張延凱，胡乃聯(lián)，徐國(guó)偉，趙曉杰

(1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;2.中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 新巴爾虎右旗 021400)

露天礦最終境界直接影響礦山規(guī)模、投資、生產(chǎn)效益、服務(wù)年限、開拓運(yùn)輸布置等眾多方面。因此，境界優(yōu)化是露天礦設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策的重要依據(jù)。露天礦境界優(yōu)化,要統(tǒng)籌考慮礦山資源賦存狀況、開采技術(shù)條件、礦產(chǎn)品銷售價(jià)格、礦石開采及處理成本等多種復(fù)雜因素[1]。

傳統(tǒng)手工圈定露天開采境界的方法,實(shí)質(zhì)上是一種試錯(cuò)法，工作量大、精度低，基本難以實(shí)現(xiàn)境界最優(yōu)化的目標(biāo)[2]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)露天境界優(yōu)化理論和方法進(jìn)行了深入研究，提出了多種優(yōu)化算法，目前應(yīng)用最為廣泛的是LG圖論法及浮動(dòng)圓錐法[3-5]?；谌S礦業(yè)軟件平臺(tái)，以價(jià)值塊體模型為核心，以邊坡角及地表為幾何約束，應(yīng)用先進(jìn)的優(yōu)化算法，可以快速、準(zhǔn)確地完成露天礦開采境界優(yōu)化[6-8]。目前，主流的境界優(yōu)化流程如圖1所示。本研究按此思路，以Surpac軟件為工具，對(duì)某銅鉬礦開采境界優(yōu)化進(jìn)行探討。

1 礦區(qū)概況

某銅鉬礦位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內(nèi)，屬特大型低品位多金屬礦床，是中國(guó)黃金集團(tuán)公司重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

1.1 地形地貌

本區(qū)為低山丘陵區(qū)，山勢(shì)走向北東，一般標(biāo)高為750m；最高889.3m，最低為650.7m。一般相對(duì)高差150m左右，山勢(shì)平緩、地形開闊。北礦段山脊呈半環(huán)形，北東高，南西低，南西為半環(huán)形開口處，具有明顯的構(gòu)造剝蝕地貌特征。礦區(qū)地形如圖2所示。

圖2 地表地形及勘探線圖

1.2 礦體賦存特征

某礦床屬于受火山結(jié)構(gòu)控制的陸項(xiàng)次火山斑巖型銅鉬礦床。礦帶為一長(zhǎng)環(huán)形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)2600m，短軸寬1350m，走向50°左右，總體傾向北西，傾角從東向西由85°漸變成75°，南北兩個(gè)轉(zhuǎn)折端處均內(nèi)傾，傾角60°，北礦段環(huán)形中部有寬達(dá)900m左右的無(wú)礦核部，南礦段環(huán)形中部無(wú)礦核部寬150～850m。礦體沿走向、傾向均具有分枝復(fù)合、膨脹收縮，礦體上部覆蓋層薄，平均厚度25m，且多處出露地表。

1.3 品位分布規(guī)律

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析：銅、鉬品位服從三參數(shù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布。用克里格法分別對(duì)銅、鉬礦體進(jìn)行估值，依據(jù)Sichel變換公式，完成三參數(shù)對(duì)數(shù)反算。反算后的值保存于塊體屬性Cu、Mo中。銅、鉬品位的空間分布情況。如圖4、圖5所示。

圖3 礦體實(shí)體模型及鉆孔綜合圖

圖4 銅品位空間分布示意圖

圖5 鉬品位空間分布圖

按照礦山實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，礦體比重與銅、鉬品位具有相關(guān)性，對(duì)不同品位分別進(jìn)行比重賦值。比重賦值結(jié)果保存于塊體屬性sg中。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)及優(yōu)化參數(shù)選取

