德興銅礦純廢石與含銅廢石的排土規(guī)劃研究

李宏偉

(鑫達金銀開發(fā)中心)

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德興銅礦純廢石與含銅廢石的排土規(guī)劃研究

李宏偉

(鑫達金銀開發(fā)中心)

廢石場排土規(guī)劃合理與否關系到礦山生產(chǎn)順利進行。通過對德興銅礦廢石場排土現(xiàn)狀的調查和堆浸要求，制定了排土方案，利用層次分析法對廢石場各排土方案進行比較選擇，并對該礦廢石場中的含銅廢石進行堆浸處理，提高了Cu金屬的回收量，為礦山更好地進行排土規(guī)劃提供依據(jù)。

廢石場排土方案層次分析法排土工藝參數(shù)

廢石場是露天礦山連續(xù)性生產(chǎn)中不可缺少的一部分，廢石場排土規(guī)劃是否合理直接關系到礦山生產(chǎn)的順利進行和礦山經(jīng)濟效益[1]。德興銅礦露天礦目前年采剝總量為6 500萬t，其中礦石量3 300萬t，廢石量3 200萬t，采場內采用汽車開拓運輸[2-3]。為了盡可能多的提高Cu金屬回收量，在排土場內規(guī)劃出一堆浸場，回收廢石中的銅。通過對該露天礦山廢石場排土規(guī)劃的優(yōu)化，降低排土場廢石分級分區(qū)的難度；提高堆浸場堆浸噴淋作業(yè)率和浸出率，提高銅回收率[4-6]；增強排土場的安全性與穩(wěn)定性，提高礦山排土運營的經(jīng)濟合理性。

1　礦山概述

德興銅礦露天礦廢石場與采場相隔，是一南北走向的自然山谷，其中包括2條主溝(河山溝和石塢溝)和1條支溝，其地形標高位于130～360m，排土場最終堆置標高為390m，堆積面積3.6km2，堆積量達到6億多t，含銅金屬量高達數(shù)十萬噸。

礦石運輸采用“汽車運輸—礦石粗破碎—膠帶運輸”方案；純廢石運輸采用全汽車運輸和“汽車運輸—廢石粗破碎—膠帶運輸機”兩種運輸方式運至排土場，含銅廢石采用全汽車運至堆浸場。

截至2012年年末，品位為0.05%～0.20%的按堆浸料，堆浸料核算量1.59億t；品位為0.15%～0.20%的廢石量0.78億t；品位低于0.05%為純廢石，純廢石核算量5.32億t。

2　排土場現(xiàn)狀

銅廠礦區(qū)有3個排土場，即礦區(qū)排土場、西源排土場和楊桃塢排土場。目前主要使用礦區(qū)排土場和西源排土場，楊桃塢排土場暫時停用閑置。考慮到西源排土場容量有限，銅廠采區(qū)內廢石主要運往礦區(qū)排土場。該排土場1993年開始使用，運輸隧道標高200m。含銅廢石堆浸場位于排土場內，主要布置在排土場北部，目前堆置標高為280m。

“汽車—破碎機—膠帶運輸機”排廢系統(tǒng)于2011年建成投產(chǎn)，承擔銅廠礦區(qū)大部分廢石排棄任務,其余由汽車運輸。系統(tǒng)設計廢石排棄量為 2 000萬t/a，由汽車運輸(830E電動輪汽車)、粗碎站破碎(PXF6089旋回破碎機)、長距離膠帶運輸機BC01輸送、移動式膠帶輸送機BC02轉載和排土機VASP1400/50-50排棄等環(huán)節(jié)組成。汽車排土能力為18 180萬t/a，排土段高80m，排土標高353m，排土場2012年年末地形見圖1。

圖1　2012年年末排土場狀態(tài)

3　排土場庫容計算

由Minesight軟件平臺數(shù)字化生成的等高線為基礎構建排土場地表模型[7-9]，利用其三維模型，可以清楚地了解地表與礦體、坑道、廢石堆置等多個模型之間的三維位置關系。Minesight軟件中提供了實體體積查詢功能，通過設置、調用pitres.dat程序，再通過對pitres.dat程序的參數(shù)設置，就可以算出相關數(shù)據(jù)。

根據(jù)排土場原始地形(見圖2)，結合排土場2012年年末狀態(tài)(見圖3)，計算得出目前排土場已堆置的廢石量為2.17億t。

圖2　排土場原始地形

圖3　排土場三維示意

在排土場2012年年末形狀的基礎上，按其最終堆置標高370m考慮，還可堆積的容積為1.77億m3，按廢石密度2.65t/m3、松散系數(shù)1.69、沉降系數(shù)1.12計算，可堆置廢石3.12億t。其中：純廢石與堆浸物料分別堆置，不占用現(xiàn)有的積液庫，排土場可堆置純廢石1.62億t，含堆浸物料1.50億t。

