凝聚式层次聚类算法在露天采矿MILP数学模型中的应用实践

本文采用凝聚式层次聚类算法对块体数据进行预处理,显著降低了混合整数线性规划(MILP)数学模型在矿业应用中的复杂度,以解决矿业排产优化中的复杂问题。该方法的核心在于根据块体的地质和采矿相关属性的相似性,将大量小块体合理聚合成相对较少的大聚合单元,从而简化了模型的变量和约束条件,减少了求解优化问题所需的计算资源和时间。通过某大型露天金矿采矿联合体的应用案例研究,证明了凝聚式层次聚类算法在实践中的有效性。原始的MILP模型由于块体数量巨大和计算复杂度高无法直接求解。应用聚类算法后,将36183个块体合理减少到5810个聚合单元,显著降低了问题的规模。

基于无人机影像的露天煤矿短期生产计划可视化编制

为提高露天煤矿短期(日、周)生产计划编制效率、快速分析设备计划完成情况以及可视化设计和直观性表达的效果,提出基于无人机影像数据进行短期生产计划快速编制,利用C++语言开发了基于无人机影像的露天煤矿短期生产计划可视化软件系统(Intelligent Mining Design Software System),简称“IMDS”软件。结果表明:①采用无人机影像数据进行短期计划的编制可视化视觉效果增强;②采用无人机影像数据进行局部1500 m×1500 m范围的露天煤矿采场台阶线自动生成,用时为17.392 s,而人工绘图需要5 min;③利用软件平台编制周计划、日计划,降低采矿人员需要反复去现场查验的频率以及突破传统采矿实体、块体算量的复杂性,内部预设设备能力分析模块,直接分析出短期计划内设备完成情况信息;④基于影像数据进行斜坡道快速绘制,自动计算坡道填挖土方量,实现运输道路修筑的精准性;⑤“IMDS”软件提供十大功能模块,235个子功能,可实现对无人机影像数据短期计划编制和基于三维地质实体模块的月度、年度计划快速工程量和工程位置精准确定的编制;⑥短期生产计划编制后,可通过数据发布的方式将短期生产计划发布至露天煤矿综合管控平台,实现计划数据直观展示,实现数据一数一源,保证了数据的准确性和安全性。该系统软件的开发,有助于促进智能化采矿设计软件系统的进一步发展。

基于Geo-Studio的露天采场边坡稳定性研究

以卓成矿业石港矿区为工程背景,通过现场勘察和开采现状图选取最典型的边坡剖面,采用模拟软件Geo-Studio中的HH-Slope/W专业模块对边坡剖面进行极限平衡分析,得出了2个典型剖面在正常采动、爆破振动和爆破振动+地震力耦合作用等3种不同工况下的最危险滑移面位置和边坡安全系数。研究结果表明:(1)当东、西分区采场边帮采用Morgensern-price法计算时,在爆破振动和地震力耦合作用下安全系数分别为1.217和1.078,符合规范要求,边坡稳定性较高,且前者计算的安全系数比后者稍大;(2)随着工况荷载的增大,危险滑移面表现出向深部扩展的行为,稳定性逐步向临界失稳状态扩展。

基于LM-LSO算法的磷石膏堆场边坡形态与稳定性智能优化方法

大量欠稳定边坡阻碍了人类工程活动,亟需采用合理的优化方案来确保工程安全。为此,提出了基于列文伯格—马夸尔特(Levenberg-Marquardt,LM)算法和光谱优化算法(Light Spectrum Optimizer,LSO)的边坡形态智能优化方法(LM-LSO)。首先,采用LM算法对样本数据进行非线性拟合;其次,采用拒绝不可行解方法处理稳定性系数的约束问题;最后,利用LSO搜索最优方案,并与另外4种算法进行比较分析。该方法应用于四川省某磷石膏堆场边坡优化,得到了最小挖方量的优化设计方案。该方法综合考虑了边坡优化的经济性和稳定性,保障了堆场的堆填方量和安全。

