（采矿工程专业论文）乌龙泉矿白云石动态实时配矿系统的研究.pdf

l ! i l i i iiiti i i iil l l i i iii ii 武汉科技大学 y 17 3 9 3 4 5 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：萼l 塑牟日期：丝塑生型逆司 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 硼o ft 儿 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 配矿是矿山有计划、有目的地将不同品质的矿石相互混合的多阶段工艺过程，是矿产 资源质与量的相互协调与均衡。它的主要目的是使产品不仅能满足用户要求，又能为企业 获取最大的经济利益，因此配矿工作极为重要。本文首先针对乌龙泉矿凭借人工经验配矿 的弊端进行研究和讨论，再根据矿区的实际情况提出了进行科学化管理的生产模式，为矿 区建立了有实用参考价值实时动态配矿系统。它为矿石品位的稳定提供有效保障，同时也 提高矿山资源的利用率。 本文主要内容包括：根据乌龙泉矿山的实际情况提出一套实用、可行的配矿方案；提 出了符合矿山实际的矿石品位优化控制方法；利用一元线性回归分析方法建立了品位预测 数学模型，为配矿工作的实时性提供了理论保障和建模基础；利用线性规划方法建立了配 矿数学模型，并针对矿山实际情况对模型进行简化，形成实际使用的实时配矿系统；利用 v b 语言为工具构建乌矿白云石实时配矿系统。 乌龙泉矿实时配矿系统的建立，有其独特的运行规律，不仅对乌龙泉矿有着现实的指 导意义，还对类似的中、小型露天矿配矿系统有着有重要的参考价值。 关键词：配矿；爆堆品位预测；线性规划：实时配矿系统 a b s t r a c t o r em a t c h i n gi sam u l t i s t a g ep r o c e s so fm i x i n g o r e sw i t hd i f f e r e n tq u a l i t i e ss y s t e m a t i c a l l y a n dp u r p o s 蒯l y 锄dak i n do fc o o r d i n a t i o na n db a l a n c eo nq u a l i t y a n dq 1 瑚n 够o tm l n 删 r c s o u r c 销i t sm a i np u 印o s ei st om a k et h ep r o d u c t sn o to n l ym e e tu s e r s r e q u i r e m e n t s b u t a l s 0 m 出en l em a x i i i l a le c o n o m i cb e n e f i t sf o re n t e r p r i s e s ，s oo r em a t c h i n gi s a l w a y sv e r y 蛐p o 咖t i nt h i sp a p t h er e s e a r c ha n dd i s c u s s i o nw a sa p p l i e da c c o r d i n g t ot h ea r t i f i c i a ld e f e c t s ，锄dm 既 e s t a b l i s h e dd 锄i ca n dr e a l - t i m eo r em a t c h i n gs y s t e ma c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls l n 加o n o tm l n e w i ms c i e i l t i f i cm 趾a g 伽饥tp a t t e r n i tp r o v i d e de f f e c t i v ep r o t e c t i o nf o r t h es t a b i l i t yo fo 佗倒c a n di m p r o v e dt h eu t i l i z a t i o no fm i n i n gr e s o u r c e s 1 1 1 em a i nc o n t 饥t sa r ea sf o l l o w s ：d e v e l o p i n ga u s e f u la n da v a i l a b l eo r em a t c h i n 。