矿床地质模型在德兴铜矿边际品位优化的应用

李毅

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴市334224)

矿床地质模型在德兴铜矿边际品位优化的应用

李毅

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴市334224)

德兴铜矿以Minesight矿业软件为平台，应用地质统计学理论和方法，建立了铜厂矿床的地质模型，在此基础上对铜厂矿床边际品位进行了优化计算，优化结果保证了矿产资源的最优化利用。

矿床地质模型;边际品位;Minesight;铜厂矿床

矿床品位指标是在当前技术经济条件下矿床能达到工业开采所规定的品位标准，是影响矿产资源的利用率和矿山企业经济效益的主要指标［1］。目前我国普遍使用双指标体系(边界品位与最低工业品位)来圈定矿体，造成了大量矿产资源被丢弃［2］。为了适应矿山发展的需要和提升企业经济效益，德兴铜矿通过跟踪国内外矿山开采新技术，开始采用边际品位对矿山进行动态的生产管理，取得了较好的经济和社会效益。边际品位是按经济学上“收支平衡”的原则计算出来的、在经济上不赔不盈的品位，反映了矿床品位指标的经济性和法律性，比较于我国普遍使用双指标体系能够显著提高矿产资源的利用率［3］。由于边际品位计算过程复杂，在实际应用中受到一定限制。

矿床地质模型是矿床属性在空间分布上的数字描述。利用矿床地质模型可以直观、快速的完成矿床储量估算和品位估值，是矿床境界优化、边际品位确定等一系列矿山生产科学管理的基础。为此，德兴铜矿以Mintek公司的Minesight矿业软件为平台，应用地质统计学理论与方法，结合矿区成矿地质特征和开采实际情况建立了矿体模型，在此基础上优化了边际品位，实现了矿山动态储量管理和经济分析。

1 矿区地质特征

德兴铜矿铜厂矿床属特大型斑岩铜矿床，矿体主要产于花岗闪长斑岩主岩体接触带两侧的强、中蚀变带内，倾向310°，倾角30°～50°。矿体规模巨大，形态完整，矿化连续性好，矿体与围岩没有明显的界线。矿石易采易选，含铜品位低，品位变化均匀(品位变化系数40%～65%);矿石中主要伴生有益组分为金，伴生金产值占总产值的1/6～1/5，综合利用价值极高。经过多年的地质勘探和露天开采，德兴铜矿对矿床的地质特征认识更加接近实际，为矿床地质模型的建立奠定了坚实基础。

2 建模的基础数据资料

Minesight矿业软件是国际上通行的矿山规划与设计软件，目前已被世界上多家矿山所采用［4］。Minesight矿业软件具有很强的实用性和出众的三维图形功能，主要功能是矿床地质模型建立、边际品位分析等等。该软件建立矿床地质模型需要的基础数据资料有3类。

2.1 钻孔数据和品位正规化

本次建模采用的钻孔数据有:1950年代的地质勘探钻孔数据222个;1970年代的地质补充勘探钻孔数据69个;1988～1999年的金银补充勘探钻孔数据194个;2000～2005年的生产补勘钻孔数据48个。将总计533个钻孔数据按国际标准整理为孔口数据、测斜数据、品位数据、地质岩性数据4种类型。由于1950年代的地质勘探钻孔数据没有金品位数据，因此，此类钻孔金品位数据按背景值处理。

由于钻孔的岩心样品长度不一样，为进行品位估算和计算变异函数，按开采台阶高度(15m)将样品品位进行组合，得到的平均品位为该长度的点样品品位的正规化品位。组合计算按单样品位与其岩矿芯长加权平均而得，并预先进行了测斜处理。按照此方法，建立了钻孔Cu、Au元素的品位数据库。

2.2 地形地表数据和模型范围

对于露天矿山建模而言，现状地形是基础和依据。本次建模采用2008年末露采地形现状图和三期开采设计境界图作为地形数据，模型范围东西向从68000m到73400m，南北向从9000m到13500 m，高程从365m到－400m。

2.3 其他指标数据

经过研究，本次建模矿石体重取值2.70t/m3，废石体重取值2.65t/m3。

3 地质统计学分析

地质统计学理论认为，一种矿化现象可以用“区域化变量”空间分布来表示，区域化变量空间的变异性可以用变异函数来表征，它既考虑到地质变量的随机性，同时也充分反映了它们的空间相关性。地质统计学能提供在无偏条件下达到估计方差的极小估计值，而且这种估计是最优的和无偏的，因此具有传统地质学方法所无可比拟的优越性［5］。

3.1 矿区铜与金品位的分布特征

铜厂矿区除了铜以外，还有很多伴生元素，根据变量在空间的变化规律、元素的价值大小等因素，结合成矿地质特征和开采实际情况，确定铜、金品位为区域化变量。因此，对铜、金组合样数据进行统计分析，研究品位数据的分布规律，为矿体模型的品位分析提供依据。

通过相关性分析可以发现，在铜［0，1］和金［0，2］之间铜品位和金品位是正相关的。

由于铜厂矿体矿化连续性好，铜品位变化系数为40%～65%，因此，建模过程中对铜品位特高值不进行处理。而金由于其特高值一部分存在于夹石中，可以通过矿体边界对矿域进行限制，作为伴生元素的金品位特高值也不进行处理，

