某大型多金屬露天礦開采規(guī)劃研究*

永學(xué)艷，齊 炎，陳振超

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330031）

1 引言

露天礦的開采規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)工程，需綜合考慮露天開采境界、供礦規(guī)模、資源類型、開采順序和生產(chǎn)能力等因素，制定出技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的資源開發(fā)方案[1-2］。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在露天礦采礦規(guī)劃方面做出了諸多研究，楊彪等[3］基于經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列和礦巖動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，得到露天礦開采境界動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，最終確定了礦山經(jīng)濟(jì)開采的最優(yōu)境界。邵必林等[4］針對傳統(tǒng)貼現(xiàn)法存在的不足，改進(jìn)了以鉬礦為案例的價(jià)值模型，對邊界品位、儲(chǔ)量估算、礦山服務(wù)年限的波動(dòng)進(jìn)行量化，提高礦業(yè)投資和規(guī)劃的準(zhǔn)確性。Caccetta L[5］針對大型露天礦運(yùn)營管理復(fù)雜而艱巨的工程問題，提出在礦床整個(gè)生命周期內(nèi)確定最佳生產(chǎn)計(jì)劃的思路，借助一種用于生產(chǎn)調(diào)度的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型指導(dǎo)礦山開采管理。

本文根據(jù)某銅鈷礦工程案例，分析礦床賦存狀態(tài)及開采技術(shù)條件，最終確定采用露天開采方式。同時(shí)，采用三維礦業(yè)軟件MineSight對該礦進(jìn)行露天境界優(yōu)化與研究，為礦山制定科學(xué)的開采規(guī)劃提供支撐。

2 資源概況

2.1 礦體分布

礦區(qū)包括8個(gè)礦體，礦體之間距離較近，自西向東依次為：JA、CW、CE、JE、FW、FE、JC和JW。其中，JE礦體厚度大，礦量多，銅、鈷品位高，是礦區(qū)的主要礦體。各礦體形態(tài)如圖1所示。

圖1 礦體形態(tài)俯視圖

2.2 地質(zhì)資源

基于地質(zhì)勘探成果及相關(guān)資料數(shù)據(jù)建立了礦體三維塊段地質(zhì)模型，模型內(nèi)探明和控制級(jí)別的資源量為12241萬t，推斷資源量為7645萬t，推斷資源中約5942萬t為硫化礦，占比77.7%。礦石類型總體上分為4類，按賦存標(biāo)高由上往下依次為高氧化率礦、中氧化率礦、混合礦和硫化礦。區(qū)內(nèi)資源量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 礦區(qū)資源量一覽表（EqTCu=TCu+4*TCo）

該銅鈷礦位于剛果（金）Kansuki斷裂帶上，該礦資源稟賦條件好，礦體分布相對集中，具體表現(xiàn)在資源量大、品位高。區(qū)內(nèi)礦石根據(jù)氧化程度可劃分為高氧化率礦、中氧化率礦、混合礦和硫化礦四種類型，合計(jì)資源量約1.99億t（其中硫化礦1.13億t）。高氧化率礦石品位優(yōu)勢明顯，遠(yuǎn)高于其他三種礦石，其次為中氧化礦石、硫化礦和混合礦石。四種礦石中，高氧化率礦石和中氧化率礦石位于礦體上部，然后向下逐漸過渡為混合礦和硫化礦，礦體下部基本為硫化礦。高氧化率礦石、中氧化率礦石勘探程度較高，混合礦的勘探程度次之，其探明+控制級(jí)別資源占三種礦石資源總量的80.1%；硫化礦勘探程度偏低，探明+控制資源級(jí)別占硫化礦資源總量的47.6%。礦區(qū)內(nèi)6個(gè)礦體賦存位置相對集中，從東往西覆蓋層由厚變薄，位于東部的JE礦體覆蓋層稍厚，為主要礦體?？傮w來看，各礦體埋藏不深。區(qū)內(nèi)水源較充足，交通便利。礦區(qū)地下水較為豐富，目前采用疏干排水孔方式提前降低采區(qū)地下水位。環(huán)境地質(zhì)條件較好。從資源角度來看，適合先開采上部氧化礦和混合礦。硫化礦的資源量最大，超過了上述三種礦石資源量之和，但其賦存位置較深，目前勘探程度稍低，可作為遠(yuǎn)景規(guī)劃。

3 境界優(yōu)化及圈定

3.1 境界優(yōu)化

境界優(yōu)化是在三維礦床地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，依據(jù)擬采用的采、選、冶工藝，選取合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，按照凈現(xiàn)值最大化原則，得出理論上最優(yōu)的露天開采境界[3］。因硫化礦的勘探程度低，推斷資源占比大，擬安排后期作為接續(xù)資源，一期露天境界的開采對象暫不考慮硫化礦。結(jié)合相關(guān)資料和同類型礦山運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，擬定境界優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，如表2所示。根據(jù)邊坡研究報(bào)告，采場巖石的黏土層、風(fēng)化層和未風(fēng)化層3個(gè)分區(qū)的邊坡參數(shù)分別取24°、35°和45°。