基于三维稳定性算法的含水边坡形态优化研究

针对南芬露天铁矿南端帮含水边坡形态优化问题,应用平面凹陷形边坡三维稳定性算法配合二维刚体极限平衡法及对南芬露天铁矿南端帮含水边坡进行形态优化。研究结果表明,南芬露天铁矿南端帮到界边坡形态为:+262平盘宽度40m,+238、+214平盘宽8m,+178平盘宽12m;南端帮到界边坡的破坏形式属于圆弧滑动;岩土体自重、南部河流渗流弱化及自身强度特征是造成南芬露天铁矿南端帮到界边坡发生圆弧滑动的诱发因素。

基于形态与支挡效应的露天矿到界边坡形态优化

为探究露天煤矿到界边坡的坡面形态优化设计方法,以国家能源集团神华新疆黑山露天矿南帮边坡为工程实例,应用简化Bishop法,基于边坡断面形态效应理论,设计了边坡在二维视角下不同凹凸程度的坡面形态并进行了稳定性评价与对比,得到较优设计;基于强度折减法,应用数值模拟方法仿真了较优坡面形态在边坡三维支挡作用下的形变过程,通过分析形变特性,进一步提高边坡坡面的凹凸程度得到了最优坡面形态。结果表明:二维设计条件下,受局部边坡稳定性的限制,在黑山露天矿南帮边坡+2385 m水平以下自底周界向上依次布置两组组合台阶,可得凹凸程度较优的坡面形态,坡面的整体稳定性系数为1.344,局部稳定性系数为1.204。三维设计条件下,较优形态在内排土场与横采工作帮的三维支挡作用影响下,边坡局部与整体的稳定性均得到改善,存在进一步形态优化的空间。可在较优形态基础上,通过增设一组组合台阶的方式局部加陡+2430 m水平以下边坡区段以取得最优坡面形态。最优形态在数值模拟边坡形变过程中,进入临界失稳前变速阶段后呈现的形变速度相对缓慢,模拟结果稳定,最终强度折减系数为1.20。最优形态在地表界与底周界不变的前提下,保障黑山露天矿边坡安全的同时可节省首采区岩石剥离量约384万m3。

基于改进M-P法的坡态控制参数优化设计

为研究坡态控制参数与边坡安全系数之间的非线性关系及弥补传统Morgenstern-Price(M-P)法的缺陷,基于陈冲砂岩矿露天采场边坡工程,提出了坡态优化设计方案。引入时程法对传统M-P法进行改进,计算了不同设计方案下的边坡安全系数,探讨了边坡安全系数衰减规律及递增规律,最终确定出最佳设计方案。结果表明:原设计方案中,边坡最危险时刻为28 ms,此时的边坡安全系数为1.057;在边坡安全系数减速衰减阶段安全系数平均降低了3.38%,在加速衰减阶段安全系数平均降低了5.68%;台阶坡面角越大,边坡稳定性受台阶宽度的影响越大,不同台阶坡面角下安全系数分别增加了10.0%、10.4%、10.5%、10.6%、10.6%;相比原设计方案,最优设计方案中安全平台宽度增加了1 m,清扫平台宽度增加了2 m,台阶坡面角减少了6°。

考虑矿山边坡稳定性和经济效益的坡态控制参数敏感性研究

坡态控制参数的确定是露天开采设计的重要环节,为明确各参数发生波动时边坡稳定性和剥离量的变化程度,以广东省某矿山为研究对象,对露天矿山边坡结构设计中的台阶高度h、安全平台宽度l_(1)、清扫平台宽度l_(2)和台阶坡面角α四个坡态控制参数影响因子进行敏感性分析。采用极限平衡法计算了108组不同坡态控制参数下边坡的稳定性系数,通过相关系数矩阵以及多元线性回归建模,进一步结合基于剥离量的经济效益计算,定义了综合效益权重δ_(i),并以此定量分析了各坡态控制参数因子对边坡稳定性与经济效益的影响程度。结果表明:综合效益权重排序为α≫h>l_(1)>l_(2),当设计方案稳定性系数不满足安全系数时应优先增大清扫平台的宽度与安全平台的宽度,反之则应该优先考虑增大台阶坡的面角,并据此原则确定了最优方案为台阶坡面角70°、台阶高度12 m、安全平台宽度6 m、清扫平台14 m。

