场_厂_址选择的优化研究与应用

　　文章编号 :1008 - 7524 (2006) 06 - 0031 - 05 场 (厂)址选择的优化研究与应用Ξ 方海秋 (中蓝连海研究院 ,江苏 连云港 　222004) 　　摘要 :针对矿山工程设计中物流系统的选址问 ,结合工程实例探讨了矿山主要生产物流系统设计的优化。 关键词 :场址选择 ;物流系统 ;矿石运输 中图分类号 : TD561 　　文献标识码 :B 　　场 (厂)址选择 ,是矿山或其它行业工程总体 设计中最基本的工作 ,是研究总体布局的基础 ;也 是设计前期必需解决的重大建设。 开展场 (厂) 址选择需遵循的设计原则和要 求 ,有关专业都有要求。但因此项工作涉及 面宽 ,受各种制约因素多 ,在具体方案比选时有不 少难点。特别是对某些大矿区或区域性选址 ,对 某些多物种、多发点 ,探寻最佳集运站等问题 ;更 增加了方案优化的工作难度。笔者认为 ,不管场 (厂)址选择中各种条件千变万化 ,但只要紧紧抓 住系统的物流分析 ,先去探寻此物流系统中理想 的发、收衔接处 ,结合环境条件选择适宜的场 (厂) 址位置 ,形成可能成立的若干方案 ;参与比较 ;最 终经综合技术经济比较后确定。而在这种场 (厂) 址选择优化法的思路下 ,其关键在于对场 (厂) 址 初始优化的第一步 ,探寻物流系统中理想的原始 位置 ;即物流系统中的初始选址优化问题。 1 　物流系统与选址优化概说 因矿山物流系统中 ,矿石开采点是固定不变 的 ,但接受来矿点却可在一定范围内任意选定。 则就形成了自发点至收点有不同的路径 ,构成了 不同的物流系统。而何者最优 ? 正是选址优化的 议题。 如何探寻最佳物流结构与选址优化之类问 题 ,教学规划论等现代化数学方法为解决此类问 题提供了许多数学模型。笔者曾在文献[ 1 ]、[ 2 ]、 [ 3 ]、[ 4 ]结合工程设计实际所碰到的物流系统 ,在 总体规划/ 工程设计的初始选址工作中 ,做了一些 尝试。为便于了解和应用 ,表 1 列出了 6 类“常见 矿山初始选址物流系统及优化法”供参用、借鉴。 表 1 　常见矿山初始选址物流系统及优化法 优化法 类型 系　　统　　特　　点 物种 单 多 多发 点 道路 (不成圈) 运　价 固定 不固定 相同 不相同 收点 已知 求解问题 采用的方法 1 ∨ ∨ ∨ ∨ 求一个收点 “端点比较法” 2 ∨ ∨ ∨ ∨ 求一个收点 “端点比较法”试算后略调 3 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ 求加工点 “端点比较法” 4 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ 求加工点 “端点比较法” 5 ∨ ∨ ∨ ∨ 求最优物流系统 “系统权值比差法” 6 ∨ ∨ ∨ ∨ 求最优物流系统 “系统权值比差法” ·13· ·技术经验·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工　　　　　　　　　　　2006 年第 6 期 收稿日期 :2005 - 06 - 24 　　2 　初始选址优化法原理 初始选址优化法的基本原理是根据《运筹 学》[5 ]“规划论 —场地选择问题”中论述“有固定 发点、固定道路和收点待定”这一类运输问题 ,可 应用“道路不成圈、比各端 ,小半进一站 ,大半设收 站”的口诀来解决 (简称“站点比较法”) 。本优化 理论可采用《图论》中“图的中位点”原理予以推导 论证 ,亦可用解析法得到求证。 已知 1、2、3 ⋯⋯( n - 1) 、n 供矿点 ,其运量各 为 Q1 、Q2 、⋯Q n - 1 、Q n , 则在它们之间固定道路 上哪一点设集运站 ,使其总矿石运输工作量为最 小呢 ?(见图 1) 图 1 　多矿石供点、固定道路的物流系统示图 　　设 x 1 、x 2 ⋯x n - 1 ,为各供矿点之间运输距离 , 若令 1、2、3 ⋯( n - 1) , n 各为集运站 ,它们各自总 运输工作量分别为 : A 1 = Q2 x 1 + Q3 ( x 1 + x 2) + Q4 ( x 1 + x 2 + x 3) + ⋯⋯+ Q n ( x 1 + x 2 + ⋯+ x n - 1) ; A 2 = Q1 x 1 + Q3 x 2 + Q4 ( x 2 + x 3) + ⋯⋯ + Q n ( x 2 + x 3 + ⋯+ x n - 1) ; A 3 = Q1 ( x 1 + x 2) + Q2 x 