赤峰柴胡栏子黄金矿深部残矿回采计划经济评价

马印禹

(赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司, 内蒙古 赤峰市 024039)

0 引言

随着地下金属矿山浅部资源的开采,大部分金属矿山正面临着资源枯竭和深部开采的难题,为了提高资源利用率,原有的地下残矿资源已逐渐成为矿山回采的主要对象。但对于矿山开采而言,矿山建设生产所要达到的最终目的就是在综合各项收支之后获取最大化的经济效益[1]。因此,经济评价对于地下矿山的残矿回采具有重要作用[2-3]。

目前,地下残矿的回采一直是大多数矿山面临的开采难题,国内外的相关学者对此进行了大量的研究。张建威[4]对西石门铁矿矿体赋存的残矿进行回采,从最初的有底柱分段崩落法和无底柱小间距采矿法,最终优化为无底柱分段崩落法;宋首洋[5]对广西某锡矿残矿回采方案进行研究,优化后的回采方案创造了2.29亿元经济价值;吴维成等[6]对阿尔哈达铅锌矿进行综合考虑,选用上向进路充填法联合浅孔崩落法作为回采工艺,遥控出矿,安全、高效、经济地回采了残矿资源。

通过合理的回采技术能够实现矿山安全高效回采,但是想获得最大化的经济效益,仅仅考虑回采技术是远远不够的,还需要进一步分析影响经济效益的评价指标。对此,大量的学者也进行了经济评价方面的相关研究,如黄月军等[7]提出了一种开采计划经济评价方法,提高了经济评价结果的科学性和准确性;陈文军等[8]综合考虑矿山的主要经济技术指标,从生产成本、出矿品位、矿石生产量等指标出发,分析其对企业经济效益的影响;汪日生等[9]基于VB的矿山技术经济指标计算管理系统的设计;李丕蓉等[10]对西藏雄村铜金矿采用静态和动态评价方法对矿床经济价值进行评价。在矿山开采过程中,主要考虑矿石质量指标和开采技术条件指标。但对于残矿回采来讲,矿石质量指标即矿体品位难以精确确定。因此,合理确定矿山实际回采过程中的矿石品位,并根据矿床地质特征变化、矿床开采和加工技术水平的提高、矿产市场价格的变动等确定相应的工业指标,对于残矿回采的经济效益评价尤为重要。

本文针对地下残矿矿体分布较散、矿体品位难以确定等难题,将地下残矿进行分区离散化,精细化地考虑每一中段的矿体品位,同时以赤峰柴胡栏子黄金矿深部残矿资源为基础,构建回采计划经济模型,利用该经济评价模型对该矿深部残矿资源进行研究,提出了一种新的地下残矿回采计划经济评价方法。

1 矿山背景

赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司位于内蒙古自治区赤峰市松山区初头朗镇境内,该矿建于1983年,属国有企业,2002 年改制为股份制企业。2008年11月由山东黄金集团公司收购经营。为了满足社会的需求,矿山一方面努力提高现有资源的利用率,另一方面也在为新探获资源的合理开采做准备。矿山现阶段采用浅孔留矿法开采,空区采用废石进行回填或用混凝土进行充填,但矿山开采生产能力低,同时上部矿床留矿法开采过程中,存在大量间柱和顶、底残柱。由于时间比较长久,地压转移已造成局部顶、底残柱破碎,随着矿床开采往深部延伸,上部残矿资源变形将越来越大,若不及时回采,顶、底残矿资源的开采难度将会越来越高,开采安全性越来越差。因此,有必要对该矿山的深部残矿资源进行回采计划经济评价。

2 总体构架及思路

国内大多数地下矿山开采都未精确考虑残矿回采计划的盈利情况,仅依靠已有类似矿山工程经验判断残矿回采的盈利情况,无法定量分析,容易造成结果存在较大的误差和随机性[12]。目前,随着科学技术的发展,许多矿山逐渐向数字化矿山转型,在矿山开采过程中引入各类经济指标,对矿山回采计划进行定量分析。对于地下残矿回采计划评价,回采计划评价中的重要因素——残矿资源的品位难以保证,地下矿体开采时整个矿房的矿体大致处于同一环境,矿石的品位几乎保持在同一水平。但残矿资源量较小,且部分较分散,难以准确地知道各个中段留存的残矿品位,也较难得到准确的盈利情况。基于此,本文提出了一种地下残矿回采计划经济评价方法,其总体流程如图1所示。