Surpac露天境界優(yōu)化模塊，可選用浮動(dòng)圓錐及LG圖論法作為優(yōu)化算法，以塊體模型為基礎(chǔ)，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，綜合判斷塊體模型中任意塊的開采價(jià)值，形成價(jià)值塊體模型。以價(jià)值塊體模型為核心，軟件會(huì)以最大凈現(xiàn)值為目標(biāo)，自動(dòng)解算出滿足當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)及幾何約束條件下的最優(yōu)開采境界?？梢宰C明LG圖論法是一種全局最優(yōu)算法，境界優(yōu)化的結(jié)果可靠性完全依賴于技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)選取的合理性、準(zhǔn)確性。鑒于目前主流的三維礦業(yè)軟件平臺(tái)都選用幾乎相同的優(yōu)化算法，對(duì)于同一個(gè)價(jià)值塊體模型用相同的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所獲得的優(yōu)化結(jié)果理論上應(yīng)該是一致的，這一點(diǎn)在本研究中也得到了驗(yàn)證。

某銅鉬礦為典型的低品位多金屬礦床，境界優(yōu)化研究與單金屬礦床有明顯區(qū)別。在Surpac境界優(yōu)化器中，選擇以質(zhì)量為單位進(jìn)行優(yōu)化更為靈活、實(shí)用。塊體模型包括銅、鉬品位、比重屬性，還需在塊體模型中新建凈值屬性(value)以滿足Surpac境界優(yōu)化器的參數(shù)需求。value表示單位質(zhì)量塊體被單獨(dú)開采出來(lái)的凈價(jià)值，value=∑收入-∑支出。應(yīng)用塊體模型屬性運(yùn)算功能，對(duì)塊體模型凈值屬性進(jìn)行賦值運(yùn)算。在Surpac境界優(yōu)化器中調(diào)入地表約束及底部限制，再輸入優(yōu)化計(jì)算參數(shù)和優(yōu)化結(jié)果輸出參數(shù)，就可以進(jìn)行境界優(yōu)化計(jì)算了。

露天礦的一個(gè)特點(diǎn)是：隨著采深的增加，運(yùn)輸成本、邊坡維護(hù)成本、排水成本等都會(huì)提高。為此，本研究將考慮隨采深增加運(yùn)輸成本提高與不考慮采深影響做了對(duì)比。選取臺(tái)階高度成本調(diào)整幅度，為每下降10m·t礦(巖)生產(chǎn)成本增加0.16元。境界優(yōu)化結(jié)果表明，該因素會(huì)對(duì)采剝總量產(chǎn)生20％左右的影響，這種影響不容忽視。鑒于某銅鉬礦計(jì)劃上馬皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，將減少采深增加對(duì)成本的影響，具體運(yùn)行效果如何有待時(shí)間考驗(yàn)。本研究各優(yōu)化方案,暫不考慮臺(tái)階下降成本變動(dòng)對(duì)最終境界的影響。

境界優(yōu)化的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù),如表1所示。

由于當(dāng)前有色金屬市場(chǎng)價(jià)格變幻莫測(cè)，而價(jià)格因素又是影響境界的最敏感因素，因此本研究按照不同價(jià)格做了八組方案比較研究。此外，某礦銅鉬混選、銅鉬分離工藝在實(shí)際生產(chǎn)中還遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，鉬的選礦回收率存在較大不確定性，為此本研究按照不同的鉬選礦回收率又做了八組方案比較研究。多方案比對(duì)的結(jié)果如圖6所示。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

圖6 所有優(yōu)化方案比較圖

3 境界優(yōu)化結(jié)果及分析

優(yōu)化后，不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)會(huì)得到不同的所謂“最優(yōu)采坑”。以“最優(yōu)采坑”DTM文件為約束,可以報(bào)告境界內(nèi)的礦巖量、金屬量、平均品位、剝采比、NPV等，依據(jù)報(bào)告生成金屬量及平均品位隨標(biāo)高變化圖、礦巖量及剝采比隨標(biāo)高變化圖等，并作進(jìn)一步分析。經(jīng)計(jì)算，推薦境界內(nèi)礦巖總量為：25億t，其中礦石量：11.5億t，境界剝采比為：1.174，銅礦石平均品位0.204％，鉬礦石平均品位0.0334％。優(yōu)化及設(shè)計(jì)結(jié)果如圖7、圖8、圖9 所示，金屬量、礦巖量、平均品位、剝采比隨標(biāo)高變化情況如圖10、圖11所示。

