敖包锌矿矿山动态最优边界品位研究

邵尼华，潘 懿，阮琰文

(1.中国有色金属建设股份有限公司， 北京 100029；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

0 前 言

边界品位的确定贯穿矿山企业的开采全周期。在矿山基建期，一般根据经验选定一个合理的边界品位，以求最好的预期经济效益；矿山投产后，市场经济环境不断变化，矿产品价格涨跌循环，为实现企业利润最大化，也需要不断优化边界品位。

边界品位的确定是一个复杂的工程经济和管理决策问题，涉及多种因素，主要包含矿产资源赋存状况、采矿、选矿、冶炼、运输成本组成、市场销售价格等。在多种影响因素下，边界品位与各种因素间并不是简单的函数关系，其取值直接影响矿石开采储量及平均品位，间接决定了矿山的生产能力和服务年限；同时边界品位的选取还影响到矿体圈定的空间形态，从而决定矿山采矿方法及回采顺序选择。

另外，影响边界品位的各因素之间也相互影响，如矿山生产规模又直接决定企业的生产成本，生产规模越大，对应成本越低。因此，想要精确确定最优边界品位理论上十分困难，需要不断迭代计算进行综合确定。因而在实际边界品位确定过程中，假定一定的时间段内，各影响因素相对独立，以最大盈利为目标，计算选取边界品位。敖包锌矿边界品位沿用由前苏联国家矿产储量委员会审查并由蒙古地质储量委员会于 1980年批准的工业指标：最低边界品位Zn 3%，最低工业品位Zn 6%。

1 矿山三维地质模型建立

随着科学技术的进步，信息化已经成为社会发展的必然趋势。矿山要想运用当今的高科技手段进行矿山生产的数字化和信息化，就必须完善矿山的数字化和信息化系统，即建立一般意义上的数字化矿山。三维可视化是矿山数字化基础应用，可以直观反映出矿区矿体和开采总体布置彼此之间的三维空间关系。通过把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和加工，为矿山建立了一个较完善的地理信息系统，为矿山建立三维虚拟现实模型, 在三维可视化、采矿设计、地质统计、矿产储量动态化管理、安全预警系统的建立与数值模拟的耦合、矿山生产管理与经营决策优化等方面均有较大的指导意义。

矿山最优边界品位的圈定，不仅与市场价格、生产成本有直接关系，与矿山地质储量分布、剥采比均存在密不可分的关系。为科学分析敖包锌矿最优边界品位，首先应建立矿山三维地质模型，通过对不同品位约束得到矿石量与边界品位的相关关系，为最优边界品位计算提供依据[1-5]。

收集了矿山已有原始地质资料，包含矿山地质平剖面图、设计境界、地表地形图、钻孔岩芯样品段化验数据等，采用DIMINE数字矿山软件系统建立了矿山三维地质可视化模型及数据库资料，部分建模资料如图1、图2所示。

图1 敖包锌矿三维地质模型

图2 品位大于3%以上矿体块段模型

2 最优边界品位的确定

矿山企业的生产过程，在技术经济分析时，采出矿石经济价值高于它开采、加工所付出的费用才可开采，即地下储存的矿产资源采或不采，主要取决于它的价值。往往矿石品位直接决定其开采价值，因此矿山最优边界品位确定极为重要。目前，用于矿山计算边界品位的主要计算方法为盈亏平衡法与最大现值法。

为精确计算敖包锌矿最优边界品位，使计算结果更贴近实际，达到盈利最大化，通过敖包锌矿矿体分布状况、露天境界等参数建立了实际盈利函数用于计算最优边界品位。具体步骤如下：

（1）坑内可采矿量圈定。利用最终露天坑境界、估值后的整个块段模型、露天坑现状图、矿体模型进行组合约束。

（2）拟合矿石量与品位的相关关系。统计现状露天坑下面不同边界品位区间的矿石量与总的废石量、平均品位、金属量与露天坑下整个矿量与废石量之和，并最终拟合出矿石量、平均品位与边界品位的函数关系式，如图3、图4所示。

（3）编制符合矿山实际情况的盈利函数。通过对矿山采、选、运输、销售、冶炼等各工序成本进行统计分析，编制贴合矿山实际的盈利函数：

图3 整体平均品位与矿石量

图4 整体平均品位与边界品位

式中，Qm为矿石量，t；g为平均品位，%；j为精矿金属量价格，美元/t；μ为选矿回收率，%；m为矿石开采成本，美元/t；Q-Qm为废石量，t；m1为废石开采成本，美元/t；x为选矿成本，美元/t；x1为销售成本，美元/t；y为运输成本，美元/t；y1为冶炼成本，美元/t；q为其它成本，美元/t。

（4）最优边界品位计算。将矿石量、平均品位与边界品位的函数关系代入盈利函数，计算矿山最优边界品位[6-10]。

3 最优边界品位分析软件开发及应用

人工利用盈利函数过程十分繁琐，且易出错。为此，采用VB程序编制敖包锌矿最优边界品位计算软件，并通过迭代计算得出敖包锌矿最优边界品位。

针对边界品位计算中所涉及到的参数较多，计算过程复杂、繁琐、低效、易出错的特点。编制软件简洁明了，通过输入采选成本、回收率、品位及矿产品价格可直接计算出最优边界品位，部分软件界面如图5所示。

图5 部分软件界面

软件内置敖包锌矿盈利函数，可直接输入矿山各项成本组成及实时市场价格，并结合不同矿山开采阶段品位与矿石量的相关关系，求解当时的最优边界品位。软件设计界面友好，操作简单，便于现场技术人员进行动态品位分析与应用。

在矿山生产过程中，随着市场经济环境的变化，矿产品的价格上升或者下降，也需要不断的调整边界品位，实现利润最大化。根据近年来国际锌价的浮动情况，采用所开发的软件计算出敖包锌矿最优边界品位为1.53%，并通过现场论证分析，最终将矿山边界品位由3.0%调整为1.53%，在原有基础上增加矿石量614295.36 t，金属量14894.75 t，延长了矿山服务年限，提升了矿山整体经济效益。

4 结 论

（1）建立了矿山三维地质模型，得出了矿石量、平均品位与边界品位的相关关系，为最优边界品位计算提供了可靠的依据。

（2）开展了矿山动态边界品位研究，针对国际合作矿山成本构成复杂，采用传统的盈亏平衡法或最大现值法计算边界品位无法满足矿山需求的问题，充分分析了敖包锌矿成本构成，提出了适用于矿山的盈利函数。

（3）开发了一套矿山特有的最优边界品位分析软件，将边界品位从3.0%调整为1.53%，增加矿石量614295.36 t，金属量14894.75 t，经济效益达21354万元。有效增加了矿山可采矿量，间接提升了矿山效益。