張延凱,胡乃聯,徐國偉,趙曉杰
(1.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室,北京 100083;2.中國黃金集團內蒙古礦業有限公司,內蒙古 新巴爾虎右旗 021400)
露天礦最終境界直接影響礦山規模、投資、生產效益、服務年限、開拓運輸布置等眾多方面。因此,境界優化是露天礦設計的重要環節,是礦山企業生產經營決策的重要依據。露天礦境界優化,要統籌考慮礦山資源賦存狀況、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復雜因素[1]。
傳統手工圈定露天開采境界的方法,實質上是一種試錯法,工作量大、精度低,基本難以實現境界最優化的目標[2]。國內外學者對露天境界優化理論和方法進行了深入研究,提出了多種優化算法,目前應用最為廣泛的是LG圖論法及浮動圓錐法[3-5]?;谌S礦業軟件平臺,以價值塊體模型為核心,以邊坡角及地表為幾何約束,應用先進的優化算法,可以快速、準確地完成露天礦開采境界優化[6-8]。目前,主流的境界優化流程如圖1所示。本研究按此思路,以Surpac軟件為工具,對某銅鉬礦開采境界優化進行探討。
某銅鉬礦位于內蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內,屬特大型低品位多金屬礦床,是中國黃金集團公司重點建設項目。
本區為低山丘陵區,山勢走向北東,一般標高為750m;最高889.3m,最低為650.7m。一般相對高差150m左右,山勢平緩、地形開闊。北礦段山脊呈半環形,北東高,南西低,南西為半環形開口處,具有明顯的構造剝蝕地貌特征。礦區地形如圖2所示。
圖2 地表地形及勘探線圖
某礦床屬于受火山結構控制的陸項次火山斑巖型銅鉬礦床。礦帶為一長環形,長軸長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°,南北兩個轉折端處均內傾,傾角60°,北礦段環形中部有寬達900m左右的無礦核部,南礦段環形中部無礦核部寬150~850m。礦體沿走向、傾向均具有分枝復合、膨脹收縮,礦體上部覆蓋層薄,平均厚度25m,且多處出露地表。
經統計分析:銅、鉬品位服從三參數對數正態分布。用克里格法分別對銅、鉬礦體進行估值,依據Sichel變換公式,完成三參數對數反算。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
按照礦山實測數據,礦體比重與銅、鉬品位具有相關性,對不同品位分別進行比重賦值。比重賦值結果保存于塊體屬性sg中。
Surpac露天境界優化模塊,可選用浮動圓錐及LG圖論法作為優化算法,以塊體模型為基礎,通過技術經濟分析,綜合判斷塊體模型中任意塊的開采價值,形成價值塊體模型。以價值塊體模型為核心,軟件會以最大凈現值為目標,自動解算出滿足當前技術經濟及幾何約束條件下的最優開采境界??梢宰C明LG圖論法是一種全局最優算法,境界優化的結果可靠性完全依賴于技術經濟參數選取的合理性、準確性。鑒于目前主流的三維礦業軟件平臺都選用幾乎相同的優化算法,對于同一個價值塊體模型用相同的優化參數進行計算,所獲得的優化結果理論上應該是一致的,這一點在本研究中也得到了驗證。
某銅鉬礦為典型的低品位多金屬礦床,境界優化研究與單金屬礦床有明顯區別。在Surpac境界優化器中,選擇以質量為單位進行優化更為靈活、實用。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境界優化器的參數需求。value表示單位質量塊體被單獨開采出來的凈價值,value=∑收入-∑支出。應用塊體模型屬性運算功能,對塊體模型凈值屬性進行賦值運算。在Surpac境界優化器中調入地表約束及底部限制,再輸入優化計算參數和優化結果輸出參數,就可以進行境界優化計算了。
露天礦的一個特點是:隨著采深的增加,運輸成本、邊坡維護成本、排水成本等都會提高。為此,本研究將考慮隨采深增加運輸成本提高與不考慮采深影響做了對比。選取臺階高度成本調整幅度,為每下降10m·t礦(巖)生產成本增加0.16元。境界優化結果表明,該因素會對采剝總量產生20%左右的影響,這種影響不容忽視。鑒于某銅鉬礦計劃上馬皮帶運輸系統,將減少采深增加對成本的影響,具體運行效果如何有待時間考驗。本研究各優化方案,暫不考慮臺階下降成本變動對最終境界的影響。
境界優化的主要技術經濟參數,如表1所示。
由于當前有色金屬市場價格變幻莫測,而價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、銅鉬分離工藝在實際生產中還遠未達到設計指標,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。多方案比對的結果如圖6所示。
表1 主要技術經濟參數
圖6 所有優化方案比較圖
優化后,不同的技術經濟參數會得到不同的所謂“最優采坑”。以“最優采坑”DTM文件為約束,可以報告境界內的礦巖量、金屬量、平均品位、剝采比、NPV等,依據報告生成金屬量及平均品位隨標高變化圖、礦巖量及剝采比隨標高變化圖等,并作進一步分析。經計算,推薦境界內礦巖總量為: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%。優化及設計結果如圖7、圖8、圖9 所示,金屬量、礦巖量、平均品位、剝采比隨標高變化情況如圖10、圖11所示。
圖7 最優采坑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高變化圖
圖11 礦巖量及剝采比隨標高變化圖
此外,可以在“最優采坑”的DTM文件基礎上,進行露天礦設計。為了避免產生尖角,考慮最小轉彎半徑、最小底寬、設計運輸道路、平臺等等因素,設計文件與DTM文件會產生礦巖量差異,這種差異在本礦山在8%左右。
某礦是特大型低品位銅、鉬多金屬礦床,對其進行多開采境界比較研究,具有十分重要的意義。應用 Surpac軟件能夠快速做出多組不同條件下的境界優化方案比較,為尋求最優方案提供更多選擇?;谌S礦業軟件平臺的境界優化,突破了固有的思維模式,改變了傳統的優化設計方式,為礦山進行科學決策提供了可靠的技術手段和依據。
影響境界圈定的因素很多,其中既有市場因素也有技術因素。對某礦來講,不確定性較大的因素有:鉬選礦回收率、鉬價格、銅價格、采選綜合成本等。鉬選礦回收率、鉬價格因素是變化范圍較大的兩個最主要因素,建議礦山加強相關研究,盡量消除不確定因素,使境界圈定更為科學合理。
本研究得到的優化露天境界,都是在一定技術經濟約束下的靜態結果。優化所選用的經濟參數和技術條件可靠程度,直接影響境界優化結果的準確性。在實際生產中,技術經濟參數與設計參數必然存在一定的差異,在某些技術經濟參數與優化采用的參數相差較大時,應考慮重新進行境界優化。
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