基于基建投资内生变量的露天煤矿开采计划优化方法

摘要

本发明属于露天煤矿的开采领域，尤其涉及一种基于基建投资内生变量的露天煤矿开采计划优化方法，包括以下步骤：（1）获取洗煤厂基建投资函数、除洗煤厂和采剥设备外其他基建投资函数及两者加起来的总基建投资函数；（2）获取某条计划路径某年的原煤开采量、剥离的废石量与剥离的第四纪层量；（3）获取某条计划路径某年的成本的关系模型；（4）获取某条计划路径的某年利润的关系模型；（5）获取某条可行计划路径的所有年份的利润关系模型；（6）找出一条满足可行计划约束的“当前路径”；（7）以“当前路径”为基础构建满足约束条件的“新路径”；（8）以“新路径”为基础构建满足约束条件的更新的路径，直到找到最佳路径为止。本发明开采顺序合理，实用性强，可推迟剥离高峰，延长开采寿命，约束生产能力不合理扩张，降低投资风险。

说明书

技术领域

本发明属于露天煤矿的开采领域，特别是涉及一种基于基建投资内生变量的露天煤矿开采计划优化方法。

背景技术

以往的露天煤矿开采计划的优化方法一般是以获得最佳开采顺序为重点，对于生产能力或者预先依据储量规模确定一个合理的生产能力，而在开采计划优化中作为已知条件，或者去设立一个合理的、有限的产能范围，在此范围内同时优化开采顺序和生产能力，在前一种情况下，基建投资随生产能力而定，不是变量，不用在计划优化中考虑；而在后一种情况下，一般都是设定生产能力范围内，基建投资变化不大，在优化模型中也不把基建投资作为变量予以考虑，为了尽可能准确的反应优化结果的经济效益的净现值(

然而基建投资是生产能力的函数，而生产能力、开采顺序以及开采寿命三者之间相互作用，基建投资不仅影响最佳生产能力，而且通过后者影响最佳开采顺序和开采寿命。不把基建投资作为内生变量，而在计划优化后再依据优化结果计算基建投资并算入

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种开采顺序合理，实用性强，可延长开采寿命，提高生产能力及开采效率的基于基建投资内生变量的露天煤矿开采计划优化方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于基建投资内生变量的露天煤矿开采计划优化方法，其包括以下步骤：

（1）获取洗煤厂不设储矿设施基建投资函数、除洗煤厂和采剥设备外其他基建投资函数及两者加起来的总基建投资函数；

（2）获取某条计划路径某年的原煤开采量、剥离的废石量与剥离的第四纪层量；

（3）获取某条计划路径某年的成本的关系模型；

（4）获取某条计划路径的某年利润的关系模型；

（5）根据步骤（3）所得关系模型与步骤（4）所得关系模型获取某条可行计划路径的所有年份的利润关系模型；

（6）找出一条满足可行计划约束的当前路径；

（7）在步骤（6）所得当前路径基础上，构建约束条件的新路径；

（8）在步骤（7）所得新路径基础上，构建约束条件的更新的路径，直到找到最佳计划路径为止。

作为一种优选方案，本发明步骤（1）中，所述不设储矿设施基建投资函数为：

式中，

所述除洗煤厂和采剥设备外其他基建投资函数为：

式中，

所述两者加起来的总基建投资函数如下所示：

式中，

进一步地，本发明步骤（2）中，所述某条计划路径某年的原煤开采量、剥离的废石量与剥离的第四纪层量依次为：

式中，

进一步地，本发明步骤（3）中，所述某条计划路径某年的成本的关系模型为：

式中，

进一步地，本发明步骤（4）中，所述某条计划路径某年的利润的关系模型为：

式中，

进一步地，本发明步骤（5）中，所述某条计划路径的所有年份的利润关系模型为：

式中，

进一步地，本发明步骤（6）中，找出一条满足可行计划约束的当前路径方法如下：

S101：置第1年时间

S102：令时间

S103：令年

S104：计算年

S105：有三种情形：

（a）如果

若

（b）如果

若

（c）如果

：得到一条除最后一年外，每年

进一步地，本发明步骤（7）中，在当前路径基础上，构建约束条件的新路径方法如下：

S107：令时间

S108：从

S109：计算年

S110：有两种情形：

（a）如果

将原来的

（b）如果

不可行，如果这时

进一步地，本发明步骤（8）中，在新路径基础上，构建约束条件的更新的路径，直到找到最佳路径为止的方法如下：

S111：令时间

S112：令年

S113：计算年

S114：有三种情形：

（a）如果

若

（b）如果

若

（c）如果

S115：一条新的可行计划路径构建完毕，计算这一路径的总

S116：输出最佳计划路径，结束。

本发明方法将基建投资计划看作生产规模的函数，并在开采计划优化过程中，将基建投资作为内生变量，使用枚举法构建了露天煤矿开采计划的优化方法。比起原有的方法，该方法优化得出的开采方案的开采顺序合理，实用性强，可延长开采寿命，提高生产能力及开采效率，且

