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“ 五品联动” 矿冶工程管理优化决策支持系统研究及应用
2015-12-14
在分析矿冶工程系统基本特征的基础上,通过应用系统工程以及边际分析理论,提出了基 于“五品联 动”矿冶工程管理模式的矿山技术指标优化方法,研发了适用于大型矿业公司所属矿山“五品联 动”优化和管理的决 策支持系统。结果表明,该系统的应用不仅可使鞍钢集团矿业公司取得2. 21 亿元/ a 的增量经 济效益,每年还可增产 铁矿石540 万t,减少排岩占地18 000 m2 ,综合效益显著。
Series No. 474 ꢀ Decemberꢀ 2015 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山 METAL MINE 总第 474期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 12 期 · 采矿工程· “ 五品联动”矿冶工程管理优化决策 支持系统研究及应用 1 1 2 2 2 刘文胜 ꢀ 李铁钢 ꢀ 李克庆 ꢀ 刘保顺 ꢀ 袁怀雨 ( 1. 鞍钢集团矿业公司工程管理部,辽宁鞍山 114001;2. 北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083) 摘ꢀ 要ꢀ 在分析矿冶工程系统基本特征的基础上,通过应用系统工程以及边际分析理论,提出了基于“五品联 动”矿冶工程管理模式的矿山技术指标优化方法,研发了适用于大型矿业公司所属矿山“五品联动”优化和管理的决 策支持系统。 结果表明,该系统的应用不仅可使鞍钢集团矿业公司取得 2. 21 亿元/ a 的增量经济效益,每年还可增产 2 铁矿石 540 万 t,减少排岩占地 18 000 m ,综合效益显著。 关键词ꢀ 五品联动ꢀ 铁矿ꢀ 品位ꢀ 工程管理ꢀ 优化 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ F407. 3ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2015)-12-001-04 Research on Five-grade Linkage Optimization Decision Support System in Mining and Metallurgical Engineering Management 1 1 2 2 2 Liu Wensheng ꢀ Li Tiegang ꢀ Li Keqing ꢀ Liu Baoshun ꢀ Yuan Huaiyu ( 1. Engineering Department,Mining Company of Anshan Iron and Steel Group Co. ,Ltd. ,Anshan 114001,China; 2 . School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China) Abstractꢀ Based on analysis of basic characteristics of mining and metallurgical engineering system,the optimization method of mine technical indexes based on " five-grade linkage" mining and metallurgical engineering management pattern was put forward by applying the system engineering theory and the marginal analysis method,and a decision support system that could be applied to five-grade linkage optimization of large mining enterprise was developed. The result shows that the applica- tion of the system can make Ansteel Mining achieve remarkable comprehensive benefits every year including ¥ 221 000 000 of 2 incremental economic benefit,5. 