基于Whittle的露天礦境界優化及應用研究

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化。將常規礦業工程軟件中創建的塊體模型導入Whittle，并定義邊坡角、采選成本、銷售價格和生產規模等參數，根據L-G圖論法原理，形成一系列三維空間的露天坑境界方案，并根據各個方案的NPV值、境界剝采比等指標確定最優的露天坑境界。實踐證明：Whittle軟件對獲取最優境界和實現礦山企業最大化效益具有重要意義。

Whittle軟件；露天礦；境界優化；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，也是實現礦床安全、高效開采和經濟、綠色開發的重要前提。因此，境界優化是露天礦山設計和生產運營中的一項重要工作。

隨著計算機技術日新月異的發展，用計算機軟件進行露天礦境界優化來替換傳統的手工法已成為礦業發展趨勢。目前，國內外已開發出眾多成熟的礦業工程軟件(如：Surpac、Micormine、Dimine和3DMine等)，且在露天礦境界優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，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，底板主要是灰巖、矽卡巖，近地表巖石受淺層風化影響較破碎，節理裂隙發育。根據礦區的地表地形條件、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。露天和地采生產能力均為1000 t/d(300 kt/a)。

露天開采采用公路開拓、汽車運輸的開拓運輸方案，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，通風系統為側翼對角抽出式通風系統。

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

2 Whittle境界優化原理和工作流程

Whittle境界優化的原理為：采用Lerchs和Grossman提出的動態規劃方法與圖論方法(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、采選成本、銷售價格、生產規模等相關技術經濟參數，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、剝采比等數據，選擇并圈定最優的露天坑境界。

Whittle境界優化的工作流程(如圖1所示)一般如下：

圖1 Whittle境界優化工作流程

(1) 在常規礦業軟件(如：Surpac、GEMS、Datamine和Vulcan)中，創建塊體模型等三維礦床模型，校驗地質參數和生產校驗報告后導出.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整，在軟件中定義露天坑邊坡角參數、以及定義采選成本、銷售價格和生產規模等因素，進行境界優化并確定露天坑，最后導出露天坑境界。

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(3) 在常規礦業軟件中導入最優境界，并進行露天坑的詳細設計。

3 露天礦開采境界優化和圈定

3.1 創建塊體模型

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，塊體大小：X=10 m，Y=10 m，Z=5 m，次級塊體大小：X=2.5 m，Y=2.5 m，Z=1.25 m，將塊體模型根據礦體實體模型約束進行價值估值后，形成優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濟合理剝采比。

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

(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，以發揮露采的優勢。

(5) 計算礦石經濟價值只以銀、鉛和鋅為基礎。

圖2 塊體模型(礦體模型約束)

3.3 經濟合理剝采比

經計算，按盈利比較法計算的經濟合理剝采比為11.54 t/t(見表1)。

表1 剝采比計算

3.4 露天開采境界優化

根據礦體的賦存特點，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化，以動態優化的方式，得出不同的境界方案。基本價格系數為1.0，按系數0.1～1.2倍，以0.1為間距，通過計算機優化出若干個方案，各方案比較結果見表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。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。根據邊坡參數和開拓運輸的要求，在最優方案的基礎上，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

經計算，境界內礦巖總量為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 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，對獲取最優境界和實現礦山企業經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實現企業目標，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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