露天开采分期境界方案优化研究
2020-07-08陈振超
陈振超
(中国瑞林工程技术股份有限公司,江西南昌 330038)
露天矿生产进度计划中剥采比是一个需要控制的关键指标,废石的剥离量不仅决定了剥离的成本,同时决定了需要投入的剥离设备数量。 对于矿体埋藏深、覆盖层厚的露天矿,生产前期为了揭露出矿体,需要集中剥离大量的废石,随着生产的进行,矿体上部的废石逐渐揭露完毕,生产中剥离的废石量呈降低的趋势,因此露天开采剥采比指标经常呈现前期高,后期低的逐渐下降趋势。为了均衡生产剥采比,推迟剥离量,减少设备的投入,常见的技术措施包括陡帮开采、分期开采。当采用单一陡帮开采难以均衡生产剥采比时, 宜采用分期开采或分期开采和陡帮开采相结合的方法。
对于服务年限长、开采范围大的露天矿山,分期境界的选择是采矿计划的关键部分, 分期境界的选择和与终了境界的相互关系会直接影响项目的净现值(以下简称“NPV”)。 在进行采矿计划时,选择合适的分期境界是非常重要的。MineSight 的MSVALP 程序可以快速进行长期排产并计算NPV,可以用来快速比较不同的分期境界方案来寻找NPV 最大的方案。
1 露天矿分期开采的目的和原则
1.1 露天矿分期开采的目的
露天矿分期开采是在储量大、开采年限长、开采范围大、埋藏深、上部剥离量大的条件下,选择一个品位较高、剥离量少的区域优先开采,实现推迟剥离量、平衡生产剥采比的作用。 通过分期开采,将大量岩石推迟开采,减少了基建剥离量,既可以降低前期生产剥采比,又可以减少剥离设备的投入,从而降低投资,推迟生产成本,提高矿山的经济效益[1]。
1.2 露天矿分期开采的原则
分期开采应当遵循以下原则:1)分期开采第一期境界服务年限宜大于还贷年限;2)分期开采扩帮期间不应造成减产或出现剥离高峰;3)分期开采的边帮有一部分是临时边帮,为了给扩帮作业创造有利条件,临时边帮不应采用台阶并段;4)分期开采应均衡生产剥采比,可以采用分期均衡,但每期均衡期应大于5 年,且剥采比变化幅度不宜过大。
2 分期境界优化方法研究
分期境界是露天开采的中间阶段,与最终境界具有以下差异:1)边坡构成要素有差异,分期开采的边帮,一般有部分或者全部是临时边帮。对于临时边帮,需要给未来扩帮创造条件,一般不应采用台阶并段,且应设置接滚石平台;2)分期境界的开采范围比最终境界小,可布置作业面的数量和大小不如最终境界,因此最终境界的生产规模可能无法达到,可以考虑采用由小规模投产,扩大到大规模的滚动式发展方式,或者选择小的生产规模。
选择分期开采后,首先开采第一期的分期境界,然后在第一期开采后期逐渐扩帮过渡到下一期境界,如此直至最终境界。因此分期境界的选择会影响排产的结果,不同的分期境界方案会产生不同的排产方案,从而产生不同的现金流,导致项目产生不同的NPV。 因此,可以选择多个分期境界方案,分别进行排产,从而计算出各方案相应的NPV,以NPV 最大为原则确定最优分期境界方案。操作步骤为:1)在确定最终境界的基础上,按照分期境界的边帮构成要素,生成一批备选境界。 2)从备选境界中,按照分期开采的原则选择出一个或若干个分期境界, 与最终境界组合成分期境界方案。3)对各个方案排产并计算NPV,以NPV 最大的原则选择最优的分期境界。
MineSight 软件的MSVALP 程序是对一系列露天境界进行排产并进行分析的程序。 根据提供的一系列露天境界,以及生产成本、产品价格、折现率、采剥能力等参数,程序计算出境界之间的矿岩量,按照矿石生产规模,将境界之间的矿岩量从上至下排产,若某期采剥量超出设置的采剥能力, 将会把超出的部分提前剥离,从而快速生成了排产结果,并根据经济参数计算出NPV。MSVALP 程序方便快捷,适合作为分期境界分析的工具。
3 工程实例分析
3.1 矿山概况
某矿为规模巨大的细脉型钨矿床,矿体由含黑钨矿、白钨矿、辉钼矿等石英脉组成,几乎整个岩株及部分变质砂岩皆遭受矿化,形成一个规模巨大、品位较低的矿体。矿体出露地表,矿区工程地质条件和水文地质条件均简单,适合采用露天开采方式。