2 + Q4 x 3 + ⋯⋯ + Q n ( x 3 + x 4 + ⋯+ x n - 1) ; ⋯⋯⋯⋯ A n - 1 = Q1 ( x 1 + x 2 ⋯+ x n - 2) + Q2 ( x 2 + x 3 + ⋯+ x n - 2) + ⋯⋯+ Q n - 2 ·x n - 2 + Q n ·x n - 1 ; A n = Q1 ( x 1 + x 2 ⋯+ x n - 1) + Q2 ( x 2 + x 3 + ⋯+ x n - 1) + ⋯⋯+ Q n - 1 ·x n - 1 ; 从 (1) - ( n - 1) 式可看出 ,其决定诸点总运 输工作量的大与小 ,完全取决于诸供矿点自身运 量的多少。一般直观认为 ,若自身需外运的货物量 远远超过临近几个点的量 ,则宜将它们的货物运 至我处 ,统一集中外销较为经济。到底在上述物流 系统中 ,设何点为集运站最为经济 ?其设站的制约 条件又是什么呢 ? 在图 1 所示的供矿物流系统中 : 若 A 1 < A 2 ,则 A 1 - A 2 < 0 ; 故 ( Q2 + Q3 + Q4 + ⋯⋯+ Q n - Q1) X1 < 0 ; 经化简可得 : Q1 > 12 6ni = 1 Q 。同理 ,若 A n < A n - 1 , Q n > 12 6ni = 1 Q 。 若系统的两端点 Q1 或 Q n 均小于 Q 6n i = 1 ,尚 可各自进一站 (见图 2) , 再比各端 ; 直到够半为 止。 图 2 　“端点比较法”作业示图 　　这类有固定道路 (不成圈) ,探寻初始选址的 优化法 ,其最优点一定在物流系统中的发、收点及 道路的交叉点上 ,与道路长短无关。 3 　具有高差行程的选址优化法 具有高差行程的物流系统 ,探寻初始场 (厂) 址的方法仍可采用“道路不成圈、比各端 ;小半进 一站 ,大半设收站”的口诀来解决。但因此运输系 统中重车上坡与重车下坡其运价是不同的 ,且重 车上坡运价是随着爬高的加大而递增 ,所以对原 初始选址优化法要作必要的修整。 研究这类系统最经济集运站位置 ,应满足以 下条件 : min h ( i) = 6k - 1 i = 1 Q iaiL ( i , k) + 6n i = k +1 Q ibiL ( i , k) (3 - 1) 式中 : i = 1 ,2 , ⋯, k - 1 为自高而低重车下坡运 输诸采场运矿水平标高的序号 ; i = k + 1 , k + 2 , ⋯, n 为自高而低重车上坡 运输诸采场运矿水平标高的序号 ; k —系统所选择的集运站位置标高的序号 ; Q i —i = 1 ,2 , ⋯, n 各运矿水平原矿运输 量 ; ·23· ·技术经验·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工　　　　　　　　　　　2006 年第 6 期 L ( i , k) —1 ≤ i < k 诸运矿水平至集运站之 公路运距 ; L ( k , i) —k < i ≤ n 集运站至储运矿水平之 公路运距 ; ai —1 ≤ i < k 水平至集运站重车下坡运输 单价 ; bi —k < i ≤n 水平至集运站重车上坡运输 单价。 约束条件 : 　　ai = Pb0 ,1 ≤ i < k ; 　　bk +1 = b0 (1 + t) ; 　　bk +2 = b0 (1 + t) 2 ; 　　　　⋯⋯ 　　bn = b0 (1 + t) n 式中 : P —重车下坡与上坡单位运价拆算系数 ; t —重车连续上坡单位运价递增值 ; b0 —重车上坡单位运价基准值。 则系统最经济集运站总运费尚可写成 : min h ( i) = 6k - 1 i = 1 Q i Pb0 L ( i , k) + 6n i = k +1 Q ib0 (1 + t) i - kL ( k , i) min h ( i) = b0 Q i [ 6k - 1 i = 1 PL ( i , k) + 6n i = k +1 (1 + t) i - kL ( k , i) (3 - 2) 如何具体确定 (3 - 2) 中 P、t 值 ,有关这方面 的实际分析资料不详。本文摘录早期文献[6 ]、[7 ] 中有关数据 ,供参考 (见表 2) 。 表 2 　100 t 电传动汽车在不同纵坡费用比较 项 　　目 单位 运价 纵 　　坡 　% 6 8 9 10 重车上坡运输成本 元 / 车 29 . 33 28 . 54 28 . 50 29 . 44 重车下坡运输成本 元 / 车 23 . 