露天開采分期境界方案優化研究

陳振超

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

露天礦生產進度計劃中剝采比是一個需要控制的關鍵指標，廢石的剝離量不僅決定了剝離的成本，同時決定了需要投入的剝離設備數量。 對于礦體埋藏深、覆蓋層厚的露天礦，生產前期為了揭露出礦體，需要集中剝離大量的廢石，隨著生產的進行，礦體上部的廢石逐漸揭露完畢，生產中剝離的廢石量呈降低的趨勢，因此露天開采剝采比指標經常呈現前期高，后期低的逐漸下降趨勢。為了均衡生產剝采比，推遲剝離量，減少設備的投入，常見的技術措施包括陡幫開采、分期開采。當采用單一陡幫開采難以均衡生產剝采比時， 宜采用分期開采或分期開采和陡幫開采相結合的方法。

對于服務年限長、開采范圍大的露天礦山，分期境界的選擇是采礦計劃的關鍵部分， 分期境界的選擇和與終了境界的相互關系會直接影響項目的凈現值（以下簡稱“NPV”）。 在進行采礦計劃時，選擇合適的分期境界是非常重要的。MineSight 的MSVALP 程序可以快速進行長期排產并計算NPV，可以用來快速比較不同的分期境界方案來尋找NPV 最大的方案。

1 露天礦分期開采的目的和原則

1.1 露天礦分期開采的目的

露天礦分期開采是在儲量大、開采年限長、開采范圍大、埋藏深、上部剝離量大的條件下，選擇一個品位較高、剝離量少的區域優先開采，實現推遲剝離量、平衡生產剝采比的作用。 通過分期開采，將大量巖石推遲開采，減少了基建剝離量，既可以降低前期生產剝采比，又可以減少剝離設備的投入，從而降低投資，推遲生產成本，提高礦山的經濟效益[1]。

1.2 露天礦分期開采的原則

分期開采應當遵循以下原則：1）分期開采第一期境界服務年限宜大于還貸年限；2）分期開采擴幫期間不應造成減產或出現剝離高峰；3）分期開采的邊幫有一部分是臨時邊幫，為了給擴幫作業創造有利條件，臨時邊幫不應采用臺階并段；4）分期開采應均衡生產剝采比，可以采用分期均衡，但每期均衡期應大于5 年，且剝采比變化幅度不宜過大。

2 分期境界優化方法研究

分期境界是露天開采的中間階段，與最終境界具有以下差異：1）邊坡構成要素有差異，分期開采的邊幫，一般有部分或者全部是臨時邊幫。對于臨時邊幫，需要給未來擴幫創造條件，一般不應采用臺階并段，且應設置接滾石平臺；2）分期境界的開采范圍比最終境界小，可布置作業面的數量和大小不如最終境界，因此最終境界的生產規模可能無法達到，可以考慮采用由小規模投產，擴大到大規模的滾動式發展方式，或者選擇小的生產規模。

選擇分期開采后，首先開采第一期的分期境界，然后在第一期開采后期逐漸擴幫過渡到下一期境界，如此直至最終境界。因此分期境界的選擇會影響排產的結果，不同的分期境界方案會產生不同的排產方案，從而產生不同的現金流，導致項目產生不同的NPV。 因此，可以選擇多個分期境界方案，分別進行排產，從而計算出各方案相應的NPV，以NPV 最大為原則確定最優分期境界方案。操作步驟為：1）在確定最終境界的基礎上，按照分期境界的邊幫構成要素，生成一批備選境界。 2）從備選境界中，按照分期開采的原則選擇出一個或若干個分期境界， 與最終境界組合成分期境界方案。3）對各個方案排產并計算NPV，以NPV 最大的原則選擇最優的分期境界。

MineSight 軟件的MSVALP 程序是對一系列露天境界進行排產并進行分析的程序。 根據提供的一系列露天境界，以及生產成本、產品價格、折現率、采剝能力等參數，程序計算出境界之間的礦巖量，按照礦石生產規模，將境界之間的礦巖量從上至下排產，若某期采剝量超出設置的采剝能力， 將會把超出的部分提前剝離，從而快速生成了排產結果，并根據經濟參數計算出NPV。MSVALP 程序方便快捷，適合作為分期境界分析的工具。

