不同技术条件下露天矿最终境界变化情况分析

马晓倩 顾晓薇 张军奎 王 青

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819；2.兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

在露天矿实际生产过程中，最终境界的确定直接影响到矿山企业的投资和生产效益，所以露天矿境界优化是矿山企业设计生产中重要一环。影响境界优化的主要因素包括：经济因素、技术因素和其他因素［1-3］。其中，经济因素的研究主要集中于成本或价格变化对露天矿境界的影响上［4，5］；技术影响因素的研究主要集中于任一改变回采率、选矿回收率及废石混入率并讨论其对境界的影响［6］；其他影响因素的研究主要集中于矿体岩性、断层及地表构筑物对境界的影响。

目前，对影响露天矿最终境界圈定的相关因素研究还不够系统和完善，对不同影响因素间相互作用和相应影响关系研究还不够深入。鉴于此，本研究将分别对改变回采率、改变回采率与废石混入率、改变选矿回收率3种情况进行分析讨论，以期对此类工程设计提供一定参考意义。

1 矿区地质概况

案例矿山处于广西北缘浅海台地，矿区为低中山地貌，其褶皱构造主要为巧马复式背斜、尾勒向斜、新洛背斜，呈近东西向穿越矿区中部，次级褶皱为小型紧密线状褶曲。它们构成了丫他金矿的基本构造格局，控制了矿带的形成和范围，进而影响了矿体的产出［7］。区内出露的地层有三叠系新苑组、边阳组及第四系。其中新苑组、边阳组为浊积岩特征，即岩性、岩相、厚度等变化很大。目前案例矿区共发现51条矿体，近东西走向［8］。

2 矿床数值模型

2.1 台阶模型

台阶是露天矿在垂直方向上的最小开采单元，其设置关系着矿山工作的整体安排与规划。综合考虑矿产储量、实际设备选型、开采选别性、矿岩性质及地形地貌等因素，设置台阶高度为10 m，台阶块状模型尺寸为10 m×10 m，安全平台宽5 m，工作平台宽33 m，坡面角为75°［9］。

2.2 地表标高模型

露天金属矿的地表标高模型通常是离散的二维块状模型，将矿区平面划分为规则模块，模块中的数字代表该处的地表标高，模块高度代表台阶高度，模块的水平规格为10 m×10 m，如图1所示。建立地表标高模型通常有2种方式，一种是根据等高线建立，另一种是根据测点标高建立。一般情况下等高线是已知的，本研究根据等高线运用插值算法建立地表标高模型。

运用3Dmine软件，将建好的地表标高模型转化成三维实体图，能够更加直观地展示出矿区的地形地貌，如图2所示。

2.3 品位模型

品位模型也是将矿区离散为三维块状模型［10］，模块中的数字代表矿体在该模块位置的品位值，其水平面尺寸为10 m×10 m，模块高度等于台阶高度。本次设计将各分层离散矿体的品位定为模块的品位，并将边界品位定为1 g/t，对矿体进行充填，以1 044 m水平矿体品位模型为例，如图3所示。

3 境界优化及分析

3.1 基本境界优化

在进行境界优化时，除了需要建立上述各种模型外，还需要对开采成本、剥离成本和帮坡角等一系列技术经济参数进行确定。其中帮坡角设置是基于矿区不同方位围岩特性计算，其他技术经济参数基于当前市场行情以及类似矿山生产技术条件确定，具体取值如表1和表2所示。

基于表1和表2中确定的相关参数，首先对该矿区进行初始境界优化，得到的境界将作为后续不同技术条件下优化得到的境界的对比依据，这里我们将初始条件下得到的最佳境界称为“基础境界”，优化结果如表3所示。

优化后得到基础境界等高线与三维实体模型，分别如图4和图5所示。

3.2 改变废石混入率对境界的影响

废石混入率是指采出矿石中废石所占比率。本节将讨论废石混入率对境界的影响，以表2中的废石混入率为基础数据，分别考虑废石混入率为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%时的情况，并进行讨论分析，最终优化结果见表4。

