張軍奎，張雄天，趙鉞

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

露天礦開(kāi)采境界的優(yōu)化對(duì)礦山的生產(chǎn)年限、生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益起到?jīng)Q定性的作用。影響露天礦開(kāi)采境界優(yōu)化設(shè)計(jì)的因素有很多，主要包括經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素以及地質(zhì)條件等[1?2]。經(jīng)濟(jì)因素主要包括采礦成本、選礦成本以及剝巖成本等，針對(duì)經(jīng)濟(jì)因素的研究主要集中在成本變化對(duì)露天礦境界的影響[3?4]，確定合理的經(jīng)濟(jì)剝采比是圈定露天礦開(kāi)采境界的關(guān)鍵因素[5]。部分學(xué)者針對(duì)經(jīng)濟(jì)合理剝采比的計(jì)算進(jìn)行了研究[6?9]，嚴(yán)體等[10]利用Micromine 軟件對(duì)大平掌銅礦進(jìn)行露天境界優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量和礦山設(shè)計(jì)與市場(chǎng)緊密結(jié)合，做到動(dòng)態(tài)管控。雖然已有學(xué)者利用Micromine 軟件進(jìn)行露天礦境界優(yōu)化，但是他們尚未考慮經(jīng)濟(jì)合理剝采比優(yōu)化對(duì)境界優(yōu)化的影響。因此，本文利用原礦成本比較法、金屬成本比較法、儲(chǔ)量盈利比較法，結(jié)合礦體賦存條件和礦山開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)經(jīng)濟(jì)合理剝采比進(jìn)行優(yōu)化，然后基于經(jīng)濟(jì)合理剝采比和最終的邊坡角，利用Micromine 軟件進(jìn)行境界優(yōu)化，為礦山的開(kāi)采設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供參考。

1 露天礦開(kāi)采境界確定方法

1.1 確定露天礦開(kāi)采境界的基本原則

利用Micromine 軟件可及時(shí)自動(dòng)生成探礦工程的取樣分布圖，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息、礦石品位和探礦增儲(chǔ)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，為三維地質(zhì)建模和露天開(kāi)采境界的優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用Micromine 軟件建立的礦床三維地質(zhì)模型，可以用不同顏色顯示礦石的品位，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定品位區(qū)間，根據(jù)礦石市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)迅速進(jìn)行地質(zhì)模型的更新和開(kāi)采境界的優(yōu)化，快速為礦山的生產(chǎn)管理和決策提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。利用Micromine 進(jìn)行境界優(yōu)化的基本原則有：

（1）圈定的露天開(kāi)采境界要保證露天采場(chǎng)內(nèi)采出的礦石在經(jīng)濟(jì)上是合理的；

（2）要充分利用礦產(chǎn)資源，盡可能多的把礦石圈定在露天開(kāi)采境界內(nèi)；

（3）圈定的露天采場(chǎng)邊坡角小于露天邊坡穩(wěn)定所允許的角度，確保露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定，避免發(fā)生滑坡等事故。

1.2 經(jīng)濟(jì)合理剝采比確定

本文采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲(chǔ)量盈利比較法3 種方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理剝采比的計(jì)算，最后比較這3 種方法各自的經(jīng)濟(jì)合理剝采比，選擇出最合適的經(jīng)濟(jì)合理剝采比。原礦成本比較法將原礦的地采成本作為露天開(kāi)采成本的上限來(lái)控制露天開(kāi)采剝采比，如式（1）所示。

式中，njh為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，m3/m3；r為礦石容重，t/m3；b為露天開(kāi)采剝離單位巖石成本，元/m3；CD為地下開(kāi)采單位原礦成本，元/t；a為露天開(kāi)采單位原礦成本（不包括剝巖成本），元/t。

金屬成本比較法是以選礦或冶煉后的金屬量作為對(duì)比計(jì)算參數(shù)，比較露天開(kāi)采和地下開(kāi)采經(jīng)過(guò)選礦和冶煉之后得到金屬的成本，當(dāng)這兩個(gè)成本相等時(shí)，得到的剝采比為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，如式（2）所示。

式中，KL為露天開(kāi)采每噸礦石的金屬產(chǎn)出率，t/t；KD為地下開(kāi)采每噸礦石的金屬產(chǎn)出率，t/t；DD為露天開(kāi)采每噸礦石需要分?jǐn)偟牟傻V、選礦、冶煉生產(chǎn)成本，元/t；DL為地下開(kāi)采每噸礦石需要分?jǐn)偟牟傻V、選礦、冶煉生產(chǎn)成本，元/t。

儲(chǔ)量盈利比較法是以礦石的工業(yè)儲(chǔ)量作為計(jì)算參數(shù)，比較露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的礦石盈利，當(dāng)這兩種采礦方法開(kāi)采礦石的盈利相等時(shí)，得到的剝采比為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，如式（3）所示。

式中，P為金屬銷(xiāo)售價(jià)格，元；和分別為露天和地下開(kāi)采的視在回收率；DL和DD分別為露天和地下開(kāi)采的每噸原礦所分?jǐn)偟牟傻V、選礦和冶煉生產(chǎn)成本（露天開(kāi)采不包括剝離成本），元/t。

2 露天開(kāi)采境界優(yōu)化

2.1 工程概況

某金礦礦區(qū)第4 系覆蓋較大，出露地層為三疊系下統(tǒng)隆務(wù)河組（TL），金礦體賦存于三疊系下統(tǒng)隆務(wù)河組長(zhǎng)石石英變砂巖夾粉砂質(zhì)板巖巖性段內(nèi)。該金礦床位于索拉貢瑪—格里那金成礦亞帶上，是力士山復(fù)背斜與納合迪南向斜的過(guò)渡帶，褶皺、斷裂構(gòu)造非常發(fā)育。礦體分布于300～500 m 寬的北西向F1 區(qū)域大斷裂帶內(nèi)，呈雁行狀、羽狀分布。

