内排露天矿长远排土规划方法及计算系统技术方案

本发明专利技术公开了内排露天矿长远排土规划方法及计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出模块。本方法通过不断调整各阶段采空区宽度，试算各排弃阶段排弃高度，并进一步确定各排弃阶段质心。根据各采剥阶段质心与相应的排弃阶段质心求解水平运输距离与垂直提升高度，并进一步确定各阶段剥离物运输费用之和。在不断调整各阶段采空区宽度的过程中，若计算的各阶段剥离物运输费用之和小于上一次的计算结果，则进行迭代直至达到设定的计算次数或者利用穷举法穷举完各阶段采空区宽度所有组合情况。最终计算出计算周期内剥离物运输的最小成本，同时能够给出各排弃阶段的排弃参数。本发明专利技术能够指导露天矿内排土场的设计，节约剥离物的运输成本。

【技术实现步骤摘要】
内排露天矿长远排土规划方法及计算系统
本专利技术涉及露天矿内排土场的长远规划设计，适用于内排条件下露天矿内排土场长远的排弃工程位置设计，能够实现计算周期内剥离物运输成本最低的目的。
技术介绍
露天矿剥离物的运输成本占到开采成本的很大比例。排土工程位置的设计(包括排土场排弃高度、采空区宽度)直接影响到剥离物从采场经端帮运输至排土场的运输距离，因而合理经济地规划排土场能够降低剥离物的运输成本。目前，露天矿排土设计通常采用手工试算的方式进行排土场的设计，以排土容量满足生产要求为目标，在这个过程中并未考虑到排土运输成本。对于“月计划”这种时间较短的“短期排土设计”，将采场、排土场的若干采掘点、若干排弃点简化为固定点，并在矿山现有路径中根据距离、坡度等设置权重，利用网络图等方法计算得到剥离物从采场运输到排土场运输的具体的最优流量流向。对于“年计划”这种时间较长的“中期排土设计”，则是将剥离物按照台阶划分，得到各个台阶的体积量及质心，同样得到设计的排土场各台阶质心及岩量，在此基础上利用网络图等方法确定剥离物的流量及流向。目前，对于“长远排土设计”(时间跨度在三年、五年甚至整个矿山生命周期)仍是采用类似“年设计”的设计方法，费时费力，且具有明显的弊端。第一，“短期/中期排土设计”的排土场设计时仅考虑容量并未考虑到成本，运输优化是在排土场设计完成后进行的。“短期/中期排土设计”的排土工程位置无法确定排土设计经济效益是否最优，更无法确定各个阶段排土工程位置能否使整个矿山生命周期内排土经济效益最优。第二，“短期/中期排土设计”由于只考虑较短的时间周期可能导致露天矿排土场高度频繁调整，不利于后续复垦，第三，排土空间无法适时合理的利用，运输排土成本高。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述技术问题，提供了一种内排条件下露天矿排土场长远排土规划的计算系统，能够使整个计算周期内的剥离物运输成本最低，并给出各个排弃阶段的排土工程位置(包括排土场排弃高度、排弃阶段坡面位置)。本专利技术提供的一种内排条件下露天矿排土场长远排土规划计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出三个模块。其特征在于基础数据获取模块获取采场三种数据包括采剥阶段坡底位置、采剥阶段质心及岩量体积，排土场三种数据包括固定推进度排弃阶段切割实体体积及质心、固定推进度排弃阶段坡底位置，具体包含如下步骤：步骤1：建立自定义一维坐标系用于表征采场坡面与排土场坡面的位置。选取一条与采场推进方向垂直的直线作为参考线，平面上一点到该直线的距离即为该点在自定义一维坐标系的坐标，不考虑高程。规定直线沿采场推进方向的坐标一侧为负，另一侧为正(也可作相反规定)；步骤2：建立包含矿石岩石信息的采场块体模型，通过2013版3DMine软件“中长期规划”—“刀量切割”功能得到各采剥阶段的岩量体积并生成各阶段实体文件，调用3DMineVBA接口读取这些采剥阶段实体的质心数据；步骤3：在CAD或者3DMine中建立各采剥阶段坡面DTM，调用3DMineVBA接口获取各采剥阶段坡面DTM与最终境界坑(DTM)交线上在自定义一维坐标系中坐标最大的点(该点最靠近采空区及排土场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最小点)，作为采剥阶段坡底位置；步骤4：建立内排土场块体模型，内排土场的边界以地表境界为边界，在存在沿帮外排土场时与沿帮外排土场相接。建立内排土场后进行“微分”，即在沿排土场发展方向按设定的排弃坡面角和固定推进度进行“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段，为了与模型要求解的排弃阶段相区分，将该排弃阶段定义为固定推进度排弃阶段。同时在垂直方向上按照一定间隔进行垂直“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段垂直方向切割后的实体，这些切割实体定义为固定推进度排弃阶段切割实体。调用3DMineVBA接口读取这些切割实体的体积和质心数据；步骤5：在CAD或者3DMine中建立各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM，调用3DMineVBA接口获取各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM与最终境界坑(DTM)交线上在自定义一维坐标系中坐标最小的点(该点最靠近采空区及采场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最大点)，作为各固定推进度排弃阶段坡底位置。