基于Whittle的露天矿境界优化及应用研究

李洁慧，郭明明

(1.湖南有色金属研究院， 湖南 长沙 410100；2.长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410019)

基于Whittle的露天矿境界优化及应用研究

李洁慧1，郭明明2

(1.湖南有色金属研究院， 湖南 长沙 410100；2.长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410019)

以西藏某银多金属矿为例，利用Whittle软件进行露天矿境界优化。将常规矿业工程软件中创建的块体模型导入Whittle，并定义边坡角、采选成本、销售价格和生产规模等参数，根据L-G图论法原理，形成一系列三维空间的露天坑境界方案，并根据各个方案的NPV值、境界剥采比等指标确定最优的露天坑境界。实践证明：Whittle软件对获取最优境界和实现矿山企业最大化效益具有重要意义。

Whittle软件；露天矿；境界优化；剥采比

0 引 言

露天矿山开采境界的圈定是开展矿山设计的基础，也是实现矿床安全、高效开采和经济、绿色开发的重要前提。因此，境界优化是露天矿山设计和生产运营中的一项重要工作。

随着计算机技术日新月异的发展，用计算机软件进行露天矿境界优化来替换传统的手工法已成为矿业发展趋势。目前，国内外已开发出众多成熟的矿业工程软件(如：Surpac、Micormine、Dimine和3DMine等)，且在露天矿境界优化中得到了广泛应用[1￣3]。

1 工程概述

该银多金属矿位于西藏自治区，海拔高度4500～5200 m，主要矿体出露地表，出露矿体厚度较大，品位较高，资源量占整个矿段的57%。矿床上部矿石品位高、下部矿石品位相对较低。矿体主要赋存于矽卡岩中，为倾斜、中厚矿体；矿体顶板主要是角岩，底板主要是灰岩、矽卡岩，近地表岩石受浅层风化影响较破碎，节理裂隙发育。根据矿区的地表地形条件、矿体赋存特点，推荐前期露天开采+后期地下开采的开采方式。露天和地采生产能力均为1000 t/d(300 kt/a)。

露天开采采用公路开拓、汽车运输的开拓运输方案，采剥工艺方案选择机械穿孔爆破，采用液压反铲装车，自卸式卡车运输工艺。

地下开采采用平硐+溜井开拓，井下电机车运输方案，采矿方法主要为分段空场嗣后充填采矿法，开采顺序自上而下，通风系统为侧翼对角抽出式通风系统。

综合考虑矿床赋存特征，为降低生产成本、满足安全、高效开采要求和实现露天坑价值最大化等，必须对最终露天开采境界进行优化，使露天坑采出尽可能多的矿石，从而使矿山经济效益最大化。

2 Whittle境界优化原理和工作流程

Whittle境界优化的原理为：采用Lerchs和Grossman提出的动态规划方法与图论方法(简称L-G图论法)[5]，以矿体模型、地表模型和块体模型等三维矿床模型为基础，通过Whittle软件导入相关模型并输入边坡角参数、采选成本、销售价格、生产规模等相关技术经济参数，通过售价因子的变化形成一系列三维空间的露天坑，计算出各个露天坑方案的NPV值、剥采比等数据，选择并圈定最优的露天坑境界。

Whittle境界优化的工作流程(如图1所示)一般如下：

图1 Whittle境界优化工作流程

(1) 在常规矿业软件(如：Surpac、GEMS、Datamine和Vulcan)中，创建块体模型等三维矿床模型，校验地质参数和生产校验报告后导出.mod格式的块体模型。

(2) 在Whittle软件中导入块体模型并进行项目需要重新分块或框架调整，在软件中定义露天坑边坡角参数、以及定义采选成本、销售价格和生产规模等因素，进行境界优化并确定露天坑，最后导出露天坑境界。

约76%的受访学生表示不满意。随机抽样访谈中，受访学生对教材的意见集中为：（1）文化内容少，编排不连贯；（2）主题陈旧过时、枯燥乏味；（3）文化点注解不够详细，甚至没有注解。

(3) 在常规矿业软件中导入最优境界，并进行露天坑的详细设计。

3 露天矿开采境界优化和圈定

3.1 创建块体模型

利用Surpac软件建立西藏某银多金属矿的矿体模型、地形模型和块体模型。块体模型采用克里金法对品位估值，块体大小：X=10 m，Y=10 m，Z=5 m，次级块体大小：X=2.5 m，Y=2.5 m，Z=1.25 m，将块体模型根据矿体实体模型约束进行价值估值后，形成优化后有用的价值模型，如图2所示。

