馬印禹

(赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰市 024039)

0 引言

隨著地下金屬礦山淺部資源的開(kāi)采,大部分金屬礦山正面臨著資源枯竭和深部開(kāi)采的難題,為了提高資源利用率,原有的地下殘礦資源已逐漸成為礦山回采的主要對(duì)象。但對(duì)于礦山開(kāi)采而言,礦山建設(shè)生產(chǎn)所要達(dá)到的最終目的就是在綜合各項(xiàng)收支之后獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此,經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)對(duì)于地下礦山的殘礦回采具有重要作用[2-3]。

目前,地下殘礦的回采一直是大多數(shù)礦山面臨的開(kāi)采難題,國(guó)內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。張建威[4]對(duì)西石門(mén)鐵礦礦體賦存的殘礦進(jìn)行回采,從最初的有底柱分段崩落法和無(wú)底柱小間距采礦法,最終優(yōu)化為無(wú)底柱分段崩落法;宋首洋[5]對(duì)廣西某錫礦殘礦回采方案進(jìn)行研究,優(yōu)化后的回采方案創(chuàng)造了2.29億元經(jīng)濟(jì)價(jià)值;吳維成等[6]對(duì)阿爾哈達(dá)鉛鋅礦進(jìn)行綜合考慮,選用上向進(jìn)路充填法聯(lián)合淺孔崩落法作為回采工藝,遙控出礦,安全、高效、經(jīng)濟(jì)地回采了殘礦資源。

通過(guò)合理的回采技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)礦山安全高效回采,但是想獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益,僅僅考慮回采技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還需要進(jìn)一步分析影響經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)此,大量的學(xué)者也進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方面的相關(guān)研究,如黃月軍等[7]提出了一種開(kāi)采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法,提高了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性;陳文軍等[8]綜合考慮礦山的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),從生產(chǎn)成本、出礦品位、礦石生產(chǎn)量等指標(biāo)出發(fā),分析其對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響;汪日生等[9]基于VB的礦山技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì);李丕蓉等[10]對(duì)西藏雄村銅金礦采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法對(duì)礦床經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。在礦山開(kāi)采過(guò)程中,主要考慮礦石質(zhì)量指標(biāo)和開(kāi)采技術(shù)條件指標(biāo)。但對(duì)于殘礦回采來(lái)講,礦石質(zhì)量指標(biāo)即礦體品位難以精確確定。因此,合理確定礦山實(shí)際回采過(guò)程中的礦石品位,并根據(jù)礦床地質(zhì)特征變化、礦床開(kāi)采和加工技術(shù)水平的提高、礦產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)格的變動(dòng)等確定相應(yīng)的工業(yè)指標(biāo),對(duì)于殘礦回采的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)尤為重要。

本文針對(duì)地下殘礦礦體分布較散、礦體品位難以確定等難題,將地下殘礦進(jìn)行分區(qū)離散化,精細(xì)化地考慮每一中段的礦體品位,同時(shí)以赤峰柴胡欄子黃金礦深部殘礦資源為基礎(chǔ),構(gòu)建回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模型,利用該經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型對(duì)該礦深部殘礦資源進(jìn)行研究,提出了一種新的地下殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法。

1 礦山背景

赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市松山區(qū)初頭朗鎮(zhèn)境內(nèi),該礦建于1983年,屬?lài)?guó)有企業(yè),2002 年改制為股份制企業(yè)。2008年11月由山東黃金集團(tuán)公司收購(gòu)經(jīng)營(yíng)。為了滿(mǎn)足社會(huì)的需求,礦山一方面努力提高現(xiàn)有資源的利用率,另一方面也在為新探獲資源的合理開(kāi)采做準(zhǔn)備。礦山現(xiàn)階段采用淺孔留礦法開(kāi)采,空區(qū)采用廢石進(jìn)行回填或用混凝土進(jìn)行充填,但礦山開(kāi)采生產(chǎn)能力低,同時(shí)上部礦床留礦法開(kāi)采過(guò)程中,存在大量間柱和頂、底殘柱。由于時(shí)間比較長(zhǎng)久,地壓轉(zhuǎn)移已造成局部頂、底殘柱破碎,隨著礦床開(kāi)采往深部延伸,上部殘礦資源變形將越來(lái)越大,若不及時(shí)回采,頂、底殘礦資源的開(kāi)采難度將會(huì)越來(lái)越高,開(kāi)采安全性越來(lái)越差。因此,有必要對(duì)該礦山的深部殘礦資源進(jìn)行回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