3 工程實例分析

3.1 礦山概況

某礦為規模巨大的細脈型鎢礦床，礦體由含黑鎢礦、白鎢礦、輝鉬礦等石英脈組成，幾乎整個巖株及部分變質砂巖皆遭受礦化，形成一個規模巨大、品位較低的礦體。礦體出露地表，礦區工程地質條件和水文地質條件均簡單，適合采用露天開采方式。

3.2 最終境界的確定

通過參考同類礦山和市場價格，結合礦山實際情況選擇境界優化參數，見表1。采用L-G 圖論法進行境界優化，以NPV 最大為準則選擇最優境界作為最終境界。

表1 境界優化參數

優化得出的最終境界內礦石量為89 029.9 kt，廢石量291 807.3 kt，礦石平均鎢品位0.23%。 露天開采標高最高950 m，最低420 m；露天境界水平投影長1 300 m、寬700 m，邊坡最高標高900 m，最低420 m，最大高差480 m。選取礦石生產規模10 kt/d，即3 300 kt/a 進行分析研究。

3.3 分期境界的選擇

本礦床最終境界開采范圍大，儲量大，上部山坡露天部分剝離量大，采用分期境界將有助于推遲剝離量。 因此，對其進行分期境界研究。

分期境界可以利用境界優化產生的嵌套境界，從中選擇剝離量更少， 品位更高的境界作為分期境界。 采用價格系數方式優化產生的嵌套境界常常會出現境界之間間隔不均勻， 部分境界之間擴幫作業的平臺過大或者過窄的狀況，不適合作為分期境界，為此可以利用MineSight 軟件中MSOPIT 程序的MultP 功能來生成間隔更均勻的境界， 以找出更符合實際的分期境界。利用MultP 功能，在地表和最終境界之間，生成了8 個間隔較均勻的嵌套境界，由小到大分別編號為1～8， 將最終境界編為第9 號，地表、最終境界和各嵌套境界相對關系見圖1，境界礦巖量分析見表2。

圖1 地表、最終境界和各嵌套境界剖面

表2 最終境界和各嵌套境界礦巖量分析

3.4 分期方案的選擇

通過對各嵌套境界進行簡單分析，難以看出哪個嵌套境界組合是最優的。 因此采用選擇出所有可行的分期境界組合方案，進行排產并計算出NPV，通過比較NPV 來確定最優的方案。

分期開采的目的是推遲剝離量，減少前期生產剝采比，因此若將所有嵌套境界作為分期境界，從小到大逐步擴幫開采將會是經濟最優的方法。 但是為了保證有足夠的擴幫過渡時間，使得礦山連續穩定生產，分期境界之間應該滿足一定的服務年限，保持一定的水平距離。 通過分析嵌套境界礦巖量和空間相對關系，第1 個分期境界選擇剝采比低，同時能滿足一定的服務年限的2 號或3 號境界； 后續剩余礦巖量較多，擬再選擇1 個二期境界；共選擇了5 個分期開采境界方案，見表3。 每個方案都能保證分期采剝量均衡，分期均衡期都在5 年以上。

表3 分期境界方案

分期境界的分析采用和境界優化相同的經濟參數，由于本礦床采剝作業均外包，不需要采購采剝設備，即剝離量不會影響投資，故5 個分期境界方案采用相同的投資。根據基建所需剝離量的大小，設置基建期均為2 年。 利用MineSight 軟件中的MSVALP程序，按照設置的采剝量、經濟參數，對選定的分期境界方案分別進行分析，程序自動排產并計算出NPV，結果見表4。

表4 分期境界方案

分期境界方案中，方案3 的NPV 最大，根據NPV 最大的原則，方案3 是本項目的最優方案，相比NPV 最低的方案2，NPV 提高了13.6%。方案4 的NPV 與方案3 相近，但是峰值剝離量顯著降低。 本實例由于采剝作業外包，峰值剝離量不會影響投資，如果在采剝作業自營的情況下，方案3 將會需要比方案4 投入更多采剝設備，即總投資更大，可能會導致方案3 的NPV 低于方案4。

4 結論

分期境界方案會影響項目的經濟效益，選擇合適的分期境界能夠最大程度提高項目的經濟效益。分期境界方案的選擇受到多種因素的影響， 在不同條件下，最優的分期境界可能不同。通過對分期境界方案，綜合考慮多種因素，進行排產并進行經濟分析，可以得出分期境界方案的NPV。 MineSight 軟件中的MSVALP 程序可以對分期境界方案進行快速排產并進行經濟分析， 通過比較多個分期境界方案的NPV，選擇經濟最優的分期境界方案，可以實現分期境界方案優化。