基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于礦業(yè)系統(tǒng)工程及礦山優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于空間塊體模型 的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)大部分金屬露天礦山采用爆破-鏟裝-汽車運(yùn)輸-破碎站破碎生產(chǎn)工藝，但 隨著露天礦山進(jìn)入了中后期開采，露天境界逐漸由淺部轉(zhuǎn)入深部。進(jìn)入深部開采后，汽車運(yùn) 距也越來越長(zhǎng)，運(yùn)輸效率不斷降低，運(yùn)輸成本增加，導(dǎo)致生產(chǎn)成本急劇上升，經(jīng)濟(jì)效益迅速 下滑。隨著露天開采的不斷深入，為了有效的解決運(yùn)輸功（運(yùn)礦量與運(yùn)輸距離之積為運(yùn)輸 功）不斷增加帶來的成本問題，不少礦山提出了在露天境界內(nèi)將破碎站進(jìn)行重新選址的要 求，這樣通過在境界內(nèi)來新建破碎站可以大大減少汽車的運(yùn)輸距離，減少汽車爬坡和油耗， 從而減少露天礦境界內(nèi)汽車的運(yùn)輸成本。因此為了使露天境界內(nèi)的總汽車運(yùn)輸功最小，汽 車運(yùn)輸成本最小，有必要在現(xiàn)有的技術(shù)條件下對(duì)破碎站的新建或迀移位置的選取研究一種 最優(yōu)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間塊體模型的 露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，可在露天開采境界內(nèi)尋求一個(gè)破碎站最優(yōu)位置，根據(jù)臺(tái) 階式開采進(jìn)度計(jì)劃該位置能夠使得所有汽車到該破碎站的運(yùn)輸功達(dá)到最小，從而使得汽車 運(yùn)輸成本最小化。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，包括如下步驟：
[0006] (1)構(gòu)建露天礦礦體三維塊體排產(chǎn)模型
[0007] 在露天開采境界內(nèi)，將礦體劃分成三維離散的塊體，劃分后礦體形成三維空間塊 體模型，每一個(gè)塊體即可采礦時(shí)的最小開采單元，利用此塊體模型，按照臺(tái)階的空間順序及 時(shí)間來實(shí)現(xiàn)模擬開采，即形成三維塊體排產(chǎn)模型；
[0008] (2)露天礦境界網(wǎng)格化處理
[0009] 將可能布設(shè)破碎站的露天礦境界進(jìn)行網(wǎng)格化，每一個(gè)網(wǎng)格即為破碎站的可能位 置；
[0010] (3)運(yùn)輸功計(jì)算
[0011] 根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型的塊體尺寸計(jì)算每個(gè)塊體的體積，將體積和礦石比重相乘 得到每一個(gè)塊體的質(zhì)量；根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型中模擬開采塊體的空間坐標(biāo)位置關(guān)系及塊 體的大小，求得第i塊體質(zhì)心點(diǎn)處的坐標(biāo)Pi(Xl，yi，Zl);根據(jù)露天境界內(nèi)網(wǎng)格化處理后每一 個(gè)網(wǎng)格的空間位置和網(wǎng)格大小，求得第j網(wǎng)格的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)Q](x]，y]， z]);根據(jù)兩點(diǎn)間的坐 標(biāo)求距離公式求出PJPQ/司的空間距離，將此距離作為或者近似作為礦塊被開采后由采場(chǎng) 運(yùn)輸?shù)狡扑檎镜木嚯x，最后根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型計(jì)算坐標(biāo)％處每一個(gè)塊體的運(yùn)輸功，將 所有塊體在坐標(biāo)Q,處的運(yùn)輸功求和即為破碎站設(shè)置在此處的總運(yùn)輸功；
[0012] (4)求出總運(yùn)輸功最小的破碎站位置
[0013] 根據(jù)露天礦境界內(nèi)的網(wǎng)格化處理結(jié)果，求出每一個(gè)位置網(wǎng)格的總運(yùn)輸功，然后選 取總運(yùn)輸功最小的位置網(wǎng)格質(zhì)心點(diǎn)即為破碎站的最優(yōu)位置，此位置的汽車總運(yùn)輸成本最 小。
[0014] 所述步驟（1)中，在露天礦境界與礦體的交叉處，采用比露天礦境界內(nèi)的塊體尺 寸小的次級(jí)塊體進(jìn)行劃分，以進(jìn)一步提高精度。
[0015] 所述步驟（2)中，先將露天礦境界依據(jù)高度進(jìn)行分層，分層后再進(jìn)行網(wǎng)格化，每個(gè) 臺(tái)階形成一層位置網(wǎng)格。 η
[0016] 所述步驟⑶中，所述總運(yùn)輸功表達(dá)公式為：％ *其中，％為總運(yùn) 辟1 輸功，η為露天礦礦體三維塊體排產(chǎn)模型中的塊體個(gè)數(shù)，Wlj為第i塊體到坐標(biāo)^處 的運(yùn)輸功，w11=L
Mi為第i塊體的質(zhì)量，L"為坐標(biāo)Pi到坐標(biāo)Q郝距離，
