李宏偉

(鑫達(dá)金銀開(kāi)發(fā)中心)

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德興銅礦純廢石與含銅廢石的排土規(guī)劃研究

李宏偉

(鑫達(dá)金銀開(kāi)發(fā)中心)

廢石場(chǎng)排土規(guī)劃合理與否關(guān)系到礦山生產(chǎn)順利進(jìn)行。通過(guò)對(duì)德興銅礦廢石場(chǎng)排土現(xiàn)狀的調(diào)查和堆浸要求，制定了排土方案，利用層次分析法對(duì)廢石場(chǎng)各排土方案進(jìn)行比較選擇，并對(duì)該礦廢石場(chǎng)中的含銅廢石進(jìn)行堆浸處理，提高了Cu金屬的回收量，為礦山更好地進(jìn)行排土規(guī)劃提供依據(jù)。

廢石場(chǎng)排土方案層次分析法排土工藝參數(shù)

廢石場(chǎng)是露天礦山連續(xù)性生產(chǎn)中不可缺少的一部分，廢石場(chǎng)排土規(guī)劃是否合理直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行和礦山經(jīng)濟(jì)效益[1]。德興銅礦露天礦目前年采剝總量為6 500萬(wàn)t，其中礦石量3 300萬(wàn)t，廢石量3 200萬(wàn)t，采場(chǎng)內(nèi)采用汽車(chē)開(kāi)拓運(yùn)輸[2-3]。為了盡可能多的提高Cu金屬回收量，在排土場(chǎng)內(nèi)規(guī)劃出一堆浸場(chǎng)，回收廢石中的銅。通過(guò)對(duì)該露天礦山廢石場(chǎng)排土規(guī)劃的優(yōu)化，降低排土場(chǎng)廢石分級(jí)分區(qū)的難度；提高堆浸場(chǎng)堆浸噴淋作業(yè)率和浸出率，提高銅回收率[4-6]；增強(qiáng)排土場(chǎng)的安全性與穩(wěn)定性，提高礦山排土運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)合理性。

1　礦山概述

德興銅礦露天礦廢石場(chǎng)與采場(chǎng)相隔，是一南北走向的自然山谷，其中包括2條主溝(河山溝和石塢溝)和1條支溝，其地形標(biāo)高位于130～360m，排土場(chǎng)最終堆置標(biāo)高為390m，堆積面積3.6km2，堆積量達(dá)到6億多t，含銅金屬量高達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸。

礦石運(yùn)輸采用“汽車(chē)運(yùn)輸—礦石粗破碎—膠帶運(yùn)輸”方案；純廢石運(yùn)輸采用全汽車(chē)運(yùn)輸和“汽車(chē)運(yùn)輸—廢石粗破碎—膠帶運(yùn)輸機(jī)”兩種運(yùn)輸方式運(yùn)至排土場(chǎng)，含銅廢石采用全汽車(chē)運(yùn)至堆浸場(chǎng)。

截至2012年年末，品位為0.05%～0.20%的按堆浸料，堆浸料核算量1.59億t；品位為0.15%～0.20%的廢石量0.78億t；品位低于0.05%為純廢石，純廢石核算量5.32億t。

2　排土場(chǎng)現(xiàn)狀

銅廠(chǎng)礦區(qū)有3個(gè)排土場(chǎng)，即礦區(qū)排土場(chǎng)、西源排土場(chǎng)和楊桃塢排土場(chǎng)。目前主要使用礦區(qū)排土場(chǎng)和西源排土場(chǎng)，楊桃塢排土場(chǎng)暫時(shí)停用閑置?？紤]到西源排土場(chǎng)容量有限，銅廠(chǎng)采區(qū)內(nèi)廢石主要運(yùn)往礦區(qū)排土場(chǎng)。該排土場(chǎng)1993年開(kāi)始使用，運(yùn)輸隧道標(biāo)高200m。含銅廢石堆浸場(chǎng)位于排土場(chǎng)內(nèi)，主要布置在排土場(chǎng)北部，目前堆置標(biāo)高為280m。