60 22 . 86 22 . 19 22 . 31 折算系数 P = 重车下坡 a i重车上坡 bi 0 . 81 0 . 8 0 . 78 0 . 76 　　注 :表中以高程 100 m 计 　　关于重车运载矿石连续上坡 ,其单位运价的 递增规律 ,经大量实验资料分析表明 :重车上坡其 运价将随行驶的高程加大而递增 ,见表 3。 表 3 　100 t 电传动汽车爬高运输成本变化 运输高程 口尺 (m) 运 　费 ＄/ t 单价 3 ＄/ t ·Km 增加费用 ＄/ t ·km 递增率 t 3 % 100 (31) 200 (62) 300 (93) 400 (124) 500 (155) 600 (186) 0. 0203 0. 0369 0. 0556 0. 0764 0. 0993 0. 1242 0. 0291 0. 0341 0. 0379 0. 0412 0. 0443 0. 0472 0 0. 0050 0. 0039 0. 0033 0. 0031 0. 0028 17. 18 22 8. 7 7. 5 6. 3 　　表 3 说明 : a. 实验条件 :每年运载原矿石 1000 万 t ,重车 上坡至露天坑边缘为 8 % 坡度 ,从边缘至破碎站 水平距离 1000 口尺 ; b. 表中带 3 ,为笔者根据原实验值进行折算 分析数字。 从表中实验数据分析看出 ,当重车从低处以 8 % 上坡 ,每往上爬高 100 口尺 ,其运价都要比上一 高程的运价递增 t 值。其 t 值的递增规律是呈等比 例 / 不等比例递增 ?想必这与不同载重汽车的性 能、道路状况、载重状况有关。不予深究。 为便于较简捷地计算初选最经济集运站位 置 ,若暂取 P = 0 . 8 , t = 10 % 测算 ,则 (3 - 2) 式 可写成 : min h ( i) = b0 Q i [0 . 8 6k - 1 i = 1 L ( i , k) + 6n i = k +1 (1 + 0 . 1) i - kL ( k , i) (3 - 3) 4 　应用案例 图 3 　矿井位置示意图 　　实例 1 有一矿井群的矿区 ,拟在沿铁路线某一处设 ·33· ·技术经验·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工　　　　　　　　　　　2006 年第 6 期 集中装车站。各矿井至装车站采用汽车运输矿石 , 且铁路线与一条公路平行 ,试选择运输工作量最 小之集中装车站位置在何处为好 ? 图 3 所示的物流系统属单物种、多发点、固定 道路 (不成圈) 、运价相同 ,求一个收点的典型优化 法 1 类型 (见表 1 ,下同) 。 (1) 列出各矿井运量 ,单位 :t/ d P1 = 150 ; P2 = 100 ; P3 = 100 ; P4 = 125 ; P5 = 120 ; P6 = 175 ; P7 = 190 ; P8 = 100 ; P9 = 170 ; P10 = 120 ; P11 = 850 ; P12 = 700 ; P13 = 625 ; P14 = 670。 (2) 采用“端点比较法”(图 4) ,简化原系统计 算如下 (表 4) 图 4 　端点比较法作业示意图 表 4 　各端点运量 (t/ d) 端 点 运 　　量 端 点 运 　　量 1 P4 = 125 5 P8 + P9 + P10 = 390 2 P5 = 120 6 P13 = 625 3 P6 + P7 = 365 7 P11 + P12 = 1550 4 P1 + P2 + P3 = 350 8 P14 = 670 　　h = 68 i = 1 Q i = 4195t/ d ; h/ 2 = 2097 . 5t/ d 计算过程 : a. 选比 ①、⑧端点 , 其 h1 = 125t/ d , h8 = 670t/ d 均小于 h/ 2 ;则各进一站。 b. 再比 ②、⑦端点 , 其 h2 = P4 + P5 = 245t/ d , h7 = P14 + P11 + P12 = 2220t/ d > 2097. 5t/ d。 (3) 初选装车站位置 经计算 ,在图 3 示沿铁路线的公路 P13 - P14 矿井路段与 P11 - P12 运矿公路的交叉处 ,即 k 位 置设置集中装车站为该物流系统最经济站址。 实例 2 某矿区三组矿带 ,相互平行 ,地形倾向与矿体 倾向基本一致。Ⅰ、Ⅱ组间距约 300 ～ 400m ,缓倾 斜、矿体倾向一致。