于輝勝 朱文景 馮紅剛 何培雍 熊勇林

（1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三○三大隊(duì)；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院；3.寧波大學(xué)巖土工程研究所）

某露天紅土鎳礦由2個(gè)采區(qū)組成，相距約10 km，項(xiàng)目規(guī)劃規(guī)模為年處理干基礦石137萬t，巖層結(jié)構(gòu)從上向下劃分為覆蓋層、鐵帽層、褐鐵礦化層、殘積層和基巖。由于鐵帽層、褐鐵礦化層和殘積層中鎳和鐵的圈定指標(biāo)不同，一礦區(qū)探明+控制的褐鐵礦和殘積型資源量1 185萬t，鎳品位1.64%、鐵品位32.03%；二礦區(qū)探明+控制的褐鐵礦和殘積型資源量1 316萬t，鎳品位1.58%、鐵品位27.21%；2個(gè)礦區(qū)探明+控制鐵帽層1 293萬t，鎳品位1.04%；褐鐵礦層1 685萬t，鎳品位1.47%；殘積型礦層816萬t，鎳品位1.90%。

1 研究內(nèi)容

研究內(nèi)容：（1）2個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫建立，塊體模型，品位空間插值和屬性賦值等三維地質(zhì)模型［1-3］；（2）按照確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)和露天邊坡參數(shù)進(jìn)行露天境界初步優(yōu)化，確定境界內(nèi)資源量［4-8］；（3）在Minesched軟件中進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃初步編制，分別考察不同開采順序、推進(jìn)方向等約束條件下的礦山生產(chǎn)能力和出礦品位，選取凈現(xiàn)值最大的方案為最優(yōu)方案［9-14］。

2 考核目標(biāo)及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.1 考核目標(biāo)

運(yùn)用三維可視化技術(shù)，進(jìn)行露天境界優(yōu)化和生產(chǎn)計(jì)劃的編制，考察不同采剝順序的露天生產(chǎn)能力和出礦品位，尋求滿足生產(chǎn)要求和凈現(xiàn)值最大的方案，制定露天礦山可視化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)人員的業(yè)務(wù)能力，提升單位核心競爭力。

2.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過合理配礦和加強(qiáng)生產(chǎn)組織，對境界內(nèi)731.8萬t鎳品位1.2%～1.4%的礦石進(jìn)行綜合利用，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化后年均凈利潤5.91億元，年凈利潤提高約16%，所得稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率19.72%，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率提高約7%。不僅提高了資源綜合利用率，而且提高了礦山經(jīng)濟(jì)效益。

3 項(xiàng)目執(zhí)行情況評價(jià)

3.1 目標(biāo)、任務(wù)完成情況

在Minesched中進(jìn)行開采場所、物料運(yùn)移、設(shè)備定義和采剝工藝等約束，考察不同開采方案的礦山出礦品位、生產(chǎn)能力和凈現(xiàn)值，取滿足生產(chǎn)工藝要求和凈現(xiàn)值最大的方案為最優(yōu)方案，提高資源的綜合利用率。運(yùn)用三維可視化技術(shù)進(jìn)行露天開采配礦優(yōu)化研究，以原礦品位、生產(chǎn)能力和凈現(xiàn)值最大為原則選擇最優(yōu)開采方案，并形成操作體系文件，將研究成果運(yùn)用于后續(xù)露天礦山項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中［3］。

開采法范圍內(nèi)探明+控制的褐鐵礦和殘積型礦2 501萬t，鎳品位1.61%，最終境界內(nèi)褐鐵礦（鎳≥1.4%）885.19萬t，殘積礦778.82萬t，平均剝采比4.15 t/t，采礦損失率10%，貧化率5%，境界內(nèi)資源量占開采范圍內(nèi)總資源量的66.53%，原設(shè)計(jì)年凈利潤為5.06億元，所得稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率18.31%，境界內(nèi)有鎳品位1.2%～1.4%的礦石單獨(dú)堆存于采空區(qū)，通過合理配礦和加強(qiáng)生產(chǎn)組織，對該部分礦石進(jìn)行綜合利用

通過運(yùn)用三維可視化技術(shù)進(jìn)行露天開采配礦優(yōu)化研究，比傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)工期縮短約30%，工程咨詢設(shè)計(jì)效率提高5%以上。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）運(yùn)用三維可視化技術(shù)進(jìn)行礦體和巖體線框模型建立，運(yùn)用Lerchs Grossmann圖論法進(jìn)行露天境界優(yōu)化，提高資源利用率和礦山經(jīng)濟(jì)效益。

（2）在Minesched中依據(jù)動態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的編制，按照凈現(xiàn)值最大和滿足供礦品位以及生產(chǎn)規(guī)模確定最優(yōu)開采方案［14-15］。

3.3 技術(shù)路線

通過鉆孔數(shù)據(jù)庫提取礦體和巖體頂?shù)装?，建立礦體和巖體線框模型，運(yùn)用距離冪反比法進(jìn)行品位空間插值，然后根據(jù)確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行露天境界初步優(yōu)化，將塊體模型導(dǎo)入Minesched軟件進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃編制，考察不同開采方案的出礦品位和現(xiàn)金流，選取凈現(xiàn)值最大和滿足礦山生產(chǎn)要求的方案為最優(yōu)方案［16-17］，技術(shù)路線見圖1。

3.4 效果評價(jià)與技術(shù)貢獻(xiàn)

通過露天開采配礦優(yōu)化研究，保證礦山穩(wěn)定的供礦品位和生產(chǎn)規(guī)模，充分發(fā)揮設(shè)備的效率，減小前期剝采比，盡量均衡全期生產(chǎn)剝采比，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益［18-20］。

