0.995%和716111.732噸、1.007%和708986.005噸、0.993%和710850.398噸、0.993%和759790.244噸、0.993%和709781.188噸、0.989%和740540.653噸,共開采礦石10202264.66噸,開采時間近10年,最大現值為24281.68萬美元,邊界品位優化結果在0.808%至1.015%之間。按照目前礦山使用的邊界品位1%計算,共開采礦量9719937.8噸,開采時間9年5個月,最大現值為23891.76萬美元。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2008
【中圖分類】：TD803
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 邊界品位及其對礦山生產的影響
        1.1.1 邊界品位的定義
        1.1.2 邊界品位對整個生產過程的影響及與其它重要參數的關系
    1.2 邊界品位研究現狀及方法
        1.2.1 國外對邊界品位的研究現狀及方法
        1.2.2 我國對品位指標的研究現狀及方法
    1.3 問題的定義
        1.3.1 邊界品位研究中存在的主要問題
        1.3.2 地下開采邊界品位優化問題的提出與定義
    1.4 本文研究工作
        1.4.1 解決問題的思路
        1.4.2 研究內容
        1.4.3 論文結構
第二章 地下開采邊界品位優化的動態規劃法
    2.1 動態規劃問題的基本概念及建模思路
    2.2 動態規劃優化法確定最佳邊界品位
        2.2.1 最優邊界品位的確定思路
        2.2.2 變量定義
        2.2.3 動態規劃邊界品位優化模型
        2.2.4 實際問題的處理
        2.2.5 邊界品位動態規劃法的算法步驟和流程圖
    2.3 品位優化的成本分析
        2.3.1 可變成本的構成
        2.3.2 不變成本的構成
    2.4 無后效應討論
    2.5 算例
    2.6 本章小結
第三章 最大現值法確定地下開采邊界品位
    3.1 礦量計算和平均品位
    3.2 采礦、選礦兩階段邊界品位的數學模型
        3.2.1 贏利及現值計算
        3.2.2 不同階段生產能力約束下的最佳邊界品位
        3.2.3 生產能力平衡條件下的邊界品位
        3.2.4 最佳邊界品位
        3.2.5 算法步驟和流程框圖
    3.3 采、選、冶三階段邊界品位的數學模型
        3.3.1 贏利及現值計算
        3.3.2 不同階段生產能力約束下的最佳邊界品位
        3.3.3 生產能力平衡條件下的邊界品位
        3.3.4 最佳邊界品位
        3.3.5 算法步驟和流程框圖
    3.5 小結
第四章 謙比西銅礦生產概述
    4.1 礦山概況
        4.1.1 地理位置
        4.1.2 生產現狀
    4.2 礦床地質
        4.2.1 礦區地層
        4.2.2 礦區構造
        4.2.3 礦區水文地質條件
        4.2.4 礦體特征
    4.3 探礦工程布置、取樣
        4.3.1 基建期探礦
        4.3.2 生產期探礦
        4.3.3 取樣數據
        4.3.4 礦體品位變化趨勢
    4.4 主采區開拓及采礦方法
        4.4.1 開采范圍
        4.4.2 礦床開采技術條件
        4.4.3 采礦方法
        4.4.4 回采工藝
        4.4.5 開拓運輸系統
    4.5 謙比西銅礦成本及價格分析
        4.5.1 可變成本
        4.5.2 不變成本
        4.5.3 銅精礦價格
    4.6 本章小結
第五章 謙比西銅礦邊界品位優化
    5.1 動態規劃法對邊界品位的優化
        5.1.1 優化單元的確定
        5.1.2 優化單元的品位分布
        5.1.3 優化單元的邊界品位—礦量曲線
        5.1.4 動態規劃優化法對邊界品位優化的計算
    5.2 最大現值法對邊界品位的優化
        5.2.1 優化對象的品位分布及邊界品位—礦量曲線
        5.2.2 邊界品位優化結果
        5.2.3 現值法優化的主要局限性
    5.3 兩種優化結果的比較
    5.4 本章小結
第六章 結論與展望
附錄
    附錄1 最終產品分別為精礦和金屬時產量的推導過程
    附錄2 動態規劃邊界品位優化系統（DPOS1.0）簡介
    附錄3 礦山經濟決策系統（MEDS1.0）簡介
    附錄4 第5章案例:有效決策集合（部分）
參考文獻
致謝
作者從事科學研究和學習經歷的簡歷
攻讀博士期間發表的論文及參與的科研活動

【參考文獻】

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本文編號：2889600