三維仿真的露天礦生產(chǎn)力改進(jìn)

1、三維仿真的露天礦生產(chǎn)力改進(jìn) 本文作者：楊 彪 單位：長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司露天礦規(guī)模是露天礦山設(shè)計(jì)最重要的依據(jù)。礦山規(guī)模確定的不合理，將給礦山生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益帶來長期的不良影響12。國內(nèi)在確定露天礦山生產(chǎn)能力方面大致經(jīng)歷了三個階段:計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期的資源需求定量確定、改革初期的綜合考慮協(xié)商定制、市場化階段的利潤最大化，前兩階段均是在人為確定生產(chǎn)能力前提下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對礦山固定資產(chǎn)合理利用及技術(shù)可行兩方面進(jìn)行驗(yàn)證，所得生產(chǎn)規(guī)模往往遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)最優(yōu)點(diǎn)3。國外生產(chǎn)規(guī)模確定主要目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，1992年美國BCavender提出利用凈現(xiàn)值(NPV)或內(nèi)部收益率(IRR)來動態(tài)評價(jià)礦山生產(chǎn)規(guī)模，據(jù)1998

2、年Bhappu及Guzman統(tǒng)計(jì)，在采礦業(yè)公司中，55%采用IRR、40%采用NPV作為確定生產(chǎn)規(guī)模方案的經(jīng)濟(jì)比較指標(biāo)4。建立在動態(tài)經(jīng)濟(jì)模型基礎(chǔ)上的規(guī)模最優(yōu)化尋找遠(yuǎn)比僅對固定投資分析的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)分析合理得多。利用動態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評價(jià)礦山生產(chǎn)規(guī)模的難點(diǎn)在于如何確定礦山現(xiàn)金流情況和規(guī)模方案的可實(shí)現(xiàn)性5。本文嘗試?yán)萌S可視化的進(jìn)度計(jì)劃編排軟件Minesched，按照一定的排產(chǎn)原則及生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)要求，對多組規(guī)模方案進(jìn)行排產(chǎn)規(guī)劃，獲得礦山年現(xiàn)金流入、流出量，比較各方案IRR，獲得技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的礦山生產(chǎn)能力。1生產(chǎn)能力動態(tài)綜合優(yōu)化方法礦山生產(chǎn)能力動態(tài)綜合優(yōu)化主要分為三步:規(guī)模方案制定、進(jìn)度計(jì)劃編排及

3、經(jīng)濟(jì)效益分析。規(guī)模方案是優(yōu)化的基礎(chǔ)，其合理性制約著后期工作。本文在參考傳統(tǒng)礦山規(guī)模預(yù)測方法基礎(chǔ)上，根據(jù)礦山實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)模方案制定。利用先進(jìn)快捷的MineSched軟件編排進(jìn)度計(jì)劃，根據(jù)其可視化效果控制排產(chǎn)進(jìn)度，最后計(jì)算分析各方案經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)并確定礦山規(guī)模。11規(guī)模方案制定目前在設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用按儲量保證服務(wù)年限確定露天礦的生產(chǎn)能力3，礦石生產(chǎn)能力與儲量保證服務(wù)年限關(guān)系如下。式中A為礦山生產(chǎn)規(guī)模，萬噸/年;T為礦山服務(wù)年限，年;Q為露天境界內(nèi)工業(yè)儲量，萬噸;為礦石損失率;為貧化率;K為資源儲量備用系數(shù)，露采礦山一般取1113。礦山生產(chǎn)規(guī)模受礦山服務(wù)年限及貧化、損失率制約，其中貧化、損失率可由對比

