李潔慧，郭明明

(1.湖南有色金屬研究院， 湖南 長沙 410100；2.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長沙 410019)

基于Whittle的露天礦境界優(yōu)化及應(yīng)用研究

李潔慧1，郭明明2

(1.湖南有色金屬研究院， 湖南 長沙 410100；2.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長沙 410019)

以西藏某銀多金屬礦為例，利用Whittle軟件進(jìn)行露天礦境界優(yōu)化。將常規(guī)礦業(yè)工程軟件中創(chuàng)建的塊體模型導(dǎo)入Whittle，并定義邊坡角、采選成本、銷售價(jià)格和生產(chǎn)規(guī)模等參數(shù)，根據(jù)L-G圖論法原理，形成一系列三維空間的露天坑境界方案，并根據(jù)各個(gè)方案的NPV值、境界剝采比等指標(biāo)確定最優(yōu)的露天坑境界。實(shí)踐證明：Whittle軟件對(duì)獲取最優(yōu)境界和實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)最大化效益具有重要意義。

Whittle軟件；露天礦；境界優(yōu)化；剝采比

0 引 言

露天礦山開采境界的圈定是開展礦山設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)礦床安全、高效開采和經(jīng)濟(jì)、綠色開發(fā)的重要前提。因此，境界優(yōu)化是露天礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)營中的一項(xiàng)重要工作。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行露天礦境界優(yōu)化來替換傳統(tǒng)的手工法已成為礦業(yè)發(fā)展趨勢。目前，國內(nèi)外已開發(fā)出眾多成熟的礦業(yè)工程軟件(如：Surpac、Micormine、Dimine和3DMine等)，且在露天礦境界優(yōu)化中得到了廣泛應(yīng)用[1￣3]。

1 工程概述

該銀多金屬礦位于西藏自治區(qū)，海拔高度4500～5200 m，主要礦體出露地表，出露礦體厚度較大，品位較高，資源量占整個(gè)礦段的57%。礦床上部礦石品位高、下部礦石品位相對(duì)較低。礦體主要賦存于矽卡巖中，為傾斜、中厚礦體；礦體頂板主要是角巖，底板主要是灰?guī)r、矽卡巖，近地表巖石受淺層風(fēng)化影響較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)礦區(qū)的地表地形條件、礦體賦存特點(diǎn)，推薦前期露天開采+后期地下開采的開采方式。露天和地采生產(chǎn)能力均為1000 t/d(300 kt/a)。

露天開采采用公路開拓、汽車運(yùn)輸?shù)拈_拓運(yùn)輸方案，采剝工藝方案選擇機(jī)械穿孔爆破，采用液壓反鏟裝車，自卸式卡車運(yùn)輸工藝。

地下開采采用平硐+溜井開拓，井下電機(jī)車運(yùn)輸方案，采礦方法主要為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，開采順序自上而下，通風(fēng)系統(tǒng)為側(cè)翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

綜合考慮礦床賦存特征，為降低生產(chǎn)成本、滿足安全、高效開采要求和實(shí)現(xiàn)露天坑價(jià)值最大化等，必須對(duì)最終露天開采境界進(jìn)行優(yōu)化，使露天坑采出盡可能多的礦石，從而使礦山經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2 Whittle境界優(yōu)化原理和工作流程

Whittle境界優(yōu)化的原理為：采用Lerchs和Grossman提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法與圖論方法(簡稱L-G圖論法)[5]，以礦體模型、地表模型和塊體模型等三維礦床模型為基礎(chǔ)，通過Whittle軟件導(dǎo)入相關(guān)模型并輸入邊坡角參數(shù)、采選成本、銷售價(jià)格、生產(chǎn)規(guī)模等相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，通過售價(jià)因子的變化形成一系列三維空間的露天坑，計(jì)算出各個(gè)露天坑方案的NPV值、剝采比等數(shù)據(jù)，選擇并圈定最優(yōu)的露天坑境界。

Whittle境界優(yōu)化的工作流程(如圖1所示)一般如下：

圖1 Whittle境界優(yōu)化工作流程

(1) 在常規(guī)礦業(yè)軟件(如：Surpac、GEMS、Datamine和Vulcan)中，創(chuàng)建塊體模型等三維礦床模型，校驗(yàn)地質(zhì)參數(shù)和生產(chǎn)校驗(yàn)報(bào)告后導(dǎo)出.mod格式的塊體模型。

(2) 在Whittle軟件中導(dǎo)入塊體模型并進(jìn)行項(xiàng)目需要重新分塊或框架調(diào)整，在軟件中定義露天坑邊坡角參數(shù)、以及定義采選成本、銷售價(jià)格和生產(chǎn)規(guī)模等因素，進(jìn)行境界優(yōu)化并確定露天坑，最后導(dǎo)出露天坑境界。

約76%的受訪學(xué)生表示不滿意。隨機(jī)抽樣訪談中，受訪學(xué)生對(duì)教材的意見集中為：（1）文化內(nèi)容少，編排不連貫；（2）主題陳舊過時(shí)、枯燥乏味；（3）文化點(diǎn)注解不夠詳細(xì)，甚至沒有注解。

(3) 在常規(guī)礦業(yè)軟件中導(dǎo)入最優(yōu)境界，并進(jìn)行露天坑的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3 露天礦開采境界優(yōu)化和圈定

3.1 創(chuàng)建塊體模型

利用Surpac軟件建立西藏某銀多金屬礦的礦體模型、地形模型和塊體模型。塊體模型采用克里金法對(duì)品位估值，塊體大?。篨=10 m，Y=10 m，Z=5 m，次級(jí)塊體大?。篨=2.5 m，Y=2.5 m，Z=1.25 m，將塊體模型根據(jù)礦體實(shí)體模型約束進(jìn)行價(jià)值估值后，形成優(yōu)化后有用的價(jià)值模型，如圖2所示。

