采用NPV Scheduler軟件對某大型露天礦山進行境界優化*

程志平

(江西銅業股份有限公司德興銅礦,江西 上饒市 334224)

0 引言

露天開采境界的確定,是一個復雜的任務。在設計工作中既要遵循基本原則,又要靈活地適應具體條件,使境界確定更加合理[1-3]。露天境界優化是露天礦設計和生產經營管理的重要環節。最終境界優化是一項需要綜合考慮礦山資源狀況、開采技術條件、礦產品銷售價格、礦石開采及處理成本等多種因素,實現經濟效益最大化的復雜工作[4]。境界優化的主要目的是改善礦山開采的效率、增強經濟性、提高環境保護等方面的質量,從而提高其可持續性和發展前景,同時減少其對環境和社會的負面影響[5-7]。

NPV Scheduler軟件是一種礦業軟件,常用于對礦山進行開發設計、規劃和經濟評估等。該軟件基于Net Present Value(凈現值)原理,運用財務和經濟學的方法對礦產資源進行經濟評估。通過設置各種開采參數和限制條件等進行計算,NPV Scheduler可以評估一個露天礦山的經濟效益,并計算出礦山的凈現值。NPV Scheduler可以綜合考慮礦山的地質、冶金、運輸等多個因素,并將其納入優化模型中。通過對這些因素進行綜合考慮,可以得出更為準確和可行的生產計劃;同時NPV Scheduler具有靈活的參數設置和可調整的優化模型。用戶可以根據實際情況進行參數設置和調整,以滿足不同的生產需求和優化目標。這種評估方法可以促進礦山的可持續發展,提升礦山的經濟效益和安全性,具有廣泛的應用價值。

除了NPV Scheduler軟件,還有其他一些常見的礦山境界優化方法,包括線性規劃、整數規劃和混合整數規劃等。這些方法通過建立數學模型和約束條件,尋找使目標函數最大化或最小化的最優解。在露天礦山境界優化中,可以將目標函數設置為最大化礦石產量或最小化開采成本,約束條件包括礦石品位、礦石儲量、開采限制等。

1 礦山地質概況

礦區處于構造剝蝕山區,地形切割強烈,山勢陡峻,一般山坡自然坡度為40°～44°。礦體賦存于官帽山主峰東南側的盆地中,四面環山,礦床成因類型屬典型斑巖銅鉬礦床。該礦床規模巨大,礦體形態簡單,產狀穩定,品位均勻,礦化連續性好[3]。全區共圈出礦體50個,主礦體1個(1#礦體),其儲量占總儲量的99.5%以上[8-10]。1#礦體呈厚大的筒狀礦環,圍繞花崗閃長巖內、外接觸帶分布,為本次境界優化研究的對象。

1#礦體中部無礦核心為花崗閃長巖體,產狀隨巖體向北西傾伏。礦體走向長為1100 m,上半環延深為950 m,下半環延深為650 m。礦體厚度為150～400 m。上半環傾角較緩,為25°,下半環傾角較陡,為46°,基礎儲量分布的最高標高為＋425 m,最低標高為－325 m。礦體淺部部分出露地表,適合于露天開采。

2 露天開采境界優化

本研究采用NPV Scheduler軟件對露天境界進行優化,NPV Scheduler軟件境界優化功能是基于給定的經濟技術參數,尋求L-G的最優解,以凈現值(NPV)最大,獲得最終的露天境界,并可計算出最優的回采順序以進行分期開采和編制進度計劃[5]。該方法具有高效、可靠、靈活和可拓展性等優點。

2.1 境界優化參數的選取

境界優化采用的當前各金屬價格和采礦、剝離、選礦等成本指標見表1。

表1 礦山采區經濟參數

2.2 建立礦床數學模型

第一步是收集和整理該大型露天礦山的地質數據和礦體模擬數據。地質數據通常包括巖石類型、礦體測量、地形、地層的傾角和產地的海拔等信息。而礦體模擬數據則包括礦體的大小和質量分布等信息。導入NPV Scheduler中后,使用軟件的模型構建器以及一些參數設置對地質數據、礦體模擬數據進行解析和整合。包括地表模型(dtm)、礦體實體模型(3dm)、巖體(或地層)模型(dtm)、礦床塊體模型(包含礦體、圍巖的各種屬性參數)[11]。

