某铜钼矿开采境界优化研究

张延凯，胡乃联，徐国伟，赵晓杰

(1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083;2.中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 新巴尔虎右旗 021400)

露天矿最终境界直接影响矿山规模、投资、生产效益、服务年限、开拓运输布置等众多方面。因此，境界优化是露天矿设计的重要环节，是矿山企业生产经营决策的重要依据。露天矿境界优化,要统筹考虑矿山资源赋存状况、开采技术条件、矿产品销售价格、矿石开采及处理成本等多种复杂因素[1]。

传统手工圈定露天开采境界的方法,实质上是一种试错法，工作量大、精度低，基本难以实现境界最优化的目标[2]。国内外学者对露天境界优化理论和方法进行了深入研究，提出了多种优化算法，目前应用最为广泛的是LG图论法及浮动圆锥法[3-5]。基于三维矿业软件平台，以价值块体模型为核心，以边坡角及地表为几何约束，应用先进的优化算法，可以快速、准确地完成露天矿开采境界优化[6-8]。目前，主流的境界优化流程如图1所示。本研究按此思路，以Surpac软件为工具，对某铜钼矿开采境界优化进行探讨。

1 矿区概况

某铜钼矿位于内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎右旗境内，属特大型低品位多金属矿床，是中国黄金集团公司重点建设项目。

1.1 地形地貌

本区为低山丘陵区，山势走向北东，一般标高为750m；最高889.3m，最低为650.7m。一般相对高差150m左右，山势平缓、地形开阔。北矿段山脊呈半环形，北东高，南西低，南西为半环形开口处，具有明显的构造剥蚀地貌特征。矿区地形如图2所示。

图2 地表地形及勘探线图

1.2 矿体赋存特征

某矿床属于受火山结构控制的陆项次火山斑岩型铜钼矿床。矿带为一长环形，长轴长2600m，短轴宽1350m，走向50°左右，总体倾向北西，倾角从东向西由85°渐变成75°，南北两个转折端处均内倾，倾角60°，北矿段环形中部有宽达900m左右的无矿核部，南矿段环形中部无矿核部宽150～850m。矿体沿走向、倾向均具有分枝复合、膨胀收缩，矿体上部覆盖层薄，平均厚度25m，且多处出露地表。

1.3 品位分布规律

经统计分析：铜、钼品位服从三参数对数正态分布。用克里格法分别对铜、钼矿体进行估值，依据Sichel变换公式，完成三参数对数反算。反算后的值保存于块体属性Cu、Mo中。铜、钼品位的空间分布情况。如图4、图5所示。

图3 矿体实体模型及钻孔综合图

图4 铜品位空间分布示意图

图5 钼品位空间分布图

按照矿山实测数据，矿体比重与铜、钼品位具有相关性，对不同品位分别进行比重赋值。比重赋值结果保存于块体属性sg中。

2 技术经济及优化参数选取

Surpac露天境界优化模块，可选用浮动圆锥及LG图论法作为优化算法，以块体模型为基础，通过技术经济分析，综合判断块体模型中任意块的开采价值，形成价值块体模型。以价值块体模型为核心，软件会以最大净现值为目标，自动解算出满足当前技术经济及几何约束条件下的最优开采境界。可以证明LG图论法是一种全局最优算法，境界优化的结果可靠性完全依赖于技术经济参数选取的合理性、准确性。鉴于目前主流的三维矿业软件平台都选用几乎相同的优化算法，对于同一个价值块体模型用相同的优化参数进行计算，所获得的优化结果理论上应该是一致的，这一点在本研究中也得到了验证。

某铜钼矿为典型的低品位多金属矿床，境界优化研究与单金属矿床有明显区别。在Surpac境界优化器中，选择以质量为单位进行优化更为灵活、实用。块体模型包括铜、钼品位、比重属性，还需在块体模型中新建净值属性(value)以满足Surpac境界优化器的参数需求。value表示单位质量块体被单独开采出来的净价值，value=∑收入-∑支出。应用块体模型属性运算功能，对块体模型净值属性进行赋值运算。在Surpac境界优化器中调入地表约束及底部限制，再输入优化计算参数和优化结果输出参数，就可以进行境界优化计算了。

