米拉多銅礦礦石品位控制的應用實踐

周 生 朱 剛 胡慶雄 譚開信 楊勝文

（1.ECUACORRIENTE S.A.；2.南昌致輝泰克科技有限公司）

礦業(yè)活動的對象是埋藏在地下的礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源是礦物質(zhì)在一定的地質(zhì)條件下，經(jīng)一定的地質(zhì)作用聚集而成的不可再生資源［1］。隨著人類礦業(yè)開采活動的不斷推進，地球上的礦物資源越來越少。對露天礦山而言，如何快速、有效地劃分礦巖界限，管理臺階礦量及其品位，充分利用礦產(chǎn)資源，是露天礦山生產(chǎn)管理一直在探索的重要課題。

露天礦山生產(chǎn)中，品位控制指通過爆破孔取樣技術(shù)或反循環(huán)連續(xù)取芯（樣）鉆探技術(shù)在臺階上取樣送往化驗室進行化驗分析，之后根據(jù)樣品化驗的結(jié)果，按礦山給定的邊界品位在臺階上進行礦體二次圈定，并將二次圈礦成果用于指導礦山生產(chǎn)作業(yè)、礦量及礦石品位管理等。品位控制是劃分臺階礦巖界限、減少礦石貧化損失、提高資源回采率［2］的有效措施，其最終目標是為選礦廠提供較為穩(wěn)定的礦石入選品位。

1 礦山簡介

米拉多銅礦是厄瓜多爾共和國東南部的薩莫拉—欽奇佩?。╖amora-Chinchipe）境內(nèi)的一個大型銅礦床，是科瑞安特（Corriente）銅礦帶的一部分。該礦礦體呈巨大的柱餅狀形態(tài)，走向近南北，長約1 100 m、寬約1 000 m，傾向近水平［3］。

該礦是厄瓜多爾共和國的第一個大型固體礦山開發(fā)項目，礦山于2015年12月開工建設(shè)，2019年7月建成投產(chǎn)，它是中國投資、設(shè)計和運營的世界級銅礦項目［4］。目前采礦生產(chǎn)規(guī)模為6萬t/d，礦山計劃二期將生產(chǎn)規(guī)模擴大至8萬t/d。

2 礦石品位控制及應用

2.1 品位控制及應用流程

作為世界級的大型露天礦山，米拉多銅礦在建設(shè)之初便邀請行業(yè)內(nèi)的眾多專家到現(xiàn)場參與、指導項目建設(shè)，引進了世界上先進的露天礦山開發(fā)理念，用于指導礦山的生產(chǎn)運營，以期待實現(xiàn)更好的企業(yè)經(jīng)濟效益。

參考國內(nèi)外眾多露天礦山礦石品位控制的實踐經(jīng)驗，米拉多銅礦通過爆破孔取樣技術(shù)，建立起適合自身礦巖特征的品位控制及應用流程，詳見圖1。

如圖1所示，該流程包括2個應用目標：一是用于礦石出礦的配礦管理，即炮孔取樣→樣品化驗→二次圈礦（礦體界線和品位）→測量放線→鏟裝運輸→配礦管理；二是用于編制采礦短期生產(chǎn)計劃，即炮孔取樣→樣品化驗→二次圈礦→地質(zhì)解譯/更新臺階模型→編制生產(chǎn)計劃→設(shè)計新作業(yè)面→穿孔作業(yè)→炮孔取樣。

礦山自投產(chǎn)以來，露天采場隨之開展品位控制工作，實踐表明，圖1所示的品位控制及應用流程在礦山日常采礦生產(chǎn)管理中發(fā)揮了重要作用，取得了明顯的經(jīng)濟效果，如表1所示，礦山礦石年平均貧化率和損失率持續(xù)降低。

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2.2 炮孔取樣

當前，露天礦山品位控制的樣品數(shù)據(jù)主要來源于反循環(huán)連續(xù)取芯（樣）或臺階爆破孔取樣?？紤]到斑巖銅礦礦體厚大的賦存特征，該礦采用臺階爆破孔取樣作為品位控制的樣品數(shù)據(jù)來源。

礦山采用Epiroc D55型潛孔鉆機穿孔，穿孔的同時將孔底的巖屑通過鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間排至孔外堆放。炮孔取樣流程：一是鉆機操作人員在臺階上根據(jù)設(shè)計的爆破孔位置完成穿孔作業(yè)；二是地質(zhì)工程師根據(jù)炮孔巖屑粉末堆揭露的巖性信息對每個爆破孔進行地質(zhì)編錄和編號；三是對可能含礦的炮孔巖屑粉末堆進行取樣。

如圖2所示，炮孔取樣時，為了確保樣品的代表性，首先，工作人員沿著炮孔巖屑粉末堆的中部自上而下掘出一個十字形溝，將巖屑粉末堆分成4個部分；接著，沿著十字形溝的8個側(cè)壁自下而上輕刮得到8份巖屑粉末樣，通常一個側(cè)面取1份樣品即可；最后，將取得的粉末樣裝袋混合后作為代表該爆破孔的樣品送往礦山化驗室化驗銅的品位或硫的品位（根據(jù)需要而定）。

