基于Whittle的露天礦開采境界優(yōu)化應用研究

阮詩昆

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司， 福建 上杭縣 364200)

基于Whittle的露天礦開采境界優(yōu)化應用研究

阮詩昆

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司， 福建 上杭縣 364200)

Whittle軟件是當前國際上礦山境界優(yōu)化的最佳軟件之一，借助Whittle軟件對某礦山露天開采境界進行優(yōu)化應用研究，通過建立地質(zhì)模型，確定露天采場邊坡參數(shù)，結(jié)合采選成本、采礦貧化率和損失率、選礦回收率、金屬價格和采礦生產(chǎn)能力等技術經(jīng)濟參數(shù)進行開采境界的計算分析，選取NPV值最大的優(yōu)化境界作為最優(yōu)開采境界，實現(xiàn)了增加礦石量和減少剝離量的目的，滿足了礦山生產(chǎn)需求。

Whittle；露天礦；境界優(yōu)化

為滿足礦山生產(chǎn)需求，促進礦山經(jīng)濟效益最大化，露天境界優(yōu)化是露天礦設計與生產(chǎn)的重要基礎工作[1-10]。隨著礦業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，加快礦山數(shù)字化和信息化已成為未來礦山發(fā)展的重要支撐。Whittle軟件是目前國際上礦山境界優(yōu)化的最佳軟件之一[1-3]，該軟件在礦體塊體模型的基礎上對露天開采進行境界優(yōu)化，其不僅能在三維空間上進行境界優(yōu)化，同時還考慮資金的時間價值，以最終所確定的NPV(凈現(xiàn)值)最大化為判定標準[1-3]，綜合考慮采選成本、貧化損失率、選礦回收率、金屬價格和采場邊坡參數(shù)等，采用L-G圖論法進行境界優(yōu)化，能利用數(shù)學規(guī)劃模型實現(xiàn)礦山自動快速排產(chǎn)，一次性排出一系列露天境界方案，讓用戶選擇凈現(xiàn)值最大的露天礦境界[1-3]。基于該軟件的諸多優(yōu)點，Whittle在國內(nèi)國外應用廣泛，尤其是礦山設計院進行境界優(yōu)化的首選。

1 工程概況

該露天礦位于福建省西南部，是20世紀80年代發(fā)現(xiàn)并探明的特大型有色金屬礦山，總體呈“上金下銅”的垂直礦化分帶，為特大型世界級金銅共生礦床，屬高硫淺成中低溫熱液-斑巖型礦床[11]。累計探明黃金金屬量約300多t，銅金屬量約200多萬t。金礦主要產(chǎn)于600～1100 m標高的氧化帶內(nèi)，為次生富集氧化礦石；銅礦產(chǎn)于600～700 m標高以下的原生帶中，為硫化銅礦石。

該露天礦采用汽車、汽車+溜井+平硐電機車及汽車+溜井+平硐膠帶等多種開拓運輸方式。露天礦境界內(nèi)現(xiàn)布置有溜礦井18條(其中：金礦9條，銅礦9條)。露天礦采出的金礦石分別運往3個選礦廠處理，采出的銅礦石運輸?shù)礁∵x廠和濕法處理廠；廢石采用汽車運往露天坑北側(cè)的排土場。

地下礦采用溜井+坑內(nèi)破碎+斜坡道膠帶運輸系統(tǒng)，采出的銅礦石全部運輸?shù)礁∵x廠處理。

為延長礦山服務年限，提高資源利用率，充分發(fā)揮露天開采的成本和安全優(yōu)勢，實現(xiàn)露天坑價值最大化，在礦床開采技術條件有利的情況下，對露天開采境界進行優(yōu)化勢在必行。

2 露天開采境界優(yōu)化與確定

2.1 地質(zhì)模型的建立

應用Surpac軟件構(gòu)建了礦床地表、巷道、采空區(qū)、礦體的三維模型，通過地質(zhì)統(tǒng)計學分析，對礦體塊體模型進行了以普通克立格法為主，距離平方反比法為輔的品位估值，建立三維可視化地質(zhì)模型，塊體模型的X、Y、Z值邊界及單元塊尺寸見表1。

表1 塊體模型坐標范圍與單元塊尺寸

2.2 露天采場邊坡參數(shù)的確定

綜合現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗，露天開采境界優(yōu)化的采場最終邊坡要素如下：

(1) 最終邊坡角：各采場最終邊坡角定為40°～42°，具體分為北幫42°、東幫41°、南幫40°、西幫41°進行優(yōu)化；

(2) 臺階高度：根據(jù)現(xiàn)場實際確定分層臺階高度為12 m，開采到最終邊幫時2個臺階并為1個階段，階段高度為24 m；

(3) 臺階坡面角為70°，表土層時為45°；

(4) 安全清掃平臺寬度為10 m，上部風化帶安全清掃平臺寬度為30 m，南部小露天坑安全清掃平臺寬度為7 m。

2.3 境界優(yōu)化分析

2.3.1 采選成本分析

綜合各項數(shù)據(jù)，采礦噸礦成本金礦為7.18元/t、銅礦為7.26元/t；剝離噸礦成本金礦為3.11元/t、銅礦為11.89元/t；境界優(yōu)化開采成本定為13.23元/t。