2 總體構(gòu)架及思路

國(guó)內(nèi)大多數(shù)地下礦山開(kāi)采都未精確考慮殘礦回采計(jì)劃的盈利情況,僅依靠已有類(lèi)似礦山工程經(jīng)驗(yàn)判斷殘礦回采的盈利情況,無(wú)法定量分析,容易造成結(jié)果存在較大的誤差和隨機(jī)性[12]。目前,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多礦山逐漸向數(shù)字化礦山轉(zhuǎn)型,在礦山開(kāi)采過(guò)程中引入各類(lèi)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),對(duì)礦山回采計(jì)劃進(jìn)行定量分析。對(duì)于地下殘礦回采計(jì)劃評(píng)價(jià),回采計(jì)劃評(píng)價(jià)中的重要因素——?dú)埖V資源的品位難以保證,地下礦體開(kāi)采時(shí)整個(gè)礦房的礦體大致處于同一環(huán)境,礦石的品位幾乎保持在同一水平。但殘礦資源量較小,且部分較分散,難以準(zhǔn)確地知道各個(gè)中段留存的殘礦品位,也較難得到準(zhǔn)確的盈利情況。基于此,本文提出了一種地下殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法,其總體流程如圖1所示。

圖1 殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法總體流程

2.1 殘礦留存情況

地下礦山在礦床開(kāi)采過(guò)程中,存在大量間柱和頂、底柱。留存的礦柱大多持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng),地壓轉(zhuǎn)移會(huì)造成局部頂、底殘柱破碎,隨著礦床開(kāi)采往深部延伸,上部殘礦資源變形將越來(lái)越大。每個(gè)礦山存在多個(gè)礦井,每個(gè)礦井的開(kāi)采深度以及中段數(shù)都不相同。因此,想要了解整個(gè)礦山的殘礦留存情況以及礦柱破碎程度,需要根據(jù)礦山的實(shí)際開(kāi)采情況,以及殘礦存留的時(shí)間、深度等,對(duì)礦山整體的殘礦資源賦存情況進(jìn)行調(diào)查匯總,為后續(xù)地下殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型的建立奠定基礎(chǔ)。

2.2 殘礦價(jià)值模型

地下殘礦模型由價(jià)值塊組成。價(jià)值塊形態(tài)為長(zhǎng)方體,每個(gè)價(jià)值塊即為每個(gè)中段和礦房開(kāi)采所留的頂柱、底柱和間柱。根據(jù)礦山開(kāi)采情況,頂柱和底柱的長(zhǎng)即為一個(gè)礦房沿走向的長(zhǎng)度,平面尺寸一般為邊長(zhǎng)2～4 m 的正方形,間柱高度一般為一個(gè)礦房的高度,平面尺寸一般為2 m×2 m。價(jià)值塊屬性包括:礦巖類(lèi)型、巖性、采礦量W,采礦體積V,回采率ρ,支護(hù)面積H,充填體積T,各成分含量ge、運(yùn)輸距離L。價(jià)值塊屬性包括價(jià)值塊所在中段編號(hào)(i(i=1,2,3,…),序列號(hào)k(k=1,2,3,…),以及每個(gè)價(jià)值塊的屬性號(hào),頂柱f、底柱d、間柱s。

2.3 獲取各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

地下礦殘礦開(kāi)采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)包括:支護(hù)費(fèi)用、充填費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、機(jī)械配件、電力、維修成本、爆破費(fèi)用、其他材料構(gòu)成的直接生產(chǎn)成本,以及資源稅、人工費(fèi)、折舊費(fèi)和其他費(fèi)用。

2.4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建及解算

結(jié)合殘礦資源質(zhì)量、開(kāi)采成本和市場(chǎng)價(jià)格三大要素,研究分析礦產(chǎn)資源開(kāi)采成本與礦產(chǎn)品銷(xiāo)售,合理評(píng)判礦產(chǎn)資源的獲利能力。一是研究礦產(chǎn)資源的開(kāi)采成本,二是研究產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格[13]。

