三维仿真的露天矿生产力改进

露天矿规模是露天矿山设计最重要的依据。矿山规模确定的不合理，将给矿山生产和经济效益带来长期的不良影响［1－2］。国内在确定露天矿山生产能力方面大致经历了三个阶段:计划经济时期的资源需求定量确定、改革初期的综合考虑协商定制、市场化阶段的利润__，前两阶段均是在人为确定生产能力前提下，根据经验对矿山固定资产合理利用及技术可行两方面进行验证，所得生产规模往往远离经济最优点［3］。国外生产规模确定主要目标是经济最优化，1992年美国BCavender提出利用净现值(NPV)或内部收益率(IRR)来动态评价矿山生产规模，据1998年Bhappu及Guzman统计，在采矿业公司中，55%采用IRR、40%采用NPV作为确定生产规模方案的经济比较指标［4］。建立在动态经济模型基础上的规模最优化寻找远比仅对固定投资分析的静态经济分析合理得多。利用动态经济指标评价矿山生产规模的难点在于如何确定矿山现金流情况和规模方案的可实现性［5］。本文尝试利用三维可视化的进度计划编排软件Minesched，按照一定的排产原则及生产技术参数要求，对多组规模方案进行排产规划，获得矿山年现金流入、流出量，比较各方案IRR，获得技术上可行、经济上最优的矿山生产能力。

1生产能力动态综合优化方法

矿山生产能力动态综合优化主要分为三步:规模方案制定、进度计划编排及经济效益分析。规模方案是优化的基础，其合理性制约着后期工作。本文在参考传统矿山规模预测方法基础上，根据矿山实际情况进行规模方案制定。利用先进快捷的MineSched软件编排进度计划，根据其可视化效果控制排产进度，最后计算分析各方案经济效益指标并确定矿山规模。

1．1规模方案制定目前在设计中广泛应用按储量保证服务年限确定露天矿的生产能力［3］，矿石生产能力与储量保证服务年限关系如下。式中A为矿山生产规模，万吨/年;T为矿山服务年限，年;Q为露天境界内工业储量，万吨;η为矿石损失率;ρ为贫化率;K为资源储量备用系数，露采矿山一般取1．1～1．3。矿山生产规模受矿山服务年限及贫化、损失率制约，其中贫化、损失率可由对比及经验方式获取，因此确定A值即是寻找T值。确定开采周期的方法主要有国内经验值法、国外经验公式法以及类比法等。1)国内经验值法。表1为设计手册推荐的金属类露采矿山合理服务年限值［6］。根据推荐的服务年限值，带入公式(1)可得到此时的矿山极限生产规模A1。2)国外经验公式法。经济学家Taylor根据多年的设计经验，对于矿山经济寿命与资源储量的关系归纳为下列经验公式。该式实际上是经验上的储量、矿山生产规模及矿山经济寿命之间的匹配关系［3］。依公式(1)、(2)可得出不同储量下的矿山经济寿命及合理生产规模之间的关系，如图1和图2所示。已知矿山境界工业储量便可得到最小生产规模A2和最大生产规模A3。3)类比法。类比法也是矿山规模确定的一种有效途径，根据相近矿种、储量规模、剥采比、岩性等条件通过类比可获得可能的生产规模A4。

1．2进度计划编排开采顺序和开采工艺是组成进度计划的基础元素。矿岩不同的开采顺序不仅影响均衡剥采比，还会影响出矿品位，进而影响经济效益，因此在排进度计划之前必须根据矿山实际情况优化开采顺序和开采强度，最后根据一定的排产原则及开采工艺参数对各规模方案编排进度计划［7］。MineSched是较为专业的矿山进度计划编制软件，其工作基础是已进行物理属性、品位及经济参数赋值后的矿床块体模型，所有操作过程都是对块体模型的再编辑，将时间属性赋予每个矿岩块，最终以三维实体模型、块体模型及报表形式输出结果，用于计算分析［8－9］。

1．3经济效益分析IRR是使项目从开始建设到寿命期末各年净现金流量现值之和等于零时的折现率，其经济涵义是指以投资项目所承担的最高资金成本来反映的报酬率，反映了投资的使用效率，被普遍认为是一种比较科学的投资方案评价方法［10］。内部收益率的计算公式如下。式中t为项目计算期;(CI－CO)t为第t年的现金流量，其中CI为现金流入量，CO为现金流出量。