Ⅱ、Ⅲ组间距约 500 - 600m , 缓倾斜、矿体对倾。工业矿量 75 % 左右集中在 Ⅱ 组矿带 ,20 % 集中在 Ⅲ组矿带 , Ⅰ组储量较小。 开采顺序自北向南 ,前期主要露采 1 Ⅰ、2 Ⅱ矿体 , 同时兼采 1 Ⅲ矿体 ,后期 Ⅱ、Ⅲ组露采坑 采并举。 根据开发区域呈封闭 U 形山沟地形和露采 采用汽车运输 , 外部准轨运输之条件 ; 又考虑到 Ⅱ、Ⅲ组矿带 (主体) 所对应的矿体在开采时间上 有一段是交叉 ;设计考虑该矿区破碎站厂址选择 在储量中心处的爆破警戒线外的 P 点位置 (见图 5) ,然后再采用索道运至外部铁路的装车包装车 外运。请评审设计所选定的集中破碎站位置是否 能保证该矿区原矿运输功最小 ? 图 5 　某矿区破碎站位置示图 　　(1) 列出各矿体原矿运输量 (表 5) ,绘出物流 系统示意图 (图 6) 图 6 　物流系统示意图 表 5 　各矿体原矿运输量 端 点 运 　　量 　万 t/ a 端 点 运 　　量 　万 t/ a 1 坑采 :17 5 露采、坑采 :1 Ⅰ + 1 Ⅱ = 20 2 露采、坑采 :5 Ⅱ+ 4 Ⅱ+ 3 Ⅰ+ 3 Ⅱ = 20 6 露采、坑采 :2 Ⅲ = 7 3 露采、坑采 :3 Ⅲ = 10 7 露采、坑采 :1 Ⅲ = 3 4 露采、坑采 :2 Ⅱ + 2 Ⅰ = 15 8 　　h = 67 i = 1 Q i = 92 万 t/ a , h/ 2 = 46 万 t/ a 。 ·43· ·技术经验·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工　　　　　　　　　　　2006 年第 6 期 　　(2) 采用“端点比较法”核算已选定集中破碎 站是否最优 ? a. 先比 ①、⑦端点 ,其 h1 = 17 万 t/ a , h7 = 3 万 t/ a 均小于 h/ 2 ,则各进一站。 b. 再比 ②、⑥端点 ,其 h2 = 37 万 t/ a , h6 = 10 万 t/ a 均小于 h/ 2 ,再各进一站。 c. 再比 ③、⑤端点 ,其 h3 = 47 万 t/ a ,而 h5 = 30 万 t/ a 仍小于 h/ 2 。 (3)对选定的集中破碎站位置评审意见 经核算 ,原设计根据矿区地形和外部运输条 件所选定的各矿体运出矿石集中破碎站位置 (图 5P 点) 正靠近 3 Ⅲ原矿运输出口端 ,属整个矿区 内部矿石运输功最小范围内。 5 　参考文献 [1 ] 　方海秋. 最经济集运站位置的简捷选择法[J ] . 煤炭科学技 术 ,1981 , (7) :44 - 47. [2 ] 　方海秋. 具有高差行程最经济集运站位置的选择 [J ] . 化工 矿山技术 ,1982 , (4) :35 - 37. [3 ] 　方海秋. 厂址选择中的物流分析 [J ] . 化工矿物与加工 , 2000 , (8) :19 - 21. [4 ] 　方海秋. 设计前期工作中工艺系统方案研究 [J ] . 化工矿山 技术 ,1991 , (2) :34 - 36. [5 ] 　中国科学院数学研究所运筹室. 运筹学 [ M ] . 北京 :科学出 版社 ,1975. 31. [6 ] 　张延忠. 对提高矿用汽车效率及降低运输成本的几点意见 [J ] . 矿山技术 ,1987 (3) . [ 7 ] 　J . J colL E. Manager of Mine Planning Anamax Mining CO In2 Pit Crushing and Conveying vs. Truck Haulage[J ] . Mining Congress Jourmal 1974 (1) . Optimization of transport system and its application in mine design FAN G Hai2qin (China Bluestar Lehigh Engineering Corp , Lianyungang Jiangsu China ,22004) Abstract : In view of site selection for ore transport system in mine , general plan optimization method of main production logistics system in mine was discussed in combination with engineering design examples. Keywords :site selection ;logistics system ;ore transport (上接第 10 页) 矿物即尾矿 ,起分散与抑制作用 ,因而对尾矿的澄 清性能有较大的影响。