露天矿的一个特点是：随着采深的增加，运输成本、边坡维护成本、排水成本等都会提高。为此，本研究将考虑随采深增加运输成本提高与不考虑采深影响做了对比。选取台阶高度成本调整幅度，为每下降10m·t矿(岩)生产成本增加0.16元。境界优化结果表明，该因素会对采剥总量产生20％左右的影响，这种影响不容忽视。鉴于某铜钼矿计划上马皮带运输系统，将减少采深增加对成本的影响，具体运行效果如何有待时间考验。本研究各优化方案,暂不考虑台阶下降成本变动对最终境界的影响。

境界优化的主要技术经济参数,如表1所示。

由于当前有色金属市场价格变幻莫测，而价格因素又是影响境界的最敏感因素，因此本研究按照不同价格做了八组方案比较研究。此外，某矿铜钼混选、铜钼分离工艺在实际生产中还远未达到设计指标，钼的选矿回收率存在较大不确定性，为此本研究按照不同的钼选矿回收率又做了八组方案比较研究。多方案比对的结果如图6所示。

表1 主要技术经济参数

图6 所有优化方案比较图

3 境界优化结果及分析

优化后，不同的技术经济参数会得到不同的所谓“最优采坑”。以“最优采坑”DTM文件为约束,可以报告境界内的矿岩量、金属量、平均品位、剥采比、NPV等，依据报告生成金属量及平均品位随标高变化图、矿岩量及剥采比随标高变化图等，并作进一步分析。经计算，推荐境界内矿岩总量为：25亿t，其中矿石量：11.5亿t，境界剥采比为：1.174，铜矿石平均品位0.204％，钼矿石平均品位0.0334％。优化及设计结果如图7、图8、图9 所示，金属量、矿岩量、平均品位、剥采比随标高变化情况如图10、图11所示。

图7 最优采坑DTM文件三维图

图8 最终境界及矿山工程框图

图9 最终境界及矿山工程三维图

图10 金属量及平均品位随标高变化图

图11 矿岩量及剥采比随标高变化图

此外，可以在“最优采坑”的DTM文件基础上,进行露天矿设计。为了避免产生尖角，考虑最小转弯半径、最小底宽、设计运输道路、平台等等因素，设计文件与DTM文件会产生矿岩量差异，这种差异在本矿山在8％左右。

4 结论

某矿是特大型低品位铜、钼多金属矿床，对其进行多开采境界比较研究,具有十分重要的意义。应用 Surpac软件能够快速做出多组不同条件下的境界优化方案比较，为寻求最优方案提供更多选择。基于三维矿业软件平台的境界优化,突破了固有的思维模式，改变了传统的优化设计方式，为矿山进行科学决策提供了可靠的技术手段和依据。

影响境界圈定的因素很多，其中既有市场因素也有技术因素。对某矿来讲，不确定性较大的因素有：钼选矿回收率、钼价格、铜价格、采选综合成本等。钼选矿回收率、钼价格因素是变化范围较大的两个最主要因素，建议矿山加强相关研究，尽量消除不确定因素，使境界圈定更为科学合理。

本研究得到的优化露天境界,都是在一定技术经济约束下的静态结果。优化所选用的经济参数和技术条件可靠程度,直接影响境界优化结果的准确性。在实际生产中，技术经济参数与设计参数必然存在一定的差异，在某些技术经济参数与优化采用的参数相差较大时，应考虑重新进行境界优化。

[1]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，2008，382(4)：103-108.

[2]谭锐，陈爱明，瞿金志.矿业软件在露天境界优化中的运用[J].有色金属设计，2010，37(2)：1-8.

[3]杨彪，廖江南，吴秀琼，等.大型复杂露天矿山开采境界动态优化技术研究[J].工程设计与研究，2009(12):1-6.

[4]黄俊歆，王李管，毕林，等.改进的露天境界优化几何约束模型及其应用[J].重庆大学学报，2010，33(12)：78-83.

[5]顾晓薇，葛舒，范立军，等.贾家堡铁矿露天开采境界优化实践[J].金属矿山,2010，405(3):6-7.

[6]万昌林,刘亮明,高祥,等.大型露天矿山资源估算与开采境界优化研究—以西藏驱龙铜矿为例[J].金属矿山，2010，403(1):41-44.

[7]王华.矿体模型在富家坞境界优化中的应用[J].采矿技术，2011，11(4)：47-50.

[8]王杰，汪为平，李家泉.白云鄂博东介勒格勒矿区境界优化[J].金属矿山,2011,417(3):35-37.