德興銅礦純廢石與含銅廢石的排土規劃研究

李宏偉

(鑫達金銀開發中心)

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德興銅礦純廢石與含銅廢石的排土規劃研究

李宏偉

(鑫達金銀開發中心)

廢石場排土規劃合理與否關系到礦山生產順利進行。通過對德興銅礦廢石場排土現狀的調查和堆浸要求，制定了排土方案，利用層次分析法對廢石場各排土方案進行比較選擇，并對該礦廢石場中的含銅廢石進行堆浸處理，提高了Cu金屬的回收量，為礦山更好地進行排土規劃提供依據。

廢石場排土方案層次分析法排土工藝參數

廢石場是露天礦山連續性生產中不可缺少的一部分，廢石場排土規劃是否合理直接關系到礦山生產的順利進行和礦山經濟效益[1]。德興銅礦露天礦目前年采剝總量為6 500萬t，其中礦石量3 300萬t，廢石量3 200萬t，采場內采用汽車開拓運輸[2-3]。為了盡可能多的提高Cu金屬回收量，在排土場內規劃出一堆浸場，回收廢石中的銅。通過對該露天礦山廢石場排土規劃的優化，降低排土場廢石分級分區的難度；提高堆浸場堆浸噴淋作業率和浸出率，提高銅回收率[4-6]；增強排土場的安全性與穩定性，提高礦山排土運營的經濟合理性。

1　礦山概述

德興銅礦露天礦廢石場與采場相隔，是一南北走向的自然山谷，其中包括2條主溝(河山溝和石塢溝)和1條支溝，其地形標高位于130～360m，排土場最終堆置標高為390m，堆積面積3.6km2，堆積量達到6億多t，含銅金屬量高達數十萬噸。

礦石運輸采用“汽車運輸—礦石粗破碎—膠帶運輸”方案；純廢石運輸采用全汽車運輸和“汽車運輸—廢石粗破碎—膠帶運輸機”兩種運輸方式運至排土場，含銅廢石采用全汽車運至堆浸場。

截至2012年年末，品位為0.05%～0.20%的按堆浸料，堆浸料核算量1.59億t；品位為0.15%～0.20%的廢石量0.78億t；品位低于0.05%為純廢石，純廢石核算量5.32億t。

2　排土場現狀

銅廠礦區有3個排土場，即礦區排土場、西源排土場和楊桃塢排土場。目前主要使用礦區排土場和西源排土場，楊桃塢排土場暫時停用閑置。考慮到西源排土場容量有限，銅廠采區內廢石主要運往礦區排土場。該排土場1993年開始使用，運輸隧道標高200m。含銅廢石堆浸場位于排土場內，主要布置在排土場北部，目前堆置標高為280m。

“汽車—破碎機—膠帶運輸機”排廢系統于2011年建成投產，承擔銅廠礦區大部分廢石排棄任務,其余由汽車運輸。系統設計廢石排棄量為 2 000萬t/a，由汽車運輸(830E電動輪汽車)、粗碎站破碎(PXF6089旋回破碎機)、長距離膠帶運輸機BC01輸送、移動式膠帶輸送機BC02轉載和排土機VASP1400/50-50排棄等環節組成。汽車排土能力為18 180萬t/a，排土段高80m，排土標高353m，排土場2012年年末地形見圖1。

圖1　2012年年末排土場狀態

3　排土場庫容計算

由Minesight軟件平臺數字化生成的等高線為基礎構建排土場地表模型[7-9]，利用其三維模型，可以清楚地了解地表與礦體、坑道、廢石堆置等多個模型之間的三維位置關系。Minesight軟件中提供了實體體積查詢功能，通過設置、調用pitres.dat程序，再通過對pitres.dat程序的參數設置，就可以算出相關數據。

根據排土場原始地形(見圖2)，結合排土場2012年年末狀態(見圖3)，計算得出目前排土場已堆置的廢石量為2.17億t。

圖2　排土場原始地形

圖3　排土場三維示意

在排土場2012年年末形狀的基礎上，按其最終堆置標高370m考慮，還可堆積的容積為1.77億m3，按廢石密度2.65t/m3、松散系數1.69、沉降系數1.12計算，可堆置廢石3.12億t。其中：純廢石與堆浸物料分別堆置，不占用現有的積液庫，排土場可堆置純廢石1.62億t，含堆浸物料1.50億t。

按目前設計的排土場最終堆置標高370m，西源嶺排土場還可以堆放3 400萬t廢石考慮，銅廠采區將還有約3.45億t廢石無法排置。故建議對原設計的370m進行升段。

