露天矿多目标生产配矿的Minesched应用

陈丽华

（紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭364200）

配矿，亦称矿石质量中和，指通过对原矿的品级、矿石质量、矿岩属性、矿石性质进行单一目标或者多目标的混合搭配，以期达到下游选厂入选的品级和质量要求。配矿要综合考虑运输路径、运输距离、运输效率、铲装效率等因素，通常以矿石品级偏差最小、矿石质量偏差最小、运输成本最小、均衡剥采比、矿石的综合经济效益最大化为目标［1-4］，最终形成最优短期或者长期的矿石配比和运输计划。露天矿山配矿主要有采场直接配矿、储矿堆配矿及选厂二次配矿等几种形式。

露天采场多目标配矿，目前常见的理论建模方法有多目标线性规划［5］、模糊线性规划［6］、0-1整数规划［7］、非线性回归分析［8］、基于质量控制的UM模型［9］、基于免疫克隆的选择算法［10］、多伦粒子群算法［11］、多目标遗传算法［12］以及BP神经网络算法［13］等，再采用相关的解算软件进行求解。目标配矿虽然方法众多，但其理论模型和适用条件具有局限性，同时，由于各矿山数字化水平不一、开采方式和要求不同，国内能够成熟且广泛应用的商业程序较少［14-15］。Minesched软件是Geovia公司旗下一款能够根据产能和质量等目标进行长期、短期计划编制的软件。能够根据用户需求，进行多供矿点、多卸矿点、多条件约束下快速求解目标参数，并输出详细的报表及二维、三维进度动画。本研究以紫金山金铜矿为例，利用Minsched软件进行生产配矿的应用分析。

1 工程概况

紫金山金铜矿为特大型有色金属矿床，全矿设计采矿能力为4 410万t/a。目前采场最高标高+1 012 m，设计最低标高+100 m，终了高差达912 m。由于特殊的山体形式，采场利用陡帮开采技术，采用自卸汽车+溜井+有轨电机车的运输方式。采场内共设卸矿溜井19条，在用溜井12条，其中铜矿溜井9条，金矿溜井3条。铜矿溜井在地下+330 m处互通，金矿溜井在+520 m处互通，铜矿溜井按照使用类型又细分铜矿湿法厂、铜矿第一选矿厂、铜矿第二选矿厂和铜矿第三选矿厂溜井。每个选厂对矿石的入选品位和质量要求不同，采场内每天具有可铲装的爆堆总数在100个左右，可同时作业的平台数20个以上，每班作业铲装设备40～45台，运输设备200～250辆。紫金山金铜矿采场规模大，矿岩性质复杂，作业爆堆分散，作业平台和设备多，选厂入选要求严格，使得生产配矿更加复杂和困难。目前矿山采用人工配矿及设备调度的管理方式存在入选品位波动大、车辆调配不均衡、作业设备平凡调动等诸多问题，急需采用更为先进和科学有效的生产配矿管理方式。

2 目标配矿实际应用

紫金山金铜矿于2013年开始引进Surpac软件，目前已经建立了整个矿山的数字地质模型，同时，根据炮孔岩粉取样数据，再返回到Surpac软件中进行二次圈矿和估值，从而获得每一个爆堆准确、详细的矿岩分布及品位数据。利用Surpac提供的矿岩报告来指导生产，进行溜井配矿工作。根据选厂的选矿工艺水平，在保证矿石质量要求的前提下，要求矿石入选品位变动幅度≤10%，同时，还要考虑配矿过程中每个爆堆与溜井的距离、铲装、运输设备配置。

2.1 数据准备

选取采场内15个爆堆，分散在采场四周，每个爆堆详细参数见表1。紫金山金铜矿出矿类型根据金、铜品位的不同，划分为5种类型，分别为金矿（Au）、高品位铜矿（HCu）、中品位铜矿（MCu）、低品位铜矿（LCu）以及废石（Waste）。15个爆堆合计采剥总量16.48万m3，铜矿矿量16.67万t，平均品位0.354%，金矿矿量1.39万t，平均品位0.318 g/t，废石质量15.84万t，平均剥采比0.564 t/t。

根据现场实测炮孔坐标及Surpac二次圈矿估值结果，建立爆堆三维实体模型，并建立约束条件，如图1。

2.2 场所及运移参数设置

针对短期配矿计划排产，需要将逐个爆堆单独建立场所（如图2），并为每一个爆堆内每一种矿岩属性指定可能的运输路线。采场内分为高铜溜井（由于高铜溜井相距距离较近，简化为1个卸矿点）、低铜溜井（2个）、金矿溜井（2个），比如，爆堆568B62，该爆堆含HCu（高铜）、LCu（低铜）、Waste（废石）、MCu（中铜）4种矿岩属性（如图3），则其可能的运输路线为HCu、MCu去往高铜溜井，LCu去往最近的低铜溜井，Waste去往排土场。低铜溜井运输到铜矿湿法厂，高铜溜井运输到铜矿第一、第二、第三选矿厂，金矿运输到金矿选厂。

