基于經濟合理剝采比的露天礦開采境界優化

張軍奎，張雄天，趙鉞

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

露天礦開采境界的優化對礦山的生產年限、生產能力和經濟效益起到決定性的作用。影響露天礦開采境界優化設計的因素有很多，主要包括經濟因素、技術因素以及地質條件等[1?2]。經濟因素主要包括采礦成本、選礦成本以及剝巖成本等，針對經濟因素的研究主要集中在成本變化對露天礦境界的影響[3?4]，確定合理的經濟剝采比是圈定露天礦開采境界的關鍵因素[5]。部分學者針對經濟合理剝采比的計算進行了研究[6?9]，嚴體等[10]利用Micromine 軟件對大平掌銅礦進行露天境界優化，實現了礦產資源儲量和礦山設計與市場緊密結合，做到動態管控。雖然已有學者利用Micromine 軟件進行露天礦境界優化，但是他們尚未考慮經濟合理剝采比優化對境界優化的影響。因此，本文利用原礦成本比較法、金屬成本比較法、儲量盈利比較法，結合礦體賦存條件和礦山開采的技術經濟指標，對經濟合理剝采比進行優化，然后基于經濟合理剝采比和最終的邊坡角，利用Micromine 軟件進行境界優化，為礦山的開采設計和生產提供參考。

1 露天礦開采境界確定方法

1.1 確定露天礦開采境界的基本原則

利用Micromine 軟件可及時自動生成探礦工程的取樣分布圖，實現地質信息、礦石品位和探礦增儲的實時統計，為三維地質建模和露天開采境界的優化提供基礎數據。利用Micromine 軟件建立的礦床三維地質模型，可以用不同顏色顯示礦石的品位，進而根據實際需要設定品位區間，根據礦石市場價格的波動迅速進行地質模型的更新和開采境界的優化，快速為礦山的生產管理和決策提供準確可靠的依據。利用Micromine 進行境界優化的基本原則有：

（1）圈定的露天開采境界要保證露天采場內采出的礦石在經濟上是合理的；

（2）要充分利用礦產資源，盡可能多的把礦石圈定在露天開采境界內；

（3）圈定的露天采場邊坡角小于露天邊坡穩定所允許的角度，確保露天采場邊坡穩定，避免發生滑坡等事故。

1.2 經濟合理剝采比確定

本文采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲量盈利比較法3 種方法進行經濟合理剝采比的計算，最后比較這3 種方法各自的經濟合理剝采比，選擇出最合適的經濟合理剝采比。原礦成本比較法將原礦的地采成本作為露天開采成本的上限來控制露天開采剝采比，如式（1）所示。

式中，njh為經濟合理剝采比，m3/m3；r為礦石容重，t/m3；b為露天開采剝離單位巖石成本，元/m3；CD為地下開采單位原礦成本，元/t；a為露天開采單位原礦成本（不包括剝巖成本），元/t。

金屬成本比較法是以選礦或冶煉后的金屬量作為對比計算參數，比較露天開采和地下開采經過選礦和冶煉之后得到金屬的成本，當這兩個成本相等時，得到的剝采比為經濟合理剝采比，如式（2）所示。

式中，KL為露天開采每噸礦石的金屬產出率，t/t；KD為地下開采每噸礦石的金屬產出率，t/t；DD為露天開采每噸礦石需要分攤的采礦、選礦、冶煉生產成本，元/t；DL為地下開采每噸礦石需要分攤的采礦、選礦、冶煉生產成本，元/t。

儲量盈利比較法是以礦石的工業儲量作為計算參數，比較露天開采和地下開采的礦石盈利，當這兩種采礦方法開采礦石的盈利相等時，得到的剝采比為經濟合理剝采比，如式（3）所示。

式中，P為金屬銷售價格，元；和分別為露天和地下開采的視在回收率；DL和DD分別為露天和地下開采的每噸原礦所分攤的采礦、選礦和冶煉生產成本（露天開采不包括剝離成本），元/t。

