一种露天矿开采境界优化方法

王玉珏，李建雄，薛希龙

(中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

一种露天矿开采境界优化方法

王玉珏，李建雄，薛希龙

(中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

露天开采境界决定着露天矿的采剥总量、生产能力及开采年限，而且影响着矿床开拓方法的选择、地面总平面布置以及运输干线的设置等，从而直接影响整个矿床开采的经济效果。结合某金矿的露天境界设计，应用DIMINE软件对开采境界实行优化，并分析了随着成本和市场的变化对经济效益的影响。这种露天矿开采境界优化方法对露天矿的开采设计有一定的借鉴意义。

露天矿山;境界优化;实体模型;经济效果

0 前言

在露天矿设计中，传统手工确定境界的方法很难得到经济合理的境界。这是因为:手工圈定境界时，矿石品位取矿体的平均值，没有考虑品位的变化和不同部位由于品位高低所可能负担不同的剥采比［1］。如果某水平的矿石品位低于平均值，则原定的境界剥采比就会偏大;地质勘探剖面图不一定垂直矿体走向，按这样的剖面图圈定境界会发生偏差，且一般会偏大。

本文以国外某金矿为对象，以DIMINE软件为工具，以矿山地质资料为依据，以采矿成本、选矿成本、边界品位、产品价格等参数为约束，通过计算得到最经济合理的露天矿境界，最后以实体模型显示结果。

1 境界优化实例

1.1 矿区概况

某矿矿区海拔65～420 m，高差340 m，地势四周低中间高。矿区地层岩性主要有凝灰质千枚岩、千枚岩、砂质板岩夹少量碳质千枚岩、凝灰岩、灰岩等。矿区地层片理发育，有揉皱现象。矿体倾角30°左右，走向NE10°，倾向东。地表还见有矿化角砾岩，角砾主要由凝灰岩、破碎的石英团块及钙质千枚岩组成，胶结物为铁锰质。

1.2 应用DIMINE优化境界

DIMINE软件是中南大学开发的一种数字化矿山软件系统，在国内处于领先水平。其露天矿境界优化功能是在满足一系列几何约束和经济参数的情况下，得到开采总价值最多时的最终开采境界。具体步骤如下。

(1)收集钻孔数据，建立地质数据库。通过矿山提供的钻孔资料(包括钻孔的坐标、测斜、孔深和倾角，样品品位和岩性)，将其整理成Excel格式导入DIMINE软件，校验后形成地质数据库。

(2)建立矿体实体模型。用Auto CAD打开矿山提供的勘探线剖面图，通过一个基准点坐标把各个勘探线剖面图上的矿体轮廓线导入到DIMINE软件，然后通过软件的“连线框”功能，选用“最小周长法”和“最小面积法”两种方式将各个矿体轮廓线连成矿体模型，如图1所示。

图1 矿体模型

(3)台阶组合。根据创建好的地质数据库，按照台阶长度对样品进行组合，并进行特高品位值处理。为了确保估值的准确性，用样品的平均品位代替特高品位［2］。

(4)创建块段模型和估值。块段建模是品位估算及储量计算的基础。在三维空间以一定的尺寸(10 m×10 m×10 m)将矿床划分为众多的单元块，然后根据已知样品估算各单元块的品位，并依此计算储量。

(5)创建地表模型。建立地表模型是为了更直接的展现矿区和矿体之间的位置关系。利用矿山提供的地形图，通过DIMINE软件创建地表模型，具体过程是:在CAD中，提取地形图中的等高线载入DIMINE中，并保存;修整线文件，避免出现重线、断线、结点过多和线不闭合等情况;使用软件中“梯度赋高程”功能将每一根等高线与原始地形图对照赋予相应的高程;把等高线生成DTM文件，完成地表的创建［3］，如图2 所示。

图2 地表模型

(6)境界优化。DIMINE软件提供了露天矿境界优化功能，通过块段模型、地表模型、矿体模型，并输入开采成本、剥离成本、贫化率、帮坡角等经济和工程参数(见表1)，采用LG法优化生成一个露天境界壳，如图3所示。

表1 输入参数

图3 露天境界壳

(7)形成露天坑。根据已经形成的露天境界壳确定露天坑的底部。露天坑的底部宽度不能小于开段沟宽度，最小宽度要依据采装、运输的设备规格以及线路布置来确定。首先，在优化境界壳的底部切出轮廓，圈定底部采场。如图4所示，在轮廓线上一点选择“道路开口”后再选择“扩展平台”，重复以上过程几次形成多个台阶，然后选择“形成DTM模型”，结果如图5所示，对形成的露天坑与地表进行布尔运算，最后生成矿山设计图。

图4 底部采场

图5 DTM模型

1.3 绘制露天矿场开采终了平面图

露天矿场深部各台阶坡面在平面图上都是闭合的，而处在地表以上的各台阶的坡面则不能闭合。因此在绘制地表以上各台阶的坡面时，应特别注意使末端与相同标高的地形等高线密接。

1.4 方案比较

计算财务净现值NPV(net present value)，NPV是把所有预期的未来现金流入与流出都折算成现值，以计算一个项目预期的净货币收益与损失，净现值越大越好，这意味着项目的收益会超过资本成本，即将资本进行其它投资的潜在收益。这种方法是根据市场价格的变化，以企业最关心的收益为基准来确定露天开采的最佳境界。而随着市场的变化，财务净现值NPV最大的境界也会发生变化［4］。

表2是某矿山根据市场的变化，改变成本、边界品位、帮坡脚等参数优化的13个经济境界，根据NPV最大的原则确定方案1为最优的境界。

表2 境界优化方案的比较

2 结语

设计最终境界一般情况下是在矿山投产以前完成的，但是最终境界则在矿山开采很多年后形成的。在市场经济的条件下，由于市场行情的变化、科技的进步等，产品销售价格及生产成本在矿山开采的时期内会发生较大的变化。因此，在矿山投产前所设计的最优的境界方案，在矿山开采一定时间后有可能不再是最优的方案，甚至可能是经济上不合理的方案。鉴于此，在可行性研究和初步设计时，往往要针对不同的成本和产品价格做出多个境界方案，用以分析最终境界随这些参数变化的敏感度。同时，在矿山开采的过程中，每隔几年用当时的经济技术参数对最终境界进行重新优化是非常必要的。

［1］ 杨万根.金属矿床露天开采［M］.北京:冶金工业出版社，1998.

［2］ 李 德，曾庆田，吴东旭，等.基于三维可视化技术的露天境界优化研究［J］.金属矿山，2008，(4):103－108.

［3］ 蒋 权，陈建宏，杨海洋.基于DIMINE软件系统的露天矿境界优化研究［J］.金属矿山，2010，(9):13－17.

［4］ 周紫辉.浅谈采矿系统软件Minesight在露天境界设计中的应用［J］.有色冶金设计与研究，2006，27(4):43－45.

2011－04－15)

王玉珏(1985－)，男，山东淄博人，硕士研究生，主要从事采矿工程技术研究，Email:wyj0501@163.com。