阮詩昆

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 上杭縣 364200)

基于Whittle的露天礦開采境界優(yōu)化應(yīng)用研究

阮詩昆

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 上杭縣 364200)

Whittle軟件是當(dāng)前國際上礦山境界優(yōu)化的最佳軟件之一，借助Whittle軟件對某礦山露天開采境界進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用研究，通過建立地質(zhì)模型，確定露天采場邊坡參數(shù)，結(jié)合采選成本、采礦貧化率和損失率、選礦回收率、金屬價(jià)格和采礦生產(chǎn)能力等技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行開采境界的計(jì)算分析，選取NPV值最大的優(yōu)化境界作為最優(yōu)開采境界，實(shí)現(xiàn)了增加礦石量和減少剝離量的目的，滿足了礦山生產(chǎn)需求。

Whittle；露天礦；境界優(yōu)化

為滿足礦山生產(chǎn)需求，促進(jìn)礦山經(jīng)濟(jì)效益最大化，露天境界優(yōu)化是露天礦設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)工作[1-10]。隨著礦業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，加快礦山數(shù)字化和信息化已成為未來礦山發(fā)展的重要支撐。Whittle軟件是目前國際上礦山境界優(yōu)化的最佳軟件之一[1-3]，該軟件在礦體塊體模型的基礎(chǔ)上對露天開采進(jìn)行境界優(yōu)化，其不僅能在三維空間上進(jìn)行境界優(yōu)化，同時(shí)還考慮資金的時(shí)間價(jià)值，以最終所確定的NPV(凈現(xiàn)值)最大化為判定標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，綜合考慮采選成本、貧化損失率、選礦回收率、金屬價(jià)格和采場邊坡參數(shù)等，采用L-G圖論法進(jìn)行境界優(yōu)化，能利用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型實(shí)現(xiàn)礦山自動(dòng)快速排產(chǎn)，一次性排出一系列露天境界方案，讓用戶選擇凈現(xiàn)值最大的露天礦境界[1-3]。基于該軟件的諸多優(yōu)點(diǎn)，Whittle在國內(nèi)國外應(yīng)用廣泛，尤其是礦山設(shè)計(jì)院進(jìn)行境界優(yōu)化的首選。

1 工程概況

該露天礦位于福建省西南部，是20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)并探明的特大型有色金屬礦山，總體呈“上金下銅”的垂直礦化分帶，為特大型世界級金銅共生礦床，屬高硫淺成中低溫?zé)嵋?斑巖型礦床[11]。累計(jì)探明黃金金屬量約300多t，銅金屬量約200多萬t。金礦主要產(chǎn)于600～1100 m標(biāo)高的氧化帶內(nèi)，為次生富集氧化礦石；銅礦產(chǎn)于600～700 m標(biāo)高以下的原生帶中，為硫化銅礦石。

該露天礦采用汽車、汽車+溜井+平硐電機(jī)車及汽車+溜井+平硐膠帶等多種開拓運(yùn)輸方式。露天礦境界內(nèi)現(xiàn)布置有溜礦井18條(其中：金礦9條，銅礦9條)。露天礦采出的金礦石分別運(yùn)往3個(gè)選礦廠處理，采出的銅礦石運(yùn)輸?shù)礁∵x廠和濕法處理廠；廢石采用汽車運(yùn)往露天坑北側(cè)的排土場。

地下礦采用溜井+坑內(nèi)破碎+斜坡道膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，采出的銅礦石全部運(yùn)輸?shù)礁∵x廠處理。

為延長礦山服務(wù)年限，提高資源利用率，充分發(fā)揮露天開采的成本和安全優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)露天坑價(jià)值最大化，在礦床開采技術(shù)條件有利的情況下，對露天開采境界進(jìn)行優(yōu)化勢在必行。

2 露天開采境界優(yōu)化與確定

2.1 地質(zhì)模型的建立

應(yīng)用Surpac軟件構(gòu)建了礦床地表、巷道、采空區(qū)、礦體的三維模型，通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對礦體塊體模型進(jìn)行了以普通克立格法為主，距離平方反比法為輔的品位估值，建立三維可視化地質(zhì)模型，塊體模型的X、Y、Z值邊界及單元塊尺寸見表1。

表1 塊體模型坐標(biāo)范圍與單元塊尺寸

2.2 露天采場邊坡參數(shù)的確定

綜合現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，露天開采境界優(yōu)化的采場最終邊坡要素如下：

(1) 最終邊坡角：各采場最終邊坡角定為40°～42°，具體分為北幫42°、東幫41°、南幫40°、西幫41°進(jìn)行優(yōu)化；

(2) 臺階高度：根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際確定分層臺階高度為12 m，開采到最終邊幫時(shí)2個(gè)臺階并為1個(gè)階段，階段高度為24 m；