表2 境界優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

根據(jù)三維塊段地質(zhì)模型、礦區(qū)地形圖、技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)和邊坡參數(shù)，采用MINTEC公司的MineSight軟件開展露天境界優(yōu)化工作[4］，軟件使用LG法，根據(jù)不同的產(chǎn)品價(jià)格計(jì)算，產(chǎn)生了15個(gè)境界，15個(gè)計(jì)算境界的礦巖量及凈現(xiàn)值指標(biāo)如表3所示。

表3 一期露天境界礦巖量及凈現(xiàn)值指標(biāo)

由表3可知，15個(gè)境界的凈現(xiàn)值呈先增加后減小的變化規(guī)律。其中，6號(hào)境界的凈現(xiàn)值最大。此外，15個(gè)境界中礦石量依次增加了1000萬t，廢石量依次增加了2000萬t，剝采比從5.56 t/t增加到8.59 t/t，凈現(xiàn)值增加了52650萬元?？傮w上，增幅不明顯。主要原因是高氧化率礦、中氧化率礦和混合礦品位均較高，在較低的價(jià)格水平下，境界內(nèi)可采礦量可達(dá)到較高水平。因此，確定6號(hào)境界為一期露天最優(yōu)境界。

3.2 露天境界圈定

一期露天境界圈定以6號(hào)露天境界為基礎(chǔ)，結(jié)合采場周邊廠址布置：選廠粗碎站位于采場東北部，廢石場位于采場南邊及東南面，配礦堆場緊鄰原礦堆場。另外，考慮境界周圍地形條件（北高南低、西高東低），本著順向運(yùn)輸，盡量減少運(yùn)輸距離的原則，本設(shè)計(jì)將礦石出入溝口設(shè)在采場東北角，廢石出入溝口設(shè)置在采場南面，結(jié)合邊坡要求及擬定設(shè)備尺寸參數(shù)，圈定境界的參數(shù)如表4所示。

表4 一期露天境界圈定參數(shù)表

根據(jù)上述參數(shù)對6號(hào)最優(yōu)境界進(jìn)行了圈定。露天境界礦石出入溝口標(biāo)高為1305m，廢石出入溝口標(biāo)高為1290m，坑底標(biāo)高為1065m，最高開采標(biāo)高為1335m，封閉圈標(biāo)高為1290m。境界上口尺寸：3360m×1480m。一期露天境界的圈定見圖2。

圖2 一期露天境界三維視圖

高氧化礦、中氧化礦、混合礦和硫化礦的開采截止品位分別為 EQTCu=2.35%、EQTCu=1.80%、EQTCu=1.64%、EQTCu=1.40%，對圈定的一期露天境界進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，境界內(nèi)礦巖量如表5所示?？刹傻V量達(dá)6645萬t，廢石量約4.4億t，平均剝采比為6.63 t/t。

表5 一期露天境界（圈定后）內(nèi)礦巖量

除一期露天境界外，本文還考慮了深部硫化礦開發(fā)利用的最終開采境界，由于篇幅關(guān)系沒有列出境界優(yōu)化和圈定的過程，為科學(xué)制定開采規(guī)劃，對圈定的露天終了境界礦巖量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見表6所示。

表6 露天終了境界（圈定后）內(nèi)礦巖量

表6中礦石量為露天終了境界內(nèi)截止品位以上的探明+控制+推斷資源，未來補(bǔ)充勘探對資源升級(jí)后，按目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平評(píng)估，礦區(qū)內(nèi)可采礦量占全區(qū)資源量的92%，礦石采出率極高，平均剝采比為6.93t/t。

4 開采規(guī)劃分析

一期露天境界是以探明+控制級(jí)別的氧化礦、混合礦為開采對象實(shí)施境界優(yōu)化和圈定的，考慮了資源勘探程度。圈定的一期露天境界內(nèi)實(shí)際上包含了四種礦石：高氧化率礦石、中氧化率礦石、混合礦和硫化礦，四種礦石合計(jì)為6645.03萬t，境界內(nèi)包含的開采截止品位以上的推斷資源量有668萬t，暫計(jì)入廢石。露天終了境界則是暫不考慮資源勘探程度，以境界內(nèi)全部探明+控制+推斷資源為開采對象進(jìn)行優(yōu)化和圈定，以此估計(jì)礦區(qū)內(nèi)全部資源的開采前景。露天終了境界預(yù)計(jì)可采資源量為18245.03萬t，也分別包含了高氧化率礦石、中氧化率礦石、混合礦和硫化礦石。一期露天境界與露天終了境界平面位置、典型剖面位置分別見圖3、圖4。

