某銅鉬礦開采境界優(yōu)化研究

張延凱，胡乃聯(lián)，徐國偉，趙曉杰

(1.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083;2.中國黃金集團內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 新巴爾虎右旗 021400)

露天礦最終境界直接影響礦山規(guī)模、投資、生產(chǎn)效益、服務年限、開拓運輸布置等眾多方面。因此，境界優(yōu)化是露天礦設計的重要環(huán)節(jié)，是礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營決策的重要依據(jù)。露天礦境界優(yōu)化,要統(tǒng)籌考慮礦山資源賦存狀況、開采技術條件、礦產(chǎn)品銷售價格、礦石開采及處理成本等多種復雜因素[1]。

傳統(tǒng)手工圈定露天開采境界的方法,實質上是一種試錯法，工作量大、精度低，基本難以實現(xiàn)境界最優(yōu)化的目標[2]。國內(nèi)外學者對露天境界優(yōu)化理論和方法進行了深入研究，提出了多種優(yōu)化算法，目前應用最為廣泛的是LG圖論法及浮動圓錐法[3-5]。基于三維礦業(yè)軟件平臺，以價值塊體模型為核心，以邊坡角及地表為幾何約束，應用先進的優(yōu)化算法，可以快速、準確地完成露天礦開采境界優(yōu)化[6-8]。目前，主流的境界優(yōu)化流程如圖1所示。本研究按此思路，以Surpac軟件為工具，對某銅鉬礦開采境界優(yōu)化進行探討。

1 礦區(qū)概況

某銅鉬礦位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內(nèi)，屬特大型低品位多金屬礦床，是中國黃金集團公司重點建設項目。

1.1 地形地貌

本區(qū)為低山丘陵區(qū)，山勢走向北東，一般標高為750m；最高889.3m，最低為650.7m。一般相對高差150m左右，山勢平緩、地形開闊。北礦段山脊呈半環(huán)形，北東高，南西低，南西為半環(huán)形開口處，具有明顯的構造剝蝕地貌特征。礦區(qū)地形如圖2所示。

圖2 地表地形及勘探線圖

1.2 礦體賦存特征

某礦床屬于受火山結構控制的陸項次火山斑巖型銅鉬礦床。礦帶為一長環(huán)形，長軸長2600m，短軸寬1350m，走向50°左右，總體傾向北西，傾角從東向西由85°漸變成75°，南北兩個轉折端處均內(nèi)傾，傾角60°，北礦段環(huán)形中部有寬達900m左右的無礦核部，南礦段環(huán)形中部無礦核部寬150～850m。礦體沿走向、傾向均具有分枝復合、膨脹收縮，礦體上部覆蓋層薄，平均厚度25m，且多處出露地表。

1.3 品位分布規(guī)律

經(jīng)統(tǒng)計分析：銅、鉬品位服從三參數(shù)對數(shù)正態(tài)分布。用克里格法分別對銅、鉬礦體進行估值，依據(jù)Sichel變換公式，完成三參數(shù)對數(shù)反算。反算后的值保存于塊體屬性Cu、Mo中。銅、鉬品位的空間分布情況。如圖4、圖5所示。

圖3 礦體實體模型及鉆孔綜合圖

圖4 銅品位空間分布示意圖

圖5 鉬品位空間分布圖

按照礦山實測數(shù)據(jù)，礦體比重與銅、鉬品位具有相關性，對不同品位分別進行比重賦值。比重賦值結果保存于塊體屬性sg中。

2 技術經(jīng)濟及優(yōu)化參數(shù)選取

Surpac露天境界優(yōu)化模塊，可選用浮動圓錐及LG圖論法作為優(yōu)化算法，以塊體模型為基礎，通過技術經(jīng)濟分析，綜合判斷塊體模型中任意塊的開采價值，形成價值塊體模型。以價值塊體模型為核心，軟件會以最大凈現(xiàn)值為目標，自動解算出滿足當前技術經(jīng)濟及幾何約束條件下的最優(yōu)開采境界。可以證明LG圖論法是一種全局最優(yōu)算法，境界優(yōu)化的結果可靠性完全依賴于技術經(jīng)濟參數(shù)選取的合理性、準確性。鑒于目前主流的三維礦業(yè)軟件平臺都選用幾乎相同的優(yōu)化算法，對于同一個價值塊體模型用相同的優(yōu)化參數(shù)進行計算，所獲得的優(yōu)化結果理論上應該是一致的，這一點在本研究中也得到了驗證。

