露天礦多目標(biāo)生產(chǎn)配礦的Minesched應(yīng)用

陳麗華

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200）

配礦，亦稱(chēng)礦石質(zhì)量中和，指通過(guò)對(duì)原礦的品級(jí)、礦石質(zhì)量、礦巖屬性、礦石性質(zhì)進(jìn)行單一目標(biāo)或者多目標(biāo)的混合搭配，以期達(dá)到下游選廠(chǎng)入選的品級(jí)和質(zhì)量要求。配礦要綜合考慮運(yùn)輸路徑、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸效率、鏟裝效率等因素，通常以礦石品級(jí)偏差最小、礦石質(zhì)量偏差最小、運(yùn)輸成本最小、均衡剝采比、礦石的綜合經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)［1-4］，最終形成最優(yōu)短期或者長(zhǎng)期的礦石配比和運(yùn)輸計(jì)劃。露天礦山配礦主要有采場(chǎng)直接配礦、儲(chǔ)礦堆配礦及選廠(chǎng)二次配礦等幾種形式。

露天采場(chǎng)多目標(biāo)配礦，目前常見(jiàn)的理論建模方法有多目標(biāo)線(xiàn)性規(guī)劃［5］、模糊線(xiàn)性規(guī)劃［6］、0-1整數(shù)規(guī)劃［7］、非線(xiàn)性回歸分析［8］、基于質(zhì)量控制的UM模型［9］、基于免疫克隆的選擇算法［10］、多倫粒子群算法［11］、多目標(biāo)遺傳算法［12］以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法［13］等，再采用相關(guān)的解算軟件進(jìn)行求解。目標(biāo)配礦雖然方法眾多，但其理論模型和適用條件具有局限性，同時(shí)，由于各礦山數(shù)字化水平不一、開(kāi)采方式和要求不同，國(guó)內(nèi)能夠成熟且廣泛應(yīng)用的商業(yè)程序較少［14-15］。Minesched軟件是Geovia公司旗下一款能夠根據(jù)產(chǎn)能和質(zhì)量等目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期、短期計(jì)劃編制的軟件。能夠根據(jù)用戶(hù)需求，進(jìn)行多供礦點(diǎn)、多卸礦點(diǎn)、多條件約束下快速求解目標(biāo)參數(shù)，并輸出詳細(xì)的報(bào)表及二維、三維進(jìn)度動(dòng)畫(huà)。本研究以紫金山金銅礦為例，利用Minsched軟件進(jìn)行生產(chǎn)配礦的應(yīng)用分析。

1 工程概況

紫金山金銅礦為特大型有色金屬礦床，全礦設(shè)計(jì)采礦能力為4 410萬(wàn)t/a。目前采場(chǎng)最高標(biāo)高+1 012 m，設(shè)計(jì)最低標(biāo)高+100 m，終了高差達(dá)912 m。由于特殊的山體形式，采場(chǎng)利用陡幫開(kāi)采技術(shù)，采用自卸汽車(chē)+溜井+有軌電機(jī)車(chē)的運(yùn)輸方式。采場(chǎng)內(nèi)共設(shè)卸礦溜井19條，在用溜井12條，其中銅礦溜井9條，金礦溜井3條。銅礦溜井在地下+330 m處互通，金礦溜井在+520 m處互通，銅礦溜井按照使用類(lèi)型又細(xì)分銅礦濕法廠(chǎng)、銅礦第一選礦廠(chǎng)、銅礦第二選礦廠(chǎng)和銅礦第三選礦廠(chǎng)溜井。每個(gè)選廠(chǎng)對(duì)礦石的入選品位和質(zhì)量要求不同，采場(chǎng)內(nèi)每天具有可鏟裝的爆堆總數(shù)在100個(gè)左右，可同時(shí)作業(yè)的平臺(tái)數(shù)20個(gè)以上，每班作業(yè)鏟裝設(shè)備40～45臺(tái)，運(yùn)輸設(shè)備200～250輛。紫金山金銅礦采場(chǎng)規(guī)模大，礦巖性質(zhì)復(fù)雜，作業(yè)爆堆分散，作業(yè)平臺(tái)和設(shè)備多，選廠(chǎng)入選要求嚴(yán)格，使得生產(chǎn)配礦更加復(fù)雜和困難。目前礦山采用人工配礦及設(shè)備調(diào)度的管理方式存在入選品位波動(dòng)大、車(chē)輛調(diào)配不均衡、作業(yè)設(shè)備平凡調(diào)動(dòng)等諸多問(wèn)題，急需采用更為先進(jìn)和科學(xué)有效的生產(chǎn)配礦管理方式。