濕法廠的選礦成本定為60元/t，浮選成本定為90元/t，金礦各選廠的選礦成本相差不大，以二選廠為基準，按照20元/t計算。

2.3.2 貧化率損失率及選礦回收率

依據(jù)初步設計采礦損失率按照2%、貧化率按照5%進行計算，比較符合實際；通過年回收率統(tǒng)計，考慮品位負變、選礦指標人為因素造成的水分問題等其他不確定因素影響實際選礦回收率，綜合采礦廠、選礦廠實際，金礦定為70%、濕法銅定為65%、浮選銅定為88%。

2.3.3 金屬價格及銷售成本

根據(jù)近5年的金屬價格走勢(見圖1、圖2)，金金屬價格最高為361.19元/g，最低為216.17元/g，平均為266.32元/g；銅金屬價格最高為52859.4元/t，最低為28440.3元/t，平均為39478.5元/t。結(jié)合設計公司建議，金金屬價格定為260元/g，銅金屬價格定為39000元/t，銷售成本暫不考慮。

圖1 黃金價格5年走勢

2.3.4 采礦生產(chǎn)能力

依據(jù)現(xiàn)有的設備能力以及閉坑計劃，采礦生產(chǎn)能力5年內(nèi)從4500萬t降低到2800萬t(金礦閉坑，銅礦達產(chǎn))，采剝量5年內(nèi)從8000萬t降低到6500萬t。

圖2 銅價格5年走勢

2.4 境界優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)擬定的技術經(jīng)濟參數(shù)指標，共圈定了26個優(yōu)化境界。按所選取的技術經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)進行開采境界的計算分析，從中選取NPV值最大的優(yōu)化境界(見圖3)。

按Whittle軟件NPV最大法求解[12-13]，第13號優(yōu)化境界NPV值最大，該境界往后NPV基本趨于穩(wěn)定，略有減小，此時資源利用率有所提升，但廢石剝離量明顯提高，故選定13號優(yōu)化境界為當前技術經(jīng)濟條件下的最優(yōu)開采境界，而后根據(jù)開拓運輸系統(tǒng)的要求，手工進行修整和調(diào)整后，形成露天開采最終境界(見圖4)。

經(jīng)估算，露天開采最終境界優(yōu)化后露天坑內(nèi)可采金礦礦石量為610.12萬t，金屬量為1953.81 kg，平均品位0.320 g/t；銅礦礦石量為25361.68萬t，金屬量為1229675.29 t，平均品位0.485 g/t。詳見表2、圖5。

基于當前收集的技術參數(shù)進行優(yōu)化后的境界和目前的境界對比，露天坑整體有所縮小，主要為東北部、西幫以及南西幫區(qū)域減少了剝離量，優(yōu)化結(jié)果最低標高為130 m，設計標高為124 m。

3 結(jié) 論

本次借助Whittle軟件對某露天礦進行了境界優(yōu)化，露天坑整體有所縮小，減少了剝離量，整體效果較為明顯。本次應用研究結(jié)語如下：

(1) 該軟件的應用可在三維空間上進行境界優(yōu)化，可視化程度高；

(2) 該軟件是在地質(zhì)模型的基礎上對露采境界開展優(yōu)化，能夠在礦體模型發(fā)生變化的背景下，適時開展境界優(yōu)化[14]，具有效率高，優(yōu)化時間短等特點，以此保持露采生產(chǎn)始終處于最佳狀態(tài)；

圖3 境界優(yōu)化pit by pit圖

圖4 露天坑13號優(yōu)化境界

(3) 該軟件在境界優(yōu)化時，在考慮資金時間價值的同時，考慮產(chǎn)品市場價格、采選成本、貧化率損失率、選礦回收率等因素，在此基礎上確定NPV(凈現(xiàn)值)最大化作為判斷標準，充分考慮了礦山利益，對礦山保持持續(xù)盈利有著重要作用；

(4) 該軟件采用L-G圖論法對采坑進行境界優(yōu)化，能夠一次性排出一系列露天坑方案，讓用戶選擇，礦山管理者可根據(jù)礦山實際狀況選擇最佳的境界作為最終境界[15]，選擇出既符合礦山實際狀況，又能保證礦山利益的最佳境界。

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2017-08-10)

阮詩昆(1981-)， 男，福建周寧人，工程師，碩士，主要從事地質(zhì)勘查技術和數(shù)字化礦山研究，Email：ruanshikun@126.com。