露天礦多目標生產配礦的Minesched應用

陳麗華

（紫金礦業集團股份有限公司，福建上杭364200）

配礦，亦稱礦石質量中和，指通過對原礦的品級、礦石質量、礦巖屬性、礦石性質進行單一目標或者多目標的混合搭配，以期達到下游選廠入選的品級和質量要求。配礦要綜合考慮運輸路徑、運輸距離、運輸效率、鏟裝效率等因素，通常以礦石品級偏差最小、礦石質量偏差最小、運輸成本最小、均衡剝采比、礦石的綜合經濟效益最大化為目標［1-4］，最終形成最優短期或者長期的礦石配比和運輸計劃。露天礦山配礦主要有采場直接配礦、儲礦堆配礦及選廠二次配礦等幾種形式。

露天采場多目標配礦，目前常見的理論建模方法有多目標線性規劃［5］、模糊線性規劃［6］、0-1整數規劃［7］、非線性回歸分析［8］、基于質量控制的UM模型［9］、基于免疫克隆的選擇算法［10］、多倫粒子群算法［11］、多目標遺傳算法［12］以及BP神經網絡算法［13］等，再采用相關的解算軟件進行求解。目標配礦雖然方法眾多，但其理論模型和適用條件具有局限性，同時，由于各礦山數字化水平不一、開采方式和要求不同，國內能夠成熟且廣泛應用的商業程序較少［14-15］。Minesched軟件是Geovia公司旗下一款能夠根據產能和質量等目標進行長期、短期計劃編制的軟件。能夠根據用戶需求，進行多供礦點、多卸礦點、多條件約束下快速求解目標參數，并輸出詳細的報表及二維、三維進度動畫。本研究以紫金山金銅礦為例，利用Minsched軟件進行生產配礦的應用分析。

1 工程概況

紫金山金銅礦為特大型有色金屬礦床，全礦設計采礦能力為4 410萬t/a。目前采場最高標高+1 012 m，設計最低標高+100 m，終了高差達912 m。由于特殊的山體形式，采場利用陡幫開采技術，采用自卸汽車+溜井+有軌電機車的運輸方式。采場內共設卸礦溜井19條，在用溜井12條，其中銅礦溜井9條，金礦溜井3條。銅礦溜井在地下+330 m處互通，金礦溜井在+520 m處互通，銅礦溜井按照使用類型又細分銅礦濕法廠、銅礦第一選礦廠、銅礦第二選礦廠和銅礦第三選礦廠溜井。每個選廠對礦石的入選品位和質量要求不同，采場內每天具有可鏟裝的爆堆總數在100個左右，可同時作業的平臺數20個以上，每班作業鏟裝設備40～45臺，運輸設備200～250輛。紫金山金銅礦采場規模大，礦巖性質復雜，作業爆堆分散，作業平臺和設備多，選廠入選要求嚴格，使得生產配礦更加復雜和困難。目前礦山采用人工配礦及設備調度的管理方式存在入選品位波動大、車輛調配不均衡、作業設備平凡調動等諸多問題，急需采用更為先進和科學有效的生產配礦管理方式。

2 目標配礦實際應用

紫金山金銅礦于2013年開始引進Surpac軟件，目前已經建立了整個礦山的數字地質模型，同時，根據炮孔巖粉取樣數據，再返回到Surpac軟件中進行二次圈礦和估值，從而獲得每一個爆堆準確、詳細的礦巖分布及品位數據。利用Surpac提供的礦巖報告來指導生產，進行溜井配礦工作。根據選廠的選礦工藝水平，在保證礦石質量要求的前提下，要求礦石入選品位變動幅度≤10%，同時，還要考慮配礦過程中每個爆堆與溜井的距離、鏟裝、運輸設備配置。

2.1 數據準備

選取采場內15個爆堆，分散在采場四周，每個爆堆詳細參數見表1。紫金山金銅礦出礦類型根據金、銅品位的不同，劃分為5種類型，分別為金礦（Au）、高品位銅礦（HCu）、中品位銅礦（MCu）、低品位銅礦（LCu）以及廢石（Waste）。15個爆堆合計采剝總量16.48萬m3，銅礦礦量16.67萬t，平均品位0.354%，金礦礦量1.39萬t，平均品位0.318 g/t，廢石質量15.84萬t，平均剝采比0.564 t/t。

根據現場實測炮孔坐標及Surpac二次圈礦估值結果，建立爆堆三維實體模型，并建立約束條件，如圖1。

2.2 場所及運移參數設置

針對短期配礦計劃排產，需要將逐個爆堆單獨建立場所（如圖2），并為每一個爆堆內每一種礦巖屬性指定可能的運輸路線。采場內分為高銅溜井（由于高銅溜井相距距離較近，簡化為1個卸礦點）、低銅溜井（2個）、金礦溜井（2個），比如，爆堆568B62，該爆堆含HCu（高銅）、LCu（低銅）、Waste（廢石）、MCu（中銅）4種礦巖屬性（如圖3），則其可能的運輸路線為HCu、MCu去往高銅溜井，LCu去往最近的低銅溜井，Waste去往排土場。低銅溜井運輸到銅礦濕法廠，高銅溜井運輸到銅礦第一、第二、第三選礦廠，金礦運輸到金礦選廠。