gp r o 孕锄 a c c o r d i n gt ot l l ea 咖a 1s i 删o no fw u l o n g q u a nm i n e ；p r o p o s i n go p t i m a l c o n t r o lo fo r e 倒e w l l i c hi sa o c o r d e d w i t ha c t u a ls i t u a t i o n ；e s t a b l i s h i n gg r a d ep r e d i c t i o n m o d e lu s l n g o n e d i m e n s i o n a ll i n e a rr e 伊e s s i o na n a l y s i sa n dp r o v i d i n gt h e o r e t i c a l g u a r a n t e ea n dm o d e l m g b a s i s f o rt h er e a l t i m e o fo r em a t c h i n g ；e s t a b l i s h i n g o r em a t c h i n gm o d e lw l m1 1 n e a r p r o g r a m m i n gm e t h o da n ds i m p l i f y i n gt h em o d e la c c o r d i n g t ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fm l n e ；u s l n g v bl a n g u a g ea sat o o lt ob u i l dw u l o n g q u a nd o l o m i t eo r e m a t c h i n gs y s t 锄， w u l o n g q u a nr e a l - t i m eo r em a t c h i n gs y s t e mh a si t so w n u n i q u eo p e r a t i o nr u l e s ，w m c nn o t o n l yh a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a t i o nf o rw u l o n g q u a ni r o nm i n e ，b u ta l s oh 弱m e o r e t l c a l l s i g n i f i c a t i o na n dr e f e r e n c e v a l u ef o rt h es i m i l a ro p e np i tm i n et o e s t a b l i s hn l e l ro w no r e m a t c h i n gs y s t e r n k e yw 。r d s ：o r em a t c h i n g ；p r e d i c t i 。n 。fg r a d ea f f e rb r o k e n ；l i n e a rp r o g r a m m i n g ；r e a l t i m e 。r e m a t c h i n gs y s t e m 武汉科技大学硕士学位论文 第1 i i 页 目录 摘要兽i a b s t r a c t i i 了j 录i i i 第一章绪论1 1 1选题背景l 1 2 矿区地质1 1 2 1 矿山概况。1 1 2 2 矿石储量与地质品位2 1 2 3 矿物组成与特征4 1 2 4 矿床顶、底围岩特征4 1 2 5白云岩矿层的夹层及其形成的夹石4 1 3 现行配矿系统6 1 3 1简介：6 1 3 2 存在的主要问题6 1 4 研究的目的和意义7 1 5 论文的主要研究内容。7 第二章国内外研究现状及发展动态。9 2 1 配矿管理系统9 2 2 配矿构模理论1 1 2 3 其它配矿数学模型1 4 2 4 优化方法研究1 4 2 5 计算机及人工智能在配矿中的应用15 2 6 主要配矿方法16 第三章白云石矿爆堆品位预测1 8 3 1引言l8 3 2 采区矿石品位预测方法确定1 8 3 3 品位的优化控制1 8 3 4 一元线性回归分析的基本原理2 0 3 5 建立回归方程2 1 3 5 1回归方程建立依据2 1 3 5 2 回归方程假设检验2 2 3 6 品位预测及精度分析2 3 第四章配矿数学模型建立及矿石混匀控制2 5 4 1 引言2 5 第页武汉科技大学硕士学位论文 4 2 矿山配矿模型的讨论2 5 4 2 1多出矿点单受矿点配矿线性规划模型2 5 4 2 2 多出矿点、多受矿点配矿线性规划模型2 6 4 2 3 模型求解2 8 4 3 配矿模型简化2 9 4 4 矿石混匀控制2 9 第五章实时配矿系统的建立31 5 1 实时专家系统3 l 5 2 系统的开发环境3 2 5 2 1 专家系统开发环境3 2 5 2 2 实时配矿系统开发环境3 2 5 3 配矿系统主要功能模块3 3 5 4 配矿实现过程的推理机制3 3 5 4 1 适用知识的选取3 3 5 4 2 推理机制3 3 5 4 - 3 推理的结束条件3 4 5 4 4 推理过程3 4 5 4 5 爆堆出矿截止品位确定3 6 5 4 6 程序3 7 5 5 配矿系统的界面设计。