矿石资源配置优化技术研究现状

矿石资源配置优化技术研究现状

张佳妮

（辽宁科技大学，辽宁 鞍山114051）

摘要：为改善矿产资源利用率低问题，提升选矿回收率，获得均衡的矿石质量，合理配矿显得十分重要。配矿是矿山生产中矿石质量规划与管理的重要措施与手段，旨在提高被开采有用矿物及其加工产品质量的均匀性和稳定性，以满足利用部门对矿石产品的质量要求，并实现矿床资源的综合利用，从而提高矿山经济效益，因此配矿工作对于矿山企业具有重要意义。

关键词：配矿优化；智能化；矿山系统

1配矿优化技术的研究现状

配矿优化技术的研究现状考虑到矿山配矿约束条件、目标数量和实现手段差异的影响，可将配矿优化技术分为简易配矿优化技术、系统规划配矿优化技术和智能配矿优化技术3类。

1.1简易配矿优化技术

简易配矿优化技术是矿山工程技术人员早期采用的配矿工作，它包括简易理论计算配矿方法和基于工程经验的验算法。简易理论计算配矿方法主要应用于矿种少、成分简单的矿山，通常有品位搭配法和重量搭配法。对不同品位的矿石进行搭配以达到矿石质量要求，常用基于品位配矿比的品位搭配法。验算法是利用实际工程数据和操作者丰富的工作经验，实时调整不同配矿点的矿石运出采场所需运输车辆数之比进行配矿[1]，该配矿方法便于理解和操作，但其配矿效果取决于操作者的经验。

1.2系统规划配矿优化技术

随着系统工程和管理方法的发展，德国学者Wilke和Reimer于20世纪70年代首次将线性规划方法用于矿山配矿分析，此后系统规划方法陆续应用于矿山配矿的研究。

根据生产目标的数量和生产技术条件，矿山生产配矿研究应用分为单一目标和多目标线性规划方法配矿方法研究及应用两类。通常依据矿山生产目标和矿山生产技术条件建立配矿规划模型，包括目标函数和约束条件的建立，其中目标函数涉及运距或运输成本最小、配矿后金属量偏差或矿石品位偏差最小、出矿量最大、矿石的平均收益率或综合利润最大和运输功最小等。配矿约束条件多考虑资源量、生产能力、矿石质量、采矿顺序和作业空间、设备数量及其能力等条件的限制。结合目标函数及约束条件的数量和最优解的要求，单一目标配矿优化模型方法主要包括一般线性规划模型、0-1整数规划模型、基于未确知理论的UM模型和均衡系数分析方法等；多目标配矿优化模型方法包括多目标遗传算法、多轮粒子群算法、免疫克隆选择算法、混合型（0，1）整数线性目标规划方法和模糊多目标优化算法等。

针对矿山配矿工作的系统性和复杂性，采用系统规划方法可以全面客观地描述矿山经营目标对配矿的需求和矿山生产条件限制对配矿的约束影响，采用现有配矿优化模型方法制定矿山配矿方案，能大幅提高配矿结果的精确度，具有广泛的应用价值。由于配矿结果的准确性更多依赖于矿床各组分含量分布信息的可靠性，而统计和计算矿床组分含量信息的工作量巨大；且采用系统规划方法制定配矿方案的计算量较大，故单独使用系统规划方法进行配矿优化，其工作效率不易提高[2]。随着信息技术在矿业工程领域的应用和矿业软件功能不断的研发和完善，矿床品位分布数字模型的构建技术日益成熟，与矿业软件结合越来越紧密，系统规划配矿优化技术工作效率相应提高。

1.3智能配矿优化技术

伴随信息技术、计算机技术的飞速发展和专业软件研发能力的增强，结合矿山生产需求开发的矿业软件、计算软件和信息技术方法广泛应用于矿山的日常生产管理。目前，常用于矿山配矿中的矿业软件有美国的Medsystem、澳大利亚的Micromine和Surpac、英国的Datamine&Guide、加拿大Gemcom和我国的3DMine和DIMINE等。配矿系统模型方法的计算软件主要包括Matlab、Mathmatical、Lingo等[3]。为保证配矿过程的中数据信息传输速度和可靠性，GPS、GIS和GPRS等信息技术用于矿岩组分含量信息的统计与分析、爆堆信息的管理与控制、铲车的生产调度、配矿管理和视频监控等配矿工作中。矿业软件和信息技术在配矿各个工作环节的应用，使配矿过程智能化和可视化，有利于提高配矿工作效率和配矿工作质量。