本文基于殘礦開(kāi)采過(guò)程中的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù),根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算邏輯,構(gòu)建殘礦回采經(jīng)濟(jì)評(píng)估通用價(jià)值評(píng)價(jià)模型,并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型解算。將殘礦回采成本與礦產(chǎn)品銷(xiāo)售收益進(jìn)行總體分析比較,綜合分析評(píng)判金屬礦深部殘礦資源回收的獲利能力。

3 回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模型構(gòu)建

本文構(gòu)建的回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模型包括數(shù)據(jù)集合、集合的索引、參數(shù),以及價(jià)值模型函數(shù)等。其中,數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)集合為f(ge);各成分單位售價(jià)集合,元/t。集合的索引包括:i、k、f、d、s序列號(hào)索引[1]。

3.1 模型參數(shù)

(1) 價(jià)值塊屬性。包括:中段采礦量Wi;中段采礦體積Vi;中段開(kāi)采后充填體積Ti;回采率ρi,各成分含量ge。

(2) 采礦時(shí)各經(jīng)濟(jì)單價(jià)參數(shù)。中段殘礦回采支護(hù)費(fèi)用R1,元/m;充填費(fèi)用R2,元/m3;運(yùn)輸費(fèi)用R3,元/m3;機(jī)械配件R4,元/m3;電力R5,元/m3;維修成本R6,元/m3;爆破費(fèi)用R7,元/m3;其他材料費(fèi)用R8,元/m3;資源稅R9,元/m3;人工費(fèi)R10,元/m3;折舊費(fèi)R11,元/m3;其他費(fèi)用R12,元/m3。

3.2 價(jià)值模型函數(shù)

每一中段價(jià)值塊總售價(jià)Qi:

回采價(jià)值塊總售價(jià)Q總:

每一中段價(jià)值塊總成本Ci:

回采價(jià)值塊總成本C總:

回采計(jì)劃盈利E總:

4 工程應(yīng)用

為了最大限度地回采殘礦資源,赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司對(duì)地下殘礦資源進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析,赤峰柴胡欄子黃金礦間柱和頂、底殘柱礦石量為38.9萬(wàn)t,平均礦石品位為2.89 g/t,該部分礦石價(jià)值高達(dá)3.82億元。

本文以赤峰柴胡欄子礦2#礦井殘礦資源賦存狀況為研究對(duì)象,利用經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型對(duì)該礦深部殘礦資源進(jìn)行研究,2#礦井開(kāi)采中段分布情況如圖2所示。

圖2 2#礦井開(kāi)拓系統(tǒng)縱投影

4.1 2#礦井殘礦資源量

殘礦資源開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)模型依托礦山開(kāi)采整體模型,結(jié)合收入和成本兩個(gè)指標(biāo)。其中,收入是指金礦的銷(xiāo)售收入,以實(shí)際的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)售價(jià)為準(zhǔn),而成本則為殘礦開(kāi)采成本。

在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中,處于不同位置處的礦柱品位不同。礦石品位越準(zhǔn)確,對(duì)于整體開(kāi)采的方案確定以及出礦之后的銷(xiāo)售都非常有益。在地下礦山開(kāi)采的基礎(chǔ)上,考慮殘礦回采的實(shí)際情況,在每個(gè)中段取3個(gè)具有代表性的位置進(jìn)行礦石品位檢測(cè),取其平均值作為該中段的礦石品位。如圖3所示,在四中段分別取3個(gè)位置處的礦石進(jìn)行檢測(cè),取樣點(diǎn)1、取樣點(diǎn)2、取樣點(diǎn)3,然后取3個(gè)樣點(diǎn)礦石品位檢測(cè)值的平均值作為該中段礦石的品位值。在礦山開(kāi)采整體模型的基礎(chǔ)上,考慮實(shí)際情況,并以此計(jì)算空間中每一中段的礦石品位,并將品位寫(xiě)入到計(jì)算屬性模型中。

圖3 殘礦回采整體平面模型

根據(jù)赤峰柴胡欄子黃金礦對(duì)2#礦井的殘礦資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析可以得出以下結(jié)論。

(1) 二中段2#殘礦資源量。殘礦主要分布在5#號(hào)脈4線附近采場(chǎng),剩余頂柱長(zhǎng)度約為86 m,高度約為6.1 m,厚約為2 m(礦石容重2.75 t/m3),資源總量為2 885.3 t。

