敖包鋅礦礦山動態最優邊界品位研究

邵尼華，潘 懿，阮琰文

(1.中國有色金屬建設股份有限公司， 北京 100029；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

0 前 言

邊界品位的確定貫穿礦山企業的開采全周期。在礦山基建期，一般根據經驗選定一個合理的邊界品位，以求最好的預期經濟效益；礦山投產后，市場經濟環境不斷變化，礦產品價格漲跌循環，為實現企業利潤最大化，也需要不斷優化邊界品位。

邊界品位的確定是一個復雜的工程經濟和管理決策問題，涉及多種因素，主要包含礦產資源賦存狀況、采礦、選礦、冶煉、運輸成本組成、市場銷售價格等。在多種影響因素下，邊界品位與各種因素間并不是簡單的函數關系，其取值直接影響礦石開采儲量及平均品位，間接決定了礦山的生產能力和服務年限；同時邊界品位的選取還影響到礦體圈定的空間形態，從而決定礦山采礦方法及回采順序選擇。

另外，影響邊界品位的各因素之間也相互影響，如礦山生產規模又直接決定企業的生產成本，生產規模越大，對應成本越低。因此，想要精確確定最優邊界品位理論上十分困難，需要不斷迭代計算進行綜合確定。因而在實際邊界品位確定過程中，假定一定的時間段內，各影響因素相對獨立，以最大盈利為目標，計算選取邊界品位。敖包鋅礦邊界品位沿用由前蘇聯國家礦產儲量委員會審查并由蒙古地質儲量委員會于 1980年批準的工業指標：最低邊界品位Zn 3%，最低工業品位Zn 6%。

1 礦山三維地質模型建立

隨著科學技術的進步，信息化已經成為社會發展的必然趨勢。礦山要想運用當今的高科技手段進行礦山生產的數字化和信息化，就必須完善礦山的數字化和信息化系統，即建立一般意義上的數字化礦山。三維可視化是礦山數字化基礎應用，可以直觀反映出礦區礦體和開采總體布置彼此之間的三維空間關系。通過把礦山的所有空間和有用屬性數據實現數字化存儲、傳輸、表述和加工，為礦山建立了一個較完善的地理信息系統，為礦山建立三維虛擬現實模型, 在三維可視化、采礦設計、地質統計、礦產儲量動態化管理、安全預警系統的建立與數值模擬的耦合、礦山生產管理與經營決策優化等方面均有較大的指導意義。

礦山最優邊界品位的圈定，不僅與市場價格、生產成本有直接關系，與礦山地質儲量分布、剝采比均存在密不可分的關系。為科學分析敖包鋅礦最優邊界品位，首先應建立礦山三維地質模型，通過對不同品位約束得到礦石量與邊界品位的相關關系，為最優邊界品位計算提供依據[1-5]。

收集了礦山已有原始地質資料，包含礦山地質平剖面圖、設計境界、地表地形圖、鉆孔巖芯樣品段化驗數據等，采用DIMINE數字礦山軟件系統建立了礦山三維地質可視化模型及數據庫資料，部分建模資料如圖1、圖2所示。

圖1 敖包鋅礦三維地質模型

圖2 品位大于3%以上礦體塊段模型

2 最優邊界品位的確定

礦山企業的生產過程，在技術經濟分析時，采出礦石經濟價值高于它開采、加工所付出的費用才可開采，即地下儲存的礦產資源采或不采，主要取決于它的價值。往往礦石品位直接決定其開采價值，因此礦山最優邊界品位確定極為重要。目前，用于礦山計算邊界品位的主要計算方法為盈虧平衡法與最大現值法。

為精確計算敖包鋅礦最優邊界品位，使計算結果更貼近實際，達到盈利最大化，通過敖包鋅礦礦體分布狀況、露天境界等參數建立了實際盈利函數用于計算最優邊界品位。具體步驟如下：

（1）坑內可采礦量圈定。利用最終露天坑境界、估值后的整個塊段模型、露天坑現狀圖、礦體模型進行組合約束。

（2）擬合礦石量與品位的相關關系。統計現狀露天坑下面不同邊界品位區間的礦石量與總的廢石量、平均品位、金屬量與露天坑下整個礦量與廢石量之和，并最終擬合出礦石量、平均品位與邊界品位的函數關系式，如圖3、圖4所示。

（3）編制符合礦山實際情況的盈利函數。通過對礦山采、選、運輸、銷售、冶煉等各工序成本進行統計分析，編制貼合礦山實際的盈利函數：

圖3 整體平均品位與礦石量

圖4 整體平均品位與邊界品位

式中，Qm為礦石量，t；g為平均品位，%；j為精礦金屬量價格，美元/t；μ為選礦回收率，%；m為礦石開采成本，美元/t；Q-Qm為廢石量，t；m1為廢石開采成本，美元/t；x為選礦成本，美元/t；x1為銷售成本，美元/t；y為運輸成本，美元/t；y1為冶煉成本，美元/t；q為其它成本，美元/t。

（4）最優邊界品位計算。將礦石量、平均品位與邊界品位的函數關系代入盈利函數，計算礦山最優邊界品位[6-10]。

3 最優邊界品位分析軟件開發及應用

人工利用盈利函數過程十分繁瑣，且易出錯。為此，采用VB程序編制敖包鋅礦最優邊界品位計算軟件，并通過迭代計算得出敖包鋅礦最優邊界品位。

針對邊界品位計算中所涉及到的參數較多，計算過程復雜、繁瑣、低效、易出錯的特點。編制軟件簡潔明了，通過輸入采選成本、回收率、品位及礦產品價格可直接計算出最優邊界品位，部分軟件界面如圖5所示。

圖5 部分軟件界面

軟件內置敖包鋅礦盈利函數，可直接輸入礦山各項成本組成及實時市場價格，并結合不同礦山開采階段品位與礦石量的相關關系，求解當時的最優邊界品位。軟件設計界面友好，操作簡單，便于現場技術人員進行動態品位分析與應用。

在礦山生產過程中，隨著市場經濟環境的變化，礦產品的價格上升或者下降，也需要不斷的調整邊界品位，實現利潤最大化。根據近年來國際鋅價的浮動情況，采用所開發的軟件計算出敖包鋅礦最優邊界品位為1.53%，并通過現場論證分析，最終將礦山邊界品位由3.0%調整為1.53%，在原有基礎上增加礦石量614295.36 t，金屬量14894.75 t，延長了礦山服務年限，提升了礦山整體經濟效益。

4 結 論

（1）建立了礦山三維地質模型，得出了礦石量、平均品位與邊界品位的相關關系，為最優邊界品位計算提供了可靠的依據。

（2）開展了礦山動態邊界品位研究，針對國際合作礦山成本構成復雜，采用傳統的盈虧平衡法或最大現值法計算邊界品位無法滿足礦山需求的問題，充分分析了敖包鋅礦成本構成，提出了適用于礦山的盈利函數。

（3）開發了一套礦山特有的最優邊界品位分析軟件，將邊界品位從3.0%調整為1.53%，增加礦石量614295.36 t，金屬量14894.75 t，經濟效益達21354萬元。有效增加了礦山可采礦量，間接提升了礦山效益。