基于Whittle的露天礦境界優(yōu)化及應用研究

李潔慧，郭明明

(1.湖南有色金屬研究院， 湖南 長沙 410100；2.長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410019)

基于Whittle的露天礦境界優(yōu)化及應用研究

李潔慧1，郭明明2

(1.湖南有色金屬研究院， 湖南 長沙 410100；2.長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410019)

以西藏某銀多金屬礦為例，利用Whittle軟件進行露天礦境界優(yōu)化。將常規(guī)礦業(yè)工程軟件中創(chuàng)建的塊體模型導入Whittle，并定義邊坡角、采選成本、銷售價格和生產(chǎn)規(guī)模等參數(shù)，根據(jù)L-G圖論法原理，形成一系列三維空間的露天坑境界方案，并根據(jù)各個方案的NPV值、境界剝采比等指標確定最優(yōu)的露天坑境界。實踐證明：Whittle軟件對獲取最優(yōu)境界和實現(xiàn)礦山企業(yè)最大化效益具有重要意義。

Whittle軟件；露天礦；境界優(yōu)化；剝采比

0 引 言

露天礦山開采境界的圈定是開展礦山設計的基礎，也是實現(xiàn)礦床安全、高效開采和經(jīng)濟、綠色開發(fā)的重要前提。因此，境界優(yōu)化是露天礦山設計和生產(chǎn)運營中的一項重要工作。

隨著計算機技術日新月異的發(fā)展，用計算機軟件進行露天礦境界優(yōu)化來替換傳統(tǒng)的手工法已成為礦業(yè)發(fā)展趨勢。目前，國內(nèi)外已開發(fā)出眾多成熟的礦業(yè)工程軟件(如：Surpac、Micormine、Dimine和3DMine等)，且在露天礦境界優(yōu)化中得到了廣泛應用[1￣3]。

1 工程概述

該銀多金屬礦位于西藏自治區(qū)，海拔高度4500～5200 m，主要礦體出露地表，出露礦體厚度較大，品位較高，資源量占整個礦段的57%。礦床上部礦石品位高、下部礦石品位相對較低。礦體主要賦存于矽卡巖中，為傾斜、中厚礦體；礦體頂板主要是角巖，底板主要是灰?guī)r、矽卡巖，近地表巖石受淺層風化影響較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)礦區(qū)的地表地形條件、礦體賦存特點，推薦前期露天開采+后期地下開采的開采方式。露天和地采生產(chǎn)能力均為1000 t/d(300 kt/a)。

露天開采采用公路開拓、汽車運輸?shù)拈_拓運輸方案，采剝工藝方案選擇機械穿孔爆破，采用液壓反鏟裝車，自卸式卡車運輸工藝。

地下開采采用平硐+溜井開拓，井下電機車運輸方案，采礦方法主要為分段空場嗣后充填采礦法，開采順序自上而下，通風系統(tǒng)為側(cè)翼對角抽出式通風系統(tǒng)。

綜合考慮礦床賦存特征，為降低生產(chǎn)成本、滿足安全、高效開采要求和實現(xiàn)露天坑價值最大化等，必須對最終露天開采境界進行優(yōu)化，使露天坑采出盡可能多的礦石，從而使礦山經(jīng)濟效益最大化。

2 Whittle境界優(yōu)化原理和工作流程

Whittle境界優(yōu)化的原理為：采用Lerchs和Grossman提出的動態(tài)規(guī)劃方法與圖論方法(簡稱L-G圖論法)[5]，以礦體模型、地表模型和塊體模型等三維礦床模型為基礎，通過Whittle軟件導入相關模型并輸入邊坡角參數(shù)、采選成本、銷售價格、生產(chǎn)規(guī)模等相關技術經(jīng)濟參數(shù)，通過售價因子的變化形成一系列三維空間的露天坑，計算出各個露天坑方案的NPV值、剝采比等數(shù)據(jù)，選擇并圈定最優(yōu)的露天坑境界。

Whittle境界優(yōu)化的工作流程(如圖1所示)一般如下：

圖1 Whittle境界優(yōu)化工作流程

(1) 在常規(guī)礦業(yè)軟件(如：Surpac、GEMS、Datamine和Vulcan)中，創(chuàng)建塊體模型等三維礦床模型，校驗地質(zhì)參數(shù)和生產(chǎn)校驗報告后導出.mod格式的塊體模型。

(2) 在Whittle軟件中導入塊體模型并進行項目需要重新分塊或框架調(diào)整，在軟件中定義露天坑邊坡角參數(shù)、以及定義采選成本、銷售價格和生產(chǎn)規(guī)模等因素，進行境界優(yōu)化并確定露天坑，最后導出露天坑境界。