基于Slide法的磨坊露天磷矿边坡稳定性分析

针对磨矿露天磷矿特有的工程地质特征,选取了2个典型的最危险盘边坡剖面,运用Slide边坡分析软件进行稳定性计算分析。计算结果表明:设计的边坡稳定性良好,安全系数满足安全系数限制的要求。该结果验证了施工图阶段所设计的边坡参数能够满足现场实际的技术标准和生产需要,该结论对磨坊露天磷矿安全生产作业具有重大的指导作用。

露天矿配矿优化方法研究

针对露天矿山规划与矿石质量管理的配矿需求,在爆堆品位分布预测的基础上,利用0-1整数规划模型,研究了露天矿配矿的优化方法,进而将其嵌入到DIMINE软件中,并以某水泥灰岩矿配矿设计为例,验证该技术的性能。结果表明,该露天矿配矿优化方法应用简单、配矿效率高、效果好,可有效提高企业的经济效益,对于指导矿山企业的有效生产与决策具有重要的意义。

露井联采下边坡稳定性及其边界参数优化研究

采用三维数值模拟程序对露井联采下的边坡稳定性进行研究,结果表明,井工工作面开切眼位置对露天边坡的稳定起到关键作用。利用数值模拟计算方法对边界参数进行优化,得出当井工开切眼与边坡之间水平距离在原基础上增加20m时,边坡的整体稳定性将得到明显改善。相似模拟试验同样验证了此优化方案的合理性。此方案已在现场应用,保证了露天边坡稳定和安全生产。

露天矿山三维设计方法应用研究

针对传统露天矿山开采设计采用二维方式的不直观、低效率等缺点,提出了露天矿山的全三维设计方法.首先以矿业三维软件为平台创建矿床地质模型,利用统计学方法进行品位赋值,形成地质品位计算模型,在此基础上利用三维有限元计算方法进行开采境界边坡角及边坡台阶组合参数优化研究.借助境界圈定及三维排产程序进行采剥方案、生产规模、开采境界、边界品位等矿山关键决策项目的整体优化,最后根据优化结果布置开拓系统,实现露天矿山的设计流程全三维化.将该方法在某矿山设计中进行了应用,结果表明,基于三维可视化的设计方法具有工作效率高、计算精准的优点,有较强的应用推广价值.

基于DIMINE软件系统的露天矿境界优化研究

露天境界优化是露天矿设计和生产经营管理的重要环节,而最终境界优化是一项需要综合考虑矿山资源状况、开采技术条件、矿产品销售价格、矿石开采及处理成本等多种因素,实现经济效益最大化的复杂工作。目前,三维可视化矿床模拟技术和露天境界优化方法的完美结合使其工序更为简化,并可获得良好的动态效果。以广西平果铝土矿为研究对象,借助DIMINE软件系统建立了该露天矿山的三维实体模型,更加准确、直观地反映了矿床与工程实体的形态及其空间分布关系。针对所建的矿体模型进行了品位估值、储量计算等工作,并基于Le-rchs-Grossmann优化方法(L-G法)对该铝土矿进行露天境界优化研究,参照采矿手册及工程经验,确定合理的露天境界优化参数,得出了该矿山露天开采的最优经济境界。结果可用来指导该矿山前期的资源开发和投资决策,并为后期安排生产计划和实时调度控制提供可靠的依据。