3 8 5 5 1启动窗口3 8 5 5 2 主窗口。3 8 5 5 3计划配矿窗口3 9 5 6 模拟试算及配矿结果4 0 5 7 配矿结果分析4 0 第六章结论4 l 参考文献4 2 致谢4 5 攻读硕士期间发表学术论文4 6 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 选题背景 第一章绪论 本课题的研究内容是武汉科技大学与武钢乌龙泉矿合作项目“低品位白云石矿的开发 利用研究中的一子课题。其目的是根据乌龙泉矿的现场生产实际，将较高品位与较低品 位的白云石矿进行合理配矿，以增大低品位白云石矿的利用，降低生产成本，减少资源浪 费，提高矿山经济效益，保证其持续稳定的发展。 乌龙泉矿是武钢目前主要的冶金熔剂矿石基地，为山坡露天矿，主要产品为石灰石和 白云石。乌龙泉矿目前所确定的白云石原矿开采品位为氧化镁( m g o ) 含量大于1 6 。根 据矿山矿石赋存，采矿生产采出的白云石原矿m g o 含量一般在1 6 2 2 之间，并分为 了两级【l 】：i 级品，m g o 含量1 9 0 0 2 1 5 1 ；i i 级品，m g o 含量1 6 1 0 1 8 3 8 。前者 为优石，后者为普石。i 级品直接进入轻烧，其成品中的m g o 含量确保了大于3 2 ，从而 保障了销售质量。产品直销武钢集团公司，这是该矿向集团公司输送的主供产品，也是该 矿效益主要来源。同时，矿山也外购部分优矿，由于外购优矿本身的品质较高、质量稳定， 为了保证轻烧外销产品质量的绝对合格，通常对这类优石直接加入i 级品进入轻烧，因此 轻烧后的产品质量往往大于或远大予标准要求。i i 级品为普石，主要作为建筑材料外销， 但其价值远低于作为冶金溶剂的价值，且销路少、利用量小、效益差，导致采出后大量堆 积，有时甚至只能作废石排弃。同时矿区普石、优石的交错赋存，在开采中存在严重的压 矿现象，使优石难以采出，已严重的影响着矿山正常生产和企业盈利能力。 事实上，矿山销往武钢集团公司的轻烧产品只要白云石原矿m g o 含量大于或等于1 8 就肯定能达到合格标准，而成品只有低限，大于、等于同价，大于部分没有溢价计算。 因此，目前矿山采取的仅利用优石轻烧生产外销产品，虽然产品质量得到了充分的保证， 但优石没有得到充分利用，对企业而言是优质资源的浪费，因此也就无法确保矿山经济利 益的最大化。分析可见，矿山产品利益最大化应是，进入轻烧的白云石m g o 含量应等于 或略大于1 8 ，这样就存在设法使m g o 含量在1 9 2 2 之间的优石，能与低于1 8 、 高于1 6 的普石搭配混合，使其轻烧产品满足合格产品要求，即采取科学的配矿方法，增 大普石利用率，提高矿山效益。 如何根据矿山具体情况，建立合理、科学的配矿系统正是本文研究的主要工作内容， 同时合理、科学的配矿也是矿山实现贫富兼采，充分利用矿石资源的重要手段，因此其研 究是实践和丰富采矿理论，对科学采矿有着重要的理论和现实意义。 1 2 矿区地质 1 2 1 矿山概况 乌龙泉矿位于武汉市江夏区乌龙泉镇西，属江夏区管辖。矿区东起京广线，西至鸽子 山东坡，东西长3 4 k m ，南北宽0 8 1 1 k m ，面积2 9 2 平方公里。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 矿区东侧设有专用铁路，在乌龙泉站与京广铁路相接，可直达武钢，相距仅5 6 k m 。 另有公路经纸坊直通武汉市区，北距武昌火车站3 7 k i n ，东离武钢5 6 k m ；矿区西侧有公路 在段岭庙与1 0 7 国道衔接，交通十分方便。 矿区位于淮阳山字型构造前弧西翼南西段的沈家湾背斜南翼中偏东部，地形最高为鸽 子山，标高1 9 3 1 m ，最低为北面的山间平地，标高为4 0 m 。矿层呈单斜层缓倾斜产出，走 向6 0 8 0 。，倾向s e ，倾角1 2 , - 一2 4 。矿床主要由3 个矿层组成，自上而下分别为深色 石灰石矿层，浅色石灰石矿层即优质石灰石矿层以及白云岩矿层。矿层内夹石特别发育， 夹石一般呈层状、透镜状产出，形成条带状或不规则状断续分布于矿层中，是影响矿石质 量和加大矿石损失率的主要因素。顶板为燧石结核灰岩，底板为石英砂岩。矿区内构造特 别发育，断层多，破坏了矿层的连续性，使其十分破碎，形成大小不等的矿块。同时岩溶 发育，使矿层中硅质夹层多。