2 目標(biāo)配礦實(shí)際應(yīng)用

紫金山金銅礦于2013年開(kāi)始引進(jìn)Surpac軟件，目前已經(jīng)建立了整個(gè)礦山的數(shù)字地質(zhì)模型，同時(shí)，根據(jù)炮孔巖粉取樣數(shù)據(jù)，再返回到Surpac軟件中進(jìn)行二次圈礦和估值，從而獲得每一個(gè)爆堆準(zhǔn)確、詳細(xì)的礦巖分布及品位數(shù)據(jù)。利用Surpac提供的礦巖報(bào)告來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，進(jìn)行溜井配礦工作。根據(jù)選廠(chǎng)的選礦工藝水平，在保證礦石質(zhì)量要求的前提下，要求礦石入選品位變動(dòng)幅度≤10%，同時(shí)，還要考慮配礦過(guò)程中每個(gè)爆堆與溜井的距離、鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備配置。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

選取采場(chǎng)內(nèi)15個(gè)爆堆，分散在采場(chǎng)四周，每個(gè)爆堆詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。紫金山金銅礦出礦類(lèi)型根據(jù)金、銅品位的不同，劃分為5種類(lèi)型，分別為金礦（Au）、高品位銅礦（HCu）、中品位銅礦（MCu）、低品位銅礦（LCu）以及廢石（Waste）。15個(gè)爆堆合計(jì)采剝總量16.48萬(wàn)m3，銅礦礦量16.67萬(wàn)t，平均品位0.354%，金礦礦量1.39萬(wàn)t，平均品位0.318 g/t，廢石質(zhì)量15.84萬(wàn)t，平均剝采比0.564 t/t。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)炮孔坐標(biāo)及Surpac二次圈礦估值結(jié)果，建立爆堆三維實(shí)體模型，并建立約束條件，如圖1。

2.2 場(chǎng)所及運(yùn)移參數(shù)設(shè)置

針對(duì)短期配礦計(jì)劃排產(chǎn)，需要將逐個(gè)爆堆單獨(dú)建立場(chǎng)所（如圖2），并為每一個(gè)爆堆內(nèi)每一種礦巖屬性指定可能的運(yùn)輸路線(xiàn)。采場(chǎng)內(nèi)分為高銅溜井（由于高銅溜井相距距離較近，簡(jiǎn)化為1個(gè)卸礦點(diǎn)）、低銅溜井（2個(gè)）、金礦溜井（2個(gè)），比如，爆堆568B62，該爆堆含HCu（高銅）、LCu（低銅）、Waste（廢石）、MCu（中銅）4種礦巖屬性（如圖3），則其可能的運(yùn)輸路線(xiàn)為HCu、MCu去往高銅溜井，LCu去往最近的低銅溜井，Waste去往排土場(chǎng)。低銅溜井運(yùn)輸?shù)姐~礦濕法廠(chǎng)，高銅溜井運(yùn)輸?shù)姐~礦第一、第二、第三選礦廠(chǎng)，金礦運(yùn)輸?shù)浇鸬V選廠(chǎng)。

確定場(chǎng)所并設(shè)定好所有場(chǎng)所的物料運(yùn)移后，設(shè)置每個(gè)爆堆為臺(tái)階開(kāi)采方式，方向?yàn)闊o(wú)，塊體尺寸為3 m×3 m×3 m。

2.3 運(yùn)輸路線(xiàn)及鏟裝設(shè)備能力

在Surpac中繪制每一個(gè)爆堆的可能運(yùn)輸路線(xiàn)，該路線(xiàn)用于軟件在優(yōu)化配礦時(shí)考慮運(yùn)輸距離，選取的15個(gè)爆堆中，每個(gè)爆堆均有4條路線(xiàn)，共計(jì)可能的路線(xiàn)有60條。路線(xiàn)文件中，包含了路線(xiàn)的所有點(diǎn)位信息、高差、總長(zhǎng)度、坡度、該路段的空車(chē)運(yùn)行速度、重車(chē)運(yùn)行速度等信息。設(shè)置汽車(chē)型號(hào)為宇通重工，載質(zhì)量50 t，作業(yè)效率75%，裝車(chē)時(shí)間5 min，卸礦時(shí)間5 min，運(yùn)輸路線(xiàn)見(jiàn)表2及圖4。

對(duì)每一個(gè)爆堆的出礦和排渣路線(xiàn)設(shè)定后，需要添加鏟裝設(shè)備的作業(yè)能力，挖機(jī)對(duì)銅礦石的日處理能力為35 000 t/d，采場(chǎng)日總采剝能力為50 000 t/d。另外，可根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行特定先后順序的設(shè)定和空間關(guān)系的設(shè)定，如某個(gè)爆堆會(huì)堵路，需要優(yōu)先安排通路，或者幾個(gè)爆堆之間需要先鏟裝前面一個(gè)，后面一個(gè)才能鏟裝，則可以設(shè)置其優(yōu)先級(jí)為最大，以數(shù)字1～100進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，數(shù)字越小，級(jí)別越高。同理，在各種平等的目標(biāo)條件下，也可以通過(guò)優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定，在無(wú)法滿(mǎn)足所有目標(biāo)條件的情況下，優(yōu)先滿(mǎn)足級(jí)別高的目標(biāo)。

