礦床地質(zhì)模型在德興銅礦邊際品位優(yōu)化的應(yīng)用

李毅

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興市334224)

礦床地質(zhì)模型在德興銅礦邊際品位優(yōu)化的應(yīng)用

李毅

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興市334224)

德興銅礦以Minesight礦業(yè)軟件為平臺，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和方法，建立了銅廠礦床的地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上對銅廠礦床邊際品位進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，優(yōu)化結(jié)果保證了礦產(chǎn)資源的最優(yōu)化利用。

礦床地質(zhì)模型;邊際品位;Minesight;銅廠礦床

礦床品位指標(biāo)是在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下礦床能達(dá)到工業(yè)開采所規(guī)定的品位標(biāo)準(zhǔn)，是影響礦產(chǎn)資源的利用率和礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要指標(biāo)［1］。目前我國普遍使用雙指標(biāo)體系(邊界品位與最低工業(yè)品位)來圈定礦體，造成了大量礦產(chǎn)資源被丟棄［2］。為了適應(yīng)礦山發(fā)展的需要和提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，德興銅礦通過跟蹤國內(nèi)外礦山開采新技術(shù)，開始采用邊際品位對礦山進(jìn)行動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)管理，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。邊際品位是按經(jīng)濟(jì)學(xué)上“收支平衡”的原則計(jì)算出來的、在經(jīng)濟(jì)上不賠不盈的品位，反映了礦床品位指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性和法律性，比較于我國普遍使用雙指標(biāo)體系能夠顯著提高礦產(chǎn)資源的利用率［3］。由于邊際品位計(jì)算過程復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。

礦床地質(zhì)模型是礦床屬性在空間分布上的數(shù)字描述。利用礦床地質(zhì)模型可以直觀、快速的完成礦床儲(chǔ)量估算和品位估值，是礦床境界優(yōu)化、邊際品位確定等一系列礦山生產(chǎn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。為此，德興銅礦以Mintek公司的Minesight礦業(yè)軟件為平臺，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與方法，結(jié)合礦區(qū)成礦地質(zhì)特征和開采實(shí)際情況建立了礦體模型，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了邊際品位，實(shí)現(xiàn)了礦山動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量管理和經(jīng)濟(jì)分析。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

德興銅礦銅廠礦床屬特大型斑巖銅礦床，礦體主要產(chǎn)于花崗閃長斑巖主巖體接觸帶兩側(cè)的強(qiáng)、中蝕變帶內(nèi)，傾向310°，傾角30°～50°。礦體規(guī)模巨大，形態(tài)完整，礦化連續(xù)性好，礦體與圍巖沒有明顯的界線。礦石易采易選，含銅品位低，品位變化均勻(品位變化系數(shù)40%～65%);礦石中主要伴生有益組分為金，伴生金產(chǎn)值占總產(chǎn)值的1/6～1/5，綜合利用價(jià)值極高。經(jīng)過多年的地質(zhì)勘探和露天開采，德興銅礦對礦床的地質(zhì)特征認(rèn)識更加接近實(shí)際，為礦床地質(zhì)模型的建立奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料

Minesight礦業(yè)軟件是國際上通行的礦山規(guī)劃與設(shè)計(jì)軟件，目前已被世界上多家礦山所采用［4］。Minesight礦業(yè)軟件具有很強(qiáng)的實(shí)用性和出眾的三維圖形功能，主要功能是礦床地質(zhì)模型建立、邊際品位分析等等。該軟件建立礦床地質(zhì)模型需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料有3類。

2.1 鉆孔數(shù)據(jù)和品位正規(guī)化

本次建模采用的鉆孔數(shù)據(jù)有:1950年代的地質(zhì)勘探鉆孔數(shù)據(jù)222個(gè);1970年代的地質(zhì)補(bǔ)充勘探鉆孔數(shù)據(jù)69個(gè);1988～1999年的金銀補(bǔ)充勘探鉆孔數(shù)據(jù)194個(gè);2000～2005年的生產(chǎn)補(bǔ)勘鉆孔數(shù)據(jù)48個(gè)。將總計(jì)533個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)按國際標(biāo)準(zhǔn)整理為孔口數(shù)據(jù)、測斜數(shù)據(jù)、品位數(shù)據(jù)、地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)4種類型。由于1950年代的地質(zhì)勘探鉆孔數(shù)據(jù)沒有金品位數(shù)據(jù)，因此，此類鉆孔金品位數(shù)據(jù)按背景值處理。

由于鉆孔的巖心樣品長度不一樣，為進(jìn)行品位估算和計(jì)算變異函數(shù)，按開采臺階高度(15m)將樣品品位進(jìn)行組合，得到的平均品位為該長度的點(diǎn)樣品品位的正規(guī)化品位。組合計(jì)算按單樣品位與其巖礦芯長加權(quán)平均而得，并預(yù)先進(jìn)行了測斜處理。按照此方法，建立了鉆孔Cu、Au元素的品位數(shù)據(jù)庫。