[0017] 本發(fā)明中，破碎站在開采境界內(nèi)為固定式，運(yùn)輸距離為空間距離。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過金屬露天礦礦體利用塊體離散化和露天礦境界破碎 站可能位置網(wǎng)格化來模擬計(jì)算礦體開采的總運(yùn)輸功，原理簡(jiǎn)單，能夠有效在露天礦境界內(nèi) 依據(jù)最小運(yùn)輸功原則搜尋到破碎站的最優(yōu)位置，在露天礦開拓優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng) 用前景。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明三維塊體模型構(gòu)建示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明境界邊界處塊體劃分示意圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明某礦體劃分后形成排產(chǎn)模型示意圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明境界內(nèi)某水平分層網(wǎng)格化處理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0024] 基于時(shí)空排產(chǎn)模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，具體的實(shí)施步驟如下：
[0025] 步驟1 :如圖1所示，在露天礦開采境界內(nèi)，將礦體劃分成三維離散的開采塊體，塊 體的大小根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行劃分，通常要依據(jù)臺(tái)階高度、露天境界大小、模擬開采的精度 等要求來劃分，如開采臺(tái)階大多數(shù)金屬露天礦通常為12米，因此境界內(nèi)塊體大小可以采用 長(zhǎng)10米、寬10米、高6米的塊體來劃分，劃分后每一個(gè)塊體即為境界內(nèi)的最小開采單元，圖 中數(shù)字表示礦塊劃分后的編號(hào)；在露天礦境界與礦體的交叉處，為了提高礦體開采模擬精 度，可采用較小的次級(jí)塊體來劃分，如采用長(zhǎng)5米、寬5米、高3米的次級(jí)塊進(jìn)行露天礦邊界 處礦體的劃分，如圖2所示，邊界處劃分的塊體的質(zhì)心點(diǎn)盡量落在邊界線上，且塊體尺寸越 小越好，邊界擬合的越好，誤差會(huì)越小。這樣劃分后礦體形成包含η塊塊體的三維空間塊體 模型，利用此模型可按照臺(tái)階的空間順序及時(shí)間來實(shí)現(xiàn)模擬開采，即形成三維塊體排產(chǎn)模 型，如圖3所示，圖中數(shù)字表示礦塊的品位，為了標(biāo)注方便，圖中的品位是原品位的100倍。
[0026] 步驟2 :根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型中礦體的空間大小可以求出第i塊體的體積Vi，根 據(jù)礦體的類型，可得到其比重P，如鉬礦P通常為3. 2噸/立方米，依據(jù)如下公式計(jì)算第i 塊體的質(zhì)量，即為
[0027] Mx=pvx
[0028] 步驟3:在將礦體劃分成三維空間塊體后，可得到每一個(gè)塊體的空間布局坐標(biāo)，利 用已知空間坐標(biāo)和塊體的空間大小，可以求得此第i塊體的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)PiOq，yi，Zl)(i= 1，…η)〇
[0029] 步驟4:如圖4所示，按照露天礦的開采實(shí)際情況和空間開采約束，先找出可能布 設(shè)破碎站的水平，如Ζ= 1282米，然后利用空間網(wǎng)格在此水平的境界內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，網(wǎng) 格的大小依據(jù)尋求破碎站位置的精度，如采用長(zhǎng)、寬都是50米的網(wǎng)格來進(jìn)行劃分可以得到 k個(gè)網(wǎng)格。
[0030] 步驟5 :根據(jù)可能布設(shè)破碎站的位置網(wǎng)格的空間坐標(biāo)和網(wǎng)格大小可以計(jì)算出第j 網(wǎng)格中心點(diǎn)的坐標(biāo)Qj(x.j，y.j，ζ」）（j= 1，···!〇
[0031] 步驟6 :計(jì)算出第i塊體到破碎站位置第j網(wǎng)格處的空間距離為h，此距離用來模 擬開采第i塊體時(shí)其運(yùn)輸距離。
[0032]
[0033] 步驟7 :根據(jù)運(yùn)湔功計(jì)算公式，求出汽罕運(yùn)送第i塊體到第j網(wǎng)格即破碎站位置的 運(yùn)輸功為：
[0034] Wij=L^XM；
[0035] 步驟8 :求出所有開采塊體到破碎站位置的總運(yùn)輸功為
[0036]
[0037] 步驟9:求出所有開采塊體到每一個(gè)破碎站可能位置的總運(yùn)輸功W]，找到總運(yùn)輸功 值最小的Wj，即為最小運(yùn)輸功wmin，
[0038] wmin=Min{w!，…，W.J(j= 1，…，k)
[0039] 步驟10 :運(yùn)輸功最小處對(duì)應(yīng)的空間網(wǎng)格中心點(diǎn)位置即為破碎站設(shè)置的最優(yōu)位置， 此位置處所有的礦體運(yùn)輸?shù)狡扑檎镜倪\(yùn)輸功最小，運(yùn)輸成本最小。