3.2 開采境界圈定的原則

(1) 露天境界剝采比小于或等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。

(2) 采用Whittle軟件進(jìn)行境界優(yōu)化，以動(dòng)態(tài)求取最大凈現(xiàn)值的方式進(jìn)行露天境界優(yōu)化，通過比較優(yōu)化多個(gè)方案選擇最優(yōu)方案。

(3) 露天采場最終邊坡角以42°～43°進(jìn)行圈定。

(4) 盡可能把較多的礦石圈在露天境界內(nèi)，以發(fā)揮露采的優(yōu)勢。

(5) 計(jì)算礦石經(jīng)濟(jì)價(jià)值只以銀、鉛和鋅為基礎(chǔ)。

圖2 塊體模型(礦體模型約束)

3.3 經(jīng)濟(jì)合理剝采比

經(jīng)計(jì)算，按盈利比較法計(jì)算的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為11.54 t/t(見表1)。

表1 剝采比計(jì)算

3.4 露天開采境界優(yōu)化

根據(jù)礦體的賦存特點(diǎn)，以國際通行的價(jià)格打折的方法，采用Whittle軟件進(jìn)行露天礦境界優(yōu)化，以動(dòng)態(tài)優(yōu)化的方式，得出不同的境界方案?；緝r(jià)格系數(shù)為1.0，按系數(shù)0.1～1.2倍，以0.1為間距，通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化出若干個(gè)方案，各方案比較結(jié)果見表2。

由表2可以看出，總體上隨著金屬價(jià)格的增加，露天境界不斷加大，平均剝采比增加。根據(jù)露天境界圈定的原則，綜合考慮NPV值以及境界剝采比等指標(biāo)，方案5為西藏某銀多金屬礦的最優(yōu)境界。

表2 露天境界方案比較

3.5 露天開采境界圈定

(1) 露天采場邊坡參數(shù)。臺(tái)階高度10 m；安全平臺(tái)寬度3 m；清掃平臺(tái)寬度8 m；最終臺(tái)階坡面角60°～65°；運(yùn)輸平臺(tái)寬度12 m；最終邊坡角42°～43°；兩個(gè)臺(tái)階一組合，每隔一個(gè)安全平臺(tái)設(shè)置一個(gè)清掃平臺(tái)。

(2) 露天境界確定。根據(jù)邊坡參數(shù)和開拓運(yùn)輸?shù)囊?，在最?yōu)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)露天境界進(jìn)行圈定。

西藏某銀多金屬露天礦為山坡—凹陷露天礦，露天最終境界最大長度為480 m，最大寬度為370 m，最高臺(tái)階標(biāo)高為4980 m，封閉圈標(biāo)高4720 m，采場坑底標(biāo)高為4680 m，坑底最大長度為60 m，最大寬度為40 m，露天最終境界見圖3和圖4。

圖3 露天最終境界

經(jīng)計(jì)算，境界內(nèi)礦巖總量為4444563 m3，11854853 t；其中：采出礦量總計(jì)為404267 m3，1067265 t，平均出礦品位Ag 250.29 g/t，Pb 2.63%，Zn 0.91%，Cu 0.24%，Au 0.20 g/t；采出金屬量Ag 267.1 t，Pb 28028 t，Zn 9737 t，Cu 2556 t，Au 211.52 kg。剝離巖石量為4040295 m3，10787588 t；境界內(nèi)平均剝采比9.99 m3/m3；10.11 t/t。

圖4 露天最終境界與礦體、地形的空間關(guān)系

4 結(jié) 論

(1) Whittle軟件不僅能生成一系列的三維露天礦境界方案模型，而且考慮了資金的時(shí)間價(jià)值，對(duì)獲取最優(yōu)境界和實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化具有重要意義。

(2) 通過Whittle靈活性、合理的邏輯性和有效性可使企業(yè)實(shí)現(xiàn)企業(yè)目標(biāo)，并且提高收益率。

[1]王尚禎，趙文奎.基于DIMINE軟件系統(tǒng)的玉龍銅礦露天開采境界優(yōu)化研究[J].中國礦山工程，2014，43(6)：5￣8.

[2]鐘德云，胡柳青.利用3DMine軟件進(jìn)行露天礦境界優(yōu)化[J].金屬礦山，2012，427(1)：128￣130.

[3]嚴(yán) 體，汪德文，曾慶田，等.基于Micormine軟件的露天礦境界優(yōu)化應(yīng)用[J]．露天采礦技術(shù)，2014(2)：42￣47.

[4]何昌盛．露天開采最有邊界利用品位動(dòng)態(tài)研究及其應(yīng)用[J].采礦工程，2013，13(5)：16￣20.

[5]李山存.Whittle軟件在金多金屬礦露天境界優(yōu)化中的應(yīng)用[J].采礦工程，2014，35(8)：47￣50.

[6]王建衛(wèi)，段銀聯(lián).Whittle軟件在內(nèi)蒙古迪彥欽阿木鉬礦境界優(yōu)化中的應(yīng)用[J]．科技信息，2014(13)：362￣363.

[7]郜志明.Whittle軟件在齊大山鐵礦境界優(yōu)化中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程，2012，10(3)：58￣59.

[8]金 艷.Whittle軟件境界優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念與技術(shù)方法[J].礦業(yè)工程，2012，10(1)：53￣57.

桑軍勝(1978-)男，山東萊州人，采礦工程師，主要從事井下采礦及通風(fēng)管理，Email：472461078@qq.com。

2017￣01￣10)