4 million tons of ore recovery efficiency and 18 000 m of land resource conservation benefit. Keywordsꢀ Five-grade linkage,Iron mine,Grade,Engineering management,Optimization ꢀ ꢀ 现代矿冶生产涉及地质—采矿—选矿—烧结 球团)—炼铁等多种专业、多个生产环节,包括生产 工程系统的入炉品位(球团矿品位或烧结矿品位)。 这 5 个品位(以下简称“五品”) 的高低,决定了各生 产系统的“产物”的产量、成本的高低。 因此,抓住管 好、统筹考虑、系统优化这 5 个品位,使矿冶各工程环 节都围绕、服务于这 5 个品位的优化,实施“五品联 动矿冶工程管理”,将有助于矿冶工程管理的科学 化、高效化,使企业取得更为显著的经济效益、提高矿 产资源的利用率,减少废石占地,对实现矿业的可持 续发展,具有重大战略意义。 ( 地质勘查系统、采矿工程系统、采出矿石质量均衡系 统、选矿生产系统、球团生产系统、烧结生产系统、信 息系统、财务系统、决策支持系统及决策系统,每个系 统又包含许多子系统,子系统之下还存在更低层次的 子系统,直至系统的基本组成──生产单元。 它们之 间紧密连接,环环相扣,构成一项复杂的系统工程。 矿冶工程管理的成效,集中体现在矿冶生产各工 程系统的“ 产物” 的质量———品位上。 对铁矿山而 言,其核心是生产地质勘查系统的地质品位、采矿工 程系统的采出品位、采出矿石质量均衡系统的入选品 位、选矿工程系统的精矿品位、球团工程系统或烧结 为了实现上述管理目标,鞍钢集团矿业公司(以 下简称“鞍钢矿业”) 在创建“ 五品联动矿冶工程管 [ 1-2] 理”模式(以下简称“五品联动”) 的基础上,在国 内首次研发了适用于公司所有矿山 “五品联动”整体 收稿日期ꢀ 2015-10-04 作者简介ꢀ 刘文胜(1979—),男,高级工程师。 · 1· 总第 474 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 12 期 优化的决策支持系统,并将其应用于生产实际,取得 了显著的经济、资源回收和环境效益。 等费用,只需耗费回收这些矿石的铲装、运输、选矿等 后序费用。 以上可以不再耗费的费用,即为可以扣除 [ 3-4] 1 ꢀ 矿冶工程系统的特征及“五品联动” 优化 的前序费用 2) 边际效用理论和边际分析方法。 “ 五品联 。 ( 的理论基础 动”的目标之一是经济效益的最大化。 当产量不变 时,单位成本最低,经济效益最大。 但对应于不同的 1 . 1ꢀ 矿冶工程系统的主要特征 矿冶工程作为一个大系统,其主要特征表现为该 “ 五品”方案,各工序环节的产量应该不同。 例如,适 系统的复杂性和动态性。 1)矿冶工程系统的复杂性。 矿冶工程系统的 当降低地质品位,储量将增加,采出矿量也会随之增 加,精矿量、入炉矿量也有可能增加。 而提高精矿品 位,精矿量可能减少,入炉矿量也将减少。 按经济学 ( 复杂性体现在不同矿山或同一矿山的不同部位,矿床 的规模、矿体的产状和形状、矿体的埋藏深度及覆盖 层厚度、矿石的矿物组成及结构构造、矿石类型、矿岩 [ 5-6] 的边际效用理论和边际分析方法分析 ,当产量可 [ 3] 变时,就不是单位成本最低,经济效益最大了,应是边 际成本等于边际收益时经济效益最大。 因此,在产量 变动的情况下,对“五品”寻优,不能以单位成本最低 的“五品”为最优,而应该从多个可能的“五品” 方案 中,找出能使边际成本等于边际收益的“五品”,即为 经济效益最大的“五品”。 的物理性质、水文地质条件等多变而复杂 ,没有完 全相同的矿山。 因此,各矿山的采矿和选矿方法各不 相同,相应地其最佳的“五品”也各不相同。 ( 2)矿冶工程系统的动态性。 在矿冶工程系统 的各个子系统之间、子系统与单元之间、单元与单元 之间,往往存在着动态的联系。 例如,矿床的储量和 地质品位随着品位指标的变化而变化;采出品位随地 质品位和贫化率的变化而变化,对于有些采矿方法如 崩落采矿法,贫化率又随着出矿截止品位的变化而变 化,损失率随贫化率的变化而变化;入选品位随着多 个供矿点采出品位和供矿比例的变化而变化;同时, 精矿产率和精矿品位又随着入选品位的变化而变化。 这些变化又都将影响整个矿山生产经营的经济效益 和资源回收效益。 因此,在矿冶工程管理中,必须针 对不同技术指标之间的这种动态变化特征,建立相应 的数学关系模型,并以其为基础,实施矿冶生产过程 中主要技术指标的优化和管理。 矿冶工程系统的动 态性还体现在该系统对内外部条件的自适应性。 如 矿产品市场价格上升,或技术进步使矿产品成本降 低、质量提高,都有利于利用贫矿,因而可以降低地质 品位,随之,采出品位、入选品位也可以降低。 因此, 矿山生产系统的优化不是一劳永逸、一成不变的,而 是动态的,要随外部条件的变化,随时进行调整。 ( 3)多目标优化决策理论与方法。 