基于Whittle的露天矿开采境界优化应用研究

阮诗昆

(紫金矿业集团股份有限公司， 福建 上杭县 364200)

基于Whittle的露天矿开采境界优化应用研究

阮诗昆

(紫金矿业集团股份有限公司， 福建 上杭县 364200)

Whittle软件是当前国际上矿山境界优化的最佳软件之一，借助Whittle软件对某矿山露天开采境界进行优化应用研究，通过建立地质模型，确定露天采场边坡参数，结合采选成本、采矿贫化率和损失率、选矿回收率、金属价格和采矿生产能力等技术经济参数进行开采境界的计算分析，选取NPV值最大的优化境界作为最优开采境界，实现了增加矿石量和减少剥离量的目的，满足了矿山生产需求。

Whittle；露天矿；境界优化

为满足矿山生产需求，促进矿山经济效益最大化，露天境界优化是露天矿设计与生产的重要基础工作[1-10]。随着矿业的持续快速发展，加快矿山数字化和信息化已成为未来矿山发展的重要支撑。Whittle软件是目前国际上矿山境界优化的最佳软件之一[1-3]，该软件在矿体块体模型的基础上对露天开采进行境界优化，其不仅能在三维空间上进行境界优化，同时还考虑资金的时间价值，以最终所确定的NPV(净现值)最大化为判定标准[1-3]，综合考虑采选成本、贫化损失率、选矿回收率、金属价格和采场边坡参数等，采用L-G图论法进行境界优化，能利用数学规划模型实现矿山自动快速排产，一次性排出一系列露天境界方案，让用户选择净现值最大的露天矿境界[1-3]。基于该软件的诸多优点，Whittle在国内国外应用广泛，尤其是矿山设计院进行境界优化的首选。

1 工程概况

该露天矿位于福建省西南部，是20世纪80年代发现并探明的特大型有色金属矿山，总体呈“上金下铜”的垂直矿化分带，为特大型世界级金铜共生矿床，属高硫浅成中低温热液-斑岩型矿床[11]。累计探明黄金金属量约300多t，铜金属量约200多万t。金矿主要产于600～1100 m标高的氧化带内，为次生富集氧化矿石；铜矿产于600～700 m标高以下的原生带中，为硫化铜矿石。

该露天矿采用汽车、汽车+溜井+平硐电机车及汽车+溜井+平硐胶带等多种开拓运输方式。露天矿境界内现布置有溜矿井18条(其中：金矿9条，铜矿9条)。露天矿采出的金矿石分别运往3个选矿厂处理，采出的铜矿石运输到浮选厂和湿法处理厂；废石采用汽车运往露天坑北侧的排土场。

地下矿采用溜井+坑内破碎+斜坡道胶带运输系统，采出的铜矿石全部运输到浮选厂处理。

为延长矿山服务年限，提高资源利用率，充分发挥露天开采的成本和安全优势，实现露天坑价值最大化，在矿床开采技术条件有利的情况下，对露天开采境界进行优化势在必行。

2 露天开采境界优化与确定

2.1 地质模型的建立

应用Surpac软件构建了矿床地表、巷道、采空区、矿体的三维模型，通过地质统计学分析，对矿体块体模型进行了以普通克立格法为主，距离平方反比法为辅的品位估值，建立三维可视化地质模型，块体模型的X、Y、Z值边界及单元块尺寸见表1。

表1 块体模型坐标范围与单元块尺寸

2.2 露天采场边坡参数的确定

综合现场生产经验，露天开采境界优化的采场最终边坡要素如下：

(1) 最终边坡角：各采场最终边坡角定为40°～42°，具体分为北帮42°、东帮41°、南帮40°、西帮41°进行优化；

(2) 台阶高度：根据现场实际确定分层台阶高度为12 m，开采到最终边帮时2个台阶并为1个阶段，阶段高度为24 m；

(3) 台阶坡面角为70°，表土层时为45°；

(4) 安全清扫平台宽度为10 m，上部风化带安全清扫平台宽度为30 m，南部小露天坑安全清扫平台宽度为7 m。

2.3 境界优化分析

2.3.1 采选成本分析

综合各项数据，采矿吨矿成本金矿为7.18元/t、铜矿为7.26元/t；剥离吨矿成本金矿为3.11元/t、铜矿为11.89元/t；境界优化开采成本定为13.23元/t。