在該金礦床共圈出金礦體357 條，其中主礦體17 條，分別為Au4-2、Au6-3、Au12-1、Au14-2、Au15-1、Au16-3、Au18-3、Au24-5、Au26-4、Au29-2、Au31-5、Au33、Au38-8、Au40-1、Au42-4、Au45-3、Au51-5，其余為小礦體；共圈出銻礦體47 條，規(guī)模均較小。礦體賦礦巖性為角礫巖、砂巖、板巖，圍巖主要為板巖和砂巖。

2.2 露天開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的確定

根據(jù)黃金市場(chǎng)預(yù)測(cè)價(jià)格，參考國(guó)內(nèi)類(lèi)似礦山和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際指標(biāo)，初步選定的露天境界優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 露天開(kāi)采境界優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

2.3 露天開(kāi)采境界最終邊坡角的確定

露天采場(chǎng)最終邊坡角是否合理，關(guān)系到礦山生產(chǎn)安全以及礦山投資能否獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)礦山地質(zhì)報(bào)告提供的工程地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)，在進(jìn)行巖石力學(xué)分析研究的基礎(chǔ)上，參考類(lèi)似礦山的參數(shù)（見(jiàn)表2），初定某金礦露天開(kāi)采境界最終邊坡角為42°～50°。

表2 國(guó)內(nèi)外部分露天礦邊坡角

2.4 經(jīng)濟(jì)合理剝采比

根據(jù)某金礦礦體埋藏條件、礦石價(jià)值，對(duì)上部埋藏較淺的礦體進(jìn)行露天開(kāi)采與地下開(kāi)采對(duì)比，采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲(chǔ)量盈利比較法計(jì)算露天開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)合理剝采比。經(jīng)濟(jì)合理剝采比計(jì)算使用到的參數(shù)見(jiàn)表3，利用式（1）計(jì)算得到原礦成本比較法的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為10.07；利用式（2）計(jì)算得到金屬成本比較法的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為11.69；利用式（3）計(jì)算得到儲(chǔ)量盈利比較法的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為13.79。對(duì)比這3 種方法計(jì)算得到的經(jīng)濟(jì)合理剝采比可知，使用儲(chǔ)量盈利比較法得到的經(jīng)濟(jì)合理剝采比最大，開(kāi)采范圍越大，資源利用率越高。

表3 經(jīng)濟(jì)合理剝采比分析計(jì)算

結(jié)合 Micromine 軟件圈定露天境界，采用Lerchs-Grossmann 圖論法進(jìn)行露天最終境界的優(yōu)化，最終得到平均剝采比為9.88，小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，確定上部埋藏較淺的礦體采用露天開(kāi)采，下部埋藏較深的礦體采用地下開(kāi)采。

2.5 最終境界圈定結(jié)果

依據(jù)露天境界優(yōu)化結(jié)果和相關(guān)參數(shù)，利用Micromine 及Surpac 軟件在三維可視化環(huán)境下圈定的露天境界：確定分層臺(tái)階高度為10 m，開(kāi)采到最終邊幫時(shí)兩個(gè)臺(tái)階并為一個(gè)階段，階段高度為20 m；采場(chǎng)上口長(zhǎng)806 m，寬528 m；采場(chǎng)下口長(zhǎng)186 m，寬85 m；最高標(biāo)高為3327.5 m，底標(biāo)高為3050 m；邊坡高度為277.5 m；安全清掃平臺(tái)寬度為8 m；每?jī)蓚€(gè)臺(tái)階并段，不設(shè)安全平臺(tái)。運(yùn)輸?shù)缆穼挾葹?2 m，緩坡段長(zhǎng)度為60 m。露天開(kāi)采最終境界內(nèi)分層礦巖量見(jiàn)表4，露天開(kāi)采終了境界三維視圖見(jiàn)圖1。

按照表4 和圖1 確定的露天境界，達(dá)產(chǎn)年平均銷(xiāo)售收入為57 525.57 萬(wàn)元，年平均利潤(rùn)總額為6168.06 萬(wàn)元，稅后年平均利潤(rùn)為4626.04 萬(wàn)元，動(dòng)態(tài)投資回收期為5.79 a（含露天基建期1.0 a），項(xiàng)目整體盈利能力較強(qiáng)。

表4 露天開(kāi)采最終境界內(nèi)分層礦巖量

圖1 露天境界三維視圖

3 結(jié)論

根據(jù)礦體埋藏條件和礦石價(jià)值，采用原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲(chǔ)量盈利比較法計(jì)算露天開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)合理剝采比分別為10.07，11.69 和13.79，儲(chǔ)量盈利比較法計(jì)算得到的經(jīng)濟(jì)合理剝采比最優(yōu)?；谧顑?yōu)經(jīng)濟(jì)合理剝采比，利用Micromine中Lerchs-Grossmann 圖論法進(jìn)行露天最終境界的優(yōu)化，得到平均剝采比為9.88。利用Micromine 及Surpac 軟件在三維可視化環(huán)境下圈定最終露天境界，最低標(biāo)高為3050 m，邊坡高度為277.5 m，境界內(nèi)礦石量為2 450 750 m3，巖石量為24 204 093 m3，年平均利潤(rùn)達(dá)到6000 萬(wàn)元。