矿业软件在露天境界优化中的运用.docx

矿业软件在露天境界优化中的运用谭锐摘要：文章就矿业软件在露天境界优化中的工作程序进行了概略介绍特别 对露天境界优化中矿床价值模型及几何边界条件的建立进行了深入详细的探讨 对露天境界优化工作步骤和境界优化的本质提出自己的理解和认识关键词：矿业软件矿床价值模型境界优化1露天境界优化在露天采矿作业中，剥离掉上部覆盖岩石采出下伏有价值的矿石后形成的三 维几何空间即为露天境界最终露天境界形态由技术和经济条件约束首先，露 天开采要在安全的前提下进行，因此，采场的边坡必须稳定，即露天边坡根据围 岩工程地质条件受到一个保证边坡稳定的安全角度（最终帮坡角）的制约其次， 决定露天境界形态的另一重要因素是经济效益剥离上部覆盖岩石、采出矿石、 矿石加工成产品等要带来资金的消耗（成本C），产品销售后获得收入（P），只 有P-O0的情况下，才有开采的价值从理论上看，存在一个使矿山企业效 益（P-C）最大化的最终开采境界境界优化的实质即求解（圈定）一个经济 上最优的最终开采境界传统确定露天开采境界的方法，是根据矿床地质条件、选矿试验指标、采矿 初步选定的技术参数、经济指标计算出经济合理剥采比，在剖面图上绘制并计算 不同开采深度的境界剥采比，并用境界剥采比等于经济合理剥采比的原则，确定 各剖面的开采深度，经调整后再根据选定的参数进行露天境界的平面圈定。

这种 传统圈定露天开采境界的方法实质上是一种试错法存在的主要问题：1、圈定 境界过程中需反复试圈，工作量大特别是在矿体形态复杂、多组分矿石、品位 变化大时，虽然在理论上可以精确定位，但实际上由于工作量太大，基本上不能 实现精确圈定，一般情况经济合理剥采比计算中是按平均品位计算的，确定境界 位置时难以充分考虑该位置矿石价值的真实情况，因而很容易多圈或漏圈2、 由于境界圈定是在二维空间进行操作，精度较差，如两剖面间地形起伏变化或所 切到的剖面在地形低凹或凸起时，会产生较大误差；在端部用面积比代替体积比 误差很大，特别时在对短轴状的矿体的两端部的剥离量占很大比重，且露天端帮 在很大一个范围内很难精确定位因此传统手工圈定境界基本难以实现境界最优 化的目标关于露天最佳境界圈定的技术研究在国际上始于上世纪60年代，经过多年 努力发展出许多最终境界优化设计理论和方法如浮动圆锥法、三维图论法、三 维动态规划法、网络最大流法等等上世纪80年代，随着计算机技术的发展， 国际上矿业发达国家相继开发出一系列用于矿业开发的软件系统，其中较有代表 性的矿业软件有Surpac Vision （澳大利亚）、Datamine （英国）、MicroMine （澳 大利亚）、MineSight（美国）等。

大多数矿业软件均含有基于先进的露天境界 最优化设计理论、方法的功能模块（使用最为广泛的优化方法是图论法和圆锥 法）随着这些软件的开发和应用，露天矿最佳境界的圈定成为了可能在矿业 发达国家，利用矿业软件进行露天境界优化和设计成为普遍技术手段我国于上 世纪90年代逐步引进了一些国际上较为成熟的矿业软件，国内一些科研机构也 开发了一些具有自主知识产权的矿业软件系统到目前为止，国内主要矿业企业 基本都配备了矿业软件，但其运用基本处于探索、模仿阶段国内利用矿业软件 进行露天最终境界优化设计的成功应用亦甚少2基于矿业软件的露天境界优化工作程序各种矿业软件进行露天境界优化的工作程序基本相同以Surpac Vision 软件为例，露天境界优化的工作程序如下：1） 、建立矿床数学模型包括地表模型（dtm）、矿体实体模型（3dm）、岩体（或地层）模型（3dm 或dtm）、矿床块体模型（包含矿体、围岩的各种属性参数）2） 、建立矿床价值模型根据计算或选取的经济技术参数分别对矿岩块体进行成本和收益计算求取 块体净值，形成境界优化直接运算的对象一矿床价值模型3） 、确定露天境界优化的边界约束条件包括最终帮坡角、地表限制模型、底部限制模型或标高及其它限制边界条件。

