礦床地質模型在德興銅礦邊際品位優化的應用

李毅

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興市334224)

礦床地質模型在德興銅礦邊際品位優化的應用

李毅

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興市334224)

德興銅礦以Minesight礦業軟件為平臺，應用地質統計學理論和方法，建立了銅廠礦床的地質模型，在此基礎上對銅廠礦床邊際品位進行了優化計算，優化結果保證了礦產資源的最優化利用。

礦床地質模型;邊際品位;Minesight;銅廠礦床

礦床品位指標是在當前技術經濟條件下礦床能達到工業開采所規定的品位標準，是影響礦產資源的利用率和礦山企業經濟效益的主要指標［1］。目前我國普遍使用雙指標體系(邊界品位與最低工業品位)來圈定礦體，造成了大量礦產資源被丟棄［2］。為了適應礦山發展的需要和提升企業經濟效益，德興銅礦通過跟蹤國內外礦山開采新技術，開始采用邊際品位對礦山進行動態的生產管理，取得了較好的經濟和社會效益。邊際品位是按經濟學上“收支平衡”的原則計算出來的、在經濟上不賠不盈的品位，反映了礦床品位指標的經濟性和法律性，比較于我國普遍使用雙指標體系能夠顯著提高礦產資源的利用率［3］。由于邊際品位計算過程復雜，在實際應用中受到一定限制。

礦床地質模型是礦床屬性在空間分布上的數字描述。利用礦床地質模型可以直觀、快速的完成礦床儲量估算和品位估值，是礦床境界優化、邊際品位確定等一系列礦山生產科學管理的基礎。為此，德興銅礦以Mintek公司的Minesight礦業軟件為平臺，應用地質統計學理論與方法，結合礦區成礦地質特征和開采實際情況建立了礦體模型，在此基礎上優化了邊際品位，實現了礦山動態儲量管理和經濟分析。

1 礦區地質特征

德興銅礦銅廠礦床屬特大型斑巖銅礦床，礦體主要產于花崗閃長斑巖主巖體接觸帶兩側的強、中蝕變帶內，傾向310°，傾角30°～50°。礦體規模巨大，形態完整，礦化連續性好，礦體與圍巖沒有明顯的界線。礦石易采易選，含銅品位低，品位變化均勻(品位變化系數40%～65%);礦石中主要伴生有益組分為金，伴生金產值占總產值的1/6～1/5，綜合利用價值極高。經過多年的地質勘探和露天開采，德興銅礦對礦床的地質特征認識更加接近實際，為礦床地質模型的建立奠定了堅實基礎。

2 建模的基礎數據資料

Minesight礦業軟件是國際上通行的礦山規劃與設計軟件，目前已被世界上多家礦山所采用［4］。Minesight礦業軟件具有很強的實用性和出眾的三維圖形功能，主要功能是礦床地質模型建立、邊際品位分析等等。該軟件建立礦床地質模型需要的基礎數據資料有3類。

2.1 鉆孔數據和品位正規化

本次建模采用的鉆孔數據有:1950年代的地質勘探鉆孔數據222個;1970年代的地質補充勘探鉆孔數據69個;1988～1999年的金銀補充勘探鉆孔數據194個;2000～2005年的生產補勘鉆孔數據48個。將總計533個鉆孔數據按國際標準整理為孔口數據、測斜數據、品位數據、地質巖性數據4種類型。由于1950年代的地質勘探鉆孔數據沒有金品位數據，因此，此類鉆孔金品位數據按背景值處理。

由于鉆孔的巖心樣品長度不一樣，為進行品位估算和計算變異函數，按開采臺階高度(15m)將樣品品位進行組合，得到的平均品位為該長度的點樣品品位的正規化品位。組合計算按單樣品位與其巖礦芯長加權平均而得，并預先進行了測斜處理。按照此方法，建立了鉆孔Cu、Au元素的品位數據庫。

