本發(fā)明涉及金屬礦山能源消耗和經(jīng)濟成本測算，特別涉及一種基于隨鉆參數(shù)的采選全流程能耗和成本實時預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、當前世界工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，給全球氣候和生態(tài)體系帶來嚴重沖擊，推動工業(yè)向綠色、低碳高質(zhì)量發(fā)展，成為世界各國的共識。采礦是能源消耗極大的生產(chǎn)活動，推進綠色礦山的建設(shè)，實現(xiàn)礦山節(jié)能、降本、增效的設(shè)計理念，對“雙碳”目標的實現(xiàn)起著重要作用。為此，亟需一套能夠精準評估采礦生產(chǎn)活動全流程能量消耗和經(jīng)濟成本的方法，分析采選各流程能耗、成本優(yōu)化的空間和途徑，為礦山企業(yè)節(jié)能、降本、增效提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

2、采選全流程能耗和成本預(yù)測方法應(yīng)包含兩個必要的有益效果，第一個是該方法需要在礦體開挖前，快速預(yù)測采選各流程能耗和成本。這能夠幫助礦山根據(jù)預(yù)測的能耗和成本，及時地調(diào)整各流程的設(shè)備工況或技術(shù)參數(shù)，來最大限度地提高企業(yè)效益和降低環(huán)境污染。第二個是該方法能夠考慮礦體的力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，精細地預(yù)測出不同區(qū)域礦體的采選能耗和成本。這是因為礦體作為天然地質(zhì)體，其力學性質(zhì)具有顯著的空間變異性，這導致不同區(qū)域的礦石采選能耗和成本具有顯著差異。因此，針對不同區(qū)域的礦體，在開挖前快速地預(yù)測出采選各流程所需的能耗和成本，是礦山亟待解決的關(guān)鍵問題。然而在現(xiàn)有技術(shù)中，仍然缺乏一種能夠在礦石開采之前，快速地預(yù)測出不同區(qū)域礦體采選全流程的能耗和成本，并且無需額外工序的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于隨鉆測量技術(shù)的采選全流程能耗和成本預(yù)測方法，該方法能夠利用鉆孔作業(yè)提前預(yù)測任意爆區(qū)采選全流程的能耗和成本，指導礦企安排生產(chǎn)計劃。該方法包括：

2、獲取鉆機鉆孔過程的隨鉆參數(shù)；

3、根據(jù)獲得的隨鉆參數(shù)，評估待爆礦體的礦石力學性質(zhì)和礦體結(jié)構(gòu)特征；

4、根據(jù)獲得的礦石力學性質(zhì)和礦體結(jié)構(gòu)特征，以及爆破設(shè)計參數(shù)，計算平均爆破塊度；

5、建立平均爆破塊度與采選各流程的能耗及成本的數(shù)學關(guān)系模型；

6、根據(jù)得到的平均爆破塊度和數(shù)學關(guān)系模型，預(yù)測待爆礦體采選全流程的能耗與成本。

7、進一步地，所述獲取鉆機鉆孔過程的隨鉆參數(shù)包括：在鉆機上安裝傳感器，分別獲得鉆孔過程中不同深度的推力、扭矩、鉆速和轉(zhuǎn)速等隨鉆參數(shù)。

8、進一步地，所述礦石力學性質(zhì)包括單軸抗壓強度ucs、彈性模量e、硬度指數(shù)hf和礦石密度影響指數(shù)rdi；所述礦體結(jié)構(gòu)特征包括礦石質(zhì)量描述指數(shù)rmd、節(jié)理面間距指數(shù)jps和節(jié)理面方向指數(shù)jpo。

9、進一步地，所述根據(jù)獲得的礦體力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，以及爆破設(shè)計參數(shù)，計算平均爆破塊度包括：

10、根據(jù)獲得的礦石力學性質(zhì)和礦體結(jié)構(gòu)特征，計算礦石系數(shù)a：

11、a＝0.06(rmd+jps+jpo+rdi+hf)?(1)

12、采集當前的爆破設(shè)計參數(shù)，包括炸藥單耗q、單孔炸藥質(zhì)量q和炸藥相對于tnt的威力e’；

13、根據(jù)爆破設(shè)計參數(shù)和礦石系數(shù)a，計算平均爆破塊度x50：

14、

15、進一步地，所述建立平均爆破塊度與采選各流程的能耗及成本的數(shù)學關(guān)系模型包括：

16、建立平均爆破塊度x50與鑿巖、爆破、鏟裝、運輸、破碎、磨礦能耗關(guān)系的數(shù)學模型，分別記為e1、e2、e3、e4、e5、e6；

17、建立平均爆破塊度x50與鑿巖、爆破、鏟裝、運輸、破碎、磨礦經(jīng)濟成本關(guān)系的數(shù)學模型，分別記為c1、c2、c3、c4、c5、c6；

18、根據(jù)礦山機械設(shè)備的實際工況，對上述建立的能耗關(guān)系數(shù)學模型以及成本關(guān)系數(shù)學模型中的參數(shù)進行標定，得到只與x50有關(guān)的采選各流程的能耗關(guān)系數(shù)學模型和成本關(guān)系數(shù)學模型。

19、進一步地，采選綜合能耗etotal及綜合成本ctotal分別與平均爆破塊度x50的數(shù)學模型為：

20、etotal＝e1+e2+e3+e4+e5+e6?(3)