本专利技术提供的一种内排条件下露天矿排土场长远排土规划计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出三个模块，能够计算得出整个计算周期内的剥离物运输最低成本及各个排弃阶段的排土工程位置。其特征在于：计算处理模块采用如下步骤实现：步骤1：读取基础数据获取模块中的数据；步骤2：初始化参数，排弃阶段采空区宽度L(i)＝Lmax(i＝1toN0)，Flag(i)(标志第i排弃阶段是否满足约束条件)，Eflag标志遍历完所有采空区宽度的情况，计算周期内的运输费用Cf；L(i)＝Lmax(i＝1toN0)，Flag(i)＝False(i＝1toN0)，Eflag＝Flase，Cf＝1e100，j＝1(计算第一个排弃阶段)；步骤3：判断Eflag＝False，是则进入步骤4，否则进入步骤17；步骤4：判断Flag(j)＝False，是进入步骤5，是进入步骤10；步骤5：根据第j阶段采空区宽度Lj与采剥阶段坡底位置确定排弃阶段坡面在固定推进度排弃阶段中的位置，即排弃阶段坡面处于固定推进度排弃阶段第几阶段及距离该阶段排土坡面距离，进一步地，得到固定推进度排弃阶段切割实体被采剥阶段排弃坡面切割为两部分后各部分的质心及体积；步骤6：在垂直方向上“积分”——从最下部向上逐层累加处于第j个排弃阶段坡面位置与j-1个排弃阶段坡面位置(j＝1时根据第1个排弃阶段坡面位置及模型计算周期起点时的初始排土场位置或者原始地形)之间的固定推进度排弃阶段切割实体的体积，直至大于当期所需排土空间或者累加到最上部一层实体，根据累加的实体体积与当期所需排土空间的差值、前一次累计的实体体积，最上一层实体的高度进行差值确定第j个排弃阶段排弃高度Hj。对处于第j个排弃阶段坡面位置与j-1个排弃阶段坡面位置(j＝1时根据第1个排弃阶段坡面位置及模型计算周期起点时的初始排土场位置或者原始地形)之间，第j个排弃阶段排弃高度与境界坑底板之间的实体的质心按照各实体的体积进行加权得到第j个排弃阶段的排弃质心；步骤7：计算相邻排弃阶段高差ΔH＝Hj-Hj-1，如果高差ΔH小于给定高差值h，则Flag(j)＝True，反之Flag(j)＝False；步骤8：判断Flag(j)＝True，为真时进入步骤10，为假时进入步骤9；步骤9：判断L(j)>Lmin，为真时第j阶段的采空区宽度减少步距Lstep即令L(j)＝L(j)-Lstep并进入步骤3，为假时进入步骤10；步骤10：判断Flag(j)＝True，为真时进入11，为假时进入12；步骤11：判断j＝N0，即判断是否已计算最后一个排弃阶段。为真时根据各采剥阶段质心及相应的排弃阶段质心计算各阶段的剥离物水平运距和垂直提升高度，并进一步计算目标函数值C，进入步骤13；为假时令j＝j+1(即进行下一个排弃阶段计算)，进入步骤3；步骤12：判断j＝1，即判断当前计算的排弃阶段是否是第一排弃阶段阶段，为真时令Eflag＝True，进入步骤3，为假时进入步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.内排露天矿长远排土规划方法及计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出三个模块，其特征在于基础数据获取模块包含如下操作：建立自定义一维坐标系用于表征采场坡面与排土场坡面的位置，选取一条与采场推进方向垂直的直线作为参考线，平面上一点到该直线的距离即为该点在自定义一维坐标系的坐标，不考虑高程，规定直线沿采场推进方向的坐标一侧为负，另一侧为正(也可作相反规定)；建立各采剥阶段坡面DTM，以各采剥阶段坡面DTM与最终境界坑DTM交线上在自定义一维坐标系中坐标最大的点(该点最靠近采空区及排土场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最小点)，作为采剥阶段坡底位置；建立内排土场块体模型，内排土场的边界以地表境界为边界，在存在沿帮外排土场时与沿帮外排土场相接，建立内排土场后进行“微分”，即在沿排土场发展方向按设定的排弃坡面角和固定推进度进行“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段，为了与模型要求解的排弃阶段相区分，将该排弃阶段定义为固定推进度排弃阶段，同时在垂直方向上按照一定间隔进行垂直“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段垂直方向切割后的实体，这些切割实体定义为固定推进度排弃阶段切割实体，调用3DMine VBA接口读取这些切割实体的体积和质心数据；建立各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM，以各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM与最终境界坑DTM交线上在自定义一维坐标系中坐标最小的点(该点最靠近采空区及采场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最大点)，作为各固定推进度排弃阶段坡底位置。...