4） 、境界优化选择优化方法一浮动圆锥法或LG图论法，确定优化参数后进行境界优化自 动运算，形成优化境界以上境界优化四步骤中，矿床数学模型是境界优化设计的基础，主要属于地 质工作的范畴除此之外，矿床价值模型的建立和边界约束条件的确定是境界优 化的关键环节，应予以特别重视3矿床价值模型的建立3.1矿床数学模型矿床数学模型是露天境界优化和设计的最重要的基础其可靠性和精度是露 天境界优化设计的关键矿体、围岩等地质体是露天设计的研究和工作对象，其 可靠性和精度存在问题，也就无从谈论境界优化和设计矿床模型的可靠性和精度一方面取决于地质工作程度，另一方面取决于建模地质工程师的水平和技术为满足境界优化运算的要求，建模过程中需要注意模型空间范围的确定建 模之前，需要根据矿体产出情况初步推测最终的开采范围（标高和平面范围）， 模型范围要适当扩大块体模型或价值模型上部标高要超出地表3.2块体价值模型及技术经济参数的确定块体价值模型是在矿床模型的块体模型基础上通过计算形成的价值模型包 含了将要开采的矿体以及废石，同时就矿石和废石赋予了经济价值属性，这个属 性表示假设将其采出并处理后能够带来的经济净价值块的净价值是根据块中所 含可利用矿物的含量，开采与处理中各道工序的成本及产品价格计算的。

为满足 境界优化需要，价值模型块体中应包括矿岩分类编码、有用组分品位、矿岩体重、 块体净值等必要属性；如需要分别计算不同情况的块体净值，尚须包括区分不同 块体性质的属性（矿石工业类型、岩石类型等）（图1）图1 矿床块体价值模型中的必要属性3net_58058.51△net_630储星皴别b矿石种类CU矿体号iii2bI体重3. 19铁品位19. 09铜品位D.39X取消3.2.1块体净值计算每个块体的净价值是它被开采出来并加工处理后产生的净现金流量净值（V）=销售收入（P）一成本（C）P一块体有价组分加工成产品销售所得对于废石和空气（浮于地表之上的 块体），销售收入为0C一块体的开采费用、加工费用、销售费用、管理费用、财务费用等开采 费用不包括开采它上方覆盖块体的费用矿石和废石的块体具有相关的开采费 用，空气块体无成本，净值为0块体净价值的反映的是单位质量或单位体积的净现金流量值（元/t或元/m3）3.2.2技术经济参数计算块体收入需要的参数和指标主要有产品价格及计算产品产量所需的技 术指标，如地质品位、采矿回收率、选矿回收率等矿山产品如果为精矿时，生产成本一般由开采成本、选矿成本两大部分构成。

成本根据劳动力价格、原材料价格、能源价格、土地价格等经济参数结合劳动生 产率、原材料消耗、能源消耗等技术指标进行计算另外，成本尚须考虑管理、 财务、销售等费用计算块体净值的一般参数及构成见表1表1 块体净值计算的一般参数及构成序号参数及指标单位1技术指标%或 g/t1.1地质品位%1.2采矿回收率%1.3选矿回收率%2成本2.1开采成本2.1.1穿孔爆破元/t矿岩2.1.2装载运输元/t矿岩2.1.3排土元/t岩石2.1.4排水元/t矿石2.1.5与开采有关的其它费用元/t矿石2.2选矿2.2.1碎磨元/t矿石2.2.2选别元/t矿石2.2.3精矿运输元/t精矿2.2.4尾矿处理元/t尾矿序号参数及指标单位2.2.5与选矿有关的其它费用元/t矿石2.3管理费用元/t矿石2.4财务费用元/t矿石2.5销售费用元/t矿石3销售价格元/t精矿块体价值计算公式很简单，但由于工程实际的复杂性、经济参数的动态变化 等因素，块体净值计算中各种参数的选取和计算还是具有一定的难度块体价值 模型是境界优化的直接作用和运算对象，价值模型的准确性和精度达不到要求， 优化结果也难以达到目标下面结合一些工程的实际运用，就块体价值计算中一 些主要技术经济参数确定中应该注意的问题进行一个简单归纳分析。

