米拉多銅礦露天開采境界優化研究

馮勝利 雷丁丁 李廣澤 胡慶雄 楊勝文

（1.ECUACORRIENTE S.A.；2.南昌致輝泰克科技有限公司）

大型露天礦山的服務年限通常長達幾十年，在礦山逐步開發的過程中，隨著礦體形態、礦石品位、圍巖特征等地質信息的不斷揭露和完善，據此更新的礦山資源模型可信度高，更接近礦體實際賦存情況，用于指導礦山規劃和日常生產可取得更好的經濟效益。此外，大型露天礦山從完成設計到建成達產，通常會持續幾年甚至更長的時間，礦山達產后的產品價格、單位礦石運營成本等經濟指標常與設計階段估算的有所不同。

資源模型、產品價格和單位礦石運營成本等因素的變化，都可能會對露天開采境界造成較大影響，而開采境界不確定，采場臺階、道路、礦區工業場地等工程的布置也難以實現最優化設計。因此，基于更新的礦山資源模型，動態開展露天開采境界優化，是露天礦山優化工程設計、實現經濟效益最大化的重要課題之一。

米拉多銅礦位于厄瓜多爾共和國東南部的薩莫拉-欽奇佩省境內，是一個正在開發的大型露天斑巖銅礦山，擁有超過400萬t銅金屬資源量［1］，基于更新的資源模型對米拉多銅礦開展露天開采境界優化。

1 境界優化方案

1.1 境界優化基本流程

對露天礦山而言，影響露天開采境界優化的因素包括礦床資源模型、最終邊坡角、采選冶回收率、采礦成本、剝離成本、選冶成本、管理和其他費用、產品價格、礦區工程布置、業主的要求以及潛在的礦權或其他工程約束條件等［2］。

隨著專業化礦業軟件的發展和應用，當前露天礦山大多通過應用專業的礦業軟件來優化確定礦山的最終開采境界。礦業軟件開展露天境界優化的簡要流程如圖1所示，一般是基于礦床資源模型，考慮了技術經濟參數后將其轉換為價值模型，接著結合工程約束條件，選擇境界優化方法并應用計算機進行優化，最后給出假定的技術經濟參數下礦山最優的露天開采境界。

本次研究采用國際上通用的礦業軟件MineSight作為米拉多銅礦露天開采境界優化的軟件工具，優化方法采用LG圖論法。

1.2 境界優化基本參數

1.2.1 資源模型

2021年，米拉多銅礦根據2016—2021年2次基建探礦新增的87個鉆孔，結合地質勘探階段完成的244個鉆孔，以及露天生產揭露的其他地質信息，更新了礦床資源模型。經分析，更新的資源模型接近礦體實際賦存狀態，地質可信度高。因此，本次研究將在該資源模型的基礎上開展。

1.2.2 當量品位

米拉多銅礦作為大型斑巖銅礦床，礦石中除了主要有用元素銅，還伴生有少量金、銀等元素。礦石主要含銅礦物為黃銅礦、主要含硫礦物為黃鐵礦，屬于易選銅礦石。礦山選礦生產實踐表明：金和銀在選銅的過程中得到了很好的富集，產品銅精礦中金和銀的品位分別約為5和54 g/t。

為了研究主要伴生元素金和銀對米拉多銅礦露天開采境界的影響，在價值模型中添加了一個銅當量品位項，其綜合考慮了銅、金和銀3種元素的原礦品位、金屬價格、采選冶回收率以及冶煉加工費用。

經計算，對價值模型中某個單元塊而言，銅地質品位折算到銅當量品位的系數為1，金地質品位折算到銅當量品位的系數為0.404 8，銀地質品位折算到銅當量品位的系數為0.006 6。

1.2.3 最終邊坡角

為了強化露天邊坡安全管理、滿足安全生產的要求，米拉多銅礦于2021年在露天采場開展了進一步的露天終了邊坡穩定性研究，并于2022年10月完成了初步的邊坡穩定性研究成果，根據該研究成果，米拉多銅礦露天礦區被分成了7個工程地質分區［3］，各個分區對應的空間范圍和推薦的最終邊坡角詳見表1。