3.2 变异函数拟合

铜、金品位变异函数按以下公式计算。

式中，滞后距为h时，N(h)参加实验变异函数计算的样品个数;Z为区域化变量在空间点上的品位值。

由于铜厂矿区地质特征简单，矿体形态单一，因此采用品位对矿化边界限制矿化域的方法进行变异函数的拟合(见表1和表2)。

3.3 几点规定

针对铜厂矿区斑岩和围岩(千枚岩)的岩石性质，分别计算各蚀变带、各岩性的m2/δ2值，发现其都是相接近的;另外，分别计算斑岩和千枚岩的变异函数，其值相差不大，因此，不同岩性在矿体模型中可以合并使用。

矿床中存在的3个采空区的在模型建立过程中作为废石处理。

表2 金变异函数模型拟合结果

4 矿体模型的建立

4.1 台阶矿体的圈定

根据钻孔品位，以0.25%品位边界圈定矿化域，按15m段高分成的台阶平面，根据已掌握的地质情况，从365m台阶至－400m台阶依次圈出台阶面的矿化区域(见图1)，并把各台阶面的矿化域相连形成矿体(见图2)。

图1365 ～－400m台阶矿体线

图2365 ～－400m台阶矿体

4.2 中心孤岛处理

“中心孤岛”是矿体中东部一个不具备开采价值的台体。台阶矿体矿化域的圈定只是对台阶矿体边界进行了限定，对存在于矿区内部的“中心孤岛”没有进行空间形态和大小的限定。由于“中心孤岛”的夹石带在空间上具有连续性，在建模过程中将孤岛单独圈出之后，通过赋值将其从矿体中剔除(见图3)。

图3 孤岛的空间分布形态

4.3 克立格法模型估值

估值计算是为了在计算矿量前对模型矿块品位进行计算。采用克立格法对模型估值。考虑到电铲作业的效率和勘探网度，被估块段的尺寸确定为30 m×30m×15m。按照规定的模型范围，对铜和金采用不同的估值邻域进行品位估值，最少样品数2个，最多样品数30个，用克里格法计算铜、金元素品位。

4.4 建模效果

通过矿床地质模型和开采实际对比发现，该模型基本上反映了矿体的形态和特征，利用模型计算出的矿石量、铜品位和金品位接近开采实际，为采矿计划编制、品位控制等工作奠定了基础。

5 边际品位优化

2010年，德兴铜矿依托建立的矿床地质模型，优化了矿床开采区域的边际品位，取得了很好的经济效益。

5.1 综合品位概念

铜厂矿床是个多金属矿床，为了全面评价矿床的经济价值，引进综合品位的概念，把主要组分的品位与折算后的伴生组分品位相加即为综合品位，计算公式为:

式中:a综——矿石综合品位;

a主——矿石中主元素品位;

ai——矿石中伴生元素品位;

ki——矿石中伴生元素的换算系数。

根据铜厂矿床的成矿地质特征和开采实际情况，将铜作为主要组分，伴生元素只考虑金元素，折算起点定为:Cu0.15%、Au0.08g/t。根据经营溢利法计算金品位折算系数为0.33%。

5.2 计划开采区矿量品位计算

矿量、品位估算一直是边际品位的优化难点，矿体模型的建立，可以便捷、高质量地估算各个作业区品位和矿量，为边际品位实际应用奠定了基础。以建立的矿床地质模型为基础，以边际品位0.025%为组距分别统计矿量和平均铜、金、综合品位。通过对2010年度计划作业区各级品位矿量、平均品位的统计得出:综合品位为0.4%～0.2%，每降0.025%，矿石量增加200～230万t;铜品位降低0.013%～0.014%，金的品位降低0.008%左右。

5.3 开采区边际品位优化

开采区边际品位的优化就是在当前的技术条件下，以取得最大经济效益为前提，科学合理地确定最低工业品位指标。根据盈亏平衡原则，得到边际品位经济效益计算公式:

式中，mi为i边际品位吨矿矿石总利润，a铜、a金分别是铜、金品位，a铜差、a金差分别是铜、金采选品位差，λ铜、λ金分别是吨矿铜、金矿山产值，d矿、d剥分别是矿石量、剥离量，c采、c选、c其分别是吨矿出矿、选矿、其它可变成本，g采、g选、g其分别是吨矿出矿、选矿、其它固定成本。

按上述公式分别计算各综合边际品位圈入的矿石所能获得的产品产量成本和总利润，根据计算结果绘制了品位－利润关系曲线，见图4。

图4 边际品位－利润变化曲线

从图4可看出，在当前的技术经济和品位分布条件下，0.225%为临界边际品位，采用0.225%边际品位资源利用率高，所获得的利润最高。

6 结论

国外矿山的应用经验表明，矿山企业效益的80%在于矿山规划工作［6］。因此，立足现实，及时利用新理论、新技术手段，改进矿山生产工艺，是矿业公司走可持续发展之道的重要举措。德兴铜矿通过建立矿床地质模型，进行矿山科学管理工作，取得了投资少、见效快，风险小的效果，为国内其他矿山公司提供了借鉴。

［1］刘宗贵，李晓华，唐贤高.边际品位在攀钢铁矿山的应用探讨［J］.攀枝花科技与信息，2000，25(2):29－34.

［2］朱国山.德兴铜矿表外矿的综合利用［J］.金属矿山，1998，259(1):45－47.

［3］李国清，胡乃联，宋鑫.多金属矿床边际品位优化与应用［J］.北京科技大学学报，2010，32(9):1107－1112.

［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，(4):1－5.

［5］侯景儒，黄竞先.地质统计学及其在矿产储量计算中的应用［M］.北京:地质出版社，1982.

［6］高祥.应用Minesight软件优化露天矿山开采规划与设计［J］.矿冶，2000，9(2):10－14.

2011－04－26)

李毅(1974－)，男，江西宁都人，工程师，主要从事采矿现场管理与技术指导工作，Emai:myliyi191@sohu.com。