某大型多金屬露天礦開采規劃研究*

永學艷，齊 炎，陳振超

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西 南昌 330031）

1 引言

露天礦的開采規劃是一個系統工程，需綜合考慮露天開采境界、供礦規模、資源類型、開采順序和生產能力等因素，制定出技術上可行、經濟上合理的資源開發方案[1-2］。

近年來，國內外學者在露天礦采礦規劃方面做出了諸多研究，楊彪等[3］基于經濟時間序列和礦巖動態經濟指標，得到露天礦開采境界動態優化方法，最終確定了礦山經濟開采的最優境界。邵必林等[4］針對傳統貼現法存在的不足，改進了以鉬礦為案例的價值模型，對邊界品位、儲量估算、礦山服務年限的波動進行量化，提高礦業投資和規劃的準確性。Caccetta L[5］針對大型露天礦運營管理復雜而艱巨的工程問題，提出在礦床整個生命周期內確定最佳生產計劃的思路，借助一種用于生產調度的混合整數線性規劃模型指導礦山開采管理。

本文根據某銅鈷礦工程案例，分析礦床賦存狀態及開采技術條件，最終確定采用露天開采方式。同時，采用三維礦業軟件MineSight對該礦進行露天境界優化與研究，為礦山制定科學的開采規劃提供支撐。

2 資源概況

2.1 礦體分布

礦區包括8個礦體，礦體之間距離較近，自西向東依次為：JA、CW、CE、JE、FW、FE、JC和JW。其中，JE礦體厚度大，礦量多，銅、鈷品位高，是礦區的主要礦體。各礦體形態如圖1所示。

圖1 礦體形態俯視圖

2.2 地質資源

基于地質勘探成果及相關資料數據建立了礦體三維塊段地質模型，模型內探明和控制級別的資源量為12241萬t，推斷資源量為7645萬t，推斷資源中約5942萬t為硫化礦，占比77.7%。礦石類型總體上分為4類，按賦存標高由上往下依次為高氧化率礦、中氧化率礦、混合礦和硫化礦。區內資源量統計結果見表1。

表1 礦區資源量一覽表（EqTCu=TCu+4*TCo）

該銅鈷礦位于剛果（金）Kansuki斷裂帶上，該礦資源稟賦條件好，礦體分布相對集中，具體表現在資源量大、品位高。區內礦石根據氧化程度可劃分為高氧化率礦、中氧化率礦、混合礦和硫化礦四種類型，合計資源量約1.99億t（其中硫化礦1.13億t）。高氧化率礦石品位優勢明顯，遠高于其他三種礦石，其次為中氧化礦石、硫化礦和混合礦石。四種礦石中，高氧化率礦石和中氧化率礦石位于礦體上部，然后向下逐漸過渡為混合礦和硫化礦，礦體下部基本為硫化礦。高氧化率礦石、中氧化率礦石勘探程度較高，混合礦的勘探程度次之，其探明+控制級別資源占三種礦石資源總量的80.1%；硫化礦勘探程度偏低，探明+控制資源級別占硫化礦資源總量的47.6%。礦區內6個礦體賦存位置相對集中，從東往西覆蓋層由厚變薄，位于東部的JE礦體覆蓋層稍厚，為主要礦體。總體來看，各礦體埋藏不深。區內水源較充足，交通便利。礦區地下水較為豐富，目前采用疏干排水孔方式提前降低采區地下水位。環境地質條件較好。從資源角度來看，適合先開采上部氧化礦和混合礦。硫化礦的資源量最大，超過了上述三種礦石資源量之和，但其賦存位置較深，目前勘探程度稍低，可作為遠景規劃。

