馬曉倩 顧曉薇 張軍奎 王 青

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819；2.蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

在露天礦實(shí)際生產(chǎn)過程中，最終境界的確定直接影響到礦山企業(yè)的投資和生產(chǎn)效益，所以露天礦境界優(yōu)化是礦山企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中重要一環(huán)。影響境界優(yōu)化的主要因素包括：經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素和其他因素［1-3］。其中，經(jīng)濟(jì)因素的研究主要集中于成本或價(jià)格變化對(duì)露天礦境界的影響上［4，5］；技術(shù)影響因素的研究主要集中于任一改變回采率、選礦回收率及廢石混入率并討論其對(duì)境界的影響［6］；其他影響因素的研究主要集中于礦體巖性、斷層及地表構(gòu)筑物對(duì)境界的影響。

目前，對(duì)影響露天礦最終境界圈定的相關(guān)因素研究還不夠系統(tǒng)和完善，對(duì)不同影響因素間相互作用和相應(yīng)影響關(guān)系研究還不夠深入。鑒于此，本研究將分別對(duì)改變回采率、改變回采率與廢石混入率、改變選礦回收率3種情況進(jìn)行分析討論，以期對(duì)此類工程設(shè)計(jì)提供一定參考意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

案例礦山處于廣西北緣淺海臺(tái)地，礦區(qū)為低中山地貌，其褶皺構(gòu)造主要為巧馬復(fù)式背斜、尾勒向斜、新洛背斜，呈近東西向穿越礦區(qū)中部，次級(jí)褶皺為小型緊密線狀褶曲。它們構(gòu)成了丫他金礦的基本構(gòu)造格局，控制了礦帶的形成和范圍，進(jìn)而影響了礦體的產(chǎn)出［7］。區(qū)內(nèi)出露的地層有三疊系新苑組、邊陽(yáng)組及第四系。其中新苑組、邊陽(yáng)組為濁積巖特征，即巖性、巖相、厚度等變化很大。目前案例礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)51條礦體，近東西走向［8］。

2 礦床數(shù)值模型

2.1 臺(tái)階模型

臺(tái)階是露天礦在垂直方向上的最小開采單元，其設(shè)置關(guān)系著礦山工作的整體安排與規(guī)劃。綜合考慮礦產(chǎn)儲(chǔ)量、實(shí)際設(shè)備選型、開采選別性、礦巖性質(zhì)及地形地貌等因素，設(shè)置臺(tái)階高度為10 m，臺(tái)階塊狀模型尺寸為10 m×10 m，安全平臺(tái)寬5 m，工作平臺(tái)寬33 m，坡面角為75°［9］。

2.2 地表標(biāo)高模型

露天金屬礦的地表標(biāo)高模型通常是離散的二維塊狀模型，將礦區(qū)平面劃分為規(guī)則模塊，模塊中的數(shù)字代表該處的地表標(biāo)高，模塊高度代表臺(tái)階高度，模塊的水平規(guī)格為10 m×10 m，如圖1所示。建立地表標(biāo)高模型通常有2種方式，一種是根據(jù)等高線建立，另一種是根據(jù)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高建立。一般情況下等高線是已知的，本研究根據(jù)等高線運(yùn)用插值算法建立地表標(biāo)高模型。

運(yùn)用3Dmine軟件，將建好的地表標(biāo)高模型轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體圖，能夠更加直觀地展示出礦區(qū)的地形地貌，如圖2所示。

2.3 品位模型

品位模型也是將礦區(qū)離散為三維塊狀模型［10］，模塊中的數(shù)字代表礦體在該模塊位置的品位值，其水平面尺寸為10 m×10 m，模塊高度等于臺(tái)階高度。本次設(shè)計(jì)將各分層離散礦體的品位定為模塊的品位，并將邊界品位定為1 g/t，對(duì)礦體進(jìn)行充填，以1 044 m水平礦體品位模型為例，如圖3所示。

3 境界優(yōu)化及分析

3.1 基本境界優(yōu)化

在進(jìn)行境界優(yōu)化時(shí)，除了需要建立上述各種模型外，還需要對(duì)開采成本、剝離成本和幫坡角等一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行確定。其中幫坡角設(shè)置是基于礦區(qū)不同方位圍巖特性計(jì)算，其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)基于當(dāng)前市場(chǎng)行情以及類似礦山生產(chǎn)技術(shù)條件確定，具體取值如表1和表2所示。

基于表1和表2中確定的相關(guān)參數(shù)，首先對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行初始境界優(yōu)化，得到的境界將作為后續(xù)不同技術(shù)條件下優(yōu)化得到的境界的對(duì)比依據(jù)，這里我們將初始條件下得到的最佳境界稱為“基礎(chǔ)境界”，優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

優(yōu)化后得到基礎(chǔ)境界等高線與三維實(shí)體模型，分別如圖4和圖5所示。

3.2 改變廢石混入率對(duì)境界的影響

廢石混入率是指采出礦石中廢石所占比率。本節(jié)將討論廢石混入率對(duì)境界的影響，以表2中的廢石混入率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別考慮廢石混入率為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%時(shí)的情況，并進(jìn)行討論分析，最終優(yōu)化結(jié)果見表4。