应用结果表明，考虑基建投资作为内生变量对露天煤矿开采计划有较大影响，无论是生产能力、开采寿命，还是开采顺序与不考虑基建投资作为内生变量得到的最佳计划相比较而言，考虑基建投资作为内生变量得出优化结果都更为合理实用，而且经济效益要更好。

附图说明

图1为地质最优开采体动态排序图。

图2为本发明露天煤矿开采计划优化方法流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明。

为表述方便，先给出以下定义：

地质最优开采体：最终境界

产生地质最优开采体方法：首先用正锥排除法构造一个锥角为工作帮坡角正锥体，其顶点放置在第一个模柱中点的煤层底板（当没煤层时，顶点置于该模柱处的地表），计算锥体与当前采场重合部分的体积、原煤量、剥岩量、剥土量和剥采比，如果锥体中原煤量没有超过当前设置的原煤增量Δ

{

采剥设备一般不是在投产前一次购置，而是会在不同年份多次采购。本模型做了相应简化，把采剥设备投资以折旧成本分摊到每吨煤、岩和第四纪层相应的单位成本中。

开采计划优化的枚举法模型如下：

假设某一计划路径为

该路径上第

则计划路径

初始条件为

计算出所有计划路径的

地质最优开采体动态排序图中（如图1所示），最上一行的每一个节点（圆圈）都是最终境界；任何一条从原点0到最上一行的任何一个节点的路径，就是一条可能的计划路径；当一条计划路径上除最后一年外的任何一年

该枚举模型会对每条计划路径从头到尾进行计算，有时会产生重复运算，比如计算图1中3条计划路径（假设是可行计划路径）时。路径1：0

由此，可以得出规律，可行计划路径2可以根据其下方相邻可行计划路径1进行构建，可行计划路径3可以根据可行计划路径2构建。所以不需要把所有可行计划路径找出来并对它们进行经济评价，只需要在构建可行的计划路径时，只对可行路径上出现的新的地质最优开采体进行相关计算，只保存当前可行计划路径和最佳那条可行计划路径；当路径构建和评价结束后，最佳路径也出来了。所以得到枚举算法如下：

第1步：置时间

第2步：令时间

第3步：令年

第4步：计算年

第5步：有三种情形：

（a）如果

若

（b）如果

若

（c）如果

无可行计划，算法终止。

第6步：得到一条除最后一年外，每年

第7步：令时间

第8步：从

第9步：计算年

第10步：有二种情形：

（a）如果

把原来的

（b）如果

不可行，如果这时

第11步：令时间

第12步：令年

第13步：计算年

第14步：有三种情形：

（a）如果

若

（b）如果

若

（c）如果

年采煤量或年采剥总量超出设定上限，无可行计划，转到16步。

第15步：一条新的可行计划路径构建完毕，根据枚举模型计算这一路径的总

第16步：输出最佳计划路径，算法结束。

在已有的202个地质最优开采体序列中，采用本发明技术路线，上述案例矿山涉及的经济技术参数表1所示：

本发明总的基建投资函数（万元）为

表2 优化中将基建投资作为内生变量的最佳开采计划方案

表2中第0年净现值折现到0点的总的基建投资函数

+250

而假设不把基建投资作为内生变量考虑，同一般处理方法，在计划优化后再依据优化结果计算基建投资并算入

表3 优化中不将基建投资作为内生变量的最佳开采计划方案

表3中净现值折现到0点的总的基建投资函

=251500万元（

=162939.5万元。将表2基建投资作为内生变量的开采计划方案与表3不将基建投资作为内生变量的开采计划方案相比，总

表2的最佳方案的开采寿命为29年，更为合理，也更符合《煤炭工业露天矿设计规范标准》中设计年生产能力在400-1000万吨的矿山，开采服务年限一般不少于20年的要求。

表2的最佳方案剥离高峰更迟，有效降低前期为应对大规模剥离的资金投入，避免后期开采时剥离设备出现大量闲置情况。

在优化中表2将基建投资作为内生变量使年原煤生产能力从不将基建投资表3作为内生变量的915万吨左右降低到的492万吨左右。基建投资对生产能力产生抑制作用，当没有基建投资的这种抑制作用时，只要增加的原煤量所带来的收入高于增加的成本，提高生产能力就能提高净现值，生产能力会不合理的扩张，这就是表3中的生产能力接近产能上界的原因。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。