圖7 最優(yōu)采坑DTM文件三維圖

圖8 最終境界及礦山工程框圖

圖9 最終境界及礦山工程三維圖

圖10 金屬量及平均品位隨標(biāo)高變化圖

圖11 礦巖量及剝采比隨標(biāo)高變化圖

此外，可以在“最優(yōu)采坑”的DTM文件基礎(chǔ)上,進(jìn)行露天礦設(shè)計(jì)。為了避免產(chǎn)生尖角，考慮最小轉(zhuǎn)彎半徑、最小底寬、設(shè)計(jì)運(yùn)輸?shù)缆?、平臺(tái)等等因素，設(shè)計(jì)文件與DTM文件會(huì)產(chǎn)生礦巖量差異，這種差異在本礦山在8％左右。

4 結(jié)論

某礦是特大型低品位銅、鉬多金屬礦床，對(duì)其進(jìn)行多開采境界比較研究,具有十分重要的意義。應(yīng)用 Surpac軟件能夠快速做出多組不同條件下的境界優(yōu)化方案比較，為尋求最優(yōu)方案提供更多選擇。基于三維礦業(yè)軟件平臺(tái)的境界優(yōu)化,突破了固有的思維模式，改變了傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，為礦山進(jìn)行科學(xué)決策提供了可靠的技術(shù)手段和依據(jù)。

影響境界圈定的因素很多，其中既有市場(chǎng)因素也有技術(shù)因素。對(duì)某礦來(lái)講，不確定性較大的因素有：鉬選礦回收率、鉬價(jià)格、銅價(jià)格、采選綜合成本等。鉬選礦回收率、鉬價(jià)格因素是變化范圍較大的兩個(gè)最主要因素，建議礦山加強(qiáng)相關(guān)研究，盡量消除不確定因素，使境界圈定更為科學(xué)合理。

本研究得到的優(yōu)化露天境界,都是在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)約束下的靜態(tài)結(jié)果。優(yōu)化所選用的經(jīng)濟(jì)參數(shù)和技術(shù)條件可靠程度,直接影響境界優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際生產(chǎn)中，技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)必然存在一定的差異，在某些技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)與優(yōu)化采用的參數(shù)相差較大時(shí)，應(yīng)考慮重新進(jìn)行境界優(yōu)化。

[1]李德，曾慶田，吳東旭，等.基于三維可視化技術(shù)的露天境界優(yōu)化研究[J].金屬礦山，2008，382(4)：103-108.

[2]譚銳，陳愛明，瞿金志.礦業(yè)軟件在露天境界優(yōu)化中的運(yùn)用[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2010，37(2)：1-8.

[3]楊彪，廖江南，吳秀瓊，等.大型復(fù)雜露天礦山開采境界動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)研究[J].工程設(shè)計(jì)與研究，2009(12):1-6.

[4]黃俊歆，王李管，畢林，等.改進(jìn)的露天境界優(yōu)化幾何約束模型及其應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33(12)：78-83.

[5]顧曉薇，葛舒，范立軍，等.賈家堡鐵礦露天開采境界優(yōu)化實(shí)踐[J].金屬礦山,2010，405(3):6-7.

[6]萬(wàn)昌林,劉亮明,高祥,等.大型露天礦山資源估算與開采境界優(yōu)化研究—以西藏驅(qū)龍銅礦為例[J].金屬礦山，2010，403(1):41-44.

[7]王華.礦體模型在富家塢境界優(yōu)化中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2011，11(4)：47-50.

[8]王杰，汪為平，李家泉.白云鄂博東介勒格勒礦區(qū)境界優(yōu)化[J].金屬礦山,2011,417(3):35-37.