3 境界優化及圈定

3.1 境界優化

境界優化是在三維礦床地質模型基礎上，依據擬采用的采、選、冶工藝，選取合理的技術經濟參數，按照凈現值最大化原則，得出理論上最優的露天開采境界[3］。因硫化礦的勘探程度低，推斷資源占比大，擬安排后期作為接續資源，一期露天境界的開采對象暫不考慮硫化礦。結合相關資料和同類型礦山運營經驗，擬定境界優化技術經濟參數，如表2所示。根據邊坡研究報告，采場巖石的黏土層、風化層和未風化層3個分區的邊坡參數分別取24°、35°和45°。

表2 境界優化技術經濟參數

根據三維塊段地質模型、礦區地形圖、技術經濟參數和邊坡參數，采用MINTEC公司的MineSight軟件開展露天境界優化工作[4］，軟件使用LG法，根據不同的產品價格計算，產生了15個境界，15個計算境界的礦巖量及凈現值指標如表3所示。

表3 一期露天境界礦巖量及凈現值指標

由表3可知，15個境界的凈現值呈先增加后減小的變化規律。其中，6號境界的凈現值最大。此外，15個境界中礦石量依次增加了1000萬t，廢石量依次增加了2000萬t，剝采比從5.56 t/t增加到8.59 t/t，凈現值增加了52650萬元。總體上，增幅不明顯。主要原因是高氧化率礦、中氧化率礦和混合礦品位均較高，在較低的價格水平下，境界內可采礦量可達到較高水平。因此，確定6號境界為一期露天最優境界。

3.2 露天境界圈定

一期露天境界圈定以6號露天境界為基礎，結合采場周邊廠址布置：選廠粗碎站位于采場東北部，廢石場位于采場南邊及東南面，配礦堆場緊鄰原礦堆場。另外，考慮境界周圍地形條件（北高南低、西高東低），本著順向運輸，盡量減少運輸距離的原則，本設計將礦石出入溝口設在采場東北角，廢石出入溝口設置在采場南面，結合邊坡要求及擬定設備尺寸參數，圈定境界的參數如表4所示。

表4 一期露天境界圈定參數表

根據上述參數對6號最優境界進行了圈定。露天境界礦石出入溝口標高為1305m，廢石出入溝口標高為1290m，坑底標高為1065m，最高開采標高為1335m，封閉圈標高為1290m。境界上口尺寸：3360m×1480m。一期露天境界的圈定見圖2。

圖2 一期露天境界三維視圖

高氧化礦、中氧化礦、混合礦和硫化礦的開采截止品位分別為 EQTCu=2.35%、EQTCu=1.80%、EQTCu=1.64%、EQTCu=1.40%，對圈定的一期露天境界進行統計，境界內礦巖量如表5所示。可采礦量達6645萬t，廢石量約4.4億t，平均剝采比為6.63 t/t。

表5 一期露天境界（圈定后）內礦巖量

除一期露天境界外，本文還考慮了深部硫化礦開發利用的最終開采境界，由于篇幅關系沒有列出境界優化和圈定的過程，為科學制定開采規劃，對圈定的露天終了境界礦巖量進行了統計，詳見表6所示。

表6 露天終了境界（圈定后）內礦巖量

表6中礦石量為露天終了境界內截止品位以上的探明+控制+推斷資源，未來補充勘探對資源升級后，按目前的技術經濟水平評估，礦區內可采礦量占全區資源量的92%，礦石采出率極高，平均剝采比為6.93t/t。

4 開采規劃分析

一期露天境界是以探明+控制級別的氧化礦、混合礦為開采對象實施境界優化和圈定的，考慮了資源勘探程度。圈定的一期露天境界內實際上包含了四種礦石：高氧化率礦石、中氧化率礦石、混合礦和硫化礦，四種礦石合計為6645.03萬t，境界內包含的開采截止品位以上的推斷資源量有668萬t，暫計入廢石。露天終了境界則是暫不考慮資源勘探程度，以境界內全部探明+控制+推斷資源為開采對象進行優化和圈定，以此估計礦區內全部資源的開采前景。露天終了境界預計可采資源量為18245.03萬t，也分別包含了高氧化率礦石、中氧化率礦石、混合礦和硫化礦石。一期露天境界與露天終了境界平面位置、典型剖面位置分別見圖3、圖4。

