不同技術條件下露天礦最終境界變化情況分析

馬曉倩 顧曉薇 張軍奎 王 青

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；2.蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

在露天礦實際生產過程中，最終境界的確定直接影響到礦山企業的投資和生產效益，所以露天礦境界優化是礦山企業設計生產中重要一環。影響境界優化的主要因素包括：經濟因素、技術因素和其他因素［1-3］。其中，經濟因素的研究主要集中于成本或價格變化對露天礦境界的影響上［4，5］；技術影響因素的研究主要集中于任一改變回采率、選礦回收率及廢石混入率并討論其對境界的影響［6］；其他影響因素的研究主要集中于礦體巖性、斷層及地表構筑物對境界的影響。

目前，對影響露天礦最終境界圈定的相關因素研究還不夠系統和完善，對不同影響因素間相互作用和相應影響關系研究還不夠深入。鑒于此，本研究將分別對改變回采率、改變回采率與廢石混入率、改變選礦回收率3種情況進行分析討論，以期對此類工程設計提供一定參考意義。

1 礦區地質概況

案例礦山處于廣西北緣淺海臺地，礦區為低中山地貌，其褶皺構造主要為巧馬復式背斜、尾勒向斜、新洛背斜，呈近東西向穿越礦區中部，次級褶皺為小型緊密線狀褶曲。它們構成了丫他金礦的基本構造格局，控制了礦帶的形成和范圍，進而影響了礦體的產出［7］。區內出露的地層有三疊系新苑組、邊陽組及第四系。其中新苑組、邊陽組為濁積巖特征，即巖性、巖相、厚度等變化很大。目前案例礦區共發現51條礦體，近東西走向［8］。

2 礦床數值模型

2.1 臺階模型

臺階是露天礦在垂直方向上的最小開采單元，其設置關系著礦山工作的整體安排與規劃。綜合考慮礦產儲量、實際設備選型、開采選別性、礦巖性質及地形地貌等因素，設置臺階高度為10 m，臺階塊狀模型尺寸為10 m×10 m，安全平臺寬5 m，工作平臺寬33 m，坡面角為75°［9］。

2.2 地表標高模型

露天金屬礦的地表標高模型通常是離散的二維塊狀模型，將礦區平面劃分為規則模塊，模塊中的數字代表該處的地表標高，模塊高度代表臺階高度，模塊的水平規格為10 m×10 m，如圖1所示。建立地表標高模型通常有2種方式，一種是根據等高線建立，另一種是根據測點標高建立。一般情況下等高線是已知的，本研究根據等高線運用插值算法建立地表標高模型。

運用3Dmine軟件，將建好的地表標高模型轉化成三維實體圖，能夠更加直觀地展示出礦區的地形地貌，如圖2所示。

2.3 品位模型

品位模型也是將礦區離散為三維塊狀模型［10］，模塊中的數字代表礦體在該模塊位置的品位值，其水平面尺寸為10 m×10 m，模塊高度等于臺階高度。本次設計將各分層離散礦體的品位定為模塊的品位，并將邊界品位定為1 g/t，對礦體進行充填，以1 044 m水平礦體品位模型為例，如圖3所示。

3 境界優化及分析

3.1 基本境界優化

在進行境界優化時，除了需要建立上述各種模型外，還需要對開采成本、剝離成本和幫坡角等一系列技術經濟參數進行確定。其中幫坡角設置是基于礦區不同方位圍巖特性計算，其他技術經濟參數基于當前市場行情以及類似礦山生產技術條件確定，具體取值如表1和表2所示。

基于表1和表2中確定的相關參數，首先對該礦區進行初始境界優化，得到的境界將作為后續不同技術條件下優化得到的境界的對比依據，這里我們將初始條件下得到的最佳境界稱為“基礎境界”，優化結果如表3所示。

優化后得到基礎境界等高線與三維實體模型，分別如圖4和圖5所示。

3.2 改變廢石混入率對境界的影響

廢石混入率是指采出礦石中廢石所占比率。本節將討論廢石混入率對境界的影響，以表2中的廢石混入率為基礎數據，分別考慮廢石混入率為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%時的情況，并進行討論分析，最終優化結果見表4。