本次研究，以表1所示分區范圍為基礎，構建了礦區邊坡分區三維實體模型，進而在價值模型中添加相應的分區編號，以便為后續應用復雜邊坡角進行境界優化提供條件。

1.2.4 產品價格

米拉多銅礦的產品為銅精礦，產品中銅、金和銀價值結算采用的金屬價格參考自倫敦金屬交易所，取買賣雙方確定的某個作價月的平均價格。

作為世界貿易的大宗商品之一，銅的價格早已市場化，其隨著全球市場需求的變化而波動，尤其是2016—2021年，銅價在4 000～11 000美元/t變化，變化幅度超過100%。與此同時，全球市場化程度同樣高的金、銀，期間其價格也表現出了同樣的變化趨勢。

為了避免金屬價格波動過大對露天境界優化造成境界過大的影響，本次研究基本方案中銅、金和銀的市場價格取2016年6月—2021年5月的平均值，詳見表2。

1.2.5 運營成本

米拉多銅礦露天采場穿孔、爆破、鏟裝、運輸和排土等生產作業均由其承包商承擔。根據礦山與承包商的合作協議，影響單位采礦或剝離成本的主要變化因素是運輸距離。因此，本次研究根據露天采場各個臺階的平均運距，估算了不同運距區間單位礦巖的直接采礦成本，其值在1.61～3.48美元/t波動。

米拉多銅礦投產至今已有3 a多，2021年8月選礦廠第二系列也已投入生產，目前選礦工藝成熟、指標穩定，單位礦石選冶成本約為8.69美元/t。

2 境界優化方案

2.1 技術條件

境界優化時，根據礦區礦產資源的巖性將資源模型的單元塊劃分為4種物料類型［4］：物料1為位于礦區風化層中的礦產資源；物料2為位于礦區次生富集層中的礦產資源；物料3為位于礦區原生層中的礦產資源；物料4為礦區中除了礦產資源外的圍巖或夾石。

其中，物料4為廢石，其目的地為排土場或廢石破碎站。對于物料1、物料2、物料3，境界優化時，若代表該物料的單元塊的單位凈值低于單位廢石剝離成本，則該單元塊會被劃分為廢石，否則為礦石。

在此基礎上，以礦山當前的技術經濟參數為依據設置了基本方案，并考慮不同的技術經濟條件，即金、銀不參與凈值計算，推斷資源量當作礦石，銅價、選冶成本和采礦成本波動等，設置了多種對比方案，以輔助確定當前技術經濟條件下礦山最優的露天開采境界。

2.2 基本方案（方案1）

基本方案采用的主要技術經濟參數詳見表3。

注：根據加拿大NI 43-101標準，推斷資源量不能用于儲量轉換［5］，因此，基本方案優化時，礦區推斷資源量不參與單元塊凈值計算。

基本方案優化的露天境界見圖2，該露天境界南北長約1 990 m，東西寬約1 658 m，高約996 m。臺階最高標高為1 670 m、最低標高為675 m。

2.3 金、銀不參與凈值計算（方案2）

保持其他參數不變，計算單元塊的價值僅有銅品位，以研究伴生元素金、銀對露天境界的影響。方案2與基本方案優化的境界在A—A'剖面的對比見圖3。

從圖3可知，伴生元素金、銀不參與單元塊凈值的計算，優化的境界在南側較基本方案優化的境界往里收縮了75 m，境界坑底標高由675 m抬高至690 m。此時，露天境界內礦石量減少了3 496萬t。

2.4 固定采礦成本/剝離成本（方案3）

保持其他參數不變，露天采場各個臺階均取固定的平均采礦/剝離成本，以研究臺階變化的采礦/剝離成本對露天境界的影響。方案3與基本方案優化的境界在A—A'剖面的對比見圖4。

從圖4可知，采用固定的平均采礦成本/剝離成本，優化的境界稍微往外擴張，擴張部分主要發生在境界南側975 m至675 m標高，水平方向約擴大15 m。此時，境界內礦石量增加了786萬t。

2.5 推斷資源量當作礦石（方案4）

保持其他參數不變，礦區推斷資源量也作為礦石參與單元塊凈值計算，以研究推斷資源量對露天境界的影響。方案4與基本方案優化的境界在A—A'剖面的對比見圖5。

從圖5可知，推斷資源量當作礦石，優化的境界較基本方案優化的境界有所擴大，擴大區域主要處于境界南側975 m至660 m標高，水平方向約外擴40 m；同時，境界坑底標高由675 m延深至660 m。此時，境界內礦石量增加了951萬t。