矿区地表水系极不发育，零星分布小水沟、小水塘、小水库。 矿区属亚热带湿润季风气候。历年平均气温1 6 7 ，七、八、九月为盛夏季节，平均 气温2 9 5 ，最高温度4 0 3 ，十二、一、二月份为冬季，平均气温3 左右，最低温度 可达1 2 4 。年降雨量一般为9 5 0 2 1 8 6 2 6 m m ，雨季集中在四至八月份，其降雨量占平 均年降水量的6 0 9 5 。年平均蒸发量为1 5 6 8 m m ，潮湿系数o 8 3 ，年平均相对湿度为7 7 。全年风向春夏两季多为东南至南风，秋冬两季多为北风，最大风速达1 9 r n s 。 矿区以2 2 勘探线为界分为东、西两区，其中0 2 2 勘探线为东区，2 2 - - 4 4 勘探线为 西区。东区露采已4 0 多年，目前己由山坡露天转为凹陷露天开采；西区刚完成开拓而进 入正常生产阶段。矿山年产石灰石1 4 0 万吨，白云石8 0 万吨，合格产品主要销往武钢作 冶金溶剂辅料。 矿岩物理力学参数见表1 1 ： 表1 1 矿岩物理力学参数表 1 2 2 矿石储量与地质品位 乌龙泉白云石矿的设计是根据中国冶勘总局中南地质勘查院提交的乌龙泉矿生产地 质勘探报告为依据的。其中各水平各矿种采出的品位及乌龙泉矿截止2 0 0 9 年矿产储量表 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 表见表1 2 、表1 3 。 表1 2 乌龙泉矿截至2 0 0 9 年矿产储量表单位：千吨 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 表1 3 各水平、各矿种地质品位表 1 2 3 矿物组成与特征 白云岩矿石主要有益组分为m g o ，主要有害组分为s i 0 2 。目前，可以直接工业利用的 分为两级：i 级品矿石主要化学成分含量，c a o ：3 1 2 2 - - 一, 3 3 8 5 ，m g o ：1 9 0 0 - - 2 1 5 1 ， s i 0 2 ：o 1 3 1 2 5 ；i i 级品矿石，c a o ：3 3 8 6 - - 3 5 2 6 、m g o ：1 6 1 0 1 8 3 8 、s i 0 2 ： o 1 1 o 7 7 。 1 2 4 矿床项、底围岩特征 矿床顶板岩性为燧石结核灰岩，呈中厚层状产出，与深色石灰岩矿层整合接触。燧石 结核灰岩呈深灰色，由方解石和燧石组成，常见生物化石及其碎片。燧石结核呈扁椭球体 形、长条形及不规则形态，其大小悬殊，长径可达2 5 厘米，短径最短5 厘米，长轴方向往 往平行于层理。结核致密坚硬、性脆，化学成分9 5 以上是s i 0 2 。由于燧石结核的存在， 岩石的s i 0 2 含量增高。燧石结核灰岩主要化学成分平均含量：c a o 4 4 9 5 、m g o ：1 0 6 、 s i 0 2 ：1 6 6 4 。 矿床底板岩性为石英砂岩和白云岩。石英砂岩呈灰白色，砂状结构、块状构造，矿物 成分主要为石英，含量4 0 - 7 0 ，其次为长石，胶结物为泥质、钙质和少量铁质；其主要 化学成分及其含量：s i 0 2 ：5 3 5 5 、c a o - 1 3 - , 一1 5 、m g o ：6 - - 7 。石英砂岩呈中厚层 状产出，与白云岩矿层呈假整合接触。白云岩的矿物成分和化学成分与白云岩矿石相同， 仅因m g o 含量低于1 6 ，或s i 0 2 含量大于3 ，而将其划分成矿床底板围岩。 1 2 5白云岩矿层的夹层及其形成的夹石 ( 1 ) 硅质层夹层及其形成的夹石 硅质层在矿层中相当发育，在相对较稳定的层位上断续或零星分布，见图1 1 。其厚度 0 5 - 5 8 m 不等，一般1 至2 d 层，局部含3 至4 d x 层，见表1 4 。 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 编号 4 44 34 24 0 3 83 63 4 3 23 l3 02 92 82 72 62 52 42 32 2 p c 垃7 0 c 控静 c 2 5 f c 也4 一 c 王2 3 p c 控2 一 c 2 l p c 1 9 3 c i 8 一 c i 7 一 c i 6 0 c i 5 ， c i 4 一 c i 3 一 c i 2 * 3 c i l p | = i 图1 1 硅质层分布规律一览表 表1 4 硅质层特征表 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 低镁白云岩夹层及其形成的夹石 该夹层在矿层中比较发育，由m g o 含量偏低的白云岩组成，分布无规律，部分自身 形成夹石，其主要化学成分c a o ：3 8 - - 一4 5 、m g o ：4 1 5 、s i 0 2 1 ，多数与硅质层 形成的夹石混为一体成夹层，其c a o 含量相对下降，s i 0 2 含量相对增高。 