2 露天開采境界優化

2.1 工程概況

某金礦礦區第4 系覆蓋較大，出露地層為三疊系下統隆務河組（TL），金礦體賦存于三疊系下統隆務河組長石石英變砂巖夾粉砂質板巖巖性段內。該金礦床位于索拉貢瑪—格里那金成礦亞帶上，是力士山復背斜與納合迪南向斜的過渡帶，褶皺、斷裂構造非常發育。礦體分布于300～500 m 寬的北西向F1 區域大斷裂帶內，呈雁行狀、羽狀分布。

在該金礦床共圈出金礦體357 條，其中主礦體17 條，分別為Au4-2、Au6-3、Au12-1、Au14-2、Au15-1、Au16-3、Au18-3、Au24-5、Au26-4、Au29-2、Au31-5、Au33、Au38-8、Au40-1、Au42-4、Au45-3、Au51-5，其余為小礦體；共圈出銻礦體47 條，規模均較小。礦體賦礦巖性為角礫巖、砂巖、板巖，圍巖主要為板巖和砂巖。

2.2 露天開采技術經濟參數的確定

根據黃金市場預測價格，參考國內類似礦山和現場生產實際指標，初步選定的露天境界優化技術經濟參數見表1。

表1 露天開采境界優化技術經濟參數

2.3 露天開采境界最終邊坡角的確定

露天采場最終邊坡角是否合理，關系到礦山生產安全以及礦山投資能否獲得最大經濟效益。根據礦山地質報告提供的工程地質條件和礦巖物理力學性質，在進行巖石力學分析研究的基礎上，參考類似礦山的參數（見表2），初定某金礦露天開采境界最終邊坡角為42°～50°。

表2 國內外部分露天礦邊坡角

2.4 經濟合理剝采比

根據某金礦礦體埋藏條件、礦石價值，對上部埋藏較淺的礦體進行露天開采與地下開采對比，采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲量盈利比較法計算露天開采的經濟合理剝采比。經濟合理剝采比計算使用到的參數見表3，利用式（1）計算得到原礦成本比較法的經濟合理剝采比為10.07；利用式（2）計算得到金屬成本比較法的經濟合理剝采比為11.69；利用式（3）計算得到儲量盈利比較法的經濟合理剝采比為13.79。對比這3 種方法計算得到的經濟合理剝采比可知，使用儲量盈利比較法得到的經濟合理剝采比最大，開采范圍越大，資源利用率越高。

表3 經濟合理剝采比分析計算

結合 Micromine 軟件圈定露天境界，采用Lerchs-Grossmann 圖論法進行露天最終境界的優化，最終得到平均剝采比為9.88，小于經濟合理剝采比，確定上部埋藏較淺的礦體采用露天開采，下部埋藏較深的礦體采用地下開采。

2.5 最終境界圈定結果

依據露天境界優化結果和相關參數，利用Micromine 及Surpac 軟件在三維可視化環境下圈定的露天境界：確定分層臺階高度為10 m，開采到最終邊幫時兩個臺階并為一個階段，階段高度為20 m；采場上口長806 m，寬528 m；采場下口長186 m，寬85 m；最高標高為3327.5 m，底標高為3050 m；邊坡高度為277.5 m；安全清掃平臺寬度為8 m；每兩個臺階并段，不設安全平臺。運輸道路寬度為12 m，緩坡段長度為60 m。露天開采最終境界內分層礦巖量見表4，露天開采終了境界三維視圖見圖1。

按照表4 和圖1 確定的露天境界，達產年平均銷售收入為57 525.57 萬元，年平均利潤總額為6168.06 萬元，稅后年平均利潤為4626.04 萬元，動態投資回收期為5.79 a（含露天基建期1.0 a），項目整體盈利能力較強。

表4 露天開采最終境界內分層礦巖量

圖1 露天境界三維視圖

3 結論

根據礦體埋藏條件和礦石價值，采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲量盈利比較法計算露天開采的經濟合理剝采比分別為10.07，11.69 和13.79，儲量盈利比較法計算得到的經濟合理剝采比最優。基于最優經濟合理剝采比，利用Micromine中Lerchs-Grossmann 圖論法進行露天最終境界的優化，得到平均剝采比為9.88。利用Micromine 及Surpac 軟件在三維可視化環境下圈定最終露天境界，最低標高為3050 m，邊坡高度為277.5 m，境界內礦石量為2 450 750 m3，巖石量為24 204 093 m3，年平均利潤達到6000 萬元。