铜多金属矿山露天开采境界优化研究

蔡欢|文

本文作者通过自己在中国西部某铜多金属矿(含铜、钼、铅、锌、金、银六种金属元素)的实际矿山境界优化的经验，总结出了对于铜多金属矿山露天境界优化的一般原则，研究步骤和注意要点。

露天开采境界直接关系到露天采矿是否合理，资源利用率的高低及露天开采的盈利空间。本文作者通过自己在中国西部某铜多金属矿的实实际矿山境界优化的经验，总结出了对于铜多金属矿山露境界优化的一般原则，研究和步骤和注意要点。

矿山露天境界优化原则

目前，矿山开采的露天境界优化主要有两种目标，它们分别是：最大化资源量和最大化经济效益。

最大化资源量目的是为了尽量在优化时圈定更多的资源量，因为一个较大的矿体通常意味着较大的经济价值和采矿规模。然而，一个较大的矿体是否真正带来财务利润和市场价值，是需要进一步分析和研究的。对于一个给定的矿体，尤其是当需要制定一个优化的剥离、采矿和选矿方案时，最大化经济可采的矿石量和最大化经济价值还是有重大区别的。一般来说，最大化资源量在选厂能力一定时可延长矿山寿命，从延长就业、增加资源补偿税等方面具有积极作用，但是因为延长矿山寿命带来的环境及安全方面的问题，则是具有负面影响的。其次，通过最大化资源量来增加矿山寿命是否产生经济价值也是值得讨论的问题。主要原因有：第一，随着矿坑的增加，虽然资源量在增加，但是剥离量也同时在增加，增加部分的资源量产生的价值会因剥离量增加而导致的成本增长趋向边际化。因此为了增加的边际价值来扩大开采规模，在最大化经济价值上并不一定可行。第二，当在矿山的开采过程中考虑时间因素时，因矿坑增大而增加的资源量产生的边际价值在折现系数的影响下，资源量产生的价值小于废石剥离产生的成本。第三，如果矿山追加了新的资本投入，这样会导致矿山开采边界效益的减少，从而需相应的调整开采的资源量。

因为，最大化资源量和最大化经济效益有时候是矛盾的。通常，对于企业来说，采用最大化经济效益是矿坑优化的最重要目的。当然，如果在经济不好的时候，最大化资源量则是必要的，通过较大的资源规模来延长矿山服务年限，这样当经济好转的时候，还有足够的资源量可以保证矿山盈利。

铜多金属矿露天境界优化分析

多金属矿山露天境界优化比单金属矿山要复杂很多，主要是多金属矿石的分类问题。这里作者以中国西部某铜多金属矿为例，采用Gemcom-Whittle软件阐述及分析了露天矿坑优化的。此铜多金属矿含六重金属元素，分别是铜、钼、铅、锌、金和银，并伴随不同程度的氧化。已建立的块体模型中，块体尺寸为25米、25米和5米，包含了各金属元素品位、氧化率、密度等基本参数。

首先，确定六种金属能够形成的矿石类型，从而可以进入不同的选矿流程进行回收。通过分析研究，整个矿山的矿石可分为两种类型：铜钼矿石和铜铅锌矿石。对于铜钼矿石来说，矿石里面的铜钼金银能够回收，但是铅锌不能回收。对于铜铅锌矿石来说，铜铅锌金银可以回收，但是钼不能回收。

第二，统计矿山境界优化所需要的各种参数。成本参数方面主要包括：露天采矿成本、露天剥离成本、选矿成本、管理费用、销售成本、各金属的资源补偿税等；金属价格方面需要获得未来5年到10年各金属的平均预测价格；铜钼矿石中各金属元素的选矿回收率和铜铅锌矿石中各种金属元素的回收率；铜钼矿石和铜铅锌矿石中各金属销售的折扣系数；采矿方面还包括：矿坑的最终边坡角，贫化损失率等。