3.2.3技术经济参数确定中应注意的问题从块体净值计算技术参数大致可以分为两类：与市场价格有关的参数和与工 艺技术有关的参数1、与市场价格有关的参数这一类参数主要有产品价格、劳动力价格、原材料价格、能源价格等在技 术条件确定的情况下，这些价格决定了块体价值，实际上也决定了开采境界价 格是随市场、随时间变化而变化的，不同的市场价格对应有不同的最佳境界，终 了境界是价格的函数由于价格难以准确预测和把握，从这个意义上说，优化一 个具有十几年、甚至几十年开采寿命的终了境界基本上是不可能的针对这个问 题，分期境界和分期开采应该是最好的解决方案，将终了境界划分成几个小的中 间境界，一方面可以减少初期投资，另一方面可以有效避免最终境界的经济不确 定性所带来的投资风险但仍有不少矿山基于矿床埋藏条件、生产规模要求等原 因，不具备分期开采条件，针对这种情况，一般需要针对不同价格情况优化多个 终了境界，分析价格参数变化对终了境界的影响，结合矿床自身特点，从企业整体情况进行分析，择优确定终了境界下面是某露天矿境界优化的一个实例该矿床为一低品位矿床，同时需要尽 快开采完毕以解除对深部矿体的压制，要求规模尽可能大、服务年限尽可能短， 因此不具备分期开采条件。

通过市场分析和预测分别选取480元/t、500元/t、530 元/t、580元/t、630元/t的产品售价进行了 5个境界的优化（图2）不同精矿价格圈定的露天境剖面及净值一不同精矿价“格固定精矿衍格480、500、530境界底部基本重合，扩大境界主要是通过平面范围的扩大来 实现境界矿量的增加，530、580、630境界边帮基本重合，境界主要是通过采深 的增加来实现境界矿量的扩大通过对矿体赋存情况分析，露天底部主要为两个 低品位矿体，当精矿售价较低时，开采两矿体亏损，当精矿价格大于530元/t时， 开采以上两矿体仍有效益530露天边帮所压部分矿体，境界向外扩展时埋深越 来越大，虽然精矿价格提高到630元/t，仍然难以更多地圈入境界通过计算530 境界底部残余低品位矿石量1000余万t由于开采这部分矿量无需扩大境界周边 范围，而只是向深部延深，如产品市场价格提升有开采价值时，容易实现回收 考虑回收530境界底部低品位矿石后，可采地质储量与580、630境界相当因 此，最终选择530境界为设计终了境界通过分期境界或多价格境界方案分析的方法处理价格因素不确定性对露天 境界优化带来的问题是有效的。

价格参数的选取需要根据市场、结合地区情况、 矿山实际进行认真分析确定在有条件的情况下，应尽可能进行各种组合价格境 界优化，分析终了境界对价格因素的敏感性，结合矿山实际、企业总体要求确定 最终境界2、与工艺技术有关的参数确定在不考虑价格因素的情况下，有一些重要的工艺技术指标决定着采矿成本和 销售收入，如材料消耗、能源消耗、劳动生产率等指标直接决定开采成本，采矿 回收率、选矿回收率等指标决定着销售收入采矿直接成本由穿孔、爆破、装载、运输、排土等作业工段成本构成对同 一座矿山，采剥工艺、设备配置、管理水平、工人素质等差异，其作业成本亦有 很大的差异，但对价值模型的块体价值计算，这些因素对所有的块体的影响都是 同等的影响成本的另外一些因素，如矿岩性质、运输距离等，对不同块体其影 响权重是不一样的岩石凿岩性能好，穿孔成本就要低一些，反之则高；对表土 和风化层，一。