3.2 最终境界的确定
通过参考同类矿山和市场价格,结合矿山实际情况选择境界优化参数,见表1。采用L-G 图论法进行境界优化,以NPV 最大为准则选择最优境界作为最终境界。
表1 境界优化参数
优化得出的最终境界内矿石量为89 029.9 kt,废石量291 807.3 kt,矿石平均钨品位0.23%。 露天开采标高最高950 m,最低420 m;露天境界水平投影长1 300 m、宽700 m,边坡最高标高900 m,最低420 m,最大高差480 m。选取矿石生产规模10 kt/d,即3 300 kt/a 进行分析研究。
3.3 分期境界的选择
本矿床最终境界开采范围大,储量大,上部山坡露天部分剥离量大,采用分期境界将有助于推迟剥离量。 因此,对其进行分期境界研究。
分期境界可以利用境界优化产生的嵌套境界,从中选择剥离量更少, 品位更高的境界作为分期境界。 采用价格系数方式优化产生的嵌套境界常常会出现境界之间间隔不均匀, 部分境界之间扩帮作业的平台过大或者过窄的状况,不适合作为分期境界,为此可以利用MineSight 软件中MSOPIT 程序的MultP 功能来生成间隔更均匀的境界, 以找出更符合实际的分期境界。利用MultP 功能,在地表和最终境界之间,生成了8 个间隔较均匀的嵌套境界,由小到大分别编号为1~8, 将最终境界编为第9 号,地表、最终境界和各嵌套境界相对关系见图1,境界矿岩量分析见表2。
图1 地表、最终境界和各嵌套境界剖面
表2 最终境界和各嵌套境界矿岩量分析
3.4 分期方案的选择
通过对各嵌套境界进行简单分析,难以看出哪个嵌套境界组合是最优的。 因此采用选择出所有可行的分期境界组合方案,进行排产并计算出NPV,通过比较NPV 来确定最优的方案。
分期开采的目的是推迟剥离量,减少前期生产剥采比,因此若将所有嵌套境界作为分期境界,从小到大逐步扩帮开采将会是经济最优的方法。 但是为了保证有足够的扩帮过渡时间,使得矿山连续稳定生产,分期境界之间应该满足一定的服务年限,保持一定的水平距离。 通过分析嵌套境界矿岩量和空间相对关系,第1 个分期境界选择剥采比低,同时能满足一定的服务年限的2 号或3 号境界; 后续剩余矿岩量较多,拟再选择1 个二期境界;共选择了5 个分期开采境界方案,见表3。 每个方案都能保证分期采剥量均衡,分期均衡期都在5 年以上。
表3 分期境界方案
分期境界的分析采用和境界优化相同的经济参数,由于本矿床采剥作业均外包,不需要采购采剥设备,即剥离量不会影响投资,故5 个分期境界方案采用相同的投资。根据基建所需剥离量的大小,设置基建期均为2 年。 利用MineSight 软件中的MSVALP程序,按照设置的采剥量、经济参数,对选定的分期境界方案分别进行分析,程序自动排产并计算出NPV,结果见表4。
表4 分期境界方案
分期境界方案中,方案3 的NPV 最大,根据NPV 最大的原则,方案3 是本项目的最优方案,相比NPV 最低的方案2,NPV 提高了13.6%。方案4 的NPV 与方案3 相近,但是峰值剥离量显著降低。 本实例由于采剥作业外包,峰值剥离量不会影响投资,如果在采剥作业自营的情况下,方案3 将会需要比方案4 投入更多采剥设备,即总投资更大,可能会导致方案3 的NPV 低于方案4。
4 结论
分期境界方案会影响项目的经济效益,选择合适的分期境界能够最大程度提高项目的经济效益。分期境界方案的选择受到多种因素的影响, 在不同条件下,最优的分期境界可能不同。通过对分期境界方案,综合考虑多种因素,进行排产并进行经济分析,可以得出分期境界方案的NPV。 MineSight 软件中的MSVALP 程序可以对分期境界方案进行快速排产并进行经济分析, 通过比较多个分期境界方案的NPV,选择经济最优的分期境界方案,可以实现分期境界方案优化。