程志平

(江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦,江西 上饒市 334224)

0 引言

露天開采境界的確定,是一個復(fù)雜的任務(wù)。在設(shè)計工作中既要遵循基本原則,又要靈活地適應(yīng)具體條件,使境界確定更加合理[1-3]。露天境界優(yōu)化是露天礦設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)營管理的重要環(huán)節(jié)。最終境界優(yōu)化是一項需要綜合考慮礦山資源狀況、開采技術(shù)條件、礦產(chǎn)品銷售價格、礦石開采及處理成本等多種因素,實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的復(fù)雜工作[4]。境界優(yōu)化的主要目的是改善礦山開采的效率、增強經(jīng)濟性、提高環(huán)境保護等方面的質(zhì)量,從而提高其可持續(xù)性和發(fā)展前景,同時減少其對環(huán)境和社會的負面影響[5-7]。

NPV Scheduler軟件是一種礦業(yè)軟件,常用于對礦山進行開發(fā)設(shè)計、規(guī)劃和經(jīng)濟評估等。該軟件基于Net Present Value(凈現(xiàn)值)原理,運用財務(wù)和經(jīng)濟學(xué)的方法對礦產(chǎn)資源進行經(jīng)濟評估。通過設(shè)置各種開采參數(shù)和限制條件等進行計算,NPV Scheduler可以評估一個露天礦山的經(jīng)濟效益,并計算出礦山的凈現(xiàn)值。NPV Scheduler可以綜合考慮礦山的地質(zhì)、冶金、運輸?shù)榷鄠€因素,并將其納入優(yōu)化模型中。通過對這些因素進行綜合考慮,可以得出更為準確和可行的生產(chǎn)計劃;同時NPV Scheduler具有靈活的參數(shù)設(shè)置和可調(diào)整的優(yōu)化模型。用戶可以根據(jù)實際情況進行參數(shù)設(shè)置和調(diào)整,以滿足不同的生產(chǎn)需求和優(yōu)化目標。這種評估方法可以促進礦山的可持續(xù)發(fā)展,提升礦山的經(jīng)濟效益和安全性,具有廣泛的應(yīng)用價值。

除了NPV Scheduler軟件,還有其他一些常見的礦山境界優(yōu)化方法,包括線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和混合整數(shù)規(guī)劃等。這些方法通過建立數(shù)學(xué)模型和約束條件,尋找使目標函數(shù)最大化或最小化的最優(yōu)解。在露天礦山境界優(yōu)化中,可以將目標函數(shù)設(shè)置為最大化礦石產(chǎn)量或最小化開采成本,約束條件包括礦石品位、礦石儲量、開采限制等。

1 礦山地質(zhì)概況

礦區(qū)處于構(gòu)造剝蝕山區(qū),地形切割強烈,山勢陡峻,一般山坡自然坡度為40°～44°。礦體賦存于官帽山主峰東南側(cè)的盆地中,四面環(huán)山,礦床成因類型屬典型斑巖銅鉬礦床。該礦床規(guī)模巨大,礦體形態(tài)簡單,產(chǎn)狀穩(wěn)定,品位均勻,礦化連續(xù)性好[3]。全區(qū)共圈出礦體50個,主礦體1個(1#礦體),其儲量占總儲量的99.5%以上[8-10]。1#礦體呈厚大的筒狀礦環(huán),圍繞花崗閃長巖內(nèi)、外接觸帶分布,為本次境界優(yōu)化研究的對象。

1#礦體中部無礦核心為花崗閃長巖體,產(chǎn)狀隨巖體向北西傾伏。礦體走向長為1100 m,上半環(huán)延深為950 m,下半環(huán)延深為650 m。礦體厚度為150～400 m。上半環(huán)傾角較緩,為25°,下半環(huán)傾角較陡,為46°,基礎(chǔ)儲量分布的最高標高為＋425 m,最低標高為－325 m。礦體淺部部分出露地表,適合于露天開采。

2 露天開采境界優(yōu)化

本研究采用NPV Scheduler軟件對露天境界進行優(yōu)化,NPV Scheduler軟件境界優(yōu)化功能是基于給定的經(jīng)濟技術(shù)參數(shù),尋求L-G的最優(yōu)解,以凈現(xiàn)值(NPV)最大,獲得最終的露天境界,并可計算出最優(yōu)的回采順序以進行分期開采和編制進度計劃[5]。該方法具有高效、可靠、靈活和可拓展性等優(yōu)點。

2.1 境界優(yōu)化參數(shù)的選取

境界優(yōu)化采用的當前各金屬價格和采礦、剝離、選礦等成本指標見表1。

表1 礦山采區(qū)經(jīng)濟參數(shù)

2.2 建立礦床數(shù)學(xué)模型

第一步是收集和整理該大型露天礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)和礦體模擬數(shù)據(jù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)通常包括巖石類型、礦體測量、地形、地層的傾角和產(chǎn)地的海拔等信息。而礦體模擬數(shù)據(jù)則包括礦體的大小和質(zhì)量分布等信息。導(dǎo)入NPV Scheduler中后,使用軟件的模型構(gòu)建器以及一些參數(shù)設(shè)置對地質(zhì)數(shù)據(jù)、礦體模擬數(shù)據(jù)進行解析和整合。包括地表模型(dtm)、礦體實體模型(3dm)、巖體(或地層)模型(dtm)、礦床塊體模型(包含礦體、圍巖的各種屬性參數(shù))[11]。

