某大型多金属露天矿开采规划研究*

永学艳，齐 炎，陈振超

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西 南昌 330031）

1 引言

露天矿的开采规划是一个系统工程，需综合考虑露天开采境界、供矿规模、资源类型、开采顺序和生产能力等因素，制定出技术上可行、经济上合理的资源开发方案[1-2］。

近年来，国内外学者在露天矿采矿规划方面做出了诸多研究，杨彪等[3］基于经济时间序列和矿岩动态经济指标，得到露天矿开采境界动态优化方法，最终确定了矿山经济开采的最优境界。邵必林等[4］针对传统贴现法存在的不足，改进了以钼矿为案例的价值模型，对边界品位、储量估算、矿山服务年限的波动进行量化，提高矿业投资和规划的准确性。Caccetta L[5］针对大型露天矿运营管理复杂而艰巨的工程问题，提出在矿床整个生命周期内确定最佳生产计划的思路，借助一种用于生产调度的混合整数线性规划模型指导矿山开采管理。

本文根据某铜钴矿工程案例，分析矿床赋存状态及开采技术条件，最终确定采用露天开采方式。同时，采用三维矿业软件MineSight对该矿进行露天境界优化与研究，为矿山制定科学的开采规划提供支撑。

2 资源概况

2.1 矿体分布

矿区包括8个矿体，矿体之间距离较近，自西向东依次为：JA、CW、CE、JE、FW、FE、JC和JW。其中，JE矿体厚度大，矿量多，铜、钴品位高，是矿区的主要矿体。各矿体形态如图1所示。

图1 矿体形态俯视图

2.2 地质资源

基于地质勘探成果及相关资料数据建立了矿体三维块段地质模型，模型内探明和控制级别的资源量为12241万t，推断资源量为7645万t，推断资源中约5942万t为硫化矿，占比77.7%。矿石类型总体上分为4类，按赋存标高由上往下依次为高氧化率矿、中氧化率矿、混合矿和硫化矿。区内资源量统计结果见表1。

表1 矿区资源量一览表（EqTCu=TCu+4*TCo）

该铜钴矿位于刚果（金）Kansuki断裂带上，该矿资源禀赋条件好，矿体分布相对集中，具体表现在资源量大、品位高。区内矿石根据氧化程度可划分为高氧化率矿、中氧化率矿、混合矿和硫化矿四种类型，合计资源量约1.99亿t（其中硫化矿1.13亿t）。高氧化率矿石品位优势明显，远高于其他三种矿石，其次为中氧化矿石、硫化矿和混合矿石。四种矿石中，高氧化率矿石和中氧化率矿石位于矿体上部，然后向下逐渐过渡为混合矿和硫化矿，矿体下部基本为硫化矿。高氧化率矿石、中氧化率矿石勘探程度较高，混合矿的勘探程度次之，其探明+控制级别资源占三种矿石资源总量的80.1%；硫化矿勘探程度偏低，探明+控制资源级别占硫化矿资源总量的47.6%。矿区内6个矿体赋存位置相对集中，从东往西覆盖层由厚变薄，位于东部的JE矿体覆盖层稍厚，为主要矿体。总体来看，各矿体埋藏不深。区内水源较充足，交通便利。矿区地下水较为丰富，目前采用疏干排水孔方式提前降低采区地下水位。环境地质条件较好。从资源角度来看，适合先开采上部氧化矿和混合矿。硫化矿的资源量最大，超过了上述三种矿石资源量之和，但其赋存位置较深，目前勘探程度稍低，可作为远景规划。

3 境界优化及圈定

3.1 境界优化

境界优化是在三维矿床地质模型基础上，依据拟采用的采、选、冶工艺，选取合理的技术经济参数，按照净现值最大化原则，得出理论上最优的露天开采境界[3］。因硫化矿的勘探程度低，推断资源占比大，拟安排后期作为接续资源，一期露天境界的开采对象暂不考虑硫化矿。结合相关资料和同类型矿山运营经验，拟定境界优化技术经济参数，如表2所示。根据边坡研究报告，采场岩石的黏土层、风化层和未风化层3个分区的边坡参数分别取24°、35°和45°。

表2 境界优化技术经济参数

根据三维块段地质模型、矿区地形图、技术经济参数和边坡参数，采用MINTEC公司的MineSight软件开展露天境界优化工作[4］，软件使用LG法，根据不同的产品价格计算，产生了15个境界，15个计算境界的矿岩量及净现值指标如表3所示。

表3 一期露天境界矿岩量及净现值指标

由表3可知，15个境界的净现值呈先增加后减小的变化规律。其中，6号境界的净现值最大。此外，15个境界中矿石量依次增加了1000万t，废石量依次增加了2000万t，剥采比从5.56 t/t增加到8.59 t/t，净现值增加了52650万元。总体上，增幅不明显。主要原因是高氧化率矿、中氧化率矿和混合矿品位均较高，在较低的价格水平下，境界内可采矿量可达到较高水平。因此，确定6号境界为一期露天最优境界。

3.2 露天境界圈定

一期露天境界圈定以6号露天境界为基础，结合采场周边厂址布置：选厂粗碎站位于采场东北部，废石场位于采场南边及东南面，配矿堆场紧邻原矿堆场。另外，考虑境界周围地形条件（北高南低、西高东低），本着顺向运输，尽量减少运输距离的原则，本设计将矿石出入沟口设在采场东北角，废石出入沟口设置在采场南面，结合边坡要求及拟定设备尺寸参数，圈定境界的参数如表4所示。