21、ctotal＝c1+c2+c3+c4+c5+c6?(4)。

22、進一步地，平均爆破塊度x50與鑿巖能耗e1、爆破能耗e2、鏟裝能耗e3、運輸能耗e4、破碎能耗e5、磨礦能耗e6的數(shù)學模型分別為：

23、

24、

25、其中，l1表示鉆孔深度；p1表示鉆機功率；k1表示鉆孔效率；q表示單孔裝藥量；e’表示炸藥相對于tnt的威力；qv表示炸藥爆熱；v1表示鏟斗容積；k2表示每鏟周期；p2表示鏟車功率；δ1表示鏟車滿斗系數(shù)，δ1＝-0.021x50+1.63；p3表示卡車功率；k3表示卡車運輸周期；v2表示卡車容積；δ2表示卡車滿斗系數(shù)，δ2＝-7×10-5x50+0.86；k1表示動態(tài)抗壓強度比靜態(tài)抗壓強度；p50表示破碎機排料塊度；ρ表示礦石密度；p4表示破碎機空載功率；k4表示破碎機效率；spi表示半自磨指數(shù)；p80表示半自磨80％排礦粒徑；p5表示半自磨空載功率；k5表示半自磨效率，k5＝-1.42x50+564.32。

26、進一步地，平均爆破塊度x50與鑿巖成本c1、爆破成本c2、鏟裝成本c3、運輸成本c4、破碎成本c5、磨礦成本c6的關(guān)系數(shù)學模型分別為：

27、

28、

29、c5＝e5×pe+ρa5?(15)

30、c6＝e6×pe+ρa6?(16)

31、式中，r1表示鉆機油耗，a1表示每小時鉆孔需要的人工和材料成本，a2表示單位質(zhì)量炸藥裝填所需人工和材料成本，r2表示鏟車油耗，a3表示單位時間鏟裝花費的人工和材料成本，r3表示卡車油耗，a4表示單位時間運輸花費的人工和材料成本，a5表示每噸礦破碎所需的人工和材料成本，a6表示每噸礦半自磨所需的人工和材料成本，pe表示電價，po表示油價。

32、進一步地，評估待爆區(qū)域的單軸抗壓強度ucs、彈性模量e、硬度指數(shù)hf和礦石密度影響指數(shù)rdi的方法包括：

33、基于鉆頭與礦石相互作用的力學分析，通過能量平衡方法、極限靜力平衡方法、經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ɑ虬虢?jīng)驗?zāi)Ｐ头ǖ确椒?，建立鉆機隨鉆參數(shù)分別與礦石力學性質(zhì)ucs、e的關(guān)系表達式；

34、根據(jù)不同深度的鉆機隨鉆參數(shù)，計算得到不同深度的ucs、e；

35、以平均單位鉆孔深度上的ucs、e作為待爆區(qū)域的ucs、e；

36、根據(jù)獲得的礦石力學性質(zhì)ucs、e計算硬度指數(shù)hf：

37、

38、根據(jù)礦石密度獲得礦石密度影響指數(shù)rdi：

39、rdi＝25ρ-50?(18)

40、其中，ρ為礦石密度。

41、進一步的，所述鉆機隨鉆參數(shù)分別與礦石力學性質(zhì)ucs、e的關(guān)系表達式如下：

42、

43、式中，f為鉆機推力；d為每轉(zhuǎn)貫入度，d＝v/n，v為鉆速，n為轉(zhuǎn)速。

44、進一步地，評估待爆區(qū)域的礦石質(zhì)量描述指數(shù)rmd、節(jié)理面間距指數(shù)jps和節(jié)理面方向指數(shù)jpo的方法包括：

45、提出礦石質(zhì)量指標fi，描述礦石的破碎程度，fi表示為：

46、

47、其中，pv為鉆速變異性指數(shù)，tv為扭矩變異性指數(shù)，計算式如下：

48、

49、其中，為平均鉆速，為平均扭矩，i為數(shù)據(jù)樣本序號，n為鉆孔數(shù)據(jù)樣本總數(shù)量；

50、根據(jù)計算得到的fi的值，確定礦石質(zhì)量描述指數(shù)rmd，表示為：

51、

52、以鉆進參數(shù)或其派生參數(shù)的突變作為結(jié)構(gòu)面識別的信號，通過鉆孔長度與識別到的結(jié)構(gòu)面的數(shù)量的比值計算結(jié)構(gòu)面的平均間距sj：

53、

54、其中，nj為識別到的結(jié)構(gòu)面數(shù)量，l1為鉆孔長度；

55、根據(jù)平均間距sj，確定節(jié)理面間距指數(shù)jps：

56、

57、所述節(jié)理面方向指數(shù)jpo的取值如下：節(jié)理面水平時，jpo＝10；節(jié)理面傾向與工作面一致時，jpo＝20；節(jié)理面走向與工作面垂直時，jpo＝30；節(jié)理面傾向與工作面相反時，jpo＝40。

58、對于確定的礦山，生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)和設(shè)備工況通常是不變的，因此這些數(shù)學模型在預(yù)測其它爆區(qū)的能耗和成本時無需重新標定模型參數(shù)，只需將根據(jù)隨鉆參數(shù)計算得到礦石系數(shù)a以及平均爆破塊度x50，代入這些數(shù)學模型中，即可快速得到該礦體采選全流程的能量消耗與經(jīng)濟成本。

59、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用鉆孔工序，獲得待爆礦體的礦石的力學性質(zhì)和礦體結(jié)構(gòu)特征；根據(jù)獲得的礦石的力學性質(zhì)和礦體結(jié)構(gòu)特征，得到礦石系數(shù)a；根據(jù)礦石系數(shù)a以及爆破設(shè)計參數(shù)，得到待爆礦體的平均爆破塊度x50；根據(jù)獲得的x50，以及建立采選各流程的能耗和成本數(shù)學模型，得到待爆礦體采選全流程的能耗和成本。本方法依托鉆孔工序進行，無需其它額外工序，并且能夠考慮不同礦體的力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，預(yù)測礦體生產(chǎn)能耗和成本，對礦山生產(chǎn)優(yōu)化具有重要意義。