图1 残矿回采计划经济评价方法总体流程

2.1 残矿留存情况

地下矿山在矿床开采过程中,存在大量间柱和顶、底柱。留存的矿柱大多持续时间比较长,地压转移会造成局部顶、底残柱破碎,随着矿床开采往深部延伸,上部残矿资源变形将越来越大。每个矿山存在多个矿井,每个矿井的开采深度以及中段数都不相同。因此,想要了解整个矿山的残矿留存情况以及矿柱破碎程度,需要根据矿山的实际开采情况,以及残矿存留的时间、深度等,对矿山整体的残矿资源赋存情况进行调查汇总,为后续地下残矿回采计划经济评价模型的建立奠定基础。

2.2 残矿价值模型

地下残矿模型由价值块组成。价值块形态为长方体,每个价值块即为每个中段和矿房开采所留的顶柱、底柱和间柱。根据矿山开采情况,顶柱和底柱的长即为一个矿房沿走向的长度,平面尺寸一般为边长2～4 m 的正方形,间柱高度一般为一个矿房的高度,平面尺寸一般为2 m×2 m。价值块属性包括:矿岩类型、岩性、采矿量W,采矿体积V,回采率ρ,支护面积H,充填体积T,各成分含量ge、运输距离L。价值块属性包括价值块所在中段编号(i(i=1,2,3,…),序列号k(k=1,2,3,…),以及每个价值块的属性号,顶柱f、底柱d、间柱s。

2.3 获取各项经济参数

地下矿残矿开采计划经济评价的各项经济参数包括:支护费用、充填费用、运输费用、机械配件、电力、维修成本、爆破费用、其他材料构成的直接生产成本,以及资源税、人工费、折旧费和其他费用。

2.4 经济评价模型构建及解算

结合残矿资源质量、开采成本和市场价格三大要素,研究分析矿产资源开采成本与矿产品销售,合理评判矿产资源的获利能力。一是研究矿产资源的开采成本,二是研究产品的市场价格[13]。

本文基于残矿开采过程中的各项经济参数,根据相应的计算逻辑,构建残矿回采经济评估通用价值评价模型,并利用计算机进行模型解算。将残矿回采成本与矿产品销售收益进行总体分析比较,综合分析评判金属矿深部残矿资源回收的获利能力。

3 回采计划经济模型构建

本文构建的回采计划经济模型包括数据集合、集合的索引、参数,以及价值模型函数等。其中,数学模型数据集合为f(ge);各成分单位售价集合,元/t。集合的索引包括:i、k、f、d、s序列号索引[1]。

3.1 模型参数

(1) 价值块属性。包括:中段采矿量Wi;中段采矿体积Vi;中段开采后充填体积Ti;回采率ρi,各成分含量ge。

(2) 采矿时各经济单价参数。中段残矿回采支护费用R1,元/m;充填费用R2,元/m3;运输费用R3,元/m3;机械配件R4,元/m3;电力R5,元/m3;维修成本R6,元/m3;爆破费用R7,元/m3;其他材料费用R8,元/m3;资源税R9,元/m3;人工费R10,元/m3;折旧费R11,元/m3;其他费用R12,元/m3。

3.2 价值模型函数

每一中段价值块总售价Qi:

回采价值块总售价Q总:

每一中段价值块总成本Ci:

回采价值块总成本C总:

回采计划盈利E总:

4 工程应用

为了最大限度地回采残矿资源,赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司对地下残矿资源进行了现场调查分析,赤峰柴胡栏子黄金矿间柱和顶、底残柱矿石量为38.9万t,平均矿石品位为2.89 g/t,该部分矿石价值高达3.82亿元。

本文以赤峰柴胡栏子矿2#矿井残矿资源赋存状况为研究对象,利用经济评价模型对该矿深部残矿资源进行研究,2#矿井开采中段分布情况如图2所示。

图2 2#矿井开拓系统纵投影

4.1 2#矿井残矿资源量

残矿资源开采经济价值评价模型依托矿山开采整体模型,结合收入和成本两个指标。其中,收入是指金矿的销售收入,以实际的国内市场售价为准,而成本则为残矿开采成本。

在实际开采过程中,处于不同位置处的矿柱品位不同。矿石品位越准确,对于整体开采的方案确定以及出矿之后的销售都非常有益。在地下矿山开采的基础上,考虑残矿回采的实际情况,在每个中段取3个具有代表性的位置进行矿石品位检测,取其平均值作为该中段的矿石品位。如图3所示,在四中段分别取3个位置处的矿石进行检测,取样点1、取样点2、取样点3,然后取3个样点矿石品位检测值的平均值作为该中段矿石的品位值。在矿山开采整体模型的基础上,考虑实际情况,并以此计算空间中每一中段的矿石品位,并将品位写入到计算属性模型中。