2.2 地形地表數據和模型范圍

對于露天礦山建模而言，現狀地形是基礎和依據。本次建模采用2008年末露采地形現狀圖和三期開采設計境界圖作為地形數據，模型范圍東西向從68000m到73400m，南北向從9000m到13500 m，高程從365m到－400m。

2.3 其他指標數據

經過研究，本次建模礦石體重取值2.70t/m3，廢石體重取值2.65t/m3。

3 地質統計學分析

地質統計學理論認為，一種礦化現象可以用“區域化變量”空間分布來表示，區域化變量空間的變異性可以用變異函數來表征，它既考慮到地質變量的隨機性，同時也充分反映了它們的空間相關性。地質統計學能提供在無偏條件下達到估計方差的極小估計值，而且這種估計是最優的和無偏的，因此具有傳統地質學方法所無可比擬的優越性［5］。

3.1 礦區銅與金品位的分布特征

銅廠礦區除了銅以外，還有很多伴生元素，根據變量在空間的變化規律、元素的價值大小等因素，結合成礦地質特征和開采實際情況，確定銅、金品位為區域化變量。因此，對銅、金組合樣數據進行統計分析，研究品位數據的分布規律，為礦體模型的品位分析提供依據。

通過相關性分析可以發現，在銅［0，1］和金［0，2］之間銅品位和金品位是正相關的。

由于銅廠礦體礦化連續性好，銅品位變化系數為40%～65%，因此，建模過程中對銅品位特高值不進行處理。而金由于其特高值一部分存在于夾石中，可以通過礦體邊界對礦域進行限制，作為伴生元素的金品位特高值也不進行處理，

3.2 變異函數擬合

銅、金品位變異函數按以下公式計算。

式中，滯后距為h時，N(h)參加實驗變異函數計算的樣品個數;Z為區域化變量在空間點上的品位值。

由于銅廠礦區地質特征簡單，礦體形態單一，因此采用品位對礦化邊界限制礦化域的方法進行變異函數的擬合(見表1和表2)。

3.3 幾點規定

針對銅廠礦區斑巖和圍巖(千枚巖)的巖石性質，分別計算各蝕變帶、各巖性的m2/δ2值，發現其都是相接近的;另外，分別計算斑巖和千枚巖的變異函數，其值相差不大，因此，不同巖性在礦體模型中可以合并使用。

礦床中存在的3個采空區的在模型建立過程中作為廢石處理。

表2 金變異函數模型擬合結果

4 礦體模型的建立

4.1 臺階礦體的圈定

根據鉆孔品位，以0.25%品位邊界圈定礦化域，按15m段高分成的臺階平面，根據已掌握的地質情況，從365m臺階至－400m臺階依次圈出臺階面的礦化區域(見圖1)，并把各臺階面的礦化域相連形成礦體(見圖2)。

圖1365 ～－400m臺階礦體線

圖2365 ～－400m臺階礦體

4.2 中心孤島處理

“中心孤島”是礦體中東部一個不具備開采價值的臺體。臺階礦體礦化域的圈定只是對臺階礦體邊界進行了限定，對存在于礦區內部的“中心孤島”沒有進行空間形態和大小的限定。由于“中心孤島”的夾石帶在空間上具有連續性，在建模過程中將孤島單獨圈出之后，通過賦值將其從礦體中剔除(見圖3)。

圖3 孤島的空間分布形態

4.3 克立格法模型估值

估值計算是為了在計算礦量前對模型礦塊品位進行計算。采用克立格法對模型估值?？紤]到電鏟作業的效率和勘探網度，被估塊段的尺寸確定為30 m×30m×15m。按照規定的模型范圍，對銅和金采用不同的估值鄰域進行品位估值，最少樣品數2個，最多樣品數30個，用克里格法計算銅、金元素品位。

4.4 建模效果

通過礦床地質模型和開采實際對比發現，該模型基本上反映了礦體的形態和特征，利用模型計算出的礦石量、銅品位和金品位接近開采實際，為采礦計劃編制、品位控制等工作奠定了基礎。