表4 一期露天境界圈定参数表

根据上述参数对6号最优境界进行了圈定。露天境界矿石出入沟口标高为1305m，废石出入沟口标高为1290m，坑底标高为1065m，最高开采标高为1335m，封闭圈标高为1290m。境界上口尺寸：3360m×1480m。一期露天境界的圈定见图2。

图2 一期露天境界三维视图

高氧化矿、中氧化矿、混合矿和硫化矿的开采截止品位分别为 EQTCu=2.35%、EQTCu=1.80%、EQTCu=1.64%、EQTCu=1.40%，对圈定的一期露天境界进行统计，境界内矿岩量如表5所示。可采矿量达6645万t，废石量约4.4亿t，平均剥采比为6.63 t/t。

表5 一期露天境界（圈定后）内矿岩量

除一期露天境界外，本文还考虑了深部硫化矿开发利用的最终开采境界，由于篇幅关系没有列出境界优化和圈定的过程，为科学制定开采规划，对圈定的露天终了境界矿岩量进行了统计，详见表6所示。

表6 露天终了境界（圈定后）内矿岩量

表6中矿石量为露天终了境界内截止品位以上的探明+控制+推断资源，未来补充勘探对资源升级后，按目前的技术经济水平评估，矿区内可采矿量占全区资源量的92%，矿石采出率极高，平均剥采比为6.93t/t。

4 开采规划分析

一期露天境界是以探明+控制级别的氧化矿、混合矿为开采对象实施境界优化和圈定的，考虑了资源勘探程度。圈定的一期露天境界内实际上包含了四种矿石：高氧化率矿石、中氧化率矿石、混合矿和硫化矿，四种矿石合计为6645.03万t，境界内包含的开采截止品位以上的推断资源量有668万t，暂计入废石。露天终了境界则是暂不考虑资源勘探程度，以境界内全部探明+控制+推断资源为开采对象进行优化和圈定，以此估计矿区内全部资源的开采前景。露天终了境界预计可采资源量为18245.03万t，也分别包含了高氧化率矿石、中氧化率矿石、混合矿和硫化矿石。一期露天境界与露天终了境界平面位置、典型剖面位置分别见图3、图4。

图3 一期境界与终了境界平面位置

图4 一期境界与终了境界某典型剖面位置

由图3和图4可知，一期境界位于终了境界内部，大部分氧化矿、混合矿都已包含在一期境界内，两个境界之间主要是硫化矿，少部分是混合矿，极少部分是氧化矿（高氧化率矿和中氧化率矿）。也就是说，未来从一期境界扩展至终了境界，主要是开采矿区深部的硫化矿石。当矿区内资源全部升级至探明+控制级别资源后，由一期境界扩帮开采至终了境界，预计可增加高氧化率矿量54.52万t，增加中氧化率矿量387.38万t，增加混合矿量为1157.91万t，增加硫化矿量9333.52万t，合计增加10933.33万t。

一期境界内可采矿量为6645万t，主要赋存于1260～1080m标高，单台阶15m平均赋矿量达到502万t，根据《有色金属采矿设计规范》（GB 50771－2012）对凹陷露天矿山年下降速度18～30m的规定，如多矿体同时开采时，矿山的生产规模可达602万t/a。另根据企业对产品产量为铜金属15.5万t/a，钴金属5.5万t/a的要求，并保证各年产品产量相对均衡，统筹兼顾各类型矿石的出矿顺序、选冶工艺及设施、回收率等因素，综合考虑认为495万t/a规模较为合适。一期境界内可采矿量按照495万t/a生产规模，预计可服务13.4 a。一期境界的内矿石选冶工艺为：高氧化率矿、中氧化率矿采用硫化矿浮选+全尾搅浸工艺；混合矿采用先浮选硫化矿后浮选氧化矿+强磁选工艺，产出硫化铜钴精矿、氧化铜钴精矿和钴精矿，硫化铜钴精矿先焙烧再搅浸，氧化铜钴精矿和钴精矿直接搅浸。

终了境界中可采资源量达1.8亿t，与一期境界相比，虽剥采比数值较为接近，但铜、钴品位均低于一期境界且服务年限过长。本着效益优先、滚动发展的资源开发模式，推荐分两步进行：先开采一期境界，获得先期效益，资金回笼后再考虑对矿区深部资源的开发。终了境界减去一期境界后，约有1.1亿t矿量，基本为硫化矿石。若氧化矿、混合矿境界扩至终了境界，届时采场幅面已大部分打开，上部废石也已大量剥离，硫化矿单台阶矿石资源可达800万t，但品位会明显下降。按照年下降高度为15m，产品产量不变的原则，推荐生产规模为825万t/a，预计可服务13.5 a。终了境界内硫化矿选冶工艺为：采用先浮选硫化矿后浮选氧化矿+强磁选工艺，产出硫化铜钴精矿、氧化铜钴精矿和钴精矿，硫化铜钴精矿先焙烧再搅浸，氧化铜钴精矿和钴精矿直接搅浸。一期境界服务13.4 a，一期境界扩展至终了境界可再服务13.3 a，从而实现矿山高效益和可持续发展。

5 结论

（1）本文根据某铜钴露天矿的资源分布特征，采用三维矿业软件MineSight对该矿进行了露天境界分析和优化工作，以净现值最大化原则选出了最优的一期境界和终了露天境界，精准统计了境界内资源量，为矿床开采规划提供了依据。

（2）根据境界圈定结果，分析了一期境界和终了露天境界在平面、空间上的位置关系，综合考虑境界内可采矿量、资源类型、矿体分布和开采顺序等因素，提出了效益优先、滚动发展的模式，为矿区资源整体开采规划提供了思路。