(2) 三中段殘礦資源量。殘礦分布在5#脈4線附近和4#脈9～14線。5#脈剩余頂柱長(zhǎng)為97.5 m,高度為6.5 m,厚約1.75 m,資源總量為3 074.95 t,4#脈剩余底柱長(zhǎng)度約為193 m,高度為3.2 m,厚3.21 m,資源總量為5 627.53 t。

(3) 四中段殘礦資源量。殘礦分布在5#脈4線附近和4#脈12線附近。5#脈剩余頂柱長(zhǎng)為89 m,高為8 m,礦體厚度為2.2 m,資源量為4 332.9 t。4#脈剩余頂柱長(zhǎng)為90 m,高為2.4 m,礦體厚度為3 m,資源量為1 782 t。4#脈四中段剩余底柱加五中段頂柱和部分間柱長(zhǎng)為120 m,高為6.1 m,礦體厚度為4 m,資源總量為8 052 t。

(4) 五中段殘礦資源量。殘礦主要分布在4#脈14～17線附近采場(chǎng),五中段剩余底柱和六中段頂柱長(zhǎng)度約為250 m,高度約為6.3 m,厚約10.5 m(礦石容重2.75 t/m3),資源總量為45 478.1 t。

(5) 六中段殘礦資源量。殘礦分布在4#脈14～16線附近,六中段剩余底柱和七中段頂柱長(zhǎng)度為131 m,高度為6.26 m,礦體厚度為3 m,資源總量為6 765.5 t。

4.2 2#礦井殘礦資源評(píng)價(jià)模型解算

對(duì)于赤峰柴胡欄子2#礦井的殘礦資源,生產(chǎn)成本主要包括材料消耗、電力消耗、爆破費(fèi)。另外,在建立資源儲(chǔ)量開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)模型時(shí),還應(yīng)考慮其他成本,如折舊費(fèi)、人工費(fèi)以及其他費(fèi)用(除生產(chǎn)成本、折舊費(fèi)、人工費(fèi)之外的所有費(fèi)用)。

采礦時(shí)各經(jīng)濟(jì)參數(shù)單價(jià)為:支護(hù)費(fèi)用為285元/m,充填費(fèi)用為12.39元/m3、運(yùn)輸費(fèi)用為228.62元/m3,機(jī)械配件為0.76 元/m3,電力成本為0.72元/m3、維修成本為0.10元/m3,爆破費(fèi)用為1.13元/m3,其他材料費(fèi)用為0.20元/m3,資源稅為90元/m3,人工費(fèi)為9.07元/m3,折舊費(fèi)為6.01元/m3,其他費(fèi)用為0。

礦體的價(jià)格并不是恒定的,根據(jù)市場(chǎng)情況時(shí)有波動(dòng),具體價(jià)格需根據(jù)實(shí)際銷(xiāo)售時(shí)段黃金市場(chǎng)價(jià)格為準(zhǔn)。

以MATLAB 為開(kāi)發(fā)工具,構(gòu)建出地下殘礦開(kāi)采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型。通過(guò)解算模型,得到如下的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果。

每一中段價(jià)值塊總售價(jià):

回采價(jià)值塊總售價(jià):

每一中段價(jià)值塊總成本:

回采價(jià)值塊總成本:

回采計(jì)劃盈利情況:

通過(guò)該模型計(jì)算結(jié)果表明:赤峰柴胡欄子黃金礦地下殘礦2#礦井回采計(jì)劃盈利為7119萬(wàn)元,達(dá)到了企業(yè)目標(biāo)水平,滿(mǎn)足了礦山開(kāi)采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)要求,證明了該經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法是有效的。

5 結(jié)論

(1) 在調(diào)查殘礦留存情況的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了殘礦資源回采經(jīng)濟(jì)價(jià)值模型,設(shè)置了多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù),充分考慮了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的變動(dòng),說(shuō)明了該地下殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性。

(2) 利用該地下殘礦回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模型評(píng)價(jià)方法對(duì)柴胡欄子2#礦井的殘礦回采進(jìn)行研究,綜合考慮了殘礦品位對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)的重要影響,提高了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。

(3) 研究結(jié)果表明:該礦殘礦2#礦井回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)盈利為7119萬(wàn)元,達(dá)到了企業(yè)目標(biāo)水平,滿(mǎn)足了礦山回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)要求,證明了該回采計(jì)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法是有效的。