從表4可以看出，隨著廢石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利呈遞減趨勢(shì)。相對(duì)于基礎(chǔ)境界，當(dāng)廢石混入率降至1%時(shí)，境界盈利值增加4 530萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的3%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：為提高境界盈利，礦山企業(yè)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，從而減少?gòu)U石混入。當(dāng)廢石混入率增至10%時(shí)，境界盈利值減少6 458萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的4%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：由于礦山企業(yè)管理制度不夠完善，選別開采控制不好，增加了廢石混入率卻無法提高回采率，從而造成廢石混入率過大。其中，當(dāng)廢石混入率從8%降至7%時(shí)，境界盈利值增長(zhǎng)1 484萬元，增長(zhǎng)幅度最大。說明當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)突破將廢石混入率從8%降至7%的技術(shù)瓶頸時(shí)，可以獲得增長(zhǎng)幅度最大的境界盈利值。

3.3 改變回采率和廢石混入率對(duì)境界的影響

隨著回采率的不斷提高，礦山企業(yè)需要開采更多之前難以開采的礦石，這樣不可避免地會(huì)混入較多的廢石，進(jìn)而提高了廢石混入率。綜上所述，本節(jié)將討論回采率和廢石混入率對(duì)境界的影響，以表2中的回采率與廢石混入率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別考慮回采率為 90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%，廢石混入率為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%時(shí)的情況，并進(jìn)行討論分析，最終優(yōu)化結(jié)果見表5。

從表5可以看出，隨著回采率（90%～99%）、廢石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利值總體上呈遞增的趨勢(shì)。相對(duì)于基礎(chǔ)境界，當(dāng)回采率降至90%、廢石混入率降至1%時(shí)，盈利值減少6 247萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的4%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：在無法減少?gòu)U石混入率的情況下，礦山企業(yè)不得不犧牲礦石回采率從而減少?gòu)U石混入率。當(dāng)回采率增至99%、廢石混入率增至10%時(shí)，盈利值增加6 541萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的4%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：在無法增加回收率的情況下，礦山企業(yè)不得不增加廢石混入率從而提高礦石回采率。其中，當(dāng)回采率從91%提升至92%、廢石混入率從2%增至3%時(shí)，境界盈利值增長(zhǎng)1 639萬元，增長(zhǎng)幅度最大。說明當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)突破將回采率提升從91%提升至92%的技術(shù)瓶頸時(shí)，盡管廢石混入率從2%增至3%，但依然可以獲得增長(zhǎng)幅度最大的境界盈利值。

3.4 改變選礦回收率對(duì)境界的影響

根據(jù)表2的參數(shù)設(shè)置可以看出，礦山最終產(chǎn)品是金精礦，所以露天礦經(jīng)濟(jì)效益不僅與采礦技術(shù)有關(guān)還與選礦工藝有關(guān)。不同的選礦回收率直接影響礦山金屬回收量，進(jìn)而影響到礦山直接經(jīng)濟(jì)效益以及臨界礦產(chǎn)資源的開采，最終影響到礦山最終境界的圈定。所以這里討論選礦回收率對(duì)境界的影響。以表2中選礦回收率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別考慮選礦回收率為76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%時(shí)的情況，并進(jìn)行討論分析，最終優(yōu)化結(jié)果見表6。

從表6可以看出，選礦回收率（76%～85%）的增加，境界盈利值總體上呈遞增的趨勢(shì)。相對(duì)于基礎(chǔ)境界，當(dāng)選礦回收率降至76%時(shí)，盈利值減少18 431萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的12%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：選礦廠技術(shù)與管理水平較低，無法提高選礦回收率。當(dāng)選礦回收率增至85%時(shí)，盈利值增加22 884萬元，占基礎(chǔ)境界盈利值的15%，對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況為：在無法提高礦石回采率且降低廢石回收率的情況下，礦山企業(yè)可以通過提高選礦回收率，近而達(dá)到增加境界盈利值的目的。其中，當(dāng)選礦回收率從79%提升至80%時(shí)，境界盈利值增長(zhǎng)4 790萬元，增長(zhǎng)幅度最大。說明當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)突破將選礦回收率從79%提升至80%的技術(shù)瓶頸時(shí)，可以獲得增長(zhǎng)幅度最大的境界盈利值。

通過調(diào)整廢石混入率、回采率以及選礦回收率可以看出，單位變量（每增加或者減少1%）條件下選礦回收率的改變引起礦山經(jīng)濟(jì)效益的變化較大，也就是說，在一定程度上，選礦技術(shù)的改進(jìn)對(duì)提高礦山整體經(jīng)濟(jì)效益有較大的促進(jìn)作用。

4 結(jié) 論

（1）隨著廢石混入率的提高，境界盈利明顯降低，這說明礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)廢石混入率有較高的靈敏度。同時(shí)廢石混入率過高也會(huì)對(duì)后續(xù)的選礦工作造成困難，所以在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)與管理，避免不必要的礦石混入。

（2）隨著回采率與廢石混入率的提高，境界盈利雖然也在增加，但增加幅度卻不大。這說明在回收率與廢石混入率共同影響經(jīng)濟(jì)效益的情況下，回收率對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響更大，礦山企業(yè)可以在保證廢石混入率的情況下盡可能的提高礦石回采率。

（3）隨著選礦回收率的提高，境界盈利值有明顯增加，這說明境界盈利對(duì)選礦回收率也有較高的靈敏度。當(dāng)?shù)V山企業(yè)無法得到更高的回采率且降低廢石混入率時(shí)，可以考慮通過提高選礦回收率使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。