湿法厂的选矿成本定为60元/t，浮选成本定为90元/t，金矿各选厂的选矿成本相差不大，以二选厂为基准，按照20元/t计算。

2.3.2 贫化率损失率及选矿回收率

依据初步设计采矿损失率按照2%、贫化率按照5%进行计算，比较符合实际；通过年回收率统计，考虑品位负变、选矿指标人为因素造成的水分问题等其他不确定因素影响实际选矿回收率，综合采矿厂、选矿厂实际，金矿定为70%、湿法铜定为65%、浮选铜定为88%。

2.3.3 金属价格及销售成本

根据近5年的金属价格走势(见图1、图2)，金金属价格最高为361.19元/g，最低为216.17元/g，平均为266.32元/g；铜金属价格最高为52859.4元/t，最低为28440.3元/t，平均为39478.5元/t。结合设计公司建议，金金属价格定为260元/g，铜金属价格定为39000元/t，销售成本暂不考虑。

图1 黄金价格5年走势

2.3.4 采矿生产能力

依据现有的设备能力以及闭坑计划，采矿生产能力5年内从4500万t降低到2800万t(金矿闭坑，铜矿达产)，采剥量5年内从8000万t降低到6500万t。

图2 铜价格5年走势

2.4 境界优化结果

根据拟定的技术经济参数指标，共圈定了26个优化境界。按所选取的技术经济指标数据进行开采境界的计算分析，从中选取NPV值最大的优化境界(见图3)。

按Whittle软件NPV最大法求解[12-13]，第13号优化境界NPV值最大，该境界往后NPV基本趋于稳定，略有减小，此时资源利用率有所提升，但废石剥离量明显提高，故选定13号优化境界为当前技术经济条件下的最优开采境界，而后根据开拓运输系统的要求，手工进行修整和调整后，形成露天开采最终境界(见图4)。

经估算，露天开采最终境界优化后露天坑内可采金矿矿石量为610.12万t，金属量为1953.81 kg，平均品位0.320 g/t；铜矿矿石量为25361.68万t，金属量为1229675.29 t，平均品位0.485 g/t。详见表2、图5。

基于当前收集的技术参数进行优化后的境界和目前的境界对比，露天坑整体有所缩小，主要为东北部、西帮以及南西帮区域减少了剥离量，优化结果最低标高为130 m，设计标高为124 m。

3 结 论

本次借助Whittle软件对某露天矿进行了境界优化，露天坑整体有所缩小，减少了剥离量，整体效果较为明显。本次应用研究结语如下：

(1) 该软件的应用可在三维空间上进行境界优化，可视化程度高；

(2) 该软件是在地质模型的基础上对露采境界开展优化，能够在矿体模型发生变化的背景下，适时开展境界优化[14]，具有效率高，优化时间短等特点，以此保持露采生产始终处于最佳状态；

图3 境界优化pit by pit图

图4 露天坑13号优化境界

(3) 该软件在境界优化时，在考虑资金时间价值的同时，考虑产品市场价格、采选成本、贫化率损失率、选矿回收率等因素，在此基础上确定NPV(净现值)最大化作为判断标准，充分考虑了矿山利益，对矿山保持持续盈利有着重要作用；

(4) 该软件采用L-G图论法对采坑进行境界优化，能够一次性排出一系列露天坑方案，让用户选择，矿山管理者可根据矿山实际状况选择最佳的境界作为最终境界[15]，选择出既符合矿山实际状况，又能保证矿山利益的最佳境界。

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2017-08-10)

阮诗昆(1981-)， 男，福建周宁人，工程师，硕士，主要从事地质勘查技术和数字化矿山研究，Email：ruanshikun@126.com。