炮孔取樣之前，工作人員提前制作好炮孔編號的小貼紙，然后在現(xiàn)場按照順序依次取樣并編號，便于后續(xù)樣品化驗及炮孔建模時應用。

2.3 樣品化驗

米拉多銅礦在選礦廠旁邊建設(shè)了專業(yè)的樣品化驗室，用于爆破孔粉末樣、入選礦石和產(chǎn)品銅精礦的日常化驗。

爆破孔粉末樣到達化驗室后，每個樣品會依次經(jīng)過“烘干→磨碎→稱重→縮分→溶解→分析→登記”等流程，從而得到該樣品的銅品位值或硫品位值?；灧治鰰r，對可能含銅的樣品，均需要化驗銅的品位；而樣品是否化驗硫的品位則取決于生產(chǎn)的實際需求，通常，大多數(shù)樣品不需要化驗硫的品位，只有少數(shù)不含銅或含銅少的樣品才有要求，其主要目的是為了區(qū)分廢石是否為酸性廢石。

如圖3所示，礦山主要采用原子吸收光譜儀來化驗爆破孔粉末樣銅的品位，該方法靈敏度高、化驗速度快，能滿足礦山日常大量的樣品化驗分析需求。對于硫的品位，則采用高溫燃燒+氫氧化鈉中和滴定法測定。

2.4 二次圈礦

臺階礦體二次圈定是露天礦山地質(zhì)工作中的特有階段，一般指通過生產(chǎn)勘探或爆破孔等技術(shù)手段進行地質(zhì)編錄和取樣分析，從而更新臺階礦巖界線，最終實現(xiàn)在開采時降低礦石貧化率和損失率。礦體二次圈定是地質(zhì)和采礦工作的紐帶［5］，作為礦山品位控制應用核心，臺階礦體二次圈定的成果除了直接用于指導礦巖鏟裝作業(yè)，還作為更新臺階采礦模型品位、礦量統(tǒng)計管理和估算礦石貧化損失率等的實體約束。

該礦臺階礦體二次圈定流程如下所述：

（1）如圖4所示，該礦建立了規(guī)范的炮孔數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫由坐標表、測斜表、化驗表和巖性表構(gòu)成，樣品的主要屬性項有炮孔名稱、Cu品位、S品位、臺階編號、爆堆編號、取樣日期、巖性名稱和巖性編號等。當每批次爆破孔樣品完成化驗后，工作人員及時將化驗結(jié)果記錄、整理、錄入電子表，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)部門和人員，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時共享。

（2）地質(zhì)工程師將匯總、整理后的炮孔化驗結(jié)果和坐標、測斜和巖性等數(shù)據(jù)導入專業(yè)的礦業(yè)軟件，以便構(gòu)建三維炮孔模型，炮孔模型示意圖如圖5所示；接著，以作業(yè)面編號為篩選條件，選擇只顯示某個作業(yè)面的炮孔，并在二維平面視圖中按邊界品位Cu 0.3%依次數(shù)字化該作業(yè)面的礦體界線及圍巖界線，如圖6所示，線段AB即為該作業(yè)面的礦巖分界線。隨著臺階作業(yè)面的逐漸回采，可綜合多個作業(yè)面礦體界線，構(gòu)建起整個臺階平面的礦巖界線，其效果如圖7所示，臺階二次圈礦完成后，可將成果用于分析上下臺階之間甚至整個礦區(qū)內(nèi)的礦體賦存特征、成礦規(guī)律和地質(zhì)構(gòu)造空間分布特征等。

（3）根據(jù)臺階作業(yè)面的礦巖輪廓線，應用礦業(yè)軟件將其拉伸形成初步的三維實體，之后結(jié)合露天采場實測的三維地形圖，修剪得到臺階礦石和夾石的三維實體模型，實體模型效果如圖8所示，該實體模型即作為礦山后續(xù)估算臺階礦石貧化率和損失率的實體約束。

2.5 地質(zhì)解譯及其應用

臺階地質(zhì)解譯指基于合適的臺階三維塊模型，利用炮孔數(shù)據(jù)庫（或勘探數(shù)據(jù)庫）和二次圈定的礦石實體估算臺階礦石的品位，用數(shù)字化的模型模擬臺階礦巖的相關(guān)地質(zhì)信息，為露天采礦生產(chǎn)提供基礎(chǔ)的地質(zhì)信息，如礦石品位、礦巖類型、雜質(zhì)含量等。

受地形限制，目前米拉多銅礦1 260 m標高以上采用10 m的臺階高度，1 260 m標高以下則采用15 m的臺階高度，為了更好地構(gòu)建和應用臺階采礦模型，礦山以1 260 m標高為界，分別建立了5 m×5 m×10 m和5 m×5 m×15 m 2種尺寸的臺階塊模型。