3.2 开采境界圈定的原则

(1) 露天境界剥采比小于或等于经济合理剥采比。

(2) 采用Whittle软件进行境界优化，以动态求取最大净现值的方式进行露天境界优化，通过比较优化多个方案选择最优方案。

(3) 露天采场最终边坡角以42°～43°进行圈定。

(4) 尽可能把较多的矿石圈在露天境界内，以发挥露采的优势。

(5) 计算矿石经济价值只以银、铅和锌为基础。

图2 块体模型(矿体模型约束)

3.3 经济合理剥采比

经计算，按盈利比较法计算的经济合理剥采比为11.54 t/t(见表1)。

表1 剥采比计算

3.4 露天开采境界优化

根据矿体的赋存特点，以国际通行的价格打折的方法，采用Whittle软件进行露天矿境界优化，以动态优化的方式，得出不同的境界方案。基本价格系数为1.0，按系数0.1～1.2倍，以0.1为间距，通过计算机优化出若干个方案，各方案比较结果见表2。

由表2可以看出，总体上随着金属价格的增加，露天境界不断加大，平均剥采比增加。根据露天境界圈定的原则，综合考虑NPV值以及境界剥采比等指标，方案5为西藏某银多金属矿的最优境界。

表2 露天境界方案比较

3.5 露天开采境界圈定

(1) 露天采场边坡参数。台阶高度10 m；安全平台宽度3 m；清扫平台宽度8 m；最终台阶坡面角60°～65°；运输平台宽度12 m；最终边坡角42°～43°；两个台阶一组合，每隔一个安全平台设置一个清扫平台。

(2) 露天境界确定。根据边坡参数和开拓运输的要求，在最优方案的基础上，对露天境界进行圈定。

西藏某银多金属露天矿为山坡—凹陷露天矿，露天最终境界最大长度为480 m，最大宽度为370 m，最高台阶标高为4980 m，封闭圈标高4720 m，采场坑底标高为4680 m，坑底最大长度为60 m，最大宽度为40 m，露天最终境界见图3和图4。

图3 露天最终境界

经计算，境界内矿岩总量为4444563 m3，11854853 t；其中：采出矿量总计为404267 m3，1067265 t，平均出矿品位Ag 250.29 g/t，Pb 2.63%，Zn 0.91%，Cu 0.24%，Au 0.20 g/t；采出金属量Ag 267.1 t，Pb 28028 t，Zn 9737 t，Cu 2556 t，Au 211.52 kg。剥离岩石量为4040295 m3，10787588 t；境界内平均剥采比9.99 m3/m3；10.11 t/t。

图4 露天最终境界与矿体、地形的空间关系

4 结 论

(1) Whittle软件不仅能生成一系列的三维露天矿境界方案模型，而且考虑了资金的时间价值，对获取最优境界和实现矿山企业经济效益的最大化具有重要意义。

(2) 通过Whittle灵活性、合理的逻辑性和有效性可使企业实现企业目标，并且提高收益率。

[1]王尚祯，赵文奎.基于DIMINE软件系统的玉龙铜矿露天开采境界优化研究[J].中国矿山工程，2014，43(6)：5￣8.

[2]钟德云，胡柳青.利用3DMine软件进行露天矿境界优化[J].金属矿山，2012，427(1)：128￣130.

[3]严 体，汪德文，曾庆田，等.基于Micormine软件的露天矿境界优化应用[J]．露天采矿技术，2014(2)：42￣47.

[4]何昌盛．露天开采最有边界利用品位动态研究及其应用[J].采矿工程，2013，13(5)：16￣20.

[5]李山存.Whittle软件在金多金属矿露天境界优化中的应用[J].采矿工程，2014，35(8)：47￣50.

[6]王建卫，段银联.Whittle软件在内蒙古迪彦钦阿木钼矿境界优化中的应用[J]．科技信息，2014(13)：362￣363.

[7]郜志明.Whittle软件在齐大山铁矿境界优化中的应用[J].矿业工程，2012，10(3)：58￣59.

[8]金 艳.Whittle软件境界优化设计的理念与技术方法[J].矿业工程，2012，10(1)：53￣57.

桑军胜(1978-)男，山东莱州人，采矿工程师，主要从事井下采矿及通风管理，Email：472461078@qq.com。

2017￣01￣10)