第三，判断块体模型块体的矿石类型和并赋值。对块体模型中的每一个块体，如何判断其是铜钼矿石还是铜铅锌矿石，需要引进一个数值叫做：净熔炼受益(NSR)。它表示出售的矿产品生产出来金属所得的每股净收入。因此，当块体进入铜钼选矿流程产生的净熔炼受益大于其进入铜铅锌选矿流程产生的净熔炼受益时，此块体可被划分为铜钼矿石，反之为铜铅锌矿石。计算公式如下：

铜钼矿 石(NSR)=∑(金属品位*金属价格*金属选矿回收率*销售折扣系数)*(1+贫化率)*(1-损失率)*(1-资源补偿税)-铜钼矿石选矿成本(铜、钼、金、银)

铜铅锌矿石(NSR)=∑(金属品位*金属价格*金属选矿回收率*销售折扣系数)*(1+贫化率)*(1-损失率)*(1-资源补偿税)-铜铅锌矿石选矿成本(铜、铅、锌、金、银)

第四，在whittle中进行矿坑境界优化时，设定好最终边坡角、采矿成本、选矿成本、销售成本及矿石年处理能力后，采用10％的折现率对矿山境界进行优化。按照不同的收益系数来表示价格变化时可采矿坑的变化情况，收益系数的变化区间是按照长期预测金属价格的30％开始，每隔2％，一直达到长期预测金属价格100％。如图一所示：横坐标上从1到36分别代表价格变化的区间；柱状图表示不同价格下所形成矿坑中矿石量(黄色)和废石量(灰色)；线状图表示不同价格下不同矿坑所能够产生的最大NPV(蓝色线条)和最小NPV(红色线条)。其中，产生最大NPV和最小NPV的原因是露天采剥的方法和顺序不同。理论上认为最大的NPV是按照不同价格下矿坑的顺序进行开采的，最小NPV是按照台阶的上下顺序开采的。同时从图中可以看出，境界36可以获得最大的资源量和最大NPV中的最大值；境界22比境界36少20％的资源量，但是却获得最小NPV中的最大值。

图1 不同价格下矿坑及NPV

图2 分期开采下不同矿坑NPV

第五，根据矿山自身的开采方案，确定最终境界。按照矿坑顺序开采虽然在理论上可以获得最大的NPV，但是在实际开采过程中是不实际的；按照台阶顺序开采在实际中是可行的，但是所获得的项目价值确实最小的。因次，引入分期开采，结合矿坑开采顺序和台阶开采顺序，从来用来确定最优矿坑。如图二所示，将矿坑分三期开采，绿线表示的就是专属开采计划后，每个矿坑能够获得的NPV。矿坑境界22的NPV最大，因此选定矿坑境界22为最优矿坑。和图一相比，同为境界22，资源量没有变化，但是NPV增加了2.5％。

第六，定义露天开采边界品位。在露天采矿中，常用到两个边界品位，分别为：盈亏平衡边界品位和生产边界品位。其中盈亏平衡边界品位需用盈亏平衡成本计算，生产边界品位需用全成本计算。盈亏平衡成本为除去采剥成本外所有成本之和。具体计算公式如下：

盈亏平衡边界品位=盈亏平衡成本*(1+贫化率)/金属价格*回收率*计价系数*(1+贫化率)*(1- 损失率)*(1-资源补偿税)

开采边界品位=(盈亏平衡成本+采剥成本)*(1+贫化率)/金属价格*回收率*计价系数*(1+贫化率)*(1-损失率)*(1-资源补偿税)

一般来说，在露天开采过程中，采出的矿石需按照不同的品位区间进行堆存。达到开采边界品位以上的矿石可进选厂进行回收，盈亏平衡品位和开采边界品位之间的矿石应堆存处理，待到矿山服务年限结束了，集中处理回收。

以上所述为多金属矿山优化的一般原则及研究要点，由于每个矿山都有各自特性化的开采模式和成本构成，需个性化分析及优化。最后，当经济形势发生变化或者矿山生产成本及其他参数改变时，正在开采的矿山需重新开展矿坑境界优化研究，尤从而及时调整生产境界，不浪费资源，同时也达到利润的最大化。