基于可持续发展的金属露天矿境界-计划整体优化研究

Ultimate pit and mining plan are both elements of open pit optimization, which have important effect on total planning and economic benefit of open pit mine. However, the elements have two problems. On the one hand, whatever ultimate pit delineation or mining plan design, takes maximum economic benefit as the main objective function and considers relatively little or incomplete on environment and society. Taking economy, society and environment together is less especially. On the other hand, optimizing ultimate pit and mining plan is independent. For the highly complex of optimizing the two together, the relative research achievements are fewer, and taking environment and society into whole optimization is none. In view of this, based on the fundamental of cone exclusion, economic optimum pit, geological optimum pit sequences and geological optimum push-back sequences are generated. Terative algorithm and dynamic programming method are used to take economy, environment and society into optimizing ultimate and mining plan. Then, based on the sustainable development, the whole optimization algorithm and model of open pit metal mine is built to achieve a breakthrough on theory and method.

最终境界圈定和开采计划设计是露天矿优化设计的两大要素，对露天矿整体规划和经济效益都有重要影响，然而在可持续发展背景下，这两大要素设计存在两个问题，一方面，无论是境界圈定还是开采计划设计，仍然是以经济效益最大化为目标，对环境因素和社会因素的考虑相对较少，或者考虑得不够全面，对可持续发展的三大要素（经济、社会、环境）同时考虑的几乎没有；另一方面，最终境界和开采计划优化一般是独立进行的，由于二者整体优化的高度复杂性，相关的研究成果较少，且在整体优化过程中对环境问题和社会问题的考虑更是没有。鉴于此，本项目基于锥体排除法基本原理，分别产生经济最优境界、地质最优候选境界序列和地质最优开采体序列，采用迭代算法和动态规划法将矿山经济因素、环境因素和社会因素纳入到露天矿最终境界和开采计划优化当中，建立基于可持续发展的金属露天矿境界-计划整体优化算法和模型，实现理论和方法上的突破。

露天矿最终境界和开采计划优化一直存在两个问题：一方面，最终境界和开采计划优化是独立进行的，忽略了二者之间存在相互作用相互影响的关系，难以得到全局最优解；另一方面，无论是境界优化还是开采计划优化，仍然是以经济效益最大化为目标，忽略了影响矿山可持续发展的生态冲击和社会影响。寻找全局最优解，实现同时考虑经济、生态和社会三大要素的露天矿境界-计划整体优化，是本项目解决的问题。.（1）建立了影响矿山可持续发展要素的量化模型。系统研究了影响露天矿优化设计的相关技术经济参数，以及矿山生产引起的生态冲击和产生的社会影响，建立了矿山经济效益量化模型，生态冲击量化模型和社会影响量化模型。.（2）构建了基于利润值最大和金属含量最大的境界优化算法。使用锥体排除法，以最终帮坡角为约束条件，分别建立以利润值最大为目标函数的境界优化算法和以金属含量最大为目标函数的地质最优候选境界序列产生算法。该算法模型可单独用于露天矿最终境界设计。.（3）建立了同时考虑经济、生态和社会因素的开采计划动态优化模型。在开采计划优化过程中，基于露天矿时空发展特点，建立三大要素在时间和空间上的动态分布模型。该算法模型可用于给定境界内的开采计划优化。.（4）建立了基于可持续发展的露天矿境界-计划整体优化算法和模型。该算法和模型可以在不以任意要素为前提的条件下，同时得到考虑三大要素的最优境界和对应的开采计划。.本项目针对露天矿优化设计提出了基于可持续发展的露天矿境界-计划整体优化方法、模型和算法体系，并基于C++Builder6.0 开发了优化软件。该软件系统既可以针对新矿山进行优化设计，也可以基于变化的市场行情对在生产矿山进行重新规划。可以基于影响矿山可持续发展的相关因素进行独立优化，也可以考虑任意两个或者多个因素进行整体优化。