2.3 建立礦床價值模型

根據(jù)計算或選取的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù),分別對礦巖塊體進行成本和收益計算,求取塊體凈值,形成境界優(yōu)化直接運算的對象—礦床價值模型[12-13]。

2.4 確定露天境界優(yōu)化的邊界約束條件

在礦山開采的過程中,開采方案設(shè)計是非常重要的一步。開采方案應(yīng)考慮掘進路線的長度、采礦場的大小、高墻的高度以及運輸和處理方式等因素。此外,有許多限制條件也需要考慮到,如環(huán)保法規(guī)、安全和衛(wèi)生法規(guī)以及社會影響評估[14-15]。在NPV Scheduler中,我們可以設(shè)置各種開采參數(shù)和限制條件等進行計算,以便得到最優(yōu)的開采方案。包括最終幫坡角、地表限制模型、底部限制模型或標高及其他限制邊界條件[16-18]。技術(shù)指標見表2。

表2 礦山采區(qū)技術(shù)指標

2.5 露天開采境界優(yōu)化結(jié)果

依據(jù)備案地勘報告建立資源模型和確定的技術(shù)、經(jīng)濟參數(shù),利用境界優(yōu)化程序NPV Scheduler進行了境界優(yōu)化圈定[19-20],最終獲得30 個嵌套境界,各境界的NPV值與礦巖量ROCK的變化情況如圖1、圖2所示。方案27的NPV 值最大,以計算機圈定的優(yōu)化境界方案27為基礎(chǔ),根據(jù)廠礦道路設(shè)計規(guī)范、金屬非金屬礦山安全規(guī)程及開拓運輸系統(tǒng)的要求,人工進行修整和調(diào)整后,形成本次設(shè)計的露天開采最終境界[8]。

圖1 單系列境界NPV 值與礦巖量ROCK 值變化

圖2 累計境界NPV 值與礦巖量ROCK 值變化

露天開采最終境界主要技術(shù)指標見表3。露天開采最終境界如圖3 所示,三維效果如圖4 所示。露天開采境界最高開采標高為＋551 m,最低開采標高為－235 m,礦石出入口標高＋170 m,廢石出入口標高1700 m。露天采場上口最大尺寸:長1900 m,寬1735 m。下口尺寸:長288 m,寬92 m。

圖3 露天開采最終境界三維效果(人工布置開拓運輸系統(tǒng))

圖4 露天開采最終境界NPV優(yōu)化三維效果

表3 露天開采最終境界主要技術(shù)指標

露天礦最終開采境界內(nèi)礦巖量、品位及剝采比如圖5、圖6所示。

圖5 境界內(nèi)礦石量及平均品位變化曲線圖

3 本次優(yōu)化設(shè)計與原設(shè)計露天境界對比

3.1 主要技術(shù)參數(shù)比較

本次優(yōu)化設(shè)計與原設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)指標見表4。

表4 露天境界圈定經(jīng)濟參數(shù)

3.2 圈定結(jié)果比較

本次設(shè)計與原設(shè)計圈定的主要技術(shù)參數(shù)不同,導(dǎo)入軟件的模型也不同,因此,圈定的結(jié)果也有差異。本次優(yōu)化設(shè)計圈定的境界與原設(shè)計中圈定的露天境界比較結(jié)果見表5。

表5 優(yōu)化設(shè)計與原設(shè)計露天境界礦巖量比較

由表5可知,設(shè)計經(jīng)濟參數(shù)、模型變化后本次優(yōu)化設(shè)計比原境界少圈出1990.5×104t礦石,少剝離11 558.7×104t廢石,減少剝離的廢石與少采出的礦石的剝采比為5.81。

3.3 經(jīng)濟效益

根據(jù)露天境界比較經(jīng)濟效益計算結(jié)果見表6。從表6 可以得出,在當前條件下,按銅金屬價格50 000元/t計算,少采出1988.9萬t礦石,少剝離11 560.3萬t廢石,可節(jié)省成本19 804.9萬元。

表6 經(jīng)濟效益計算結(jié)果

由表6 可知:當銅金屬價格達到55 000 元/t時,減少的1988.9萬t 礦石與11 560.3萬t廢石所產(chǎn)生的利潤值為2186.4萬元,所選取的優(yōu)化境界會導(dǎo)致該部分利潤丟失。為充分利用礦產(chǎn)資源,優(yōu)化境界僅作為參考境界組織生產(chǎn),維持原露天境界方案為露天開采的最終境界[13]。

4 結(jié)論

通過對該大型露天礦山進行NPV Scheduler境界優(yōu)化,從經(jīng)濟優(yōu)先和資源最大化利用的角度來看,原境界方案可以更多地利用礦石,具有更好的經(jīng)濟效益,因此,維持原露天境界方案為露天開采最終境界。

(1)各露天境界在經(jīng)濟效益上的差異關(guān)鍵源于它們自身自然礦石品位上的不同和地質(zhì)賦存環(huán)境上的差異,這兩點影響露天境界的剝采比。

(2)優(yōu)化后的境界比原境界少圈出1990.5×104t礦石,少剝離11 558.7×104t廢石,減少剝離的廢石與少采出的礦石的剝采比為5.81。

(3)在銅金屬價格50 000元/t條件下,少采出1988.9萬t礦石,少剝離11 560.3萬t廢石,可節(jié)省成本19 804.9萬元。按銅金屬價格55 000元/t計算,減少礦山利潤值為2186.4萬元。