(3) 臺階坡面角為70°，表土層時(shí)為45°；

(4) 安全清掃平臺寬度為10 m，上部風(fēng)化帶安全清掃平臺寬度為30 m，南部小露天坑安全清掃平臺寬度為7 m。

2.3 境界優(yōu)化分析

2.3.1 采選成本分析

綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)，采礦噸礦成本金礦為7.18元/t、銅礦為7.26元/t；剝離噸礦成本金礦為3.11元/t、銅礦為11.89元/t；境界優(yōu)化開采成本定為13.23元/t。

濕法廠的選礦成本定為60元/t，浮選成本定為90元/t，金礦各選廠的選礦成本相差不大，以二選廠為基準(zhǔn)，按照20元/t計(jì)算。

2.3.2 貧化率損失率及選礦回收率

依據(jù)初步設(shè)計(jì)采礦損失率按照2%、貧化率按照5%進(jìn)行計(jì)算，比較符合實(shí)際；通過年回收率統(tǒng)計(jì)，考慮品位負(fù)變、選礦指標(biāo)人為因素造成的水分問題等其他不確定因素影響實(shí)際選礦回收率，綜合采礦廠、選礦廠實(shí)際，金礦定為70%、濕法銅定為65%、浮選銅定為88%。

2.3.3 金屬價(jià)格及銷售成本

根據(jù)近5年的金屬價(jià)格走勢(見圖1、圖2)，金金屬價(jià)格最高為361.19元/g，最低為216.17元/g，平均為266.32元/g；銅金屬價(jià)格最高為52859.4元/t，最低為28440.3元/t，平均為39478.5元/t。結(jié)合設(shè)計(jì)公司建議，金金屬價(jià)格定為260元/g，銅金屬價(jià)格定為39000元/t，銷售成本暫不考慮。

圖1 黃金價(jià)格5年走勢

2.3.4 采礦生產(chǎn)能力

依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備能力以及閉坑計(jì)劃，采礦生產(chǎn)能力5年內(nèi)從4500萬t降低到2800萬t(金礦閉坑，銅礦達(dá)產(chǎn))，采剝量5年內(nèi)從8000萬t降低到6500萬t。

圖2 銅價(jià)格5年走勢

2.4 境界優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)擬定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)指標(biāo)，共圈定了26個(gè)優(yōu)化境界。按所選取的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行開采境界的計(jì)算分析，從中選取NPV值最大的優(yōu)化境界(見圖3)。

按Whittle軟件NPV最大法求解[12-13]，第13號優(yōu)化境界NPV值最大，該境界往后NPV基本趨于穩(wěn)定，略有減小，此時(shí)資源利用率有所提升，但廢石剝離量明顯提高，故選定13號優(yōu)化境界為當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下的最優(yōu)開采境界，而后根據(jù)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的要求，手工進(jìn)行修整和調(diào)整后，形成露天開采最終境界(見圖4)。

經(jīng)估算，露天開采最終境界優(yōu)化后露天坑內(nèi)可采金礦礦石量為610.12萬t，金屬量為1953.81 kg，平均品位0.320 g/t；銅礦礦石量為25361.68萬t，金屬量為1229675.29 t，平均品位0.485 g/t。詳見表2、圖5。

基于當(dāng)前收集的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后的境界和目前的境界對比，露天坑整體有所縮小，主要為東北部、西幫以及南西幫區(qū)域減少了剝離量，優(yōu)化結(jié)果最低標(biāo)高為130 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高為124 m。

3 結(jié) 論

本次借助Whittle軟件對某露天礦進(jìn)行了境界優(yōu)化，露天坑整體有所縮小，減少了剝離量，整體效果較為明顯。本次應(yīng)用研究結(jié)語如下：

(1) 該軟件的應(yīng)用可在三維空間上進(jìn)行境界優(yōu)化，可視化程度高；

(2) 該軟件是在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上對露采境界開展優(yōu)化，能夠在礦體模型發(fā)生變化的背景下，適時(shí)開展境界優(yōu)化[14]，具有效率高，優(yōu)化時(shí)間短等特點(diǎn)，以此保持露采生產(chǎn)始終處于最佳狀態(tài)；

圖3 境界優(yōu)化pit by pit圖

圖4 露天坑13號優(yōu)化境界

(3) 該軟件在境界優(yōu)化時(shí)，在考慮資金時(shí)間價(jià)值的同時(shí)，考慮產(chǎn)品市場價(jià)格、采選成本、貧化率損失率、選礦回收率等因素，在此基礎(chǔ)上確定NPV(凈現(xiàn)值)最大化作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了礦山利益，對礦山保持持續(xù)盈利有著重要作用；

(4) 該軟件采用L-G圖論法對采坑進(jìn)行境界優(yōu)化，能夠一次性排出一系列露天坑方案，讓用戶選擇，礦山管理者可根據(jù)礦山實(shí)際狀況選擇最佳的境界作為最終境界[15]，選擇出既符合礦山實(shí)際狀況，又能保證礦山利益的最佳境界。

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2017-08-10)

阮詩昆(1981-)， 男，福建周寧人，工程師，碩士，主要從事地質(zhì)勘查技術(shù)和數(shù)字化礦山研究，Email：ruanshikun@126.com。