德兴铜矿纯废石与含铜废石的排土规划研究

李宏伟

(鑫达金银开发中心)



德兴铜矿纯废石与含铜废石的排土规划研究

李宏伟

(鑫达金银开发中心)

废石场排土规划合理与否关系到矿山生产顺利进行。通过对德兴铜矿废石场排土现状的调查和堆浸要求，制定了排土方案，利用层次分析法对废石场各排土方案进行比较选择，并对该矿废石场中的含铜废石进行堆浸处理，提高了Cu金属的回收量，为矿山更好地进行排土规划提供依据。

废石场排土方案层次分析法排土工艺参数

废石场是露天矿山连续性生产中不可缺少的一部分，废石场排土规划是否合理直接关系到矿山生产的顺利进行和矿山经济效益[1]。德兴铜矿露天矿目前年采剥总量为6 500万t，其中矿石量3 300万t，废石量3 200万t，采场内采用汽车开拓运输[2-3]。为了尽可能多的提高Cu金属回收量，在排土场内规划出一堆浸场，回收废石中的铜。通过对该露天矿山废石场排土规划的优化，降低排土场废石分级分区的难度；提高堆浸场堆浸喷淋作业率和浸出率，提高铜回收率[4-6]；增强排土场的安全性与稳定性，提高矿山排土运营的经济合理性。

1　矿山概述

德兴铜矿露天矿废石场与采场相隔，是一南北走向的自然山谷，其中包括2条主沟(河山沟和石坞沟)和1条支沟，其地形标高位于130～360m，排土场最终堆置标高为390m，堆积面积3.6km2，堆积量达到6亿多t，含铜金属量高达数十万吨。

矿石运输采用“汽车运输—矿石粗破碎—胶带运输”方案；纯废石运输采用全汽车运输和“汽车运输—废石粗破碎—胶带运输机”两种运输方式运至排土场，含铜废石采用全汽车运至堆浸场。

截至2012年年末，品位为0.05%～0.20%的按堆浸料，堆浸料核算量1.59亿t；品位为0.15%～0.20%的废石量0.78亿t；品位低于0.05%为纯废石，纯废石核算量5.32亿t。

2　排土场现状

铜厂矿区有3个排土场，即矿区排土场、西源排土场和杨桃坞排土场。目前主要使用矿区排土场和西源排土场，杨桃坞排土场暂时停用闲置。考虑到西源排土场容量有限，铜厂采区内废石主要运往矿区排土场。该排土场1993年开始使用，运输隧道标高200m。含铜废石堆浸场位于排土场内，主要布置在排土场北部，目前堆置标高为280m。

“汽车—破碎机—胶带运输机”排废系统于2011年建成投产，承担铜厂矿区大部分废石排弃任务,其余由汽车运输。系统设计废石排弃量为 2 000万t/a，由汽车运输(830E电动轮汽车)、粗碎站破碎(PXF6089旋回破碎机)、长距离胶带运输机BC01输送、移动式胶带输送机BC02转载和排土机VASP1400/50-50排弃等环节组成。汽车排土能力为18 180万t/a，排土段高80m，排土标高353m，排土场2012年年末地形见图1。

图1　2012年年末排土场状态

3　排土场库容计算

由Minesight软件平台数字化生成的等高线为基础构建排土场地表模型[7-9]，利用其三维模型，可以清楚地了解地表与矿体、坑道、废石堆置等多个模型之间的三维位置关系。Minesight软件中提供了实体体积查询功能，通过设置、调用pitres.dat程序，再通过对pitres.dat程序的参数设置，就可以算出相关数据。

根据排土场原始地形(见图2)，结合排土场2012年年末状态(见图3)，计算得出目前排土场已堆置的废石量为2.17亿t。

图2　排土场原始地形

图3　排土场三维示意

在排土场2012年年末形状的基础上，按其最终堆置标高370m考虑，还可堆积的容积为1.77亿m3，按废石密度2.65t/m3、松散系数1.69、沉降系数1.12计算，可堆置废石3.12亿t。其中：纯废石与堆浸物料分别堆置，不占用现有的积液库，排土场可堆置纯废石1.62亿t，含堆浸物料1.50亿t。