該礦臺階塊模型主要用于管理臺階礦石的品位、估算礦石貧化率及損失率。其包含的主要屬性項有Cu品位、臺階編號、作業(yè)面編號、礦石占單元塊的體積百分比和密度等。

品位估值采用普通克里格法，品位估值搜索橢球體尺寸為20 m×20 m×20 m，參與估值的組合樣樣長為炮孔長度，根據(jù)礦山的生產(chǎn)實際，目前主要對Cu進行品位估值。為了精準統(tǒng)計和管理礦量，每次更新臺階模型的品位時，采用二次圈礦完成的臺階礦石實體作為品位估值的邊界約束。

圖9、圖10分別為1260 m臺階采礦模型的三維和二維局部示意圖。

每個作業(yè)面炮孔樣品數(shù)據(jù)化驗結(jié)果出來后，礦山相關(guān)人員及時構(gòu)建或更新臺階采礦模型?；诟碌呐_階采礦模型，①結(jié)合礦石實體模型，管理臺階礦量和品位，根據(jù)選礦廠對入選礦石的品位要求，在現(xiàn)場各個作業(yè)面之間開展礦石品位配礦管理；②在每月月底統(tǒng)計各個臺階礦石的貧化率和損失率；③結(jié)合地質(zhì)勘探階段圈定的礦體形態(tài)，以臺階揭露的炮孔數(shù)據(jù)，估算相鄰作業(yè)面或下個臺階的礦石品位，并編制下月的短期生產(chǎn)計劃［6］。

編制短期生產(chǎn)計劃時，根據(jù)選礦廠對入選礦量和入選品位的要求以及現(xiàn)場礦巖推進路線的約束，首先，在臺階平面圖上根據(jù)銅品位的分布初步安排新的作業(yè)面；接著，統(tǒng)計各作業(yè)面的礦量和品位，并與選礦廠要求的指標對比，若品位相差較大，則根據(jù)銅品位的分布優(yōu)化作業(yè)面的空間位置及大小，之后再次統(tǒng)計礦量和品位，并與選礦廠要求的指標對比，多次調(diào)整，直到滿足或接近選礦廠的要求指標，最終實現(xiàn)入選品位的穩(wěn)定，減少礦石品位波動過大對生產(chǎn)造成的不良影響。通常，合理的短期計劃需要多次優(yōu)化、調(diào)整，才能既滿足選礦廠要求，又滿足露天采場采礦工程的建設(shè)及實施。圖11為該礦2021年12月計劃作業(yè)面的三維空間分布。從圖11可知，礦山生產(chǎn)任務(wù)重，為了平衡多方面的需求，需要多個生產(chǎn)作業(yè)面同時作業(yè)。

2.6 測量放線

該礦地質(zhì)工程師完成臺階作業(yè)面二次圈礦后，先將礦巖分界線導出為dxf格式文件或測點文件，并導入到測量儀器（RTK），之后與測量人員一起到采場作業(yè)面測量放線，并在爆堆上用塑料警戒線標記出礦巖分界線，見圖12。

如圖12所示，除了用警戒線標記礦巖區(qū)域，地質(zhì)工程師還在現(xiàn)場與挖掘機司機做好語言溝通，明確哪個區(qū)域是礦石，哪個區(qū)域是廢石，確保不出現(xiàn)混裝的情況；并要求司機在靠近礦巖邊界線處控制好挖掘的方向和力度，以確保品位控制的效果。

2.7 鏟裝運輸

如圖13所示，現(xiàn)場管理人員根據(jù)選礦廠入選礦石的礦量和品位要求，協(xié)調(diào)挖掘機到各個作業(yè)面上進行礦巖鏟裝作業(yè)，并將其送往礦石破碎站、廢石破碎站或排土場。

為了在保持較高生產(chǎn)能力的前提下保持品位控制的效果，該礦采用中外廠商提供的不同規(guī)格的采礦裝備，包括徐工生產(chǎn)的23 m3電鏟、載重220 t的自卸卡車；VOLVO生產(chǎn)的斗容4 m3的液壓挖掘機，以及與之配套的載重65 t維柴動力卡車、載重55 t中國重汽豪沃卡車等。這些數(shù)量眾多、不同規(guī)格的高效率設(shè)備被分配到不同的礦巖區(qū)域，在礦巖交界處或作業(yè)面空間有限的地方，盡可能使用小規(guī)格的設(shè)備，最終實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)和品位控制雙贏的效果。

3 結(jié)語

經(jīng)過近幾年持續(xù)的生產(chǎn)實踐，應用專業(yè)的礦業(yè)軟件，該礦構(gòu)建了富有成效的礦石品位控制流程及應用機制。臺階二次圈礦得到的三維可視化礦巖實體模型，為控制和管理礦石貧化和損失提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。動態(tài)更新的臺階采礦模型，為現(xiàn)場配礦管理、優(yōu)化短期生產(chǎn)計劃、減少入選礦石品位波動提供了可靠依據(jù)，從而使得礦山在實現(xiàn)精準采礦方面有了現(xiàn)實的可操作性。直觀的三維礦巖實體模型和品位模型有助于現(xiàn)場工作人員快速理解、掌握露天采場的生產(chǎn)現(xiàn)狀和生產(chǎn)規(guī)劃，促進了數(shù)字礦山技術(shù)在該礦的普及應用。