某銅鉬礦為典型的低品位多金屬礦床，境界優(yōu)化研究與單金屬礦床有明顯區(qū)別。在Surpac境界優(yōu)化器中，選擇以質量為單位進行優(yōu)化更為靈活、實用。塊體模型包括銅、鉬品位、比重屬性，還需在塊體模型中新建凈值屬性(value)以滿足Surpac境界優(yōu)化器的參數(shù)需求。value表示單位質量塊體被單獨開采出來的凈價值，value=∑收入-∑支出。應用塊體模型屬性運算功能，對塊體模型凈值屬性進行賦值運算。在Surpac境界優(yōu)化器中調入地表約束及底部限制，再輸入優(yōu)化計算參數(shù)和優(yōu)化結果輸出參數(shù)，就可以進行境界優(yōu)化計算了。

露天礦的一個特點是：隨著采深的增加，運輸成本、邊坡維護成本、排水成本等都會提高。為此，本研究將考慮隨采深增加運輸成本提高與不考慮采深影響做了對比。選取臺階高度成本調整幅度，為每下降10m·t礦(巖)生產(chǎn)成本增加0.16元。境界優(yōu)化結果表明，該因素會對采剝總量產(chǎn)生20％左右的影響，這種影響不容忽視。鑒于某銅鉬礦計劃上馬皮帶運輸系統(tǒng)，將減少采深增加對成本的影響，具體運行效果如何有待時間考驗。本研究各優(yōu)化方案,暫不考慮臺階下降成本變動對最終境界的影響。

境界優(yōu)化的主要技術經(jīng)濟參數(shù),如表1所示。

由于當前有色金屬市場價格變幻莫測，而價格因素又是影響境界的最敏感因素，因此本研究按照不同價格做了八組方案比較研究。此外，某礦銅鉬混選、銅鉬分離工藝在實際生產(chǎn)中還遠未達到設計指標，鉬的選礦回收率存在較大不確定性，為此本研究按照不同的鉬選礦回收率又做了八組方案比較研究。多方案比對的結果如圖6所示。

表1 主要技術經(jīng)濟參數(shù)

圖6 所有優(yōu)化方案比較圖

3 境界優(yōu)化結果及分析

優(yōu)化后，不同的技術經(jīng)濟參數(shù)會得到不同的所謂“最優(yōu)采坑”。以“最優(yōu)采坑”DTM文件為約束,可以報告境界內(nèi)的礦巖量、金屬量、平均品位、剝采比、NPV等，依據(jù)報告生成金屬量及平均品位隨標高變化圖、礦巖量及剝采比隨標高變化圖等，并作進一步分析。經(jīng)計算，推薦境界內(nèi)礦巖總量為：25億t，其中礦石量：11.5億t，境界剝采比為：1.174，銅礦石平均品位0.204％，鉬礦石平均品位0.0334％。優(yōu)化及設計結果如圖7、圖8、圖9 所示，金屬量、礦巖量、平均品位、剝采比隨標高變化情況如圖10、圖11所示。

圖7 最優(yōu)采坑DTM文件三維圖

圖8 最終境界及礦山工程框圖

圖9 最終境界及礦山工程三維圖

圖10 金屬量及平均品位隨標高變化圖

圖11 礦巖量及剝采比隨標高變化圖

此外，可以在“最優(yōu)采坑”的DTM文件基礎上,進行露天礦設計。為了避免產(chǎn)生尖角，考慮最小轉彎半徑、最小底寬、設計運輸?shù)缆贰⑵脚_等等因素，設計文件與DTM文件會產(chǎn)生礦巖量差異，這種差異在本礦山在8％左右。

4 結論

某礦是特大型低品位銅、鉬多金屬礦床，對其進行多開采境界比較研究,具有十分重要的意義。應用 Surpac軟件能夠快速做出多組不同條件下的境界優(yōu)化方案比較，為尋求最優(yōu)方案提供更多選擇。基于三維礦業(yè)軟件平臺的境界優(yōu)化,突破了固有的思維模式，改變了傳統(tǒng)的優(yōu)化設計方式，為礦山進行科學決策提供了可靠的技術手段和依據(jù)。

影響境界圈定的因素很多，其中既有市場因素也有技術因素。對某礦來講，不確定性較大的因素有：鉬選礦回收率、鉬價格、銅價格、采選綜合成本等。鉬選礦回收率、鉬價格因素是變化范圍較大的兩個最主要因素，建議礦山加強相關研究，盡量消除不確定因素，使境界圈定更為科學合理。

本研究得到的優(yōu)化露天境界,都是在一定技術經(jīng)濟約束下的靜態(tài)結果。優(yōu)化所選用的經(jīng)濟參數(shù)和技術條件可靠程度,直接影響境界優(yōu)化結果的準確性。在實際生產(chǎn)中，技術經(jīng)濟參數(shù)與設計參數(shù)必然存在一定的差異，在某些技術經(jīng)濟參數(shù)與優(yōu)化采用的參數(shù)相差較大時，應考慮重新進行境界優(yōu)化。

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