從表4可以看出，隨著廢石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利呈遞減趨勢。相對于基礎境界，當廢石混入率降至1%時，境界盈利值增加4 530萬元，占基礎境界盈利值的3%，對應實際生產情況為：為提高境界盈利，礦山企業加強生產管理，從而減少廢石混入。當廢石混入率增至10%時，境界盈利值減少6 458萬元，占基礎境界盈利值的4%，對應實際生產情況為：由于礦山企業管理制度不夠完善，選別開采控制不好，增加了廢石混入率卻無法提高回采率，從而造成廢石混入率過大。其中，當廢石混入率從8%降至7%時，境界盈利值增長1 484萬元，增長幅度最大。說明當礦山生產突破將廢石混入率從8%降至7%的技術瓶頸時，可以獲得增長幅度最大的境界盈利值。

3.3 改變回采率和廢石混入率對境界的影響

隨著回采率的不斷提高，礦山企業需要開采更多之前難以開采的礦石，這樣不可避免地會混入較多的廢石，進而提高了廢石混入率。綜上所述，本節將討論回采率和廢石混入率對境界的影響，以表2中的回采率與廢石混入率為基礎數據，分別考慮回采率為 90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%，廢石混入率為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%時的情況，并進行討論分析，最終優化結果見表5。

從表5可以看出，隨著回采率（90%～99%）、廢石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利值總體上呈遞增的趨勢。相對于基礎境界，當回采率降至90%、廢石混入率降至1%時，盈利值減少6 247萬元，占基礎境界盈利值的4%，對應實際生產情況為：在無法減少廢石混入率的情況下，礦山企業不得不犧牲礦石回采率從而減少廢石混入率。當回采率增至99%、廢石混入率增至10%時，盈利值增加6 541萬元，占基礎境界盈利值的4%，對應實際生產情況為：在無法增加回收率的情況下，礦山企業不得不增加廢石混入率從而提高礦石回采率。其中，當回采率從91%提升至92%、廢石混入率從2%增至3%時，境界盈利值增長1 639萬元，增長幅度最大。說明當礦山生產突破將回采率提升從91%提升至92%的技術瓶頸時，盡管廢石混入率從2%增至3%，但依然可以獲得增長幅度最大的境界盈利值。

3.4 改變選礦回收率對境界的影響

根據表2的參數設置可以看出，礦山最終產品是金精礦，所以露天礦經濟效益不僅與采礦技術有關還與選礦工藝有關。不同的選礦回收率直接影響礦山金屬回收量，進而影響到礦山直接經濟效益以及臨界礦產資源的開采，最終影響到礦山最終境界的圈定。所以這里討論選礦回收率對境界的影響。以表2中選礦回收率為基礎數據，分別考慮選礦回收率為76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%時的情況，并進行討論分析，最終優化結果見表6。

從表6可以看出，選礦回收率（76%～85%）的增加，境界盈利值總體上呈遞增的趨勢。相對于基礎境界，當選礦回收率降至76%時，盈利值減少18 431萬元，占基礎境界盈利值的12%，對應實際生產情況為：選礦廠技術與管理水平較低，無法提高選礦回收率。當選礦回收率增至85%時，盈利值增加22 884萬元，占基礎境界盈利值的15%，對應實際生產情況為：在無法提高礦石回采率且降低廢石回收率的情況下，礦山企業可以通過提高選礦回收率，近而達到增加境界盈利值的目的。其中，當選礦回收率從79%提升至80%時，境界盈利值增長4 790萬元，增長幅度最大。說明當礦山生產突破將選礦回收率從79%提升至80%的技術瓶頸時，可以獲得增長幅度最大的境界盈利值。

通過調整廢石混入率、回采率以及選礦回收率可以看出，單位變量（每增加或者減少1%）條件下選礦回收率的改變引起礦山經濟效益的變化較大，也就是說，在一定程度上，選礦技術的改進對提高礦山整體經濟效益有較大的促進作用。

4 結 論

（1）隨著廢石混入率的提高，境界盈利明顯降低，這說明礦山企業經濟效益對廢石混入率有較高的靈敏度。同時廢石混入率過高也會對后續的選礦工作造成困難，所以在生產過程中應加強技術與管理，避免不必要的礦石混入。

（2）隨著回采率與廢石混入率的提高，境界盈利雖然也在增加，但增加幅度卻不大。這說明在回收率與廢石混入率共同影響經濟效益的情況下，回收率對經濟效益的影響更大，礦山企業可以在保證廢石混入率的情況下盡可能的提高礦石回采率。

（3）隨著選礦回收率的提高，境界盈利值有明顯增加，這說明境界盈利對選礦回收率也有較高的靈敏度。當礦山企業無法得到更高的回采率且降低廢石混入率時，可以考慮通過提高選礦回收率使企業獲得更大的經濟效益。