約76%的受訪學生表示不滿意。隨機抽樣訪談中，受訪學生對教材的意見集中為：（1）文化內(nèi)容少，編排不連貫；（2）主題陳舊過時、枯燥乏味；（3）文化點注解不夠詳細，甚至沒有注解。

(3) 在常規(guī)礦業(yè)軟件中導入最優(yōu)境界，并進行露天坑的詳細設計。

3 露天礦開采境界優(yōu)化和圈定

3.1 創(chuàng)建塊體模型

利用Surpac軟件建立西藏某銀多金屬礦的礦體模型、地形模型和塊體模型。塊體模型采用克里金法對品位估值，塊體大?。篨=10 m，Y=10 m，Z=5 m，次級塊體大?。篨=2.5 m，Y=2.5 m，Z=1.25 m，將塊體模型根據(jù)礦體實體模型約束進行價值估值后，形成優(yōu)化后有用的價值模型，如圖2所示。

3.2 開采境界圈定的原則

(1) 露天境界剝采比小于或等于經(jīng)濟合理剝采比。

(2) 采用Whittle軟件進行境界優(yōu)化，以動態(tài)求取最大凈現(xiàn)值的方式進行露天境界優(yōu)化，通過比較優(yōu)化多個方案選擇最優(yōu)方案。

(3) 露天采場最終邊坡角以42°～43°進行圈定。

(4) 盡可能把較多的礦石圈在露天境界內(nèi)，以發(fā)揮露采的優(yōu)勢。

(5) 計算礦石經(jīng)濟價值只以銀、鉛和鋅為基礎。

圖2 塊體模型(礦體模型約束)

3.3 經(jīng)濟合理剝采比

經(jīng)計算，按盈利比較法計算的經(jīng)濟合理剝采比為11.54 t/t(見表1)。

表1 剝采比計算

3.4 露天開采境界優(yōu)化

根據(jù)礦體的賦存特點，以國際通行的價格打折的方法，采用Whittle軟件進行露天礦境界優(yōu)化，以動態(tài)優(yōu)化的方式，得出不同的境界方案?；緝r格系數(shù)為1.0，按系數(shù)0.1～1.2倍，以0.1為間距，通過計算機優(yōu)化出若干個方案，各方案比較結(jié)果見表2。

由表2可以看出，總體上隨著金屬價格的增加，露天境界不斷加大，平均剝采比增加。根據(jù)露天境界圈定的原則，綜合考慮NPV值以及境界剝采比等指標，方案5為西藏某銀多金屬礦的最優(yōu)境界。

表2 露天境界方案比較

3.5 露天開采境界圈定

(1) 露天采場邊坡參數(shù)。臺階高度10 m；安全平臺寬度3 m；清掃平臺寬度8 m；最終臺階坡面角60°～65°；運輸平臺寬度12 m；最終邊坡角42°～43°；兩個臺階一組合，每隔一個安全平臺設置一個清掃平臺。

(2) 露天境界確定。根據(jù)邊坡參數(shù)和開拓運輸?shù)囊?，在最?yōu)方案的基礎上，對露天境界進行圈定。

西藏某銀多金屬露天礦為山坡—凹陷露天礦，露天最終境界最大長度為480 m，最大寬度為370 m，最高臺階標高為4980 m，封閉圈標高4720 m，采場坑底標高為4680 m，坑底最大長度為60 m，最大寬度為40 m，露天最終境界見圖3和圖4。

圖3 露天最終境界

經(jīng)計算，境界內(nèi)礦巖總量為4444563 m3，11854853 t；其中：采出礦量總計為404267 m3，1067265 t，平均出礦品位Ag 250.29 g/t，Pb 2.63%，Zn 0.91%，Cu 0.24%，Au 0.20 g/t；采出金屬量Ag 267.1 t，Pb 28028 t，Zn 9737 t，Cu 2556 t，Au 211.52 kg。剝離巖石量為4040295 m3，10787588 t；境界內(nèi)平均剝采比9.99 m3/m3；10.11 t/t。

圖4 露天最終境界與礦體、地形的空間關系

4 結(jié) 論

(1) Whittle軟件不僅能生成一系列的三維露天礦境界方案模型，而且考慮了資金的時間價值，對獲取最優(yōu)境界和實現(xiàn)礦山企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化具有重要意義。

(2) 通過Whittle靈活性、合理的邏輯性和有效性可使企業(yè)實現(xiàn)企業(yè)目標，并且提高收益率。

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桑軍勝(1978-)男，山東萊州人，采礦工程師，主要從事井下采礦及通風管理，Email：472461078@qq.com。

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