【技术特征摘要】
1.内排露天矿长远排土规划方法及计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出三个模块，其特征在于基础数据获取模块包含如下操作：建立自定义一维坐标系用于表征采场坡面与排土场坡面的位置，选取一条与采场推进方向垂直的直线作为参考线，平面上一点到该直线的距离即为该点在自定义一维坐标系的坐标，不考虑高程，规定直线沿采场推进方向的坐标一侧为负，另一侧为正(也可作相反规定)；建立各采剥阶段坡面DTM，以各采剥阶段坡面DTM与最终境界坑DTM交线上在自定义一维坐标系中坐标最大的点(该点最靠近采空区及排土场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最小点)，作为采剥阶段坡底位置；建立内排土场块体模型，内排土场的边界以地表境界为边界，在存在沿帮外排土场时与沿帮外排土场相接，建立内排土场后进行“微分”，即在沿排土场发展方向按设定的排弃坡面角和固定推进度进行“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段，为了与模型要求解的排弃阶段相区分，将该排弃阶段定义为固定推进度排弃阶段，同时在垂直方向上按照一定间隔进行垂直“切割”得到固定推进度条件下的排弃阶段垂直方向切割后的实体，这些切割实体定义为固定推进度排弃阶段切割实体，调用3DMineVBA接口读取这些切割实体的体积和质心数据；建立各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM，以各固定推进度排弃阶段排弃坡面DTM与最终境界坑DTM交线上在自定义一维坐标系中坐标最小的点(该点最靠近采空区及采场一侧，当自定义一维坐标系的正负方向作相反规定时，取坐标最大点)，作为各固定推进度排弃阶段坡底位置。2.内排露天矿长远排土规划方法及计算系统，包含基础数据获取、计算处理、结果输出三个模块，其特征在于计算处理模块采用如下步骤实现：步骤1：读取基础数据获取模块中的数据；步骤2：初始化参数，排弃阶段采空区宽度L(i)＝Lmax(i＝1toN0)，Flag(i)(标志第i排弃阶段是否满足约束条件)，Eflag标志遍历完所有采空区宽度的情况，计算周期内的运输费用Cf，L(i)＝Lmax(i＝1toN0)，Flag(i)＝False(i＝1toN0)，Eflag＝Flase，Cf＝1e100，j＝1(计算第一个排弃阶段)；步骤3：判断Eflag＝False，是则进入步骤4，否则进入步骤17；步骤4：判断Flag(j)＝False，是进入步骤5，是进入步骤10；步骤5：根据第j阶段采空区宽度Lj与采剥阶段坡底位置确定排弃阶段坡面在固定推进度排弃阶段中的位置，即排弃阶段坡面处于固定推进度排弃阶段第几阶段及距离该阶段排土坡面距离，进一步地，得到固定推进度排弃阶段切割实体被采剥阶段排弃坡面切割为两部分后各部分的质心及体积；步骤6：在垂直方向上“积分”——从最下部向上逐层累加处于第j个排弃阶段坡面位置与j-1个排弃阶段坡面位置(j＝1时根据第1个排弃阶段坡面位置及模型计算周期起点时的初始排土场位置或者原始地形)之间的固定推进度排弃阶段切割实体的体积，直至大于当期所需排土空间或者累加到最上部一层实体，根据累加的实体体积与当期所需排土空间的差值、前一次累计的实体体积，最上一层实体的高度进行差值确定第j个排弃阶段排弃高度Hj，对处于第j个排弃阶段坡面位置与j-1个排弃阶段坡面位置(j＝1时根据第1个排弃阶段坡面位置及模型计算周期起点时的初始排土场位置或者原始地形)之间，第j个排弃阶段排弃高度与境界坑底板之间的实体的质心按照各实体的体积进行加权得到第j个排弃阶段的排弃质心；步骤7：计算相邻排弃阶段高差ΔH＝Hj-Hj-1，如果高差ΔH小于给定高差值h，则Flag(j)＝True，反之Flag(j)＝False；步骤8：判断Flag(j)＝True，为真时进入步骤10，为假时进入步骤9；步骤9：判断L(j)>Lmin，为真时第j阶段的采空区宽度减少步距Lstep即令L(j)＝L(j)-Lstep并进入步骤3，为假时进入步骤10；步骤10：判断Flag(j)＝True，为真时进入步骤11，为假时进入步骤12；步骤11：判断j＝N0，即判断是否已计算最后一个排弃阶段，为真时根据各采剥阶段质心及相应的排弃阶段质心计算各阶段的剥离物水平运距和垂直提升高度，并进一步计算目标函数值C，进入步骤13；为假时令j＝j+1(即进行下一个排弃阶段计算)，进入步骤3；步骤12：判断j＝1，即判断当前计算的排弃阶段是否是第一排弃阶段阶段，为真时令Eflag＝True，进入步骤3，为假时进入步骤14；步骤13：判断C<Cf，为真时令Cf＝C，迭代各排弃阶段参数，为假时直接进入步骤14；步骤14：判断L(j)<＝Lmin，为真时进入步骤15，为假时进入步骤16；步骤15：判断j＝1，即是否为第一排弃阶段，为真时令Eflag＝True进入步骤16，为假时令j＝j–1，进行前一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄甫，肖双双，马力，丁小华，刘武，
申请(专利权)人：黄甫，
类型：发明
国别省市：北京,11