露天开采境界局部优化研究

袁睿栋,邹智斌,杨新锋,黄 敏

(1.长沙迪迈数码科技股份有限公司, 湖南 长沙 410083;2.江西铜业集团七宝山矿业有限公司,江西 宜春市 231500;3.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410012)

0 前 言

露天矿开采境界优化是露天矿山设计的重要环节,是露天矿山生产经营决策的重要依据。境界优化计算与分析是一项复杂的系统工程,需要综合考虑矿山资源状况、开采技术条件、矿产品销售价格、开采及选冶成本等多类复杂因素。基于二维图形的人工计算方法很难准确地系统性考虑上述复杂因素的影响[1]。随着计算机技术的发展及矿业软件功能的日益完善,使露天境界优化设计工作从依靠经验、定性分析向计算分析、定量分析的方向发展,使露天境界优化工作变得快速且高效[2]。基于三维可视化品位模型、技术经济条件和露天境界优化相结合的方法已逐步在露天矿山设计阶段得到广泛应用,如技术经济参数集与净现值方案NPV结果选优,参数影响率和敏感性分析等。

矿山开采过程是受资源状况、市场价格、开采技术、开采成本、选冶工艺、开采范围等多因素制约的动态采剥过程。作为露天矿的开采境界也不能一次定终身,要及时调整优化,以适应当前技术经济条件,提高矿山开采经济效益[3]。生产阶段的境界优化研究较设计阶段的影响因素更多、更复杂,因此矿山需定期、不定期地根据外部影响因素开展露天境界的计算、调整和优化研究,指导原有设计方案的修改、开采计划编制及日常生产管理,以提升开采计划和日常生产组织的准确性、可靠性和合理性。

七宝山铅锌矿是一个沉积后热液叠加的层控矿床,主要矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿及黄铁矿。矿体严格受地层层位控制,走向长1275 m,水平宽约250 m,呈似层状和规则透镜状产出。矿体厚度、品位变化大,矿石类型复杂。矿山先后经过四次境界优化研究,最近一次开采设计方案提出于145～105台阶局部地段保留“假山”,以减少剥离量,降低采矿成本。本次研究主要采用DIMINE数字化矿山软件对155 m标高以下开采开展境界优化研究。

1 境界优化数据

境界优化数据包括矿床模型及技术经济参数等。

1.1 构建三维可视化矿床模型

开展三维可视化露天境界优化是以三维矿床模型和现状地表模型为基础。因此,在境界优化前,建立地质数据库、矿床模型、现状地表模型、矿床品位模型,如图1所示。

1.2 工业指标优化

随着生产技术、管理水平的提高以及铅、锌、铜等金属价格的上涨,为充分利用矿产资源,根据矿山近几年实际测算的剥离排弃成本、选矿成本及原矿运输成本,并结合近4年铅、锌、硫精矿平均销售单价应用“盈亏平衡品位计算”方法对现有最低入选品位进行测算[4]。所选用参数如下：

(1)铅、锌、硫精矿每吨平均销售单价分别为5837.50,5175.40,122.14 元 ;

(2)回收率：铅63%,锌85%,硫65%;

(3)精矿品位：铅50%,锌47%,硫38%。

经计算,最低入选原矿品位指标见表1。

图1 矿山三维地质模型

表1 矿石最低入选品位指标

1.3 技术经济参数的选取

采选技术经济相关参数主要来源于矿山近几年实际生产指标。将近3年铅、锌、铜、硫金属等主产品金属价格的平均值作为未来市场价格的预估。主要优化参数见表2。

表2 露天境界优化参数

1.4 边坡控制参数的确定

依据已完成的岩石力学研究工作,并结合矿岩与矿区水文气象条件,参照矿山边坡现状,确定不同部位露天采场最终边坡角：方位0°～45°范围内受尾矿库影响,边坡角选定30°。45°～210°范围内边坡角40°,210°～360°范围内边坡角42°,如图2所示。

