1、三維仿真的露天礦生產力改進 本文作者：楊 彪 單位：長沙有色冶金設計研究院有限公司露天礦規模是露天礦山設計最重要的依據。礦山規模確定的不合理，將給礦山生產和經濟效益帶來長期的不良影響12。國內在確定露天礦山生產能力方面大致經歷了三個階段:計劃經濟時期的資源需求定量確定、改革初期的綜合考慮協商定制、市場化階段的利潤最大化，前兩階段均是在人為確定生產能力前提下，根據經驗對礦山固定資產合理利用及技術可行兩方面進行驗證，所得生產規模往往遠離經濟最優點3。國外生產規模確定主要目標是經濟最優化，1992年美國BCavender提出利用凈現值(NPV)或內部收益率(IRR)來動態評價礦山生產規模，據1998

2、年Bhappu及Guzman統計，在采礦業公司中，55%采用IRR、40%采用NPV作為確定生產規模方案的經濟比較指標4。建立在動態經濟模型基礎上的規模最優化尋找遠比僅對固定投資分析的靜態經濟分析合理得多。利用動態經濟指標評價礦山生產規模的難點在于如何確定礦山現金流情況和規模方案的可實現性5。本文嘗試利用三維可視化的進度計劃編排軟件Minesched，按照一定的排產原則及生產技術參數要求，對多組規模方案進行排產規劃，獲得礦山年現金流入、流出量，比較各方案IRR，獲得技術上可行、經濟上最優的礦山生產能力。1生產能力動態綜合優化方法礦山生產能力動態綜合優化主要分為三步:規模方案制定、進度計劃編排及

3、經濟效益分析。規模方案是優化的基礎，其合理性制約著后期工作。本文在參考傳統礦山規模預測方法基礎上，根據礦山實際情況進行規模方案制定。利用先進快捷的MineSched軟件編排進度計劃，根據其可視化效果控制排產進度，最后計算分析各方案經濟效益指標并確定礦山規模。11規模方案制定目前在設計中廣泛應用按儲量保證服務年限確定露天礦的生產能力3，礦石生產能力與儲量保證服務年限關系如下。式中A為礦山生產規模，萬噸/年;T為礦山服務年限，年;Q為露天境界內工業儲量，萬噸;為礦石損失率;為貧化率;K為資源儲量備用系數，露采礦山一般取1113。礦山生產規模受礦山服務年限及貧化、損失率制約，其中貧化、損失率可由對比

4、及經驗方式獲取，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經驗值法、國外經驗公式法以及類比法等。1)國內經驗值法。表1為設計手冊推薦的金屬類露采礦山合理服務年限值6。根據推薦的服務年限值，帶入公式(1)可得到此時的礦山極限生產規模A1。2)國外經驗公式法。經濟學家Taylor根據多年的設計經驗，對于礦山經濟壽命與資源儲量的關系歸納為下列經驗公式。該式實際上是經驗上的儲量、礦山生產規模及礦山經濟壽命之間的匹配關系3。依公式(1)、(2)可得出不同儲量下的礦山經濟壽命及合理生產規模之間的關系，如圖1和圖2所示。已知礦山境界工業儲量便可得到最小生產規模A2和最大生產規模A3。3)類比法。

5、類比法也是礦山規模確定的一種有效途徑，根據相近礦種、儲量規模、剝采比、巖性等條件通過類比可獲得可能的生產規模A4。12進度計劃編排開采順序和開采工藝是組成進度計劃的基礎元素。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，進而影響經濟效益，因此在排進度計劃之前必須根據礦山實際情況優化開采順序和開采強度，最后根據一定的排產原則及開采工藝參數對各規模方案編排進度計劃7。MineSched是較為專業的礦山進度計劃編制軟件，其工作基礎是已進行物理屬性、品位及經濟參數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，將時間屬性賦予每個礦巖塊，最終以三維實體模型、塊體模型及報表形式輸出結果

6、，用于計算分析89。13經濟效益分析IRR是使項目從開始建設到壽命期末各年凈現金流量現值之和等于零時的折現率，其經濟涵義是指以投資項目所承擔的最高資金成本來反映的報酬率，反映了投資的使用效率，被普遍認為是一種比較科學的投資方案評價方法10。內部收益率的計算公式如下。式中t為項目計算期;(CICO)t為第t年的現金流量，其中CI為現金流入量，CO為現金流出量。2應用實例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、工程地質條件簡單，環境地質條件良好，適于露天采礦。根據礦山地表數據及原始勘探數據，建立圖3所示的礦床塊體模型，該模型已具有物理屬性、品位及經濟參數等信息。22

7、規模方案該礦屬有色特大型露天礦山，根據表1，其合理服務年限應大于30年，礦石開采損失率取4%，貧化率為3%，資源儲量備用系數取11，根據礦山儲量，當年工作時間330d時，由式(1)可得此時極限規模A1為1131萬噸/天。由Taylor經驗公式計算得A2、A3分別為113萬噸/天、841萬噸/天。根據以上計算可知，該礦估算產能空間在(8411131)萬噸/天。礦山預選的單套選礦設備能力為75萬噸/天、5萬噸/天兩種型號，以5萬噸/天選礦設備能力為步距時，式(3)中的X取值341，考慮到經驗估算的不確定性及規模效應的存在，Y取值869，可確定4種規模方案，即5萬噸/天、10萬噸/天、15萬噸/天、

8、20萬噸/天。以75萬噸/天選礦設備能力為步距時，可確定3種規模方案，即75萬噸/天、15萬噸/天、225萬噸/天。23進度計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。礦體沿中間山溝有出露，該區域覆蓋層較薄，故開采推進順序為東部由西往東、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。選場設備分批投入，投產年每年投入一套選礦系列，其選礦能力利用系數取08，例如15萬噸方案，分兩年投入兩套選礦設備，第一年一個75萬噸/天系列，則第一年產能為6萬噸/天，第二年投入第二套設備，其

9、中第一套系列已可達產，則此時產能為135萬噸/天，其他方案亦同。利用MineSched軟件，根據上述原則及參數對礦區編排進度計劃。圖4所示為15萬噸方案經排進度計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最優規模確定根據進度計劃結果可獲得各規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。根據基建工程量可估算基建投資，由礦山年礦巖采剝量及服務年限可進行設備投資計算，根據年平均出礦品位、采出礦量及金屬售價計算年現金流入量，統計年廢石剝離量，計算剝離成本，按式(4)可得到各產能方案IRR，計算結果如圖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、滿足礦業行業內部收益率要求，其中A的IRR值最大，即在該生產規模情況下，礦山可獲得最好的效益回報。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，最大剝采比平衡時間為13年，與設備壽命基本相當，提高了設備利用率，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為最優生產能力，即15萬噸/天，相對于傳統驗證所得的10萬噸/天，生產能力提高了50%，內部收益率增加了約3個百分點。3結語1)闡述了幾種主要的露天礦山生產能力的預測驗證方法，在此基礎上提出了生產規模的動態優化方法并對其原理及實施步驟進行了說明。2)在實例中，運用Surpac軟件創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個規模方案的進度計劃，計算了各方案最終內部收益率，確