確定場所并設定好所有場所的物料運移后，設置每個爆堆為臺階開采方式，方向為無，塊體尺寸為3 m×3 m×3 m。

2.3 運輸路線及鏟裝設備能力

在Surpac中繪制每一個爆堆的可能運輸路線，該路線用于軟件在優化配礦時考慮運輸距離，選取的15個爆堆中，每個爆堆均有4條路線，共計可能的路線有60條。路線文件中，包含了路線的所有點位信息、高差、總長度、坡度、該路段的空車運行速度、重車運行速度等信息。設置汽車型號為宇通重工，載質量50 t，作業效率75%，裝車時間5 min，卸礦時間5 min，運輸路線見表2及圖4。

對每一個爆堆的出礦和排渣路線設定后，需要添加鏟裝設備的作業能力，挖機對銅礦石的日處理能力為35 000 t/d，采場日總采剝能力為50 000 t/d。另外，可根據實際情況，進行特定先后順序的設定和空間關系的設定，如某個爆堆會堵路，需要優先安排通路，或者幾個爆堆之間需要先鏟裝前面一個，后面一個才能鏟裝，則可以設置其優先級為最大，以數字1～100進行優先級排序，數字越小，級別越高。同理，在各種平等的目標條件下，也可以通過優先級別的設定，在無法滿足所有目標條件的情況下，優先滿足級別高的目標。

2.4 品級及質量要求

根據選取的爆堆，列舉一組配礦目標值帶入模型，進一步驗證模型的有效性和可行性，即設置銅礦濕法廠日處理礦量10 000 t，入選品位0.3%，銅礦浮選廠（銅一、銅二、銅三）合計日處理礦量5 000 t，入選品位0.46%，金礦選廠日處理礦量1 500 t，入選品位0.319 g/t。同時，對采場的最小平盤寬度、最大平盤寬度、作業周期等參數進行設置。在Minesched中，選廠的生產能力一旦設定后，運輸到選廠的礦石即不可能超過選廠能處理的能力，但如果設備的采礦能力大于選廠的處理能力，則多余的礦石會儲存在溜井系統中，通過限定溜井系統最大存儲能力來控制溜井中可儲存礦量的多少。通常，在雨季時節，溜井需要保持低位運行，此時溜井的存儲能力應該設置為0，而在晴好天氣下，溜井可以保持滿井運行，最大存儲能力可以設定為整個井筒的體積值。

2.5 配礦效果

根據設定的參數、路線和目標，應用軟件進行優化計算，得到每一周期最優的配礦計劃及設備配比計劃，如表3、表4所示。在前面7個周期內，除了金礦選廠在第一、第二周期的品位值稍有波動外，其他各選廠預計入選的礦量和品位均滿足配礦目標要求，采剝總量也基本保持在設定的最大采剝能力50 000 t左右。同時，可將Minesched配礦模型模擬出的配礦周期信息寫入到Surpac地質模型中，進行進一步的分析，如圖5所示。

3 應用效果及結論

紫金山金銅礦利用Minesched軟件建立生產配礦模型進行配礦，顯示了Minesched軟件進行多目標生產配礦的可行性和優越性。利用Minesched進行生產配礦，可以根據各礦山實際需求進行條件約束，方式靈活，適用性廣。同時，其求解效率高，可視化程度高，能夠三維、實時、動態顯示每一周期開采順序、作業設備配備，及時預估入選礦量及品位，能夠有效地指導生產實際，提高現場調度管理效率。其突出特點主要有以下幾點：

（1）可以建立爆堆三維實體，以單個爆堆為基本場所進行獨立設置，可以直觀地顯示每一個爆堆所在的位置及其包含的礦巖性質、質量、體積、品位等詳細參數，同時，還可以設定爆堆鏟裝的方向、作業面寬度等，能夠根據現場實際靈活調整其作業順序。

（2）在Minesched中，相較于其他配礦計算方法，地不僅能夠考慮運輸路線的距離，還能夠綜合考慮運輸設備運載能力、運輸路線上空車、重車運行的速度、車輛運輸效率等，更為貼合實際。

（3）在爆堆（場所）的參數設定中，可以有針對性地選擇爆堆的鏟裝方向及開采順序，對各爆堆之間的邏輯關系、空間關系進行調整。

（4）能夠根據用戶自定義的報告格式生成模板文件，對項目中的參數更新后或者重新設置后，仍然可以按照標準格式進行報告輸出，并生成每一期末的實體模型、實體線串、DTM表面及動畫文件，同時可以將計劃排產的周期編號數據加載到地質模型中，方便在Surpac中進行數據的進一步處理。

但在運用Minesched進行短期爆堆的配礦計劃時，前期需要建立足夠準確的地質數據庫及炮孔數據庫，對技術人員的專業能力要求較高。同時，隨著爆堆礦巖量的消耗和更新，需要人工重新建立相關的爆堆場所，Minesched 9.1版本暫時還不支持自動更新，有待進一步改進。