“汽車(chē)—破碎機(jī)—膠帶運(yùn)輸機(jī)”排廢系統(tǒng)于2011年建成投產(chǎn)，承擔(dān)銅廠(chǎng)礦區(qū)大部分廢石排棄任務(wù),其余由汽車(chē)運(yùn)輸。系統(tǒng)設(shè)計(jì)廢石排棄量為 2 000萬(wàn)t/a，由汽車(chē)運(yùn)輸(830E電動(dòng)輪汽車(chē))、粗碎站破碎(PXF6089旋回破碎機(jī))、長(zhǎng)距離膠帶運(yùn)輸機(jī)BC01輸送、移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)BC02轉(zhuǎn)載和排土機(jī)VASP1400/50-50排棄等環(huán)節(jié)組成。汽車(chē)排土能力為18 180萬(wàn)t/a，排土段高80m，排土標(biāo)高353m，排土場(chǎng)2012年年末地形見(jiàn)圖1。

圖1　2012年年末排土場(chǎng)狀態(tài)

3　排土場(chǎng)庫(kù)容計(jì)算

由Minesight軟件平臺(tái)數(shù)字化生成的等高線(xiàn)為基礎(chǔ)構(gòu)建排土場(chǎng)地表模型[7-9]，利用其三維模型，可以清楚地了解地表與礦體、坑道、廢石堆置等多個(gè)模型之間的三維位置關(guān)系。Minesight軟件中提供了實(shí)體體積查詢(xún)功能，通過(guò)設(shè)置、調(diào)用pitres.dat程序，再通過(guò)對(duì)pitres.dat程序的參數(shù)設(shè)置，就可以算出相關(guān)數(shù)據(jù)。

根據(jù)排土場(chǎng)原始地形(見(jiàn)圖2)，結(jié)合排土場(chǎng)2012年年末狀態(tài)(見(jiàn)圖3)，計(jì)算得出目前排土場(chǎng)已堆置的廢石量為2.17億t。

圖2　排土場(chǎng)原始地形

圖3　排土場(chǎng)三維示意

在排土場(chǎng)2012年年末形狀的基礎(chǔ)上，按其最終堆置標(biāo)高370m考慮，還可堆積的容積為1.77億m3，按廢石密度2.65t/m3、松散系數(shù)1.69、沉降系數(shù)1.12計(jì)算，可堆置廢石3.12億t。其中：純廢石與堆浸物料分別堆置，不占用現(xiàn)有的積液庫(kù)，排土場(chǎng)可堆置純廢石1.62億t，含堆浸物料1.50億t。

按目前設(shè)計(jì)的排土場(chǎng)最終堆置標(biāo)高370m，西源嶺排土場(chǎng)還可以堆放3 400萬(wàn)t廢石考慮，銅廠(chǎng)采區(qū)將還有約3.45億t廢石無(wú)法排置。故建議對(duì)原設(shè)計(jì)的370m進(jìn)行升段。

4　排土方案的選擇

根據(jù)露天坑現(xiàn)狀，按照設(shè)計(jì)規(guī)范和安全控制技術(shù)的要求，排土場(chǎng)主要堆置參數(shù)有：排土場(chǎng)等級(jí)、最終堆置標(biāo)高、最低標(biāo)高、最大高度、單臺(tái)階高度、臺(tái)階數(shù)、臺(tái)階坡面角、安全平臺(tái)寬度、最終邊坡角等。

4.1排土方案分析

方案一：中部截?cái)?，膠帶升段設(shè)置在中部區(qū)域；方案二：電動(dòng)輪兩側(cè)排土，空出中間位置給膠帶排土；方案三：與方案二基本一致，將排土空間騰出給膠帶使用，先沿積液庫(kù)方向排滿(mǎn)，沿西部山脊升段。其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　排土參數(shù)

4.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(見(jiàn)表2)，以獲取最優(yōu)方案。

4.2.1層次分析法

為分析3種方案的合理性，需要從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面進(jìn)行綜合比較，這就涉及到了多目標(biāo)決策問(wèn)題。在多目標(biāo)決策分析的多個(gè)方法中，層次分析法常被用于解決比較復(fù)雜的決策問(wèn)題，在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也比較多，且都取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果，因此，本研究采用層次分析法解決排土場(chǎng)方案的優(yōu)選問(wèn)題。

