露天采矿学第11章__电子计算机在露天开采中的应用（武汉理工大学+叶海旺）

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1、露天采矿学第11章电子计算机在露天开采中的应用11.1概述目前，计算机在各领域中的应用程度已成为衡量其科技进步的重要标志。早在1952年，美国宾夕法尼亚州的一个露天矿就使用电子计算机进行矿山管理。1961年在美国召开了第一届计算机和运筹学在矿业中应用的国际会议（APCOM），标志着矿业中的计算机技术日臻成熟。我国这方面的工作于70年代率先在露天矿设计和生产领域全面展开。目前．计算机在露天开采中的应用主要包括以下几个方面。1）露天矿设计方面建立矿床模型，用有规律的数据表示各种地质信息，便于计算机处理。确定露天矿生产能力，使投资和生产成本最低。露天

2、开采境界优化设计，圈定露天矿各个时期的经济合理开采界限。露天矿开拓系统规划．建立经济有效的运输网络布局。编制露天矿采剥进度计划，寻求最佳的采剥关系和开采顺序。计算机辅助设计，将计算机的高速运算能力和设计者的智慧有机地结合在一起。露天开采过程模拟，分析开采中各种随机因素，合理确定开采设备的配置。矿山投资效果分析，预测露天矿未来的经济效益。2）露大矿生产和建设方面建立矿山管理信息系统．及时采集、加工及反馈生产中的各种信息。编制矿山生产计划、合理安排露天矿年、季、月、周、日的生产。管理露天矿各项生产工艺，充分发挥穿爆、装运和排土等项工作的效率。从事露

3、天矿生产凋度．用计算机指挥生产。监控露天矿主要设备，合理地安排设备的维修及更新统筹安排露天矿基建施工，合理地利用人力、物力和财力，尽快完成基建仟务。监测露天矿边坡，保证矿山安全。3）露天矿技术经济方面确定矿体边界品位，合理利用矿产资源。从事矿石质量中和，科学地进行配矿。控制矿山库存，合理地管理露天矿材料及备件。总之，电子计算机巳广泛用于露天矿的各个领域，涉及到许多课题。不过，这些技术还有待进一步完善，许多汁算机软件系列还要标准化、系列化、工程化，以便全面推广应用。11.2矿床模型应用计算机与运筹学进行矿山工程系统分析，首先要建立一种便于计算机处

4、理的矿化编目模型。这样的矿床模型实质上是一种存储矿床的地形、地质和矿化等多种信息的数据库。11.2.1矿床地质模型露天矿最常用的矿床模型是三维固定块段模型，如下图所示。在这种模型中，矿床被划分为一系列具有固定尺寸的单元而形成三维网格。这些单元均为正六面体，称为块段。块段的高度一般为开采台阶或工作台阶高度，底平面通常是边长为10～30m的正方形。另外，可以用三维数码（i，j，k）对块段进行编目。建立矿床地质模型需要解决矿体界线推断，矿岩量计算和矿石品位估计等问题。矿体边界的圈定方法有折线法和曲线法。这两种方法是依据勘测的矿体边界点分别采用直线方程

5、和三次样条函数拟合矿体边界。矿岩量计算有数值积分法和多边形法两种、这些方法可以计算块段的矿体面积，然后按块段高度和矿石体积密度求得块段的矿石体积及重量。品位估计的方法有传统的加权平均法，距离平方反比法和地质统计学的克里金法。克里金法要求品位估计是无偏估计，即被估块段的品位真实值和估计值之差的数学期望等于零。矿床地质模型就是采用定义于块段编码的一系列离散函数分别表示块段的品位，矿岩类型及矿岩量等地质信息。11.2.2矿床经济模型类似于矿床地质模型，可用若干离散函数p（i，j，k）、v（i，j，k）和c（i，j，k）分别表示地段（i，j，k）的开采

6、价值、销售价值和开采成本，由此构成矿床经济模型。在矿床地质模型的基础上，销售价值v（i，j，k）可以依据块段（i，j，k）的采、选获得的矿产品数量、品质及其销售价格进行计算。开采成本c（i，j，k）包括块段（i，j，k）的采、选、运输、企管、销售等费用，还应包括相关的税、息等。由此可得：p（i，j，k）＝v（i，j，k）－c（i，j，k）在矿床经济模型中．若p（i，j，k）＞0，则块段（i，j，k）称为矿石块段；反之，称为岩石块段。11.3露天矿优化设计的计算机方法露天开采境界优化设计的计算机方法按计算精度可以分为精确算法和启发式算法两大类。精

7、确算法色括图论法、线性规划法、网络流法和运输规划法。启发式算法有移动圆锥法及其改进方法，搜索比较法。此外，还有动态规划法、参数化法等。一般情况下，精确算法的计算结果精确，但计算程序复杂。启发式算法计算快捷，但难以得到最优解。目前国内外最常用的是移动圆锥法，该法又称浮动圆锥法、多重圆锥法或倒圆锥法。最简单的露天矿坑像一个倒置的圆锥体，因此露天开采境界可以看作是许多重叠倒圆锥体的组合，如下图所示。圆锥体的生成方式如下图所示。选择一矿石块段作为锥头，锥体母线由此延伸到地表，取母线倾角为境界最终边坡角，其中心位于母线之内的块段就形成一个圆锥体。锥体内所

8、有块段的开采价值之和定义为这个圆锥的开采价值。若其不小于零。该圆锥称为正锥；否则，称为负锥。移动圆锥法圈定露天开采境界的设计方法如下：在矿床模型中，按