4　排土方案的選擇

根據露天坑現狀，按照設計規范和安全控制技術的要求，排土場主要堆置參數有：排土場等級、最終堆置標高、最低標高、最大高度、單臺階高度、臺階數、臺階坡面角、安全平臺寬度、最終邊坡角等。

4.1排土方案分析

方案一：中部截斷，膠帶升段設置在中部區域；方案二：電動輪兩側排土，空出中間位置給膠帶排土；方案三：與方案二基本一致，將排土空間騰出給膠帶使用，先沿積液庫方向排滿，沿西部山脊升段。其相關參數見表1。

表1　排土參數

4.2技術經濟比較

對3個方案進行技術經濟比較(見表2)，以獲取最優方案。

4.2.1層次分析法

為分析3種方案的合理性，需要從經濟、技術等多方面進行綜合比較，這就涉及到了多目標決策問題。在多目標決策分析的多個方法中，層次分析法常被用于解決比較復雜的決策問題，在工程項目中的應用也比較多，且都取得了很好的經濟效果，因此，本研究采用層次分析法解決排土場方案的優選問題。

對于由諸多因素相互關聯、相互制約的復雜系統，層次分析法則提供了一種新的、簡單、實用、定性和定量相結合的決策方法[10-11]。

4.2.2建立層次結構模型

通過對排土規劃方案中各因素的綜合分析，建立了排土場設計方案優選的層次結構模型，見圖4。

此層次結構模型中一共有4個層次，分別為目標層、準則層、次準則層和方案層。

①目標層A，只有一個總目標,排土方案優選；

表2　3方案優缺點對比

②準則層B，包含2個準則，分別是經濟效益B1和技術管理B2；③次準則層C，每個準則層包含各自的次準則層，分別是容量C1、服務年限C2、升段量C3、移動皮帶次數C4、電動輪繞行距離C5、臺階高度C6、臺階寬度C7、皮帶延伸C8、升段時間C9和對膠帶工段的影響C10；④方案層D，包含3個備選方案D1、D2、D3，分別對應于相應的3個方案。

4.2.3構造判斷矩陣

判斷矩陣是某層因素對于上一層某一個因素的相對重要性比較,判斷矩陣中的元素由“1～9標度方法”給出。其中每一層因素都以它相鄰上一層次的各因素為準則，按照“1～9標度方法”兩兩比較構造判斷矩陣。

圖4　排土方案優選的層次結構模型

4.2.4層次單排序及其一致性檢驗

經過計算得出判斷矩陣最大特征值λmax和對應的特征向量，再經歸一化后記為W。W為同一層次因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值，這個過程稱為層次單排序。層次單排序是否可以確定，必須檢驗該層次單排序的一致性，如檢驗一致性不合格，必須重新構造判斷矩陣，直到一致性通過。

4.2.5層次總排序及其一致性檢驗

層次總排序由上到下按順序依次逐層進行。計算最下層對最上層總排序的權向量，需要通過總排序一致性比率CR進行檢驗。如果CR<0.1，則通過，即可用總排序權向量的結果進行決策，否則就應該重新建立層次結構模型或重新構造CR較大的判斷矩陣，直到一致性通過。

利用層次分析法軟件，最后得到3個方案總目標的權重如下：

W(D)=(0.252 0，0.486 5，0.261 4)T,

(1)

即:W1=0.252 0，W2=0.486 5，W3=0.261 4。

根據最終權重向量結果可知，方案二為最優，其次是方案三，最后是方案一。

5　結　論

在確定廢石與堆浸料堆放平面位置的基礎上，結合汽車和膠帶的排土能力，選擇了3種排土方案，通過對3種方案的技術經濟比較，最終選擇方案二，電動輪兩側排土，空出中間位置給膠帶排土。

排土場最終堆置標高從370m升段至413m，膠帶轉載點標高從353m升至413m，設計延伸膠帶通過320m爬高60m，達到413m標高，坡度為18%，約10.2°，小于膠帶14°的最大設計爬坡能力。采用方案二，353～413m升段路堤量預計為1 256.2 萬m3，需廢石量2 214.4萬t，計劃2022年完成膠帶升段所需路堤。按每年600萬t廢石量計算，需提前3.7a，即2019年開始413m升段路堤的修筑。

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2016-03-17)

李宏偉(1984—)，男，碩士，工程師，100038 北京市海淀區復興路戊12號。