从表4可以看出，随着废石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利呈递减趋势。相对于基础境界，当废石混入率降至1%时，境界盈利值增加4 530万元，占基础境界盈利值的3%，对应实际生产情况为：为提高境界盈利，矿山企业加强生产管理，从而减少废石混入。当废石混入率增至10%时，境界盈利值减少6 458万元，占基础境界盈利值的4%，对应实际生产情况为：由于矿山企业管理制度不够完善，选别开采控制不好，增加了废石混入率却无法提高回采率，从而造成废石混入率过大。其中，当废石混入率从8%降至7%时，境界盈利值增长1 484万元，增长幅度最大。说明当矿山生产突破将废石混入率从8%降至7%的技术瓶颈时，可以获得增长幅度最大的境界盈利值。

3.3 改变回采率和废石混入率对境界的影响

随着回采率的不断提高，矿山企业需要开采更多之前难以开采的矿石，这样不可避免地会混入较多的废石，进而提高了废石混入率。综上所述，本节将讨论回采率和废石混入率对境界的影响，以表2中的回采率与废石混入率为基础数据，分别考虑回采率为 90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%，废石混入率为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%时的情况，并进行讨论分析，最终优化结果见表5。

从表5可以看出，随着回采率（90%～99%）、废石混入率（1%～10%）的增加，境界盈利值总体上呈递增的趋势。相对于基础境界，当回采率降至90%、废石混入率降至1%时，盈利值减少6 247万元，占基础境界盈利值的4%，对应实际生产情况为：在无法减少废石混入率的情况下，矿山企业不得不牺牲矿石回采率从而减少废石混入率。当回采率增至99%、废石混入率增至10%时，盈利值增加6 541万元，占基础境界盈利值的4%，对应实际生产情况为：在无法增加回收率的情况下，矿山企业不得不增加废石混入率从而提高矿石回采率。其中，当回采率从91%提升至92%、废石混入率从2%增至3%时，境界盈利值增长1 639万元，增长幅度最大。说明当矿山生产突破将回采率提升从91%提升至92%的技术瓶颈时，尽管废石混入率从2%增至3%，但依然可以获得增长幅度最大的境界盈利值。

3.4 改变选矿回收率对境界的影响

根据表2的参数设置可以看出，矿山最终产品是金精矿，所以露天矿经济效益不仅与采矿技术有关还与选矿工艺有关。不同的选矿回收率直接影响矿山金属回收量，进而影响到矿山直接经济效益以及临界矿产资源的开采，最终影响到矿山最终境界的圈定。所以这里讨论选矿回收率对境界的影响。以表2中选矿回收率为基础数据，分别考虑选矿回收率为76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%时的情况，并进行讨论分析，最终优化结果见表6。

从表6可以看出，选矿回收率（76%～85%）的增加，境界盈利值总体上呈递增的趋势。相对于基础境界，当选矿回收率降至76%时，盈利值减少18 431万元，占基础境界盈利值的12%，对应实际生产情况为：选矿厂技术与管理水平较低，无法提高选矿回收率。当选矿回收率增至85%时，盈利值增加22 884万元，占基础境界盈利值的15%，对应实际生产情况为：在无法提高矿石回采率且降低废石回收率的情况下，矿山企业可以通过提高选矿回收率，近而达到增加境界盈利值的目的。其中，当选矿回收率从79%提升至80%时，境界盈利值增长4 790万元，增长幅度最大。说明当矿山生产突破将选矿回收率从79%提升至80%的技术瓶颈时，可以获得增长幅度最大的境界盈利值。

通过调整废石混入率、回采率以及选矿回收率可以看出，单位变量（每增加或者减少1%）条件下选矿回收率的改变引起矿山经济效益的变化较大，也就是说，在一定程度上，选矿技术的改进对提高矿山整体经济效益有较大的促进作用。

4 结 论

（1）随着废石混入率的提高，境界盈利明显降低，这说明矿山企业经济效益对废石混入率有较高的灵敏度。同时废石混入率过高也会对后续的选矿工作造成困难，所以在生产过程中应加强技术与管理，避免不必要的矿石混入。

（2）随着回采率与废石混入率的提高，境界盈利虽然也在增加，但增加幅度却不大。这说明在回收率与废石混入率共同影响经济效益的情况下，回收率对经济效益的影响更大，矿山企业可以在保证废石混入率的情况下尽可能的提高矿石回采率。

（3）随着选矿回收率的提高，境界盈利值有明显增加，这说明境界盈利对选矿回收率也有较高的灵敏度。当矿山企业无法得到更高的回采率且降低废石混入率时，可以考虑通过提高选矿回收率使企业获得更大的经济效益。