4、及經(jīng)驗(yàn)方式獲取，因此確定A值即是尋找T值。確定開采周期的方法主要有國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)值法、國外經(jīng)驗(yàn)公式法以及類比法等。1)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)值法。表1為設(shè)計(jì)手冊推薦的金屬類露采礦山合理服務(wù)年限值6。根據(jù)推薦的服務(wù)年限值，帶入公式(1)可得到此時(shí)的礦山極限生產(chǎn)規(guī)模A1。2)國外經(jīng)驗(yàn)公式法。經(jīng)濟(jì)學(xué)家Taylor根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對于礦山經(jīng)濟(jì)壽命與資源儲量的關(guān)系歸納為下列經(jīng)驗(yàn)公式。該式實(shí)際上是經(jīng)驗(yàn)上的儲量、礦山生產(chǎn)規(guī)模及礦山經(jīng)濟(jì)壽命之間的匹配關(guān)系3。依公式(1)、(2)可得出不同儲量下的礦山經(jīng)濟(jì)壽命及合理生產(chǎn)規(guī)模之間的關(guān)系，如圖1和圖2所示。已知礦山境界工業(yè)儲量便可得到最小生產(chǎn)規(guī)模A2和最大生產(chǎn)規(guī)模A3。3)類比法。

5、類比法也是礦山規(guī)模確定的一種有效途徑，根據(jù)相近礦種、儲量規(guī)模、剝采比、巖性等條件通過類比可獲得可能的生產(chǎn)規(guī)模A4。12進(jìn)度計(jì)劃編排開采順序和開采工藝是組成進(jìn)度計(jì)劃的基礎(chǔ)元素。礦巖不同的開采順序不僅影響均衡剝采比，還會影響出礦品位，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益，因此在排進(jìn)度計(jì)劃之前必須根據(jù)礦山實(shí)際情況優(yōu)化開采順序和開采強(qiáng)度，最后根據(jù)一定的排產(chǎn)原則及開采工藝參數(shù)對各規(guī)模方案編排進(jìn)度計(jì)劃7。MineSched是較為專業(yè)的礦山進(jìn)度計(jì)劃編制軟件，其工作基礎(chǔ)是已進(jìn)行物理屬性、品位及經(jīng)濟(jì)參數(shù)賦值后的礦床塊體模型，所有操作過程都是對塊體模型的再編輯，將時(shí)間屬性賦予每個礦巖塊，最終以三維實(shí)體模型、塊體模型及報(bào)表形式輸出結(jié)果

6、，用于計(jì)算分析89。13經(jīng)濟(jì)效益分析IRR是使項(xiàng)目從開始建設(shè)到壽命期末各年凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值之和等于零時(shí)的折現(xiàn)率，其經(jīng)濟(jì)涵義是指以投資項(xiàng)目所承擔(dān)的最高資金成本來反映的報(bào)酬率，反映了投資的使用效率，被普遍認(rèn)為是一種比較科學(xué)的投資方案評價(jià)方法10。內(nèi)部收益率的計(jì)算公式如下。式中t為項(xiàng)目計(jì)算期;(CICO)t為第t年的現(xiàn)金流量，其中CI為現(xiàn)金流入量，CO為現(xiàn)金流出量。2應(yīng)用實(shí)例21礦山概況某礦為一大型、隱伏半隱伏斑巖型銅礦床，礦體埋藏淺，礦床水文、工程地質(zhì)條件簡單，環(huán)境地質(zhì)條件良好，適于露天采礦。根據(jù)礦山地表數(shù)據(jù)及原始勘探數(shù)據(jù)，建立圖3所示的礦床塊體模型，該模型已具有物理屬性、品位及經(jīng)濟(jì)參數(shù)等信息。22

7、規(guī)模方案該礦屬有色特大型露天礦山，根據(jù)表1，其合理服務(wù)年限應(yīng)大于30年，礦石開采損失率取4%，貧化率為3%，資源儲量備用系數(shù)取11，根據(jù)礦山儲量，當(dāng)年工作時(shí)間330d時(shí)，由式(1)可得此時(shí)極限規(guī)模A1為1131萬噸/天。由Taylor經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得A2、A3分別為113萬噸/天、841萬噸/天。根據(jù)以上計(jì)算可知，該礦估算產(chǎn)能空間在(8411131)萬噸/天。礦山預(yù)選的單套選礦設(shè)備能力為75萬噸/天、5萬噸/天兩種型號，以5萬噸/天選礦設(shè)備能力為步距時(shí)，式(3)中的X取值341，考慮到經(jīng)驗(yàn)估算的不確定性及規(guī)模效應(yīng)的存在，Y取值869，可確定4種規(guī)模方案，即5萬噸/天、10萬噸/天、15萬噸/天、

