確定露天礦山轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模的方法

摘 要：露天金屬礦山轉(zhuǎn)地下開采是一種必然的趨勢，確定露天轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模是一項核心決策要素。通過使用統(tǒng)計分析、技術(shù)條件、技術(shù)經(jīng)濟、綜合評價等方法確定合理生產(chǎn)規(guī)模的闡述，為礦山尋找一種適合本企業(yè)的確定合理生產(chǎn)規(guī)模的方法。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；露天轉(zhuǎn)地下；生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

目前國內(nèi)外礦山開采中對于礦體延伸較深、覆蓋層不厚且礦體厚度為中厚以上的礦床多采用露天開采。因為露天開采具有初期建設(shè)投資少、投產(chǎn)快、生產(chǎn)條件好、安全高效、資源回收率高等優(yōu)點，所以應(yīng)用比較廣泛。

但隨著露天礦山服務(wù)年限的增加，開采深度逐漸增大露天采礦剝采比將會達到甚至超過經(jīng)濟極限值，從而使經(jīng)濟效益明顯下降。因此隨著露天礦山服務(wù)年限的延長，轉(zhuǎn)入地下開采是唯一的途徑[1]。研究露天轉(zhuǎn)地下開采規(guī)律和相關(guān)要素優(yōu)化成為當(dāng)前采礦行業(yè)中的一個熱門課題[2]，而確定露天轉(zhuǎn)入地下開采穩(wěn)產(chǎn)后的合理生產(chǎn)規(guī)模在決策中尤為重要。下面筆者就確定礦山合理生產(chǎn)規(guī)模的方法做一些闡述。

1 泰勒公式等統(tǒng)計方法

國外學(xué)者泰勒通過多年來對多個礦山樣本的設(shè)計項目統(tǒng)計分析后，得出了如下關(guān)于礦山生產(chǎn)能力的經(jīng)驗公式：

A=5R0.75 或T=0.2R0.25 （1）

式中：A-礦山生產(chǎn)能力，t/a；T-礦山經(jīng)濟壽命，a；R-境界內(nèi)礦石儲量。

國內(nèi)許多學(xué)者利用泰勒公式對我國礦山生產(chǎn)能力進行驗證，得到的結(jié)果跟國內(nèi)礦山的實際生產(chǎn)能力有一定的出入。文獻[3～4]通過大量的研究分析后得到更適宜我國礦山的經(jīng)驗公式：

A=1.25R0.75 或T=0.8R0.25 （2）

統(tǒng)計分析法屬于傳統(tǒng)的方法，考慮的因素較少，而實際礦山生產(chǎn)中因為礦床的自然條件各異，各個礦山的開采工藝與開采設(shè)備也不同，所以很難真實的反映礦山開采的實際情況，屬于一種粗放型的方法，不能保證企業(yè)達到最好的經(jīng)濟效果，這種方法得到的結(jié)果可以作為一種參照。

2 從礦山開采技術(shù)角度研究

技術(shù)分析法主要從礦山開采技術(shù)角度出發(fā)，根據(jù)礦山生產(chǎn)能力應(yīng)與礦床開采過程中各項技術(shù)參數(shù)相結(jié)合的現(xiàn)實生產(chǎn)情況。其中具有代表性的有礦山開采年下降速度法[5]。

礦山開采年下降速度法

式中：A-礦山生產(chǎn)能力，t/a；ν-年下降速度，m/a；s-礦體水平面積，m2；δ-礦石體重，t/m3；εk-礦石回采率；e-廢石混入率；k1-礦體傾角修正系；數(shù)k2-礦體厚度修正系數(shù)；E-地質(zhì)影響系數(shù)，0.7～0.9

3 從技術(shù)經(jīng)濟角度研究

從技術(shù)經(jīng)濟角度研究礦山的生產(chǎn)規(guī)模是一種相對較傳統(tǒng)的方法，采用的方法也比較多。主要采用如最終產(chǎn)品計劃需要量、經(jīng)濟合理服務(wù)年限法、盈虧平衡分析法等對礦山生產(chǎn)規(guī)模進行優(yōu)化[6]。

使用較多的是最終產(chǎn)品計劃需要量法

從技術(shù)經(jīng)濟角度研究生產(chǎn)規(guī)模的過程中，人們一般是建立最有生產(chǎn)規(guī)模的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化的目標(biāo)一般為凈現(xiàn)值最大、年利潤最大或總成本最低。有些約束條件要求比較苛刻在現(xiàn)實生產(chǎn)中獲取的成本較高，并且由于考慮的指標(biāo)較少最終所求的結(jié)果與理想效果可能會存在較大偏差，因此通過這種方法得到的結(jié)果不適宜直接指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