2.2 地形地表數(shù)據(jù)和模型范圍

對于露天礦山建模而言，現(xiàn)狀地形是基礎(chǔ)和依據(jù)。本次建模采用2008年末露采地形現(xiàn)狀圖和三期開采設(shè)計(jì)境界圖作為地形數(shù)據(jù)，模型范圍東西向從68000m到73400m，南北向從9000m到13500 m，高程從365m到－400m。

2.3 其他指標(biāo)數(shù)據(jù)

經(jīng)過研究，本次建模礦石體重取值2.70t/m3，廢石體重取值2.65t/m3。

3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論認(rèn)為，一種礦化現(xiàn)象可以用“區(qū)域化變量”空間分布來表示，區(qū)域化變量空間的變異性可以用變異函數(shù)來表征，它既考慮到地質(zhì)變量的隨機(jī)性，同時(shí)也充分反映了它們的空間相關(guān)性。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)能提供在無偏條件下達(dá)到估計(jì)方差的極小估計(jì)值，而且這種估計(jì)是最優(yōu)的和無偏的，因此具有傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法所無可比擬的優(yōu)越性［5］。

3.1 礦區(qū)銅與金品位的分布特征

銅廠礦區(qū)除了銅以外，還有很多伴生元素，根據(jù)變量在空間的變化規(guī)律、元素的價(jià)值大小等因素，結(jié)合成礦地質(zhì)特征和開采實(shí)際情況，確定銅、金品位為區(qū)域化變量。因此，對銅、金組合樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究品位數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，為礦體模型的品位分析提供依據(jù)。

通過相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)，在銅［0，1］和金［0，2］之間銅品位和金品位是正相關(guān)的。

由于銅廠礦體礦化連續(xù)性好，銅品位變化系數(shù)為40%～65%，因此，建模過程中對銅品位特高值不進(jìn)行處理。而金由于其特高值一部分存在于夾石中，可以通過礦體邊界對礦域進(jìn)行限制，作為伴生元素的金品位特高值也不進(jìn)行處理，

3.2 變異函數(shù)擬合

銅、金品位變異函數(shù)按以下公式計(jì)算。

式中，滯后距為h時(shí)，N(h)參加實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)計(jì)算的樣品個(gè)數(shù);Z為區(qū)域化變量在空間點(diǎn)上的品位值。

由于銅廠礦區(qū)地質(zhì)特征簡單，礦體形態(tài)單一，因此采用品位對礦化邊界限制礦化域的方法進(jìn)行變異函數(shù)的擬合(見表1和表2)。

3.3 幾點(diǎn)規(guī)定

針對銅廠礦區(qū)斑巖和圍巖(千枚巖)的巖石性質(zhì)，分別計(jì)算各蝕變帶、各巖性的m2/δ2值，發(fā)現(xiàn)其都是相接近的;另外，分別計(jì)算斑巖和千枚巖的變異函數(shù)，其值相差不大，因此，不同巖性在礦體模型中可以合并使用。

礦床中存在的3個(gè)采空區(qū)的在模型建立過程中作為廢石處理。

表2 金變異函數(shù)模型擬合結(jié)果

4 礦體模型的建立

4.1 臺階礦體的圈定

根據(jù)鉆孔品位，以0.25%品位邊界圈定礦化域，按15m段高分成的臺階平面，根據(jù)已掌握的地質(zhì)情況，從365m臺階至－400m臺階依次圈出臺階面的礦化區(qū)域(見圖1)，并把各臺階面的礦化域相連形成礦體(見圖2)。

圖1365 ～－400m臺階礦體線

圖2365 ～－400m臺階礦體

4.2 中心孤島處理

“中心孤島”是礦體中東部一個(gè)不具備開采價(jià)值的臺體。臺階礦體礦化域的圈定只是對臺階礦體邊界進(jìn)行了限定，對存在于礦區(qū)內(nèi)部的“中心孤島”沒有進(jìn)行空間形態(tài)和大小的限定。由于“中心孤島”的夾石帶在空間上具有連續(xù)性，在建模過程中將孤島單獨(dú)圈出之后，通過賦值將其從礦體中剔除(見圖3)。

圖3 孤島的空間分布形態(tài)

4.3 克立格法模型估值

估值計(jì)算是為了在計(jì)算礦量前對模型礦塊品位進(jìn)行計(jì)算。采用克立格法對模型估值。考慮到電鏟作業(yè)的效率和勘探網(wǎng)度，被估塊段的尺寸確定為30 m×30m×15m。按照規(guī)定的模型范圍，對銅和金采用不同的估值鄰域進(jìn)行品位估值，最少樣品數(shù)2個(gè)，最多樣品數(shù)30個(gè)，用克里格法計(jì)算銅、金元素品位。