圖3 一期境界與終了境界平面位置

圖4 一期境界與終了境界某典型剖面位置

由圖3和圖4可知，一期境界位于終了境界內部，大部分氧化礦、混合礦都已包含在一期境界內，兩個境界之間主要是硫化礦，少部分是混合礦，極少部分是氧化礦（高氧化率礦和中氧化率礦）。也就是說，未來從一期境界擴展至終了境界，主要是開采礦區深部的硫化礦石。當礦區內資源全部升級至探明+控制級別資源后，由一期境界擴幫開采至終了境界，預計可增加高氧化率礦量54.52萬t，增加中氧化率礦量387.38萬t，增加混合礦量為1157.91萬t，增加硫化礦量9333.52萬t，合計增加10933.33萬t。

一期境界內可采礦量為6645萬t，主要賦存于1260～1080m標高，單臺階15m平均賦礦量達到502萬t，根據《有色金屬采礦設計規范》（GB 50771－2012）對凹陷露天礦山年下降速度18～30m的規定，如多礦體同時開采時，礦山的生產規模可達602萬t/a。另根據企業對產品產量為銅金屬15.5萬t/a，鈷金屬5.5萬t/a的要求，并保證各年產品產量相對均衡，統籌兼顧各類型礦石的出礦順序、選冶工藝及設施、回收率等因素，綜合考慮認為495萬t/a規模較為合適。一期境界內可采礦量按照495萬t/a生產規模，預計可服務13.4 a。一期境界的內礦石選冶工藝為：高氧化率礦、中氧化率礦采用硫化礦浮選+全尾攪浸工藝；混合礦采用先浮選硫化礦后浮選氧化礦+強磁選工藝，產出硫化銅鈷精礦、氧化銅鈷精礦和鈷精礦，硫化銅鈷精礦先焙燒再攪浸，氧化銅鈷精礦和鈷精礦直接攪浸。

終了境界中可采資源量達1.8億t，與一期境界相比，雖剝采比數值較為接近，但銅、鈷品位均低于一期境界且服務年限過長。本著效益優先、滾動發展的資源開發模式，推薦分兩步進行：先開采一期境界，獲得先期效益，資金回籠后再考慮對礦區深部資源的開發。終了境界減去一期境界后，約有1.1億t礦量，基本為硫化礦石。若氧化礦、混合礦境界擴至終了境界，屆時采場幅面已大部分打開，上部廢石也已大量剝離，硫化礦單臺階礦石資源可達800萬t，但品位會明顯下降。按照年下降高度為15m，產品產量不變的原則，推薦生產規模為825萬t/a，預計可服務13.5 a。終了境界內硫化礦選冶工藝為：采用先浮選硫化礦后浮選氧化礦+強磁選工藝，產出硫化銅鈷精礦、氧化銅鈷精礦和鈷精礦，硫化銅鈷精礦先焙燒再攪浸，氧化銅鈷精礦和鈷精礦直接攪浸。一期境界服務13.4 a，一期境界擴展至終了境界可再服務13.3 a，從而實現礦山高效益和可持續發展。

5 結論

（1）本文根據某銅鈷露天礦的資源分布特征，采用三維礦業軟件MineSight對該礦進行了露天境界分析和優化工作，以凈現值最大化原則選出了最優的一期境界和終了露天境界，精準統計了境界內資源量，為礦床開采規劃提供了依據。

（2）根據境界圈定結果，分析了一期境界和終了露天境界在平面、空間上的位置關系，綜合考慮境界內可采礦量、資源類型、礦體分布和開采順序等因素，提出了效益優先、滾動發展的模式，為礦區資源整體開采規劃提供了思路。