2.6 銅價波動

為研究銅價格變化對境界優化的影響，保持其他參數不變，以基本方案銅價格6 300美元/t為中心上、下各浮動60%，每變動10%設置為1種方案，共12種方案。部分銅價格方案優化的境界在A—A'剖面上的對比見圖6。

從圖6可知，方案5～方案10優化的境界呈嵌套關系，即低價格方案的境界位于高價格方案的境界內，尤其是方案5～方案8，銅價格每增加10%，境界外擴比較明顯。

而當銅價格高于基本方案時，其優化的境界僅是在境界南側975 m至660 m標高有所外擴，且外擴距離不是很明顯，其中，價格最高的方案16，也僅比基本方案在該區域外擴約45 m。

本次研究，采用不同銅價格區間相鄰境界內的礦石增量和礦石增量比率來分析銅價格波動對境界變化的影響程度，共劃分了12個價格變化區間，每個變化區間的礦石增量和礦石增量比率見圖7。

經分析，當銅價格位于5 670美元/t以下，礦石增量比率的變化比價格增量比率的變化大；當銅價格高于5 670美元/t時，銅價格的增量對礦石增量比率的影響呈下降趨勢，銅價格高于基本方案6 300美元/t時下降比較明顯，尤其是銅價格在7 560美元/t以后，銅價格的增量對礦石增量比率影響下降到1%以內。

基于更新的資源模型，銅價格基本方案優化的境界上口尺寸基本上已達到了礦區最大化利用礦產資源的邊界。銅價格高于6 300美元/t時，對境界的影響也僅出現在南側975 m至660 m標高，且相比銅價格上漲的幅度，價格上漲對境界的影響呈遞減趨勢。

2.7 選冶成本波動

為研究選冶成本波動對境界優化的影響，保持其他參數不變，以基本方案選冶成本為中心上、下各浮動20%，每變動10%設置1種方案，共4種方案。不同選冶成本優化的境界在A—A'剖面上的對比見圖8。

從圖8可知，選冶成本增加20%，境界坑底標高由675 m抬高至690 m，境界南側收縮15～20 m；選冶成本減少20%，境界坑底標高不變，境界南側外擴5～10 m。即選冶成本增加對境界的影響大于選冶成本減少對境界的影響。

2.8 采剝成本波動

為研究采剝成本波動對境界優化的影響，保持其他參數不變，以基本方案采剝成本為中心上、下各浮動20%，每變動10%設置1種方案，共4種方案。不同采剝成本優化的境界在A—A'剖面上的對比見圖9。

從圖9可知，采剝成本增加20%，對境界的影響較大，境界的南側收縮15～30 m；采剝成本減少20%，境界僅在南側975 m至675 m標高有所變化，此時境界外擴10～15 m。即采剝成本增加對境界的影響大于采剝成本減少對境界的影響。

3 結論

（1）多種方案的優化結果表明：基于更新的資源模型，在當前的技術經濟條件下，基本方案優化得到的露天境界上口尺寸基本上已達到了米拉多銅礦最大化利用礦產資源的邊界，露天境界的坑底標高約為675 m，境界外擴或收縮主要發生在境界南側975～660 m標高區域。

（2）與基本方案相比，方案2～方案4對境界內礦石量的影響由大至小依次為方案2、方案4和方案3，即考慮伴生元素金、銀的價值，優化的境界明顯擴大，境界內多出3 496萬t礦石；考慮臺階固定的平均采剝成本，盡管境界有所擴大，但境界內礦石量僅增加786萬t。

（3）盡管銅價格上漲或多或少帶來礦石增量，但同時也會引起廢石量的增加，從而增加了平均剝采比。銅價格高于6 300美元/t時，廢石量增加的比率大于礦石增加的比率。而由于米拉多銅礦位于厄瓜多爾，其原材料供應大多需要從別的國家進口，產品銅精礦則通過海運運往中國；另外，銅、金和銀價格基本上高度市場化，導致其產品價格、運營成本等經濟因素發生變動的可能性較大。因此，為了增強礦山抵抗風險的能力，本次露天開采境界優化，以基本方案優化的境界為主，作為后續露天開采境界設計的依據。