對(duì)于由諸多因素相互關(guān)聯(lián)、相互制約的復(fù)雜系統(tǒng)，層次分析法則提供了一種新的、簡(jiǎn)單、實(shí)用、定性和定量相結(jié)合的決策方法[10-11]。

4.2.2建立層次結(jié)構(gòu)模型

通過(guò)對(duì)排土規(guī)劃方案中各因素的綜合分析，建立了排土場(chǎng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選的層次結(jié)構(gòu)模型，見(jiàn)圖4。

此層次結(jié)構(gòu)模型中一共有4個(gè)層次，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、次準(zhǔn)則層和方案層。

①目標(biāo)層A，只有一個(gè)總目標(biāo),排土方案優(yōu)選；

表2　3方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

②準(zhǔn)則層B，包含2個(gè)準(zhǔn)則，分別是經(jīng)濟(jì)效益B1和技術(shù)管理B2；③次準(zhǔn)則層C，每個(gè)準(zhǔn)則層包含各自的次準(zhǔn)則層，分別是容量C1、服務(wù)年限C2、升段量C3、移動(dòng)皮帶次數(shù)C4、電動(dòng)輪繞行距離C5、臺(tái)階高度C6、臺(tái)階寬度C7、皮帶延伸C8、升段時(shí)間C9和對(duì)膠帶工段的影響C10；④方案層D，包含3個(gè)備選方案D1、D2、D3，分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的3個(gè)方案。

4.2.3構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是某層因素對(duì)于上一層某一個(gè)因素的相對(duì)重要性比較,判斷矩陣中的元素由“1～9標(biāo)度方法”給出。其中每一層因素都以它相鄰上一層次的各因素為準(zhǔn)則，按照“1～9標(biāo)度方法”兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣。

圖4　排土方案優(yōu)選的層次結(jié)構(gòu)模型

4.2.4層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出判斷矩陣最大特征值λmax和對(duì)應(yīng)的特征向量，再經(jīng)歸一化后記為W。W為同一層次因素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為層次單排序。層次單排序是否可以確定，必須檢驗(yàn)該層次單排序的一致性，如檢驗(yàn)一致性不合格，必須重新構(gòu)造判斷矩陣，直到一致性通過(guò)。

4.2.5層次總排序及其一致性檢驗(yàn)

層次總排序由上到下按順序依次逐層進(jìn)行。計(jì)算最下層對(duì)最上層總排序的權(quán)向量，需要通過(guò)總排序一致性比率CR進(jìn)行檢驗(yàn)。如果CR<0.1，則通過(guò)，即可用總排序權(quán)向量的結(jié)果進(jìn)行決策，否則就應(yīng)該重新建立層次結(jié)構(gòu)模型或重新構(gòu)造CR較大的判斷矩陣，直到一致性通過(guò)。

利用層次分析法軟件，最后得到3個(gè)方案總目標(biāo)的權(quán)重如下：

W(D)=(0.252 0，0.486 5，0.261 4)T,

(1)

即:W1=0.252 0，W2=0.486 5，W3=0.261 4。

根據(jù)最終權(quán)重向量結(jié)果可知，方案二為最優(yōu)，其次是方案三，最后是方案一。

5　結(jié)　論

在確定廢石與堆浸料堆放平面位置的基礎(chǔ)上，結(jié)合汽車(chē)和膠帶的排土能力，選擇了3種排土方案，通過(guò)對(duì)3種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終選擇方案二，電動(dòng)輪兩側(cè)排土，空出中間位置給膠帶排土。

排土場(chǎng)最終堆置標(biāo)高從370m升段至413m，膠帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)標(biāo)高從353m升至413m，設(shè)計(jì)延伸膠帶通過(guò)320m爬高60m，達(dá)到413m標(biāo)高，坡度為18%，約10.2°，小于膠帶14°的最大設(shè)計(jì)爬坡能力。采用方案二，353～413m升段路堤量預(yù)計(jì)為1 256.2 萬(wàn)m3，需廢石量2 214.4萬(wàn)t，計(jì)劃2022年完成膠帶升段所需路堤。按每年600萬(wàn)t廢石量計(jì)算，需提前3.7a，即2019年開(kāi)始413m升段路堤的修筑。

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2016-03-17)

李宏偉(1984—)，男，碩士，工程師，100038 北京市海淀區(qū)復(fù)興路戊12號(hào)。