图2 采场范围内边坡角定义

2 开采境界优化

2.1 底部约束面

考虑到采场东南部195 m以上台阶处理方案未定,暂时推进困难,因而本次研究重点针对原开采设计155 m台阶以下进行局部优化,修正部分设计,以期减少剥离量,增加可采矿量,从而延长矿山服务年限和降低生产成本。

为满足局部优化计算要求,将原设计境界的155 m台阶底线外推至105 m标高,并与原设计境界、地表现状模型进行布尔运算,生成境界优化底部约束DTM面。

2.2 境界优化计算

应用DIMINE数字矿山软件中露天矿境界优化功能,调用赋值后的矿块品位模型,结合采矿成本、剥离成本、贫化率、损失率、复垦成本、销售成本等技术经济参数,将矿块品位模型转换为价值模型。块的净价值是根据块中所含目标元素的品位、开采与处理中各道工序的成本及产品价格计算得出[5]。

结合设定边坡角、约束DTM底面等约束条件,采用LG法优化生成一个露天坑,优化结果为当前开采技术经济条件下实现利润最大化的开采境界。

2.3 开采境界设计优化

以优化境界壳为基础,提取各台阶境界线,作为下一个台阶坡顶线的基准界限,应用露天设计功能对原设计进行优化处理。

为保证155 m台阶以上境界不变动和台阶上、下开拓系统良好衔接,境界设计中采取自上而下,并向内扩展台阶的方式进行最终台阶线的设计,同时兼具考虑每个台阶的安全平台或清扫平台宽度。最终,155 m以下露天开采境界优化情况如图3所示。

图3 155 m以下优化后露天开采境界

2.4 优化结果分析

155 m标高以下境界优化前后技术经济对比分析见表3。由表3可知,155 m标高以下开采境界优化设计较原设计方案净增矿石量3.32万t,其中单铜矿减少0.77万t,铅锌矿、钴矿以及黄铁矿等净增4.08万t,剥离量增加79.68万t,净盈利1040万元。

表3 155 m标高以下境界优化前后技术经济对比

局部修改设计后,对境界内实际可利用资源量进行统计,截止至2017年12月底,新设计现有境界内155 m标高以下实际可利用保有资源量约为108.37万t(平均品位为Pb：1.40%,Zn：2.41%,Cu：0.25%,S：6.19%,EQZn：4.23%;金属 量 为：Pb：15134 t,Zn：26072 t,Cu：2744 t,S：67049 t,EQZn：45863 t)。设计境界内155 m标高以下实际可利用保有资源量约为105.06万t(平均品位为Pb：1.37%,Zn：2.35%,Cu：0.27%,S：6.09%,EQZn：4.20%;金属量 为：Pb：14445 t,Zn：24684 t,Cu：2817 t,S：63970 t,EQZn：44091 t)。本次设计净增矿量3.32万t,净增金属量为：Pb：689 t,Zn：1388 t,Cu：－74 t,S：3078 t,EQZn：1772 t。

3 结 论

设计阶段的开采境界更侧重于从宏观层面辅助决策,但矿山在开采过程中,其境界范围往往受征地进度、设施、外围探矿、采矿证等各类复杂因素的制约。在生产现状与当前生产技术条件基础上,开展局部开采境界优化研究,可指导矿山实际生产,对矿山决策、计划编制等具有十分重要的意义。

本次是在七宝山铅锌矿三维地质模型基础上,结合矿山生产现状约束,按现有技术经济条件,对155 m台阶以下局部境界和设计进行优化,主要结论如下：

(1)合理准确的地表现状模型、矿山地质资源模型是露天矿境界优化的基础。复杂多金属矿露天境界优化特别需要合理确定技术经济指标和参数。

(2)155 m标高以下开采境界优化设计较原设计方案,净增矿石量3.32万t,剥离量增加79.68万t,净盈利1040万元。

(3)局部开采境界优化因所用约束条件和技术经济参数更接近于当前生产,所以优化结果较设计阶段更利于指导矿山生产过程中的生产决策、计划编制、开采方案等,并取得了较大的经济和社会效益。

(4)在局部开采境界优化研究时,应考虑与整体开拓系统相衔接,建议采用“自上而下、向内扩展”的方式。