8、20萬噸/天。以75萬噸/天選礦設(shè)備能力為步距時(shí)，可確定3種規(guī)模方案，即75萬噸/天、15萬噸/天、225萬噸/天。23進(jìn)度計(jì)劃礦山以中間山溝為界分為東西兩部分，東部礦石品位高、上部剝離少，列為前期主采區(qū)。礦體沿中間山溝有出露，該區(qū)域覆蓋層較薄，故開采推進(jìn)順序?yàn)闁|部由西往東、西部由東往西。在保證備采及開拓礦量的前提下，盡量壓低前期剝離量。工作面寬度不小于80m，工作線長度不小于200m，臺階高度為15m。選場設(shè)備分批投入，投產(chǎn)年每年投入一套選礦系列，其選礦能力利用系數(shù)取08，例如15萬噸方案，分兩年投入兩套選礦設(shè)備，第一年一個75萬噸/天系列，則第一年產(chǎn)能為6萬噸/天，第二年投入第二套設(shè)備，其

9、中第一套系列已可達(dá)產(chǎn)，則此時(shí)產(chǎn)能為135萬噸/天，其他方案亦同。利用MineSched軟件，根據(jù)上述原則及參數(shù)對礦區(qū)編排進(jìn)度計(jì)劃。圖4所示為15萬噸方案經(jīng)排進(jìn)度計(jì)劃后輸出的礦床塊模型，不同顏色表示不同開采年采剝的礦巖塊。24最優(yōu)規(guī)模確定根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃結(jié)果可獲得各規(guī)模方案的礦山基建工程量、年礦巖采剝量、年出礦品位等信息。根據(jù)基建工程量可估算基建投資，由礦山年礦巖采剝量及服務(wù)年限可進(jìn)行設(shè)備投資計(jì)算，根據(jù)年平均出礦品位、采出礦量及金屬售價(jià)計(jì)算年現(xiàn)金流入量，統(tǒng)計(jì)年廢石剝離量，計(jì)算剝離成本，按式(4)可得到各產(chǎn)能方案IRR，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，除方案A、A的IRR小于12%外，其余方案IRR均

10、滿足礦業(yè)行業(yè)內(nèi)部收益率要求，其中A的IRR值最大，即在該生產(chǎn)規(guī)模情況下，礦山可獲得最好的效益回報(bào)。最后兩方案的IRR之所以變小，是由于其最大剝采比無法得到有效平衡，設(shè)備投資過大，而利用率卻很低。方案A較好的平衡了剝采比，最大剝采比平衡時(shí)間為13年，與設(shè)備壽命基本相當(dāng)，提高了設(shè)備利用率，在綜合考慮礦山效益及均衡投資的情況下，最終確定方案A為最優(yōu)生產(chǎn)能力，即15萬噸/天，相對于傳統(tǒng)驗(yàn)證所得的10萬噸/天，生產(chǎn)能力提高了50%，內(nèi)部收益率增加了約3個百分點(diǎn)。3結(jié)語1)闡述了幾種主要的露天礦山生產(chǎn)能力的預(yù)測驗(yàn)證方法，在此基礎(chǔ)上提出了生產(chǎn)規(guī)模的動態(tài)優(yōu)化方法并對其原理及實(shí)施步驟進(jìn)行了說明。2)在實(shí)例中，運(yùn)用Surpac軟件創(chuàng)建了某大型銅礦床的塊體品位模型，利用三維可視化的Mineschde軟件編排了6個規(guī)模方案的進(jìn)度計(jì)劃，計(jì)算了各方案最終內(nèi)部收益率，確