圖3 一期境界與終了境界平面位置

圖4 一期境界與終了境界某典型剖面位置

由圖3和圖4可知，一期境界位于終了境界內(nèi)部，大部分氧化礦、混合礦都已包含在一期境界內(nèi)，兩個(gè)境界之間主要是硫化礦，少部分是混合礦，極少部分是氧化礦（高氧化率礦和中氧化率礦）。也就是說，未來從一期境界擴(kuò)展至終了境界，主要是開采礦區(qū)深部的硫化礦石。當(dāng)?shù)V區(qū)內(nèi)資源全部升級(jí)至探明+控制級(jí)別資源后，由一期境界擴(kuò)幫開采至終了境界，預(yù)計(jì)可增加高氧化率礦量54.52萬t，增加中氧化率礦量387.38萬t，增加混合礦量為1157.91萬t，增加硫化礦量9333.52萬t，合計(jì)增加10933.33萬t。

一期境界內(nèi)可采礦量為6645萬t，主要賦存于1260～1080m標(biāo)高，單臺(tái)階15m平均賦礦量達(dá)到502萬t，根據(jù)《有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50771－2012）對凹陷露天礦山年下降速度18～30m的規(guī)定，如多礦體同時(shí)開采時(shí)，礦山的生產(chǎn)規(guī)?？蛇_(dá)602萬t/a。另根據(jù)企業(yè)對產(chǎn)品產(chǎn)量為銅金屬15.5萬t/a，鈷金屬5.5萬t/a的要求，并保證各年產(chǎn)品產(chǎn)量相對均衡，統(tǒng)籌兼顧各類型礦石的出礦順序、選冶工藝及設(shè)施、回收率等因素，綜合考慮認(rèn)為495萬t/a規(guī)模較為合適。一期境界內(nèi)可采礦量按照495萬t/a生產(chǎn)規(guī)模，預(yù)計(jì)可服務(wù)13.4 a。一期境界的內(nèi)礦石選冶工藝為：高氧化率礦、中氧化率礦采用硫化礦浮選+全尾攪浸工藝；混合礦采用先浮選硫化礦后浮選氧化礦+強(qiáng)磁選工藝，產(chǎn)出硫化銅鈷精礦、氧化銅鈷精礦和鈷精礦，硫化銅鈷精礦先焙燒再攪浸，氧化銅鈷精礦和鈷精礦直接攪浸。

終了境界中可采資源量達(dá)1.8億t，與一期境界相比，雖剝采比數(shù)值較為接近，但銅、鈷品位均低于一期境界且服務(wù)年限過長。本著效益優(yōu)先、滾動(dòng)發(fā)展的資源開發(fā)模式，推薦分兩步進(jìn)行：先開采一期境界，獲得先期效益，資金回籠后再考慮對礦區(qū)深部資源的開發(fā)。終了境界減去一期境界后，約有1.1億t礦量，基本為硫化礦石。若氧化礦、混合礦境界擴(kuò)至終了境界，屆時(shí)采場幅面已大部分打開，上部廢石也已大量剝離，硫化礦單臺(tái)階礦石資源可達(dá)800萬t，但品位會(huì)明顯下降。按照年下降高度為15m，產(chǎn)品產(chǎn)量不變的原則，推薦生產(chǎn)規(guī)模為825萬t/a，預(yù)計(jì)可服務(wù)13.5 a。終了境界內(nèi)硫化礦選冶工藝為：采用先浮選硫化礦后浮選氧化礦+強(qiáng)磁選工藝，產(chǎn)出硫化銅鈷精礦、氧化銅鈷精礦和鈷精礦，硫化銅鈷精礦先焙燒再攪浸，氧化銅鈷精礦和鈷精礦直接攪浸。一期境界服務(wù)13.4 a，一期境界擴(kuò)展至終了境界可再服務(wù)13.3 a，從而實(shí)現(xiàn)礦山高效益和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

（1）本文根據(jù)某銅鈷露天礦的資源分布特征，采用三維礦業(yè)軟件MineSight對該礦進(jìn)行了露天境界分析和優(yōu)化工作，以凈現(xiàn)值最大化原則選出了最優(yōu)的一期境界和終了露天境界，精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)了境界內(nèi)資源量，為礦床開采規(guī)劃提供了依據(jù)。

（2）根據(jù)境界圈定結(jié)果，分析了一期境界和終了露天境界在平面、空間上的位置關(guān)系，綜合考慮境界內(nèi)可采礦量、資源類型、礦體分布和開采順序等因素，提出了效益優(yōu)先、滾動(dòng)發(fā)展的模式，為礦區(qū)資源整體開采規(guī)劃提供了思路。