地下矿多步骤回采中长期计划编制探究*

戚克明，刘晓明，李冬洁

(1.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东 烟台市 261400；2.长沙迪迈数码科技股份有限公司，湖南 长沙 410083)

0 引言

地下矿山中长期计划的编制是一个复杂的过程，尤其是多步骤采矿工艺。目前，国内外针对地下矿中长期采矿计划编制研究，主要利用信息管理与信息系统、实分析、矩阵论、随机过程、离散数学和计算机科学技术作为基础理论，同时通过三维地质模型进行采矿计划决策，在满足约束条件的前提下，实现效益最大化。如JAWED[1]通过线性规划法来确定矿块和矿柱回采时间，编制矿山中长期计划，MAGDA[2]将投资成本、收益以及时间成本相结合，运用矿体几何模型、项目进度及开拓成本来最大化净现值，实现开拓计划的优化，贾明涛等[3−4]从地下金属矿山生产能力和回采工序安全两方面，确定矿山的中长期计划，云庆夏等[5]通过遗传算法制定宏观的地下金属矿采掘计划，之后通过数学规划对计划进行调整，实现地下金属矿的采掘进度优化。

上述研究成果并不适用多步骤采矿工艺，未考虑一步骤采场与二步骤采场之间的约束关系，以及矿山出矿品位的相对均衡。基于以上问题，本文借助iSchedule生产计划编制软件进行探究。

1 iSchedule基本原理及使用流程

1.1 iSchedule生产计划编制软件基本原理

iSchedule生产计划编制软件是建立在Postgres网络数据库、Dimine三维软件技术之上的三维仿真系统。服务于地下矿山采掘计划编制业务的一款矿业软件。主要功能模块有：基础数据准备、基本任务的建立、短期采掘计划、中长期采掘计划、计划调整、报表输出、计划动画展示、计划的下发和反馈等。

其中中长期采矿计划编制功能采用CPLEX整数规划技术，选取回采过程中各元素回采金属量净现值之和最大以及各元素回采品位和目标品位偏差值之和最小为2项主要目标构成目标函数，同一个矿块中一步骤和二步骤采场不能同时开采为决策变量[6−14]，以矿山的计划矿量、回采逻辑、同时开采分段等为约束条件。计划编制流程如图1所示。

1.2 iSchedule生产计划编制软件基本流程

使用iSchedule生产计划软件编制地下矿山的计划，主要包括四个基本步骤，计划编制流程图如图1所示。

（1）基础数据准备。通过dimine软件，对采场进行划分，标记一步骤和二步骤采场，定义多步骤采矿的基本工序，确定采场的施工设备以及设备的基本能力；确定计划编制的时间周期。

（2）确定目标与约束。对于特殊的采场，如需要优先开采的采场，可以人为添加优先级、施工队伍等基本信息，以确定采场的生产能力，矿山的年计划生产矿量以及计划出矿品位等基础信息。

图1 iSchedule计划编制流程

（3）计划编制与调整。通过iSchedule生产计划软件提供的中长期计划编制功能，编制规定时间周期内的计划，并对编制的结果进行人工调整，包括数量和顺序的调整。

（4）成果输出。根据已经编制的计划，用户可以通过iSchedule生产计划软件查看开采动画，直观了解实际的开采过程，并根据实际效果进行调整。用户可以由编制好的计划导出各类报表，如各个时期的三级矿量报表、计划衔接表、矿山出矿量表等。

2 工程实例

2.1 基础数据

赞比亚谦比希铜矿矿区呈北西-南东走向，长约150 km，宽约50 km。矿体按走向分为主西矿体和东南矿体两个矿山，其中主西矿体已经在正常生产，年产矿石150万t，东南矿体目前正在基建，设计年生产能力是330万t。主要的技术经济指标铜最低工业品位为1.35%，矿床平均品位为2.00%，最小可采厚度为2.50m。采用下向分层进路充填法，分两步骤回采，分层高度24m，其中主要生产工序包括上分层切顶、中深孔爆破、下分层出矿、充填[15−18]。

2.2 中长期计划编制

（1）创建矿体三维模型以及块段模型。中色非矿东南矿体采用Dimine软件建立三维矿体模型以及块段模型，以单样品位Cu 0.8%为边界品位，同时考虑工艺的可能性圈定矿化体，采用距离反比法、不同估值半径对铜、铬进行估值，估值椭球体与坐标轴方向相同，采用矿石平均品位为2.8t/m3。矿体模型以及块段模型如图2所示。

图2 中色非矿东南矿体矿体模型及块段模型

（2）盘区以及采场的布置。综合考虑矿体的赋存状态、矿山的设备情况以及地压管理等因素，中色非矿东南矿体采用分段高度24m，每200m划分一个盘区，盘区内部划分成若干个采场，采场宽度为9m，开采过程中先开采一步骤采场，如图3所示，图中绿色为一步骤采场，红色为二步骤采场。盘区的施工工艺为：首先对一步骤采场进行回采，回采完成后立即对空区进行充填，充填体达到一定强度后，再进行二步骤回采。

图3 中色非矿东南矿体盘区布置（局部）

（3）计划编制。根据iSchedule生产计划软件编制中长期计划的基本要求，计划编制前，首先对一步骤采场和二步骤采场进行标记。输入计划编制必要的条件，如，采场生产能力（1000t/d）、年计划矿量（200万t/a）、计划出矿品位等，考虑到生产管理因素，需要输入可选约束条件，如，同一时间最多开采的采场数目、同一时间最多开采的分段、采场可以跨越的分段数目等。相关参数优化如图4所示。

图4 采矿计划优化参数

2.3 结果分析

iSchedule生产计划软件编制的采矿计划如图5所示。

（1）采场衔接关系分析。从计划编制结果图表可以得出，各个采场之间计划衔接紧密，同时开采的采场数目始终保持在5个，部分采场衔接的月份会大于5个，属于月份内部的衔接，对计划量并未影响。

（2）盘区内部两步骤不能同时开采分析。从图表可以看出，计划周期内不存在同一个盘区一步骤和二步骤同时生产的计划。如732-4盘区，二步骤回采时间是2020年1月—4月，充填时间是2020年4月—5月，一步骤采场回采时间是2020年8月—11月，充填时间是11月—12月，不存在交叉作业现象。

（3）总矿量分析。本次计划编制回采矿量为200万t，允许波动区间10%，即计划矿量在180万t～220万t都是合理的，采用iSchedule软件编制计划总矿量为186.67万t，计划编制结果合理。

（4）品位波动。本次计划编制设置的计划品位为1.4，允许波动区间为10%，即计划品位在1.26～1.54范围内都是合理的，品位波动情况如图6所示。分析图6可以看出，计划周期内，最大品位为1.62，最小品位为1.19，根据计划编制总矿量和单月平均品位计算全年平均品位为1.467，品位符合计划编制的要求。

图5 中色非矿东南矿体2020年采矿计划

图6 品位波动曲线

3 结语

（1）采用Dimine建立三维矿体模型和块段模型，同时与iSchedule生产计划软件相结合，在编制多步骤采矿计划过程中，能够快速准确地编制中长期采矿计划，编制计划不仅能够满足矿山生产的需要，还可以实现配矿的目的，为矿山持续生产提供科学依据。

（2）采用iSchedule生产计划软件编制矿山采掘计划，能够节省人力成本，减少计划编制人员的时间投入。