确定场所并设定好所有场所的物料运移后，设置每个爆堆为台阶开采方式，方向为无，块体尺寸为3 m×3 m×3 m。

2.3 运输路线及铲装设备能力

在Surpac中绘制每一个爆堆的可能运输路线，该路线用于软件在优化配矿时考虑运输距离，选取的15个爆堆中，每个爆堆均有4条路线，共计可能的路线有60条。路线文件中，包含了路线的所有点位信息、高差、总长度、坡度、该路段的空车运行速度、重车运行速度等信息。设置汽车型号为宇通重工，载质量50 t，作业效率75%，装车时间5 min，卸矿时间5 min，运输路线见表2及图4。

对每一个爆堆的出矿和排渣路线设定后，需要添加铲装设备的作业能力，挖机对铜矿石的日处理能力为35 000 t/d，采场日总采剥能力为50 000 t/d。另外，可根据实际情况，进行特定先后顺序的设定和空间关系的设定，如某个爆堆会堵路，需要优先安排通路，或者几个爆堆之间需要先铲装前面一个，后面一个才能铲装，则可以设置其优先级为最大，以数字1～100进行优先级排序，数字越小，级别越高。同理，在各种平等的目标条件下，也可以通过优先级别的设定，在无法满足所有目标条件的情况下，优先满足级别高的目标。

2.4 品级及质量要求

根据选取的爆堆，列举一组配矿目标值带入模型，进一步验证模型的有效性和可行性，即设置铜矿湿法厂日处理矿量10 000 t，入选品位0.3%，铜矿浮选厂（铜一、铜二、铜三）合计日处理矿量5 000 t，入选品位0.46%，金矿选厂日处理矿量1 500 t，入选品位0.319 g/t。同时，对采场的最小平盘宽度、最大平盘宽度、作业周期等参数进行设置。在Minesched中，选厂的生产能力一旦设定后，运输到选厂的矿石即不可能超过选厂能处理的能力，但如果设备的采矿能力大于选厂的处理能力，则多余的矿石会储存在溜井系统中，通过限定溜井系统最大存储能力来控制溜井中可储存矿量的多少。通常，在雨季时节，溜井需要保持低位运行，此时溜井的存储能力应该设置为0，而在晴好天气下，溜井可以保持满井运行，最大存储能力可以设定为整个井筒的体积值。

2.5 配矿效果

根据设定的参数、路线和目标，应用软件进行优化计算，得到每一周期最优的配矿计划及设备配比计划，如表3、表4所示。在前面7个周期内，除了金矿选厂在第一、第二周期的品位值稍有波动外，其他各选厂预计入选的矿量和品位均满足配矿目标要求，采剥总量也基本保持在设定的最大采剥能力50 000 t左右。同时，可将Minesched配矿模型模拟出的配矿周期信息写入到Surpac地质模型中，进行进一步的分析，如图5所示。

3 应用效果及结论

紫金山金铜矿利用Minesched软件建立生产配矿模型进行配矿，显示了Minesched软件进行多目标生产配矿的可行性和优越性。利用Minesched进行生产配矿，可以根据各矿山实际需求进行条件约束，方式灵活，适用性广。同时，其求解效率高，可视化程度高，能够三维、实时、动态显示每一周期开采顺序、作业设备配备，及时预估入选矿量及品位，能够有效地指导生产实际，提高现场调度管理效率。其突出特点主要有以下几点：

（1）可以建立爆堆三维实体，以单个爆堆为基本场所进行独立设置，可以直观地显示每一个爆堆所在的位置及其包含的矿岩性质、质量、体积、品位等详细参数，同时，还可以设定爆堆铲装的方向、作业面宽度等，能够根据现场实际灵活调整其作业顺序。

（2）在Minesched中，相较于其他配矿计算方法，地不仅能够考虑运输路线的距离，还能够综合考虑运输设备运载能力、运输路线上空车、重车运行的速度、车辆运输效率等，更为贴合实际。

（3）在爆堆（场所）的参数设定中，可以有针对性地选择爆堆的铲装方向及开采顺序，对各爆堆之间的逻辑关系、空间关系进行调整。

（4）能够根据用户自定义的报告格式生成模板文件，对项目中的参数更新后或者重新设置后，仍然可以按照标准格式进行报告输出，并生成每一期末的实体模型、实体线串、DTM表面及动画文件，同时可以将计划排产的周期编号数据加载到地质模型中，方便在Surpac中进行数据的进一步处理。

但在运用Minesched进行短期爆堆的配矿计划时，前期需要建立足够准确的地质数据库及炮孔数据库，对技术人员的专业能力要求较高。同时，随着爆堆矿岩量的消耗和更新，需要人工重新建立相关的爆堆场所，Minesched 9.1版本暂时还不支持自动更新，有待进一步改进。