5 邊際品位優化

2010年，德興銅礦依托建立的礦床地質模型，優化了礦床開采區域的邊際品位，取得了很好的經濟效益。

5.1 綜合品位概念

銅廠礦床是個多金屬礦床，為了全面評價礦床的經濟價值，引進綜合品位的概念，把主要組分的品位與折算后的伴生組分品位相加即為綜合品位，計算公式為:

式中:a綜——礦石綜合品位;

a主——礦石中主元素品位;

ai——礦石中伴生元素品位;

ki——礦石中伴生元素的換算系數。

根據銅廠礦床的成礦地質特征和開采實際情況，將銅作為主要組分，伴生元素只考慮金元素，折算起點定為:Cu0.15%、Au0.08g/t。根據經營溢利法計算金品位折算系數為0.33%。

5.2 計劃開采區礦量品位計算

礦量、品位估算一直是邊際品位的優化難點，礦體模型的建立，可以便捷、高質量地估算各個作業區品位和礦量，為邊際品位實際應用奠定了基礎。以建立的礦床地質模型為基礎，以邊際品位0.025%為組距分別統計礦量和平均銅、金、綜合品位。通過對2010年度計劃作業區各級品位礦量、平均品位的統計得出:綜合品位為0.4%～0.2%，每降0.025%，礦石量增加200～230萬t;銅品位降低0.013%～0.014%，金的品位降低0.008%左右。

5.3 開采區邊際品位優化

開采區邊際品位的優化就是在當前的技術條件下，以取得最大經濟效益為前提，科學合理地確定最低工業品位指標。根據盈虧平衡原則，得到邊際品位經濟效益計算公式:

式中，mi為i邊際品位噸礦礦石總利潤，a銅、a金分別是銅、金品位，a銅差、a金差分別是銅、金采選品位差，λ銅、λ金分別是噸礦銅、金礦山產值，d礦、d剝分別是礦石量、剝離量，c采、c選、c其分別是噸礦出礦、選礦、其它可變成本，g采、g選、g其分別是噸礦出礦、選礦、其它固定成本。

按上述公式分別計算各綜合邊際品位圈入的礦石所能獲得的產品產量成本和總利潤，根據計算結果繪制了品位－利潤關系曲線，見圖4。

圖4 邊際品位－利潤變化曲線

從圖4可看出，在當前的技術經濟和品位分布條件下，0.225%為臨界邊際品位，采用0.225%邊際品位資源利用率高，所獲得的利潤最高。

6 結論

國外礦山的應用經驗表明，礦山企業效益的80%在于礦山規劃工作［6］。因此，立足現實，及時利用新理論、新技術手段，改進礦山生產工藝，是礦業公司走可持續發展之道的重要舉措。德興銅礦通過建立礦床地質模型，進行礦山科學管理工作，取得了投資少、見效快，風險小的效果，為國內其他礦山公司提供了借鑒。

［1］劉宗貴，李曉華，唐賢高.邊際品位在攀鋼鐵礦山的應用探討［J］.攀枝花科技與信息，2000，25(2):29－34.

［2］朱國山.德興銅礦表外礦的綜合利用［J］.金屬礦山，1998，259(1):45－47.

［3］李國清，胡乃聯，宋鑫.多金屬礦床邊際品位優化與應用［J］.北京科技大學學報，2010，32(9):1107－1112.

［4］周紫輝.淺談采礦系統軟件Minesight在露天境界設計中的應用［J］.有色冶金設計與研究，2006，(4):1－5.

［5］侯景儒，黃競先.地質統計學及其在礦產儲量計算中的應用［M］.北京:地質出版社，1982.

［6］高祥.應用Minesight軟件優化露天礦山開采規劃與設計［J］.礦冶，2000，9(2):10－14.

2011－04－26)

李毅(1974－)，男，江西寧都人，工程師，主要從事采礦現場管理與技術指導工作，Emai:myliyi191@sohu.com。