2.3 建立礦床價值模型

根據計算或選取的技術經濟參數,分別對礦巖塊體進行成本和收益計算,求取塊體凈值,形成境界優化直接運算的對象—礦床價值模型[12-13]。

2.4 確定露天境界優化的邊界約束條件

在礦山開采的過程中,開采方案設計是非常重要的一步。開采方案應考慮掘進路線的長度、采礦場的大小、高墻的高度以及運輸和處理方式等因素。此外,有許多限制條件也需要考慮到,如環保法規、安全和衛生法規以及社會影響評估[14-15]。在NPV Scheduler中,我們可以設置各種開采參數和限制條件等進行計算,以便得到最優的開采方案。包括最終幫坡角、地表限制模型、底部限制模型或標高及其他限制邊界條件[16-18]。技術指標見表2。

表2 礦山采區技術指標

2.5 露天開采境界優化結果

依據備案地勘報告建立資源模型和確定的技術、經濟參數,利用境界優化程序NPV Scheduler進行了境界優化圈定[19-20],最終獲得30 個嵌套境界,各境界的NPV值與礦巖量ROCK的變化情況如圖1、圖2所示。方案27的NPV 值最大,以計算機圈定的優化境界方案27為基礎,根據廠礦道路設計規范、金屬非金屬礦山安全規程及開拓運輸系統的要求,人工進行修整和調整后,形成本次設計的露天開采最終境界[8]。

圖1 單系列境界NPV 值與礦巖量ROCK 值變化

圖2 累計境界NPV 值與礦巖量ROCK 值變化

露天開采最終境界主要技術指標見表3。露天開采最終境界如圖3 所示,三維效果如圖4 所示。露天開采境界最高開采標高為＋551 m,最低開采標高為－235 m,礦石出入口標高＋170 m,廢石出入口標高1700 m。露天采場上口最大尺寸:長1900 m,寬1735 m。下口尺寸:長288 m,寬92 m。

圖3 露天開采最終境界三維效果(人工布置開拓運輸系統)

圖4 露天開采最終境界NPV優化三維效果

表3 露天開采最終境界主要技術指標

露天礦最終開采境界內礦巖量、品位及剝采比如圖5、圖6所示。

圖5 境界內礦石量及平均品位變化曲線圖

3 本次優化設計與原設計露天境界對比

3.1 主要技術參數比較

本次優化設計與原設計的主要技術參數指標見表4。

表4 露天境界圈定經濟參數

3.2 圈定結果比較

本次設計與原設計圈定的主要技術參數不同,導入軟件的模型也不同,因此,圈定的結果也有差異。本次優化設計圈定的境界與原設計中圈定的露天境界比較結果見表5。

表5 優化設計與原設計露天境界礦巖量比較

由表5可知,設計經濟參數、模型變化后本次優化設計比原境界少圈出1990.5×104t礦石,少剝離11 558.7×104t廢石,減少剝離的廢石與少采出的礦石的剝采比為5.81。

3.3 經濟效益

根據露天境界比較經濟效益計算結果見表6。從表6 可以得出,在當前條件下,按銅金屬價格50 000元/t計算,少采出1988.9萬t礦石,少剝離11 560.3萬t廢石,可節省成本19 804.9萬元。

表6 經濟效益計算結果

由表6 可知:當銅金屬價格達到55 000 元/t時,減少的1988.9萬t 礦石與11 560.3萬t廢石所產生的利潤值為2186.4萬元,所選取的優化境界會導致該部分利潤丟失。為充分利用礦產資源,優化境界僅作為參考境界組織生產,維持原露天境界方案為露天開采的最終境界[13]。

4 結論

通過對該大型露天礦山進行NPV Scheduler境界優化,從經濟優先和資源最大化利用的角度來看,原境界方案可以更多地利用礦石,具有更好的經濟效益,因此,維持原露天境界方案為露天開采最終境界。

(1)各露天境界在經濟效益上的差異關鍵源于它們自身自然礦石品位上的不同和地質賦存環境上的差異,這兩點影響露天境界的剝采比。

(2)優化后的境界比原境界少圈出1990.5×104t礦石,少剝離11 558.7×104t廢石,減少剝離的廢石與少采出的礦石的剝采比為5.81。

(3)在銅金屬價格50 000元/t條件下,少采出1988.9萬t礦石,少剝離11 560.3萬t廢石,可節省成本19 804.9萬元。按銅金屬價格55 000元/t計算,減少礦山利潤值為2186.4萬元。