4.4 建模效果

通過礦床地質(zhì)模型和開采實(shí)際對比發(fā)現(xiàn)，該模型基本上反映了礦體的形態(tài)和特征，利用模型計(jì)算出的礦石量、銅品位和金品位接近開采實(shí)際，為采礦計(jì)劃編制、品位控制等工作奠定了基礎(chǔ)。

5 邊際品位優(yōu)化

2010年，德興銅礦依托建立的礦床地質(zhì)模型，優(yōu)化了礦床開采區(qū)域的邊際品位，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.1 綜合品位概念

銅廠礦床是個(gè)多金屬礦床，為了全面評價(jià)礦床的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，引進(jìn)綜合品位的概念，把主要組分的品位與折算后的伴生組分品位相加即為綜合品位，計(jì)算公式為:

式中:a綜——礦石綜合品位;

a主——礦石中主元素品位;

ai——礦石中伴生元素品位;

ki——礦石中伴生元素的換算系數(shù)。

根據(jù)銅廠礦床的成礦地質(zhì)特征和開采實(shí)際情況，將銅作為主要組分，伴生元素只考慮金元素，折算起點(diǎn)定為:Cu0.15%、Au0.08g/t。根據(jù)經(jīng)營溢利法計(jì)算金品位折算系數(shù)為0.33%。

5.2 計(jì)劃開采區(qū)礦量品位計(jì)算

礦量、品位估算一直是邊際品位的優(yōu)化難點(diǎn)，礦體模型的建立，可以便捷、高質(zhì)量地估算各個(gè)作業(yè)區(qū)品位和礦量，為邊際品位實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。以建立的礦床地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，以邊際品位0.025%為組距分別統(tǒng)計(jì)礦量和平均銅、金、綜合品位。通過對2010年度計(jì)劃作業(yè)區(qū)各級品位礦量、平均品位的統(tǒng)計(jì)得出:綜合品位為0.4%～0.2%，每降0.025%，礦石量增加200～230萬t;銅品位降低0.013%～0.014%，金的品位降低0.008%左右。

5.3 開采區(qū)邊際品位優(yōu)化

開采區(qū)邊際品位的優(yōu)化就是在當(dāng)前的技術(shù)條件下，以取得最大經(jīng)濟(jì)效益為前提，科學(xué)合理地確定最低工業(yè)品位指標(biāo)。根據(jù)盈虧平衡原則，得到邊際品位經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算公式:

式中，mi為i邊際品位噸礦礦石總利潤，a銅、a金分別是銅、金品位，a銅差、a金差分別是銅、金采選品位差，λ銅、λ金分別是噸礦銅、金礦山產(chǎn)值，d礦、d剝分別是礦石量、剝離量，c采、c選、c其分別是噸礦出礦、選礦、其它可變成本，g采、g選、g其分別是噸礦出礦、選礦、其它固定成本。

按上述公式分別計(jì)算各綜合邊際品位圈入的礦石所能獲得的產(chǎn)品產(chǎn)量成本和總利潤，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制了品位－利潤關(guān)系曲線，見圖4。

圖4 邊際品位－利潤變化曲線

從圖4可看出，在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和品位分布條件下，0.225%為臨界邊際品位，采用0.225%邊際品位資源利用率高，所獲得的利潤最高。

6 結(jié)論

國外礦山的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，礦山企業(yè)效益的80%在于礦山規(guī)劃工作［6］。因此，立足現(xiàn)實(shí)，及時(shí)利用新理論、新技術(shù)手段，改進(jìn)礦山生產(chǎn)工藝，是礦業(yè)公司走可持續(xù)發(fā)展之道的重要舉措。德興銅礦通過建立礦床地質(zhì)模型，進(jìn)行礦山科學(xué)管理工作，取得了投資少、見效快，風(fēng)險(xiǎn)小的效果，為國內(nèi)其他礦山公司提供了借鑒。

［1］劉宗貴，李曉華，唐賢高.邊際品位在攀鋼鐵礦山的應(yīng)用探討［J］.攀枝花科技與信息，2000，25(2):29－34.

［2］朱國山.德興銅礦表外礦的綜合利用［J］.金屬礦山，1998，259(1):45－47.

［3］李國清，胡乃聯(lián)，宋鑫.多金屬礦床邊際品位優(yōu)化與應(yīng)用［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(9):1107－1112.

［4］周紫輝.淺談采礦系統(tǒng)軟件Minesight在露天境界設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2006，(4):1－5.

［5］侯景儒，黃競先.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)及其在礦產(chǎn)儲(chǔ)量計(jì)算中的應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，1982.

［6］高祥.應(yīng)用Minesight軟件優(yōu)化露天礦山開采規(guī)劃與設(shè)計(jì)［J］.礦冶，2000，9(2):10－14.

2011－04－26)

李毅(1974－)，男，江西寧都人，工程師，主要從事采礦現(xiàn)場管理與技術(shù)指導(dǎo)工作，Emai:myliyi191@sohu.com。