2应用实例

2．1矿山概况某矿为一大型、隐伏～半隐伏斑岩型铜矿床，矿体埋藏浅，矿床水文、工程地质条件简单，环境地质条件良好，适于露天采矿。根据矿山地表数据及原始勘探数据，建立图3所示的矿床块体模型，该模型已具有物理属性、品位及经济参数等信息。

2．2规模方案该矿属有色特大型露天矿山，根据表1，其合理服务年限应大于30年，矿石开采损失率取4%，贫化率为3%，资源储量备用系数取1．1，根据矿山储量，当年工作时间330d时，由式(1)可得此时极限规模A1为11．31万吨/天。由Taylor经验公式计算得A2、A3分别为11．3万吨/天、8．41万吨/天。根据以上计算可知，该矿估算产能空间在(8．41～11．31)万吨/天。矿山预选的单套选矿设备能力为7．5万吨/天、5万吨/天两种型号，以5万吨/天选矿设备能力为步距时，式(3)中的X取值3．41，考虑到经验估算的不确定性及规模效应的存在，Y取值8．69，可确定4种规模方案，即5万吨/天、10万吨/天、15万吨/天、20万吨/天。以7．5万吨/天选矿设备能力为步距时，可确定3种规模方案，即7．5万吨/天、15万吨/天、22．5万吨/天。

2．3进度计划矿山以中间山沟为界分为东西两部分，东部矿石品位高、上部剥离少，列为前期主采区。矿体沿中间山沟有出露，该区域覆盖层较薄，故开采推进顺序为东部由西往东、西部由东往西。在保证备采及开拓矿量的前提下，尽量压低前期剥离量。工作面宽度不小于80m，工作线长度不小于200m，台阶高度为15m。选场设备分批投入，投产年每年投入一套选矿系列，其选矿能力利用系数取0．8，例如15万吨方案，分两年投入两套选矿设备，__年一个7．5万吨/天系列，则__年产能为6万吨/天，第二年投入第二套设备，其中__套系列已可达产，则此时产能为13．5万吨/天，其他方案亦同。利用MineSched软件，根据上述原则及参数对矿区编排进度计划。图4所示为15万吨方案经排进度计划后输出的矿床块模型，不同颜色表示不同开采年采剥的矿岩块。

2．4最优规模确定根据进度计划结果可获得各规模方案的矿山基建工程量、年矿岩采剥量、年出矿品位等信息。根据基建工程量可估算基建投资，由矿山年矿岩采剥量及服务年限可进行设备投资计算，根据年平均出矿品位、采出矿量及金属售价计算年现金流入量，统计年废石剥离量，计算剥离成本，按式(4)可得到各产能方案IRR，计算结果如图5所示。由图5可知，除方案AⅠ、AⅡ的IRR小于12%外，其余方案IRR均满足矿业行业内部收益率要求，其中AⅣ的IRR值最大，即在该生产规模情况下，矿山可获得最好的效益回报。最后两方案的IRR之所以变小，是由于其最大剥采比无法得到有效平衡，设备投资过大，而利用率却很低。方案AⅣ较好的平衡了剥采比，最大剥采比平衡时间为13年，与设备寿命基本相当，提高了设备利用率，在综合考虑矿山效益及均衡投资的情况下，最终确定方案AⅣ为最优生产能力，即15万吨/天，相对于传统验证所得的10万吨/天，生产能力提高了50%，内部收益率增加了约3个百分点。

3结语

1)阐述了几种主要的露天矿山生产能力的预测验证方法，在此基础上提出了生产规模的动态优化方法并对其原理及实施步骤进行了说明。2)在实例中，运用Surpac软件创建了某大型铜矿床的块体品位模型，利用三维可视化的Mineschde软件编排了6个规模方案的进度计划，计算了各方案最终内部收益率，确定IRR最大的AⅣ为最优方案，这比传统验证所得的10万吨/天生产能力提高了50%，内部收益率增加了约3个百分点。3)由于优化过程是建立在进度计划基础上的，故在编排过程中存在一定的人为主观因素，另外对于各项成本及产品售价均取定值，也会对结果有一定影响，故如何克服诸多不利因素，而获得更加准确严密的最优生产能力，尚待进一步努力。