按目前设计的排土场最终堆置标高370m，西源岭排土场还可以堆放3 400万t废石考虑，铜厂采区将还有约3.45亿t废石无法排置。故建议对原设计的370m进行升段。

4　排土方案的选择

根据露天坑现状，按照设计规范和安全控制技术的要求，排土场主要堆置参数有：排土场等级、最终堆置标高、最低标高、最大高度、单台阶高度、台阶数、台阶坡面角、安全平台宽度、最终边坡角等。

4.1排土方案分析

方案一：中部截断，胶带升段设置在中部区域；方案二：电动轮两侧排土，空出中间位置给胶带排土；方案三：与方案二基本一致，将排土空间腾出给胶带使用，先沿积液库方向排满，沿西部山脊升段。其相关参数见表1。

表1　排土参数

4.2技术经济比较

对3个方案进行技术经济比较(见表2)，以获取最优方案。

4.2.1层次分析法

为分析3种方案的合理性，需要从经济、技术等多方面进行综合比较，这就涉及到了多目标决策问题。在多目标决策分析的多个方法中，层次分析法常被用于解决比较复杂的决策问题，在工程项目中的应用也比较多，且都取得了很好的经济效果，因此，本研究采用层次分析法解决排土场方案的优选问题。

对于由诸多因素相互关联、相互制约的复杂系统，层次分析法则提供了一种新的、简单、实用、定性和定量相结合的决策方法[10-11]。

4.2.2建立层次结构模型

通过对排土规划方案中各因素的综合分析，建立了排土场设计方案优选的层次结构模型，见图4。

此层次结构模型中一共有4个层次，分别为目标层、准则层、次准则层和方案层。

①目标层A，只有一个总目标,排土方案优选；

表2　3方案优缺点对比

②准则层B，包含2个准则，分别是经济效益B1和技术管理B2；③次准则层C，每个准则层包含各自的次准则层，分别是容量C1、服务年限C2、升段量C3、移动皮带次数C4、电动轮绕行距离C5、台阶高度C6、台阶宽度C7、皮带延伸C8、升段时间C9和对胶带工段的影响C10；④方案层D，包含3个备选方案D1、D2、D3，分别对应于相应的3个方案。

4.2.3构造判断矩阵

判断矩阵是某层因素对于上一层某一个因素的相对重要性比较,判断矩阵中的元素由“1～9标度方法”给出。其中每一层因素都以它相邻上一层次的各因素为准则，按照“1～9标度方法”两两比较构造判断矩阵。

图4　排土方案优选的层次结构模型

4.2.4层次单排序及其一致性检验

经过计算得出判断矩阵最大特征值λmax和对应的特征向量，再经归一化后记为W。W为同一层次因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这个过程称为层次单排序。层次单排序是否可以确定，必须检验该层次单排序的一致性，如检验一致性不合格，必须重新构造判断矩阵，直到一致性通过。

4.2.5层次总排序及其一致性检验

层次总排序由上到下按顺序依次逐层进行。计算最下层对最上层总排序的权向量，需要通过总排序一致性比率CR进行检验。如果CR<0.1，则通过，即可用总排序权向量的结果进行决策，否则就应该重新建立层次结构模型或重新构造CR较大的判断矩阵，直到一致性通过。

利用层次分析法软件，最后得到3个方案总目标的权重如下：

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。

根据最终权重向量结果可知，方案二为最优，其次是方案三，最后是方案一。

5　结　论

在确定废石与堆浸料堆放平面位置的基础上，结合汽车和胶带的排土能力，选择了3种排土方案，通过对3种方案的技术经济比较，最终选择方案二，电动轮两侧排土，空出中间位置给胶带排土。

排土场最终堆置标高从370m升段至413m，胶带转载点标高从353m升至413m，设计延伸胶带通过320m爬高60m，达到413m标高，坡度为18%，约10.2°，小于胶带14°的最大设计爬坡能力。采用方案二，353～413m升段路堤量预计为1 256.2 万m3，需废石量2 214.4万t，计划2022年完成胶带升段所需路堤。按每年600万t废石量计算，需提前3.7a，即2019年开始413m升段路堤的修筑。

[1]采矿手册编辑委员会.采矿手册(3)[M].北京:冶金工业出版社,1991.

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2016-03-17)

李宏伟(1984—)，男，硕士，工程师，100038 北京市海淀区复兴路戊12号。