至于油酸与工业捕收剂的 差异 ,则可能与工业捕收剂中除脂肪酸类有效成 份外还含有大量的其他成份有关。 3 　结论 a. 本文方法可以用于评价磷矿浮选药剂对浮 选尾矿澄清性能的影响。 b. 无碱工艺使用的浮选药剂中 ,调整剂硅酸 钠 (水玻璃)对浮选尾矿澄清性能影响最大 ,其次 是调整剂 MW ,捕收剂的用量影响最小。 c. 捕收剂的种类对磷矿浮选尾矿影响很大 , 工业捕收剂 H969浮选时尾矿的澄清性能远低于用 纯油酸浮选。 d. 增效剂的使用可增强浮选尾矿澄清性能。 4 　参考文献 [ 1 ] 　彭儒 ,罗廉明. 磷矿选矿[ M ] . 武汉 :武汉测绘科技大学出版 社 ,1992. [ 2 ] 　骆兆军 ,等. 磷矿浮选进展[J ] . 化工矿物与加工 ,1999 , (7) . [ 3 ] 　Graedel T. E. and Allenby B. R. Industrial ecology , second edition[ M ] . New Jersey : Prentice Hall , 2003 , 17 - 24. [4 ] 　Zhong K. N. et al. Middle2low grade phosphate beneficiation and recycling of flotation wastewater in China[ C] . XXII internation2 al mineral processing congress ( IMPC) , Cape town , South Africa , 2003 , 1759 - 1767. Influence of phosphate flotation reagents on the clarification of flotation tailing WEI Yi2he ,CHEN G Bao2feng ,L I Dong2lian (School of Civil and Environmental Engineering , Wuhan Institute of Technology , Wuhan Hubei 430074 , China) Abstract :A new and simple experimental technique was intro2 duced to evaluate the effect of the common used flotation reagents on the clarification of flotation tailings. The experimental results showed that this technique was reliable and could be used for this aim. The effect of the common used flotation reagents on the clarification de2 creased according to the sequence of waterglass , MW and collector. The dosage of collectors had little effect on the clarification. But the type of collectors had larger effect on the clarification. The tailings had a better clarification when using oleic acid as collector than that when using industrial collector H969. The addition of synergic reagents could increase the clarification of tailings. Keywords :phosphate flotation ; flotation reagent ; clarification ·53· ·技术经验·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工　　　　　　　　　　　2006 年第 6 期