運(yùn)用三維可視化技術(shù)提高了露天境界優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度，為單位承擔(dān)國內(nèi)外類似礦山項(xiàng)目提供技術(shù)積累，為提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、打造精品工程、提升單位核心競爭力提供技術(shù)支持。

4 項(xiàng)目研究成果

4.1 建立地質(zhì)模型

4.1.1 鉆孔數(shù)據(jù)庫

從提供的鉆孔數(shù)據(jù)中提取工程孔位數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)、巖性數(shù)據(jù)，建立EXCEL格式的勘探工程位置表、化驗(yàn)數(shù)據(jù)表、地質(zhì)數(shù)據(jù)表，測斜數(shù)據(jù)表（全部按直孔），導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)，包括孔深錯(cuò)誤檢驗(yàn)、樣品重疊檢驗(yàn)等內(nèi)容，最終完成數(shù)據(jù)庫建立。

經(jīng)過整理建立數(shù)據(jù)庫，一礦區(qū)數(shù)據(jù)庫入庫鉆孔共計(jì)4 327個(gè)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)共計(jì)69 445條，巖性數(shù)據(jù)共計(jì)69 445條；二礦區(qū)數(shù)據(jù)庫鉆孔共計(jì)3 352個(gè)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)共計(jì)54 234條，巖性數(shù)據(jù)共計(jì)54 234條。

（1）LFO，鐵帽，鎳品位0.9%～1.2%，鐵品位≥40%。

（2）LGL，低鎳褐鐵礦，鎳品位1.2%～1.5%，鐵品位≥20%。

（3）MGL，中鎳褐鐵礦，鎳品位1.5%～1.8%，鐵品位≥20%。

（4）HGL，高鎳褐鐵礦，鎳品位≥1.8%，鐵品位≥20%。

（5）LGS，低鎳殘積型礦，鎳品位1.6%～2.0%，鐵品位≤20%。

（6）MGS，中鎳殘積型礦，鎳品位2.0%～2.3%，鐵品位≤20%。

（7）HGS，高鎳殘積型礦，鎳品位≥2.3%，鐵品位≤20%。

4.1.2 線框模型

在數(shù)據(jù)庫中分別提取褐鐵礦層和風(fēng)化殘積層的頂?shù)装妩c(diǎn)，中間插點(diǎn)擬合，建立褐鐵礦層和風(fēng)化殘積層模型。

4.1.3 塊體模型

依據(jù)礦體產(chǎn)狀和采剝工藝以及設(shè)備選擇，塊模型尺寸25 m×25 m×1 m、次級塊12.5 m×12.5 m×0.5 m。運(yùn)用距離冪次反比法進(jìn)行品位空間插值，并進(jìn)行礦巖類型等屬性賦值。

4.2 露天境界優(yōu)化

按照選定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，并參考類似礦山生產(chǎn)實(shí)際，露天境界優(yōu)化參數(shù)見表1。

4.3 生產(chǎn)計(jì)劃與配礦

4.3.1 地質(zhì)模型定義

塊體模型導(dǎo)入MineSched后，需要進(jìn)行品位、礦巖量和金屬量等的統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)礦石類型定義礦石種類和品級。

4.3.2 生產(chǎn)計(jì)劃編制與配礦

（1）生產(chǎn)流程的邏輯定義。主要包括開采單元、礦石堆場、廢石場和冶煉廠等工藝對象的定義及相互關(guān)聯(lián)性制定。定義主要生產(chǎn)場所以及物料運(yùn)移方向。鐵帽層運(yùn)往礦石堆場堆存，低品位褐鐵礦層運(yùn)往礦石堆場堆存，殘積層和中等品位褐鐵礦層以及高品位褐鐵礦層運(yùn)往冶煉廠處理。

（2）設(shè)備定義。根據(jù)生產(chǎn)能力和設(shè)備臺年綜合效率進(jìn)行自卸汽車和挖掘機(jī)等主要采剝設(shè)備的定義。

（3）采剝工藝。主要包括臺階高度、工作平臺寬度、生產(chǎn)剝采比、工作線長度和同時(shí)生產(chǎn)臺階數(shù)以及推進(jìn)方向的設(shè)置。

（4）排產(chǎn)結(jié)果輸出與優(yōu)化。排產(chǎn)結(jié)果以動畫和圖表的形式報(bào)告，可通過報(bào)表數(shù)據(jù)的分析，調(diào)整相關(guān)參數(shù)對排產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。通過選取2種可能的配礦方案分別考察其生產(chǎn)能力、供礦品位和凈現(xiàn)值，方案1和方案2的營業(yè)收入、經(jīng)營成本和現(xiàn)金流分布見圖2。

方案1所得稅后凈現(xiàn)值（Ic=10%）1.55億元，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率10.79%，投資回收期8.41 a；方案2所得稅后凈現(xiàn)值（Ic=10%）4.45億元，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率12.29%，投資回收期8.02 a。依據(jù)滿足礦山生產(chǎn)能力、便于生產(chǎn)組織和凈現(xiàn)值最大，選擇方案2為最優(yōu)方案。

將MineSched軟件的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果的計(jì)劃期數(shù)導(dǎo)入塊體模型中，在Surpac中進(jìn)行屬性約束，便可獲得塊體模型的單元塊計(jì)劃期數(shù)，指導(dǎo)礦山生產(chǎn)實(shí)際。

5 對策與建議

（1）露天開采配礦不僅要考慮開采區(qū)域、采剝順序?qū)Τ龅V品位的影響，還要考慮儲礦堆的礦石量和品位，有利于礦石品位的調(diào)節(jié)，便于高效配礦。

（2）后續(xù)需開展在最優(yōu)動態(tài)邊際品位和最小運(yùn)輸功下的露天開采配礦優(yōu)化研究，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的動態(tài)管理，提高資源綜合利用率。