1 3 现行配矿系统 1 3 1 简介 配矿是一个复杂的动态过程，牵涉面广，制约因素多。乌龙泉矿目前的配矿过于简单， 其基本做法是：将全矿所采白云石矿按m g o 含量1 9 作为分界指标，1 9 的为优石， 直接进入轻烧，产品直销武钢集团公司； 0 ( 2 1 2 ) 式中：v l i 为第i t 作面难选矿石量；v i 为第i t - 作面向选厂供应的矿石总量；k o l 为开采总 量中难选矿石的计划百分率；a o 为计划采矿量；k 为k 露天矿的计划采矿量；k k 为k 露天 矿作业不均衡系数；n 为露天矿采矿工作面数；v i i 为从第i 工作面向选厂供应粕类矿石计算 量( j = 1 ，2 ，3 。相应代表难选型、极难选型、标准型) ；n k 为k 露天矿采场工作面数；v i 为从第i 个工作面的最低允许运出矿量；v “i 为第i 工作面电铲最大可能生产能力；口。，分 别为入选矿石中c 种成分的计算含量与计划含量：a c 为允许偏差；k l j ，k 2 j 为分别为采矿 总量中j 类型矿石的最小及最大百分率。 该模型解算表明，按此作业量生产，难选型矿石在采矿总量中所占比例波动值由5 4 降至1 7 ，保证了入选矿石质量稳定的要求。 李进合、马春德的线性规划模型【1 3 】，选取各生产环节的原矿量、中间矿量和商品矿石 量为变量，设计了四类约束。 第一类，产量和生产能力约束： q ，x ，彳， ( 2 1 3 ) q t a ( 2 1 4 ) j = l 式中：q j 为第j 采区负担的生产任务；玛为第j 采区计划矿石产量；a j 为第j 采区由生产技术 条件决定的生产能力；a 为矿山全年生产能力；q 一矿山全年生产任务；j 为采区编号( j = 1 ， 2 ，n ) 。 第二类，各采区原矿石产量按商品矿石类型分配条件( 或中间产品条件) 约束： ( j = 1 ，2 ，n ) ( 2 1 5 ) i = 1 g 玛- 乞，：( n - 2 ) 时，回归效应显著； 反之则回归效果不显著。 3 5 建立回归方程 3 5 1 回归方程建立依据 原矿地质品位与采区破碎后的品位虽不存在确定的函数关系，但却显然有着一定的相 关性。对已有的部分原始数据进行统计：( 1 ) 全矿区由勘测部门提供的地质品位； ( 2 ) 与原始地质品位相对应的、已开采矿石( 即已经爆破破碎) 的品位，这里收集的爆破破碎 品位数据，是乌龙泉白云石矿在采纳3 3 节的建议并且完善了品位质量控制后所取得的。因 此其精度能得到保证，这也为做好后续的预测工作提供了前提。 2 0 0 9 年7 月至9 月，各采区品位值的统计与对比见表3 1 。 第2 2 页武汉科技大学硕士学位论文 表3 1 乌龙泉矿白云石地质品位与破碎后品位对应情况统计 编号地质品位 破碎后品位编号地质品位 破碎后品位 ( n ) ( x ) ( y ) ( n ) ( x )( y ) l1 9 1 51 8 1 771 8 7 41 7 6 9 21 8 7 6 1 7 9 781 9 7 31 8 2 0 32 0 2 0 1 8 7 79 1 9 5 51 8 7 6 41 9 1 01 7 5 9l o1 8 1 41 6 3 2 5 1 8 6 21 7 4 7l l1 8 0 81 5 7 9 61 8 2 01 7 2 51 21 7 9 81 5 2 4 根据表中数据绘制散点图如图3 1 所示： 图3 1 地质晶位与破砰后品位散点图 由散点图可见，作一元线性回归较合适。 将表3 1 的数据代入( 3 2 ) 式与( 3 3 ) 式中，计算可得：舀= 一7 9 4 7 ，夕= 1 3 4 7 。将回归系 数舀，夕代入回归方程矿= 舀+ 夕x ，求得破碎品位y 与地质品位x 关系的线性回归方程： 矿：一7 9 4 7 + 1 3 4 7 x 。 3 5 2 回归方程假设检验 上述线性回归方程是否有实用价值，首先应根据有关专业知识和实践来判断，其次还 要根据实际观察得到的数据，运用假设检验的方法来判断【5 0 1 。 这里采用t 检验法对参数估计矽进行检验，取口= 0 0 5 。 查t 分布分位数见表3 2 ：乞，：( n - 2 ) = t o o ：5 ( 1 0 ) = 2 2 2 8 1 ，将已知数据代入公式( 3 4 ) 算得 构造统计量f = 4 0 2 5 。则：i t l = 4 0 2 5 2 2 2 8 1 = t o 0 2 5 ( 1 0 ) 。说明y 与x 的线性回归是显著的。 武汉科技大学硕士学位论文第2 3 页 表3 2t 分布分位数表 1 1口= 0 2 5 0 1 0 0 0 50 0 2 5n口= 0 2 50 1 00 0 50 0 2 5 l1 o 0 0 03 0 7 7 76 313 81