4 從綜合評價角度研究

綜合評價技術(shù)是一種定量認識客觀實際的手段，可以使我們在復(fù)雜的現(xiàn)象中把握事物的規(guī)律，其廣泛運用于各類社會經(jīng)濟現(xiàn)象的定量綜合評價實踐中。綜合評價確定合理生產(chǎn)規(guī)模的方法比較多：人工智能法、模糊綜合評價法、層次分析法（AHP）、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）、灰色多目標(biāo)決策法、計算智能法[7～9]等。這些方法都取得了比較理想的效果，下面就人工智能法做個簡單介紹。

智能化系統(tǒng)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)有機耦合而成，它不是利用兩者的性能在系統(tǒng)中實現(xiàn)某一部分的內(nèi)容，而是在集成后形成一種新的知識表達體系，該體系的信息處理是通過大量的神經(jīng)元之間相互作用而進行的。整個系統(tǒng)包括以下五個系統(tǒng)：

（1）數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)用于存放整個智能化系統(tǒng)運行所需要的各類原始數(shù)據(jù)以及其產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，還有系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)等。同時，還可以對一些可以控制的因子經(jīng)行賦值，使之變得更合理。該子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入單元的來源，因此對該子系統(tǒng)變量的選擇至關(guān)重要，一般選擇能反映礦山生產(chǎn)規(guī)模屬性的變量作為指標(biāo)。

（2）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。由于反映礦山生產(chǎn)規(guī)模變量的是由采礦、選礦及其他因素組成，所以各個變量的屬性是不同的，要放在同一個網(wǎng)絡(luò)里面作為樣本參數(shù)訓(xùn)練就必須作統(tǒng)一的描述。該子系統(tǒng)就是實現(xiàn)這個功能，它對數(shù)據(jù)倉庫子系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，通過一定的規(guī)則把各個變量轉(zhuǎn)換為[0，1]的值，再把這些屬性值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的訓(xùn)練樣本。

（3）知識庫子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的存儲器，對系統(tǒng)所涉及的各類知識存儲。其方式分為兩部分：一部分是以規(guī)則的形式存放精確的知識，另外一部分則存放網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，表示不精確的知識。

（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是核心部分，它用于確定礦山露天轉(zhuǎn)地下的合理生產(chǎn)規(guī)模。首先從數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中獲取訓(xùn)練樣本，再利用本子系統(tǒng)自身的優(yōu)勢通過不精確推理對知識進行學(xué)習(xí)從而獲取新的知識，最終對新的樣本進行判斷。知識的獲取及表示是知識推理的前提[10]。

（5）管理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)包含用戶界面和解釋機構(gòu)。用戶界面是方便用戶操作，能形象生動的為用戶提供系統(tǒng)的運行、操作和維護的友好界面。解釋機構(gòu)則負責(zé)回答用戶提出的問題，并作出相關(guān)的解釋，也可以方便用戶操作。

上面五個子系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起就組成了確定礦山露天轉(zhuǎn)地下合理生產(chǎn)規(guī)模的智能化系統(tǒng)。

通過綜合評價方法得到的生產(chǎn)規(guī)模是通過一定的數(shù)學(xué)模型將多個評價指標(biāo)值“合成”為一個整體性的綜合評價值，主要把握好以下幾個問題：被評價對象的確定、建立評價指標(biāo)體系、確立與各項評價指標(biāo)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)、構(gòu)造綜合評價的模型、計算各系統(tǒng)的綜合評價值并進行排序。只要把這幾個問題解決好，一般都能取得理想的效果。目前不但成為學(xué)術(shù)界常用的方法，也廣泛運用于實際生產(chǎn)中。

5 結(jié)束語

礦山生產(chǎn)規(guī)模作為礦山?jīng)Q策的核心要素之一，其合理與否直接影響到礦山企業(yè)的投資數(shù)額、建設(shè)速度、服務(wù)年限、經(jīng)濟效益等。礦山生產(chǎn)規(guī)模受到礦區(qū)地質(zhì)條件、礦床儲量大小、礦產(chǎn)儲藏條件、市場需求、技術(shù)條件、經(jīng)濟條件及國家相關(guān)法律法規(guī)等方面的因素影響，因此確定礦山合理生產(chǎn)規(guī)模是一項影響面廣、設(shè)計因素多的復(fù)雜決策過程，因此在確定露天礦山轉(zhuǎn)地下生產(chǎn)規(guī)模時應(yīng)充分的考慮到影響礦山生產(chǎn)規(guī)模屬性的各項因素，這樣才能得到符合實際生產(chǎn)的理想指導(dǎo)結(jié)果，才能給礦山企業(yè)制定科學(xué)規(guī)劃、合理開發(fā)提供科學(xué)的方法和理論依據(jù)，為礦區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展保駕護航。

參考文獻

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