[0040] 本發(fā)明利用將礦體利用三維空間塊體進(jìn)行劃分形成最小開采單元來模擬開采過 程，根據(jù)模擬開采的過程來求得汽車運(yùn)輸功最小的破碎站位置，此位置選取后為理論最優(yōu) 位置，實(shí)際應(yīng)用過程中可根據(jù)露天礦的實(shí)際開采情況進(jìn)行調(diào)整。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法 構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接 應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 構(gòu)建露天礦礦體三維塊體排產(chǎn)模型 在露天開采境界內(nèi)，將礦體劃分成三維離散的塊體，劃分后礦體形成三維空間塊體模 型，每一個(gè)塊體即可采礦時(shí)的最小開采單元，利用此塊體模型，按照臺(tái)階的空間順序及時(shí)間 來實(shí)現(xiàn)模擬開采，即形成三維塊體排產(chǎn)模型； (2) 露天礦境界網(wǎng)格化處理 將可能布設(shè)破碎站的露天礦境界進(jìn)行網(wǎng)格化，每一個(gè)網(wǎng)格即為破碎站的可能位置； (3) 運(yùn)輸功計(jì)算 根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型的塊體尺寸計(jì)算每個(gè)塊體的體積，將體積和礦石比重相乘得到 每一個(gè)塊體的質(zhì)量；根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型中模擬開采塊體的空間坐標(biāo)位置關(guān)系及塊體的 大小，求得第i塊體質(zhì)心點(diǎn)處的坐標(biāo)PJxpypzj;根據(jù)露天境界內(nèi)網(wǎng)格化處理后每一個(gè)網(wǎng) 格的空間位置和網(wǎng)格大小，求得第j網(wǎng)格的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)Q, (X]，y]，z,);根據(jù)兩點(diǎn)間的坐標(biāo)求 距離公式求出PJPQ/司的空間距離，將此距離作為或者近似作為礦塊被開采后由采場(chǎng)運(yùn)輸 到破碎站的距離，最后根據(jù)三維塊體排產(chǎn)模型計(jì)算坐標(biāo)％處每一個(gè)塊體的運(yùn)輸功，將所有 塊體在坐標(biāo)Q]處的運(yùn)輸功求和即為破碎站設(shè)置在此處的總運(yùn)輸功； (4) 求出總運(yùn)輸功最小的破碎站位置 根據(jù)露天礦境界內(nèi)的網(wǎng)格化處理結(jié)果，求出每一個(gè)位置網(wǎng)格的總運(yùn)輸功，然后選取總 運(yùn)輸功最小的位置網(wǎng)格質(zhì)心點(diǎn)即為破碎站的最優(yōu)位置，此位置的汽車總運(yùn)輸成本最小。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，其特征 在于，所述步驟（1)中，在露天礦境界與礦體的交叉處，采用比露天礦境界內(nèi)的塊體尺寸小 的次級(jí)塊體進(jìn)行劃分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，其特征 在于，所述步驟（2)中，先將露天礦境界依據(jù)高度進(jìn)行分層，分層后再進(jìn)行網(wǎng)格化，每個(gè)臺(tái) 階形成一層位置網(wǎng)格。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法， 其特征在于，所述步驟（3)中，所述總運(yùn)輸功表達(dá)公式為，其中，w,為總 運(yùn)輸功，η為露天礦礦體三維塊體排產(chǎn)模型中的塊體個(gè)數(shù)，Wlj為第i塊體到坐標(biāo)Qj處的運(yùn)輸功，Wl尸LijXMyMi為第i塊體的質(zhì)量，L為坐標(biāo)Pi到坐標(biāo)Q郝距離，
【專利摘要】本發(fā)明一種基于空間塊體模型的露天礦破碎站最優(yōu)位置確定方法，在露天開采境界內(nèi)，將礦體劃分成三維離散的塊體，按照臺(tái)階的空間順序及時(shí)間來實(shí)現(xiàn)模擬開采，形成三維塊體排產(chǎn)模型；然后將可能布設(shè)破碎站的露天礦境界進(jìn)行網(wǎng)格化，每一個(gè)網(wǎng)格即為破碎站的可能位置；再根據(jù)各個(gè)塊體的質(zhì)量、位置計(jì)算所有塊體到每個(gè)網(wǎng)格處的運(yùn)輸功，選取總運(yùn)輸功最小的位置網(wǎng)格質(zhì)心點(diǎn)即為破碎站的最優(yōu)位置，此位置的汽車總運(yùn)輸成本最小，本發(fā)明通過金屬露天礦礦體利用塊體離散化和露天礦境界破碎站可能位置網(wǎng)格化來模擬計(jì)算礦體開采的總運(yùn)輸功，原理簡(jiǎn)單，能夠有效在露天礦境界內(nèi)依據(jù)最小運(yùn)輸功原則搜尋到破碎站的最優(yōu)位置，在露天礦開拓優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105389447
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510953539
【發(fā)明人】顧清華, 盧才武, 江松, 聶興信, 陳永鋒, 李迎峰, 阮順領(lǐng)
【申請(qǐng)人】西安建筑科技大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日