2.4 品級(jí)及質(zhì)量要求

根據(jù)選取的爆堆，列舉一組配礦目標(biāo)值帶入模型，進(jìn)一步驗(yàn)證模型的有效性和可行性，即設(shè)置銅礦濕法廠(chǎng)日處理礦量10 000 t，入選品位0.3%，銅礦浮選廠(chǎng)（銅一、銅二、銅三）合計(jì)日處理礦量5 000 t，入選品位0.46%，金礦選廠(chǎng)日處理礦量1 500 t，入選品位0.319 g/t。同時(shí)，對(duì)采場(chǎng)的最小平盤(pán)寬度、最大平盤(pán)寬度、作業(yè)周期等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在Minesched中，選廠(chǎng)的生產(chǎn)能力一旦設(shè)定后，運(yùn)輸?shù)竭x廠(chǎng)的礦石即不可能超過(guò)選廠(chǎng)能處理的能力，但如果設(shè)備的采礦能力大于選廠(chǎng)的處理能力，則多余的礦石會(huì)儲(chǔ)存在溜井系統(tǒng)中，通過(guò)限定溜井系統(tǒng)最大存儲(chǔ)能力來(lái)控制溜井中可儲(chǔ)存礦量的多少。通常，在雨季時(shí)節(jié)，溜井需要保持低位運(yùn)行，此時(shí)溜井的存儲(chǔ)能力應(yīng)該設(shè)置為0，而在晴好天氣下，溜井可以保持滿(mǎn)井運(yùn)行，最大存儲(chǔ)能力可以設(shè)定為整個(gè)井筒的體積值。

2.5 配礦效果

根據(jù)設(shè)定的參數(shù)、路線(xiàn)和目標(biāo)，應(yīng)用軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到每一周期最優(yōu)的配礦計(jì)劃及設(shè)備配比計(jì)劃，如表3、表4所示。在前面7個(gè)周期內(nèi)，除了金礦選廠(chǎng)在第一、第二周期的品位值稍有波動(dòng)外，其他各選廠(chǎng)預(yù)計(jì)入選的礦量和品位均滿(mǎn)足配礦目標(biāo)要求，采剝總量也基本保持在設(shè)定的最大采剝能力50 000 t左右。同時(shí)，可將Minesched配礦模型模擬出的配礦周期信息寫(xiě)入到Surpac地質(zhì)模型中，進(jìn)行進(jìn)一步的分析，如圖5所示。

3 應(yīng)用效果及結(jié)論

紫金山金銅礦利用Minesched軟件建立生產(chǎn)配礦模型進(jìn)行配礦，顯示了Minesched軟件進(jìn)行多目標(biāo)生產(chǎn)配礦的可行性和優(yōu)越性。利用Minesched進(jìn)行生產(chǎn)配礦，可以根據(jù)各礦山實(shí)際需求進(jìn)行條件約束，方式靈活，適用性廣。同時(shí)，其求解效率高，可視化程度高，能夠三維、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示每一周期開(kāi)采順序、作業(yè)設(shè)備配備，及時(shí)預(yù)估入選礦量及品位，能夠有效地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度管理效率。其突出特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）可以建立爆堆三維實(shí)體，以單個(gè)爆堆為基本場(chǎng)所進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，可以直觀地顯示每一個(gè)爆堆所在的位置及其包含的礦巖性質(zhì)、質(zhì)量、體積、品位等詳細(xì)參數(shù)，同時(shí)，還可以設(shè)定爆堆鏟裝的方向、作業(yè)面寬度等，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際靈活調(diào)整其作業(yè)順序。

（2）在Minesched中，相較于其他配礦計(jì)算方法，地不僅能夠考慮運(yùn)輸路線(xiàn)的距離，還能夠綜合考慮運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)載能力、運(yùn)輸路線(xiàn)上空車(chē)、重車(chē)運(yùn)行的速度、車(chē)輛運(yùn)輸效率等，更為貼合實(shí)際。

（3）在爆堆（場(chǎng)所）的參數(shù)設(shè)定中，可以有針對(duì)性地選擇爆堆的鏟裝方向及開(kāi)采順序，對(duì)各爆堆之間的邏輯關(guān)系、空間關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。

（4）能夠根據(jù)用戶(hù)自定義的報(bào)告格式生成模板文件，對(duì)項(xiàng)目中的參數(shù)更新后或者重新設(shè)置后，仍然可以按照標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行報(bào)告輸出，并生成每一期末的實(shí)體模型、實(shí)體線(xiàn)串、DTM表面及動(dòng)畫(huà)文件，同時(shí)可以將計(jì)劃排產(chǎn)的周期編號(hào)數(shù)據(jù)加載到地質(zhì)模型中，方便在Surpac中進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理。

但在運(yùn)用Minesched進(jìn)行短期爆堆的配礦計(jì)劃時(shí)，前期需要建立足夠準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)及炮孔數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)能力要求較高。同時(shí)，隨著爆堆礦巖量的消耗和更新，需要人工重新建立相關(guān)的爆堆場(chǎng)所，Minesched 9.1版本暫時(shí)還不支持自動(dòng)更新，有待進(jìn)一步改進(jìn)。