2配矿优化技术的应用现状

针对矿山生产需求的差异，基于不同的目标函数及其约束条件建立配矿数学模型，利用Matlab或Mathmatical和Xpress-MP等计算软件和矿业软件的矿岩组分统计分析功能，制定矿山配矿方案。矿山配矿目标通常包括运距或运输成本最小、配矿后金属量偏差或矿石品位偏差最小、出矿量最大、矿石的平均收益率或综合利润最大和运输功最小等[4]。配矿约束条件多考虑资源量、生产能力、矿石质量、采矿顺序和作业空间、设备数量及其能力等限制。根据配矿目标的数量，配矿优化方法可分为单目标配矿规划和多目标配矿规划。

2.1单一目标规划智能配矿优化技术的应用

基于单目标建立配矿数学模型并进行配矿优化的应用研究较多[5]， 其中大部分矿山采用一般线性规划方法的配矿优化技术，其多基于经济要求和产能需要建立目标函数。昆阳磷矿针对矿石品位与有害杂质的含量的配矿要求，基于矿石最大销售价值的目标函数，建立了配矿优化的线性规划模型，利用Matlab软件实现配矿的优化，降低了原料生产成本，提高了资源利用率，保证了供矿品位的稳定性，同时实现了矿山最大的销售价值

[6]。以综合利润最高为原则建立目标函数，以生产能力、生产任务、商品产量和质量限制为限制条件，镜铁山矿桦树沟铁铜矿建立了矿石配矿线性规划模型，用于制定矿山配矿方案，利于调整采场出矿计划。

2.2多目标规划智能配矿优化技术应用

多目标规划智能配矿优化技术的关键是处理好多目标之间的关系和规划模型算法。以磨浮入选原矿组分指标、入选原矿品质稳定及最大限度利用原矿为目标，采用多目标遗传算法建立了堆场配矿模型；针对矿山多目标配矿优化的求解的复杂性，沃溪多金属矿为实现经济利益最大化和最大限度的开采资源等多个目标，建立了基于多轮粒子群算法（PSO）的动态配矿模型，基于种群搜索的自适应进化计算技术的PSO算法，可以有效地求解高度非线性受限条件下的多目标配矿方案的最优解，进行中长期动态优化配矿优化[19]。为了较好地解决多目标配矿中目标竞争与统一的问题，引入模糊理论建立管理者语言偏好和决策者的满意度，构建了基于配矿目标满意度改进的最大最小优化模型和重要性模型及其模糊优化算法；多目标智能配矿优化技术可满足矿山多样化需求和中长期动态生产配矿优化[7]。

综上所述，各类配矿优化技术广泛应用于矿山生产实践中都以混匀机理为理论基础，基于不同的规划目标和约束条件，采用各类系统规划方法和计算软件，构建配矿数学模型，运用不同的算法求解可行解，进而制定矿山配矿方案。

结论

（1）总结了配矿技术的发展历程，分析了简易配矿优化技术、系统规划配矿优化技术和智能配矿优化技术的应用特点，剖析了综合应用系统规划配矿优化技术和智能配矿优化技术的重要意义。

（2）考虑矿山生产的约束条件日趋复杂多变、矿山生产需求也日益多样化和矿山企业可持续发展的战略目标，总结了多目标非线性配矿优化技术、中长期动态配矿优化技术和保障配矿效果及效率的控制优化技术等3个发展趋势。

参考文献

[1]李坤志. 黑沟露天矿配矿工作简析[J]. 中国金属通报, 2021, (08): 233-234.

[2]刘刚.露天铁矿多采区协同开采资源配置优化的现状分析[J].绿色环保建材,2019(08):59+61.

[3]吕颖利.人工智能技术研究及未来智能化信息服务体系的思考[J].南方农机,2020,51(09):220+233.

[4]Hong Xuefeng,Jiang Mingfang,Yu Jinglin. Fine-Grained Ensemble of Evolutionary Operators for Objective Space Partition Based Multi-Objective Optimization[J]. IEEE ACCESS,2021,9.

[5]胡乃民. 非煤智慧矿山建设中5G技术应用前景[J]. 金属矿山, 2021, (08): 158-163.

[6]张晓霞，陈思宇，苏上海，等. 矿井智能一体化管控平台设计及应用[J]. 煤炭科学技术, 2022, 50(09): 168-178.

[7]刘安强，韩存地，张碧川，等. 矿井智能管控平台的设计及应用[J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2020, 32(06): 1088-1098.