矿产资源的 稀缺性、可耗竭性,决定了合理的“五品”不应只以经 济效益最大为目标,还要兼顾资源回收效益和环境效 益。 但这些效益存在着互相制约的关系。 “五品”较 低,往往资源回收效益较好,但经济效益却往往不是 最大;“五品” 较高,往往经济效益较大,但资源回收 效益却不见得最好。 因此,“五品” 方案的优化和制 订,应该基于多目标优化决策理论,尽可能地兼顾上 述多种效益,实施多目标优化和决策。 2ꢀ “五品联动”优化的方法 矿冶工程系统的动态性决定了不能对“五品”分 别、孤立地进行管理、优化,而要采用系统工程的全局 [ 5] 优化方法 ,将“五品”联系起来,还要将“五品”与其 他技术指标也联系起来,作为一个整体进行管理、优 化。 为此,必须建立反映“五品” 及“五品” 与其他技 术指标之间相互影响和动态变化的数学模型,包括地 质储量和品位预测模型、采矿损失率与贫化率关系模 型、选矿比及精矿品位模型、烧结矿质量及产量预测、 球团矿质量及产量预测模型,以及可用于多个决策目 标值计算的综合技术经济分析模型,并将这些模型根 据它们的内在逻辑关系进行有机的集成,对“五品” 进行多目标优化,从而构成“五品联动” 优化决策系 统,如图 1 所示。 1 . 2ꢀ “五品联动”优化的理论基础 矿冶工程系统的构成及上述特征决定了对处于 其中的各生产单元实施技术、质量等方面管理的困难 性和复杂性,因此,要实现矿冶生产工程管理的科学、 高效,必然要以系统论为理论指导,并结合相关的经 济学理论,对矿山生产各工程系统以“五品” 为主线 的矿山技术经济指标实施系统的优化和管理。 2. 1ꢀ 建立地质储量和品位预测模型 ( 1)扣除前序费用理论。 矿石的开采成本是各 矿体的地质品位和储量取决于储量计算所采用 个工序的费用之和,在回采阶段,若降低原定出矿截 止品位,提高贫化率,降低损失率,就会多回收矿石, 这部分矿石无需再耗费采准、切割、回采的凿岩爆破 的品位指标,因此,需要建立根据品位指标预测地质 品位和储量的模型。 · 2· ꢀ ꢀ ꢀ 刘文胜等:“五品联动”矿冶工程管理优化决策支持系统研究及应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 12 期 [ 8] 系结合起来的“综合技术经济模型” 。 这种模型不 仅可反映系统复杂的技术指标间的动态联系,而且可 反映经济参数与技术指标间的密切联系。 应用该模 型,不仅可计算不同方案(不同的边界品位、工业品 位、开采损失率、贫化率、供矿比例、生产成本、产品价 格等指标的组合)下的总利润、矿产资源回收量等目 标值,而且可基于各目标值进行不同方案优劣的对比 分析。 由于公司属下的弓长岭铁矿地、采、选、球自成体 系,与鞍钢矿业在鞍山的其他生产单位之间没有矿量 图 1ꢀ “五品联动”优化决策系统 ( 原矿、精矿、球团矿)的配合关系,因此,如果将它们 Fig. 1ꢀ Five-grade linkage optimization decision system 目前,我国绝大多数矿山在储量计算时采用双品 合并为 1 个优化体系,既无现实根据,亦无必要。 所 以,分别建立了弓矿和鞍矿 2 个系统各自的综合技术 经济模型,对 2 个系统的“五品”分别进行优化。 位指标制,即采用边界品位和工业品位 2 个指标,用 断面法计算储量。 即便针对 1 套指标(方案),这种 方法往往也需要绘制几十张断面图,而在进行“五品 联动”优化时,所涉及的品位指标方案往往有几十 套、几百套,其工作量之大可想而知。 尽管目前有不 少软件可用于矿体储量的计算,但还没有适用于双品 位指标,可用计算机全自动圈定矿体、绘图和储量计 算的成熟软件。 为此,我们采用数理统计法,建立品 2. 4ꢀ 进行多目标优化决策 首先,基于鞍钢集团矿业公司的生产经营战略, 确立了 3 个用于衡量包括“五品”在内的主要技术指 标管理水平的决策目标:年总利润为企业主要的经济 效益目标、年采出矿量为衡量矿山企业矿产资源回收 效果的社会效益目标、年排岩占地量为衡量环境效益 的目标。 这 3 个目标的权重分别取 0. 6、0. 2、0. 2。 其次,确定了优化决策的决策变量。 在“ 五品” 联动优化决策过程中,所涉及的决策变量包括边界品 位、工业品位、混岩率、精矿品位。 这些技术指标都是 独立变量,而诸如采矿损失率、采出品位、采出矿量、 入选品位、选矿比、烧结矿品位、球团矿品位、入炉品 位等技术指标虽然也是优化的对象,但它们均受制于 上述独立变量,是从属变量,独立变量的取值一旦确 定,这些从属变量的取值也就确定了。 设置的决策变 量及方案集包括: [ 7] 位指标与地质储量和品位的数学模型 。 该方法的 基本思路是,矿体储量与体积成正比,矿体体积与穿 过矿体的探矿工程所采集的样品数量与总样长成正 比。 据此,可以根据样品化验数据,统计不同品位样 品的样长反算体积,再根据体积结合体重反算储量。 