露天矿生产信息综合处理系统

以地质统计学原理、数学规划理论、条件模拟、系统工程方法为基础 ,应用数据仓库原理、CAD技术、人机交互技术及系统集成技术 ,针对露天矿各主要生产部门的作业任务及特点 ,开发了露天矿生产信息综合处理系统 ,实现了信息管理、数据处理、优化计算、图件绘制等的系统化和自动化 .介绍了该软件的总体目标、系统设计。

基于浮动圆锥法的境界优化及三维可视化露采设计

采用传统手工法确定露天矿开采境界,计算工作量大,无法全面考虑资源开采技术及经济条件指标等因素对境界优化的影响,很难得到合理的最终开采境界。以数字矿山系统——QuantyMine为平台,在建立的矿区三维含品位块体模型基础上,设计和开发了浮动圆锥法境界优化算法,在软件中实现露天矿的境界优化,进而支持最优的露天开采设计。

露天煤矿最终境界优化实用算法

基于开采总利润最大的准则,设计了开采境界优化的"正锥体排除法"算法体系,包括最大境界的圈定,锥壳模板构建和锥体排除算法.该算法可以方便地处理不同方向和区域具有不同帮坡角的情况.把这一算法体系应用于建立的柱状煤层模型,根据矿山生产能力、煤矿地质条件、当前煤矿开采成本以及煤矿售价,进行优化,得出了在给定煤层赋存条件和技术经济条件下境界的最佳大小和形态,以及采剥量.为矿山生产决策者提供了设计依据,具有重要的参考价值.

元胞自动机生成城市空间影响区的方法

确定城市空间影响区是一项非常复杂的工作,在区域规划与城市规划中有着重要的理论与实际意义。该研究提出了一种新的基于元胞自动机模型的加权Voronoi图的生成算法,该方法通过元胞自动机演化中元胞状态的变换来标识其空间归属,以此确定城市的空间影响区,并以陕西省为例进行了实证研究。

露天煤矿生产计划优化

基于浮锥排除法原理以及柱状煤层模型,在已知境界中产生地质最优采场序列.建立动态排序模型,以净现值最大为目标函数,用动态规划方法找出最优开采路径作为最优开采方案,实现开采顺序、生产能力及开采寿命三大要素的同时优化.将上述方法应用于某露天煤矿得出,该矿山开采时间为39年,年生产能力为1 649万t,不考虑基建投资的生产净现值为339.98亿;同时给出了每年岩石及表土剥离量和具体的开采位置,为矿山生产决策者提供了有力手段.

露天矿多采区受约束条件下全境界优化

基于浮锥排除法基本原理,使用Smart Miner软件对两露天采场进行全境界优化,将两个不同生产条件的采场合为一个矿区.考虑到不同采区生产技术经济参数不一样,而境界优化结果对这些参数的敏感度较高,所以软件增加了优化中识别开采对象所在分区,按所属分区的技术经济参数进行优化的功能;同时采场开采范围受地表构筑物影响,因此软件新增在任何约束范围进行境界优化功能.以司家营露天矿区为例分别在有约束和无约束条件下根据分区参数进行优化.结果表明,地表构筑物对最佳境界的约束"很硬",由此少采1亿t矿,且在-202 m水平开始形成挂帮矿;如果这1亿t矿仍然露天开采,那么地表构筑物移除费用必须小于3.4亿元.

露天矿生产地质信息管理系统的开发与应用

该系统是一套集地质数据采集与处理、地质模型构建、地质储量计算以及地质绘图等内外业为一体的软件系统 .系统采用加权最小二乘拟合法进行估值计算 ,并结合交互技术实现地质结构与构造的处理与描述 ,建立了各种地质信息数据库 .应用 Active X Automation技术 ,深入开发了 Auto CAD图形平台 ,建立了地质绘图系统 ,为露天矿生产、计划和管理提供矿体赋存几何形态、矿体地质储量、地层结构与构造。