图3 残矿回采整体平面模型

根据赤峰柴胡栏子黄金矿对2#矿井的残矿资源调查统计分析可以得出以下结论。

(1) 二中段2#残矿资源量。残矿主要分布在5#号脉4线附近采场,剩余顶柱长度约为86 m,高度约为6.1 m,厚约为2 m(矿石容重2.75 t/m3),资源总量为2 885.3 t。

(2) 三中段残矿资源量。残矿分布在5#脉4线附近和4#脉9～14线。5#脉剩余顶柱长为97.5 m,高度为6.5 m,厚约1.75 m,资源总量为3 074.95 t,4#脉剩余底柱长度约为193 m,高度为3.2 m,厚3.21 m,资源总量为5 627.53 t。

(3) 四中段残矿资源量。残矿分布在5#脉4线附近和4#脉12线附近。5#脉剩余顶柱长为89 m,高为8 m,矿体厚度为2.2 m,资源量为4 332.9 t。4#脉剩余顶柱长为90 m,高为2.4 m,矿体厚度为3 m,资源量为1 782 t。4#脉四中段剩余底柱加五中段顶柱和部分间柱长为120 m,高为6.1 m,矿体厚度为4 m,资源总量为8 052 t。

(4) 五中段残矿资源量。残矿主要分布在4#脉14～17线附近采场,五中段剩余底柱和六中段顶柱长度约为250 m,高度约为6.3 m,厚约10.5 m(矿石容重2.75 t/m3),资源总量为45 478.1 t。

(5) 六中段残矿资源量。残矿分布在4#脉14～16线附近,六中段剩余底柱和七中段顶柱长度为131 m,高度为6.26 m,矿体厚度为3 m,资源总量为6 765.5 t。

4.2 2#矿井残矿资源评价模型解算

对于赤峰柴胡栏子2#矿井的残矿资源,生产成本主要包括材料消耗、电力消耗、爆破费。另外,在建立资源储量开采经济价值评价模型时,还应考虑其他成本,如折旧费、人工费以及其他费用(除生产成本、折旧费、人工费之外的所有费用)。

采矿时各经济参数单价为:支护费用为285元/m,充填费用为12.39元/m3、运输费用为228.62元/m3,机械配件为0.76 元/m3,电力成本为0.72元/m3、维修成本为0.10元/m3,爆破费用为1.13元/m3,其他材料费用为0.20元/m3,资源税为90元/m3,人工费为9.07元/m3,折旧费为6.01元/m3,其他费用为0。

矿体的价格并不是恒定的,根据市场情况时有波动,具体价格需根据实际销售时段黄金市场价格为准。

以MATLAB 为开发工具,构建出地下残矿开采计划经济评价模型。通过解算模型,得到如下的经济评价结果。

每一中段价值块总售价:

回采价值块总售价:

每一中段价值块总成本:

回采价值块总成本:

回采计划盈利情况:

通过该模型计算结果表明:赤峰柴胡栏子黄金矿地下残矿2#矿井回采计划盈利为7119万元,达到了企业目标水平,满足了矿山开采计划经济评价要求,证明了该经济评价方法是有效的。

5 结论

(1) 在调查残矿留存情况的基础上,构建了残矿资源回采经济价值模型,设置了多项经济参数,充分考虑了各项经济参数的变动,说明了该地下残矿回采计划经济评价模型的准确性。

(2) 利用该地下残矿回采计划经济模型评价方法对柴胡栏子2#矿井的残矿回采进行研究,综合考虑了残矿品位对经济价值评价的重要影响,提高了经济评价结果的科学性。

(3) 研究结果表明:该矿残矿2#矿井回采计划经济盈利为7119万元,达到了企业目标水平,满足了矿山回采计划经济评价要求,证明了该回采计划经济评价方法是有效的。