这样可避免由手工绘制断面图的巨大工作量,并可由 计算机自动完成。 针对鞍钢集团矿业公司的实际情 况,采用这种方法建立了其下属 13 个主要采区的地 质储量和品位模型,利用该模型,即可计算该采取不 同品位指标方案下的矿体储量和地质品位。 对鞍矿系统以 7 个矿山的边界品位和工业品位 指标、2 个采区的混岩率指标、5 个选厂的精矿品位指 标为决策变量。 对各决策变量设置若干个可行方案, 经排列组合,构筑了 2 015 万个方案组成的“五品”寻 优方案集。 2 . 2ꢀ 建立其他数学模型 依据鞍钢矿业的生产实际数据,采用数据挖掘技 术,分别建立了 2 个采区的混岩率与损失率的关系模 型,5 个采区矿石入选厂前预选的预选模型(预选比 模型及预选后品位模型),6 个选厂 9 个选矿系列的 选矿模型(选矿比模型及精矿品位模型)。 对弓矿系统以 3 个矿山的边界品位和工业品位 指标、1 个选厂的精矿品位指标为决策变量。 也对各 决策变量设置若干个可行方案,经排列组合,构筑了 由 24 万个方案组成的“五品”寻优方案集。 依据《炼铁学》 有关烧结、球团、炼铁的经典公 式,建立了不同精矿来源和品位条件下烧结矿(东鞍 山烧结厂)和球团矿(大孤山球团厂、弓长岭球团厂) 的品位、质量、产量预测模型,以及预测不同入炉品位 下生铁产量的模型。 [ 9] 最后,采用模糊综合评判法 ,分别对 2 大系统 进行了“五品联动”多目标优化。 表 1 为鞍矿系统在当前的生产成本水平、价格水 平(生铁价格取目前鞍山地区的市场价格 2 150 元/ t, 商品铁精矿价格取公司计划价格 780 元/ t)下部分生 产单元的优化“五品”与现行“五品”的对比结果(限于 2 . 3ꢀ 建立综合技术经济模型 基于系统优化的复杂性,应建立将上述各类数学 模型与其他技术指标和经济参数依据其内在逻辑关 · 3· 总第 474 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 12 期 篇幅,未列全部),表 2 为优化“五品”与现行“五品”所 矿山整体“五品联动”优化的决策支持系统。 在鞍钢 矿业的应用实践表明,充分把握各个生产环节(工程 系统)主要技术指标相互影响和制约关系,系统地优 化、科 学 地 管 理 代 表 企 业 质 量 管 理 水 平 的 “ 五 品”———地质品位、采出品位、入选品位、精矿品位、 入炉品位,对提高矿冶企业的管理水平和综合效益具 有重大意义。 对应的经济指标的对比结果。 表 1ꢀ 鞍矿系统优化前后“五品”变化情况 Table 1ꢀ Changes of five-grade before and after optimization in Ankuang system % 生产单元 项ꢀ 目 现行指标 优化指标 增ꢀ 量 地质品位 采出品位 地质品位 采出品位 地质品位 采出品位 地质品位 采出品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入选品位 精矿品位 入炉品位 32. 26 30. 65 29. 72 28. 74 30. 39 29. 36 32. 60 29. 39 30. 38 66. 50 27. 29 66. 50 31. 37 64. 00 30. 23 67. 50 30. 61 67. 50 30. 40 67. 50 29. 75 67. 50 29. 16 65. 00 60. 29 30. 83 29. 29 29. 67 28. 69 30. 82 29. 77 31. 69 28. 57 29. 61 66. 50 26. 18 66. 50 31. 35 65. 00 28. 99 66. 50 29. 27 66. 50 29. 11 66. 50 28. 65 66. 50 29. 39 65. 00 60. 32 ꢁ1. 43 ꢁ1. 36 ꢁ0. 05 ꢁ0. 05 0. 43 齐大山采区 砬子山采区 关宝山采区 眼前山采区 大球磁选 大球三选 东烧厂 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 邵安林. “五品联动”工程管理模式的创新与实践[J]. 中国工程 科学,2013,15(11):45-47. 0. 41 Shao Anlin. Innovation and practice of the “five grades ganged” en- gineering management mode [ J]. Engineering Sciences, 2013, 15 ꢁ0. 91 ꢁ0. 82 ꢁ0. 77 0. 00 ( 11):45-47. 2]ꢀ 邵安林. 特大型复杂矿区五品联动矿冶工程管理新模式研究 J]. 