按目前設計的排土場最終堆置標高370m，西源嶺排土場還可以堆放3 400萬t廢石考慮，銅廠采區(qū)將還有約3.45億t廢石無法排置。故建議對原設計的370m進行升段。

4　排土方案的選擇

根據(jù)露天坑現(xiàn)狀，按照設計規(guī)范和安全控制技術的要求，排土場主要堆置參數(shù)有：排土場等級、最終堆置標高、最低標高、最大高度、單臺階高度、臺階數(shù)、臺階坡面角、安全平臺寬度、最終邊坡角等。

4.1排土方案分析

方案一：中部截斷，膠帶升段設置在中部區(qū)域；方案二：電動輪兩側排土，空出中間位置給膠帶排土；方案三：與方案二基本一致，將排土空間騰出給膠帶使用，先沿積液庫方向排滿，沿西部山脊升段。其相關參數(shù)見表1。

表1　排土參數(shù)

4.2技術經(jīng)濟比較

對3個方案進行技術經(jīng)濟比較(見表2)，以獲取最優(yōu)方案。

4.2.1層次分析法

為分析3種方案的合理性，需要從經(jīng)濟、技術等多方面進行綜合比較，這就涉及到了多目標決策問題。在多目標決策分析的多個方法中，層次分析法常被用于解決比較復雜的決策問題，在工程項目中的應用也比較多，且都取得了很好的經(jīng)濟效果，因此，本研究采用層次分析法解決排土場方案的優(yōu)選問題。

對于由諸多因素相互關聯(lián)、相互制約的復雜系統(tǒng)，層次分析法則提供了一種新的、簡單、實用、定性和定量相結合的決策方法[10-11]。

4.2.2建立層次結構模型

通過對排土規(guī)劃方案中各因素的綜合分析，建立了排土場設計方案優(yōu)選的層次結構模型，見圖4。

此層次結構模型中一共有4個層次，分別為目標層、準則層、次準則層和方案層。

①目標層A，只有一個總目標,排土方案優(yōu)選；

表2　3方案優(yōu)缺點對比

②準則層B，包含2個準則，分別是經(jīng)濟效益B1和技術管理B2；③次準則層C，每個準則層包含各自的次準則層，分別是容量C1、服務年限C2、升段量C3、移動皮帶次數(shù)C4、電動輪繞行距離C5、臺階高度C6、臺階寬度C7、皮帶延伸C8、升段時間C9和對膠帶工段的影響C10；④方案層D，包含3個備選方案D1、D2、D3，分別對應于相應的3個方案。

4.2.3構造判斷矩陣

判斷矩陣是某層因素對于上一層某一個因素的相對重要性比較,判斷矩陣中的元素由“1～9標度方法”給出。其中每一層因素都以它相鄰上一層次的各因素為準則，按照“1～9標度方法”兩兩比較構造判斷矩陣。

圖4　排土方案優(yōu)選的層次結構模型

4.2.4層次單排序及其一致性檢驗

經(jīng)過計算得出判斷矩陣最大特征值λmax和對應的特征向量，再經(jīng)歸一化后記為W。W為同一層次因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值，這個過程稱為層次單排序。層次單排序是否可以確定，必須檢驗該層次單排序的一致性，如檢驗一致性不合格，必須重新構造判斷矩陣，直到一致性通過。

4.2.5層次總排序及其一致性檢驗

層次總排序由上到下按順序依次逐層進行。計算最下層對最上層總排序的權向量，需要通過總排序一致性比率CR進行檢驗。如果CR<0.1，則通過，即可用總排序權向量的結果進行決策，否則就應該重新建立層次結構模型或重新構造CR較大的判斷矩陣，直到一致性通過。

利用層次分析法軟件，最后得到3個方案總目標的權重如下：

W(D)=(0.252 0，0.486 5，0.261 4)T,

(1)

即:W1=0.252 0，W2=0.486 5，W3=0.261 4。

根據(jù)最終權重向量結果可知，方案二為最優(yōu)，其次是方案三，最后是方案一。

5　結　論

在確定廢石與堆浸料堆放平面位置的基礎上，結合汽車和膠帶的排土能力，選擇了3種排土方案，通過對3種方案的技術經(jīng)濟比較，最終選擇方案二，電動輪兩側排土，空出中間位置給膠帶排土。

排土場最終堆置標高從370m升段至413m，膠帶轉載點標高從353m升至413m，設計延伸膠帶通過320m爬高60m，達到413m標高，坡度為18%，約10.2°，小于膠帶14°的最大設計爬坡能力。采用方案二，353～413m升段路堤量預計為1 256.2 萬m3，需廢石量2 214.4萬t，計劃2022年完成膠帶升段所需路堤。按每年600萬t廢石量計算，需提前3.7a，即2019年開始413m升段路堤的修筑。

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2016-03-17)

李宏偉(1984—)，男，碩士，工程師，100038 北京市海淀區(qū)復興路戊12號。