金属矿山,2013(10):1-4. [ [ ꢁ1. 11 0. 00 Shao Anlin. A new management model of five grade linkage of min- ing and metallurgical engineering in large and complex mines[ J]. Metal Mine,2013(10):1-4. ꢁ0. 02 1. 00 ꢁ1. 24 ꢁ1. 00 ꢁ1. 35 ꢁ1. 00 ꢁ1. 29 ꢁ1. 00 ꢁ1. 10 ꢁ1. 00 0. 24 [ [ 3]ꢀ 陈希廉,张玉衡. 矿产经济学[M]. 北京:中国国际广播出版社, 1992. 齐选一 Chen Xilian,Zhang Yuheng. Mineral Economics[M]. Beijing:China International Broadcasting Press,1992. 齐选二 4]ꢀ 李万亨,陈龙桂,杨昌明. 矿产资源经济研究的回顾与展望[M]. 武汉:中国地质大学出版社,1994. 调军台选厂 鞍千选厂 Li Wanheng,Chen Longgui,Yang Changming. Retrospect and Pros- pect of Research on Mineral Resources Economy[M]. Wuhan:China University of Geosciences Press,1994. 关宝山选厂 0. 00 [ [ 5]ꢀ 董肇君. 系统工程与运筹学[M]. 北京:国防工业出版社,2009. Dong Zhaojun. Systems Engineering and Operation Research[ M]. Beijing:Defense Industry Press,2009. 炼ꢀ 铁 0. 04 ꢀ ꢀ 由表 1、表 2 可见,对鞍钢矿业“五品”的优化,在 当前成本、价格条件下,可使鞍钢矿业获得显著的综 合效益:年增总利润 2. 217 6 亿元的经济效益,年增 产铁矿石 540 万 t 的资源回收效益,以及年减少废石 6]ꢀ 高鸿业. 西方经济学:微观部分[ M]. 北京:中国人民大学出版 社,2011. Gao Hongye. West Economics: Micro-part [ M ]. Beijing: China Renmin University Press,2011. 2 占用土地 1. 8 hm 的环境效益。 [ [ [ 7]ꢀ 袁怀雨,刘保顺,李克庆. 合理入选品位整体动态优化[J]. 北京 科技大学学报,2002,24(3):239-242. 表 2ꢀ 优化前后的经济指标对比 Table 2ꢀ Changes of economic objects before and after optimization Yuan Huaiyu,Liu Baoshun,Li Keqing. United dynamic optimization study on the rational beneficiation grade[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing,2002,24(3):239-242. 8]ꢀ 袁怀雨,刘保顺,李克庆,等. 矿产经济学———原理、方法、技术 与实践[M]. 北京:冶金工业出版社,2012. 总利润 / 万元 采出矿量 排岩占地 优化前后 2 / 万 t / hm 优化前 优化后 增ꢀ 量 385 786 407 962 22 176 4 582 5 122 540 41 Yuan Huaiyu,Liu Baoshun, Li Keqing, et al. Mineral Economics: Principles,Methods,Techniques and Practices[M]. Beijing:Metal- lurgical Industry Press,2012. 39. 2 ꢁ1. 8 3 ꢀ 结ꢀ 论 9]ꢀ 冯保成,汪培庄. 模糊数学实用集粹[M]. 北京:中国建筑工业出 版社,1991. 矿冶企业要实现其综合效益的最大化,就必须实 现其管理工程的科学化、决策过程的高效化。 鞍钢矿 业立足这个目标,在提出“五品联动矿冶工程管理” 模式的基础上,首次研发了适用于大型矿业公司所有 Feng Baocheng,Wang Peizhuang. Fuzzy Mathematics Practical Col- lection[M]. Beijing:China Building Industry Press,1991. (责任编辑ꢀ 石海林) · 4·
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