基于MineSight软件的露天短期采矿生产计划

基于MineSight软件的露天短期采矿生产计划

岳翔宇1  胡庆雄2

1.烟台中嘉矿业有限公司  烟台 204100

    2.广州致矿科技有限公司广州 510450

摘要：在为矿山选矿厂提供稳定的入选矿量和入选品位的过程中，采矿生产计划发挥了重要的作用；在满足入选矿量的前提下，稳定的入选品位是衡量采矿生产计划是否合理的关键评价指标之一。以某露天金矿为例，应用MineSight软件通过制定年度生产计划、在三维软件环境中优化台阶和坑内道路设计、更新矿山生产现状图、构建并定期更新台阶采矿模型、统计台阶保有的矿岩量、安排作业面采剥顺序等流程，进行编制露天短期生产计划的探索，以期获得稳定的入选品位。经实践，该露天矿编制的短期采矿计划品位与选矿厂入选品位的绝对误差基本控制在±0.1g/t以内，实现了短期内入选品位的稳定，为矿山实现稳定的现金流入创造了可靠的基础。

关键词：入选品位；短期采矿生产计划；优化设计；台阶采矿模型

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0 引言

在矿山选矿过程中，矿石入选品位短期内波动过大一方面增加了生产管理的难度，另一方面不利于对有用元素的回收利用，对矿山企业而言，这是一个技术和管理上的难题。

随着矿业软件的不断发展和数字矿山技术的推广应用，国内外越来越多的矿山企业重视应用专业的三维矿业软件来编制矿山采矿生产计划，寄望于从采矿的源头上控制入选矿石的品位波动，从而为选厂提供稳定的入选矿石和入选品位。

国内矿山之前大部分使用传统的块段法统计资源量/储量，配合电子表格编制采矿生产计划。这种方式工作量大费时费力且编制完毕后如采场任何一个约束条件出现变化都难以返工修改[1]。然而由于生产工艺的改进、矿山运营方式的转变和市场行情的变化等原因，露天矿山实际生产时的生产成本、采矿回收率和产品价格等技术经济指标均处于不断变化中[2]；而且这种方式不能及时结合生产中采集的数据更新资源量/储量，实际生产与编制的生产计划往往存在较大的偏差。

目前国内外矿山利用MineSight、3DMine等三维矿业软件编制采矿计划是基于“三维块状矿床模型”理论，运用矿山数字化成果（资源模型，即块模型），利用三维矿业软件采取数学优化法[3]寻找开采效益最优的方案。在这一工作所面临的难题,是露天矿的块调度,是考虑到几个技术和物理约束,确定最终目标以确定块提取的最优调度的安排[4]。

MineSight软件是一款三维矿业软件，该软件包含了大量工具，可以用来导入导出钻孔数据、建立矿山各种三维模型、采矿设计、境界优化、计划编制和统计分析报告等工作，广泛应用于资源估算、矿山计划、生产的各个阶段[5-7]。下文以国内某露天金矿（以下简称“该矿”）为例，介绍该矿应用MineSight通过制定年度生产计划、在三维软件环境中优化台阶和坑内道路设计、更新矿山生产现状图、构建并定期更新台阶采矿模型、统计台阶保有的矿岩量、安排作业面采剥顺序等流程，编制露天短期生产计划的方法及取得的应用成果。

1 矿山简介

该矿为中温热液充填交代蚀变砾岩型金矿床，大地构造位置位于苏鲁造山带、胶南—威海隆起、胶莱坳陷区、朱吴—留格庄凸起。区内地层主要为古元古代荆山群、中生代白垩纪莱阳群及新生代第四系；构造以韧性剪切带和脆性断裂带为主；岩浆岩发育，以二长花岗岩类为主，另见有辉绿玢岩、闪长岩、角闪玢岩、煌斑岩等脉岩。该矿金矿体赋存在中生代白垩系莱阳群林寺山组一段灰白色砾岩中，矿体主要受裂隙密集带控制，集中成群。该矿矿石具有品位低、易选的特征，工程地质条件简单、水文地质条件简单。该矿围岩和含矿岩石成分普遍一致，由砾岩和偶见的煌斑岩组成，围岩和内部夹石含有少量金，围岩、内部夹石和含矿岩石间无明显界限，需要依靠化学分析确定[8-10]。

该矿为一在产露天金矿，位于山东省烟台市，设计规模90万吨/年。该矿采取自上而下分台阶开采，采用公路开拓汽车运输，生产台阶高12m，最终边坡台阶坡面角60°，最终边坡角43°。该矿于2023年完成了矿区扩建工程，境界范围向南部扩展了约150m，目前该矿正在矿区南部自上而下采剥矿岩。

该矿自2015年以来开始矿山数字化、智能化方面的探索，目前该矿运用MineSight软件在矿山资源管理、工程管理、计划排产、品位控制等方面积累了丰富的实践经验，在控制矿石贫化/损失、工程质量控制、降低生产成本方面取得了良好的应用效果。

2 采矿生产计划

采矿生产计划是指导矿山正常生产和获得尽可能高的经济效益的关键，其总的目标是确定一个技术上可行的、能够使矿床开采的总体经济效益达到最大的、贯穿于整个矿山开采寿命期的矿岩采剥顺序[11]。

为了满足矿山采矿和选矿的要求，需要制定相应的采矿生产计划，其按计划周期的长短一般划分为长期、短期和日常生产计划[12]。矿山整个服务年限内的计划为长期计划，一般以年为单位；短期和日常计划则要准确到月（季）、日（周）和具体的生产作业面。

编制长期生产计划：综合考虑矿山工程、生产规模、采掘设备能力，以最优化的投资、最小的生产成本及最大的净现值为目标进行编制，并定期用更新后的地质、经济模型滚动编制长期生产计划[13]。

编制短期生产计划：在长期生产计划和露天采场现状的基础上，以品位控制钻孔/炮孔等数据构建台阶采矿模型，统计各台阶的矿岩量及矿石品位，按台阶开采顺序制定作业面。

编制日常生产计划：进行作业面炮孔设计，根据品位控制钻孔/炮孔二次圈定矿体，并用当前的生产数据进行出矿的配矿，进行现场品位控制，协调采掘设备的有序作业。

3 短期生产计划的编制

对该矿而言，其短期生产计划为月度计划，矿山技术人员于每月月底编制下月的生产计划，用于指导现场的生产作业。该矿应用MineSight软件编制短期生产计划的流程如图1所示。

图1  短期计划编制流程

（1）生产计划年末图

该矿于每年年底，根据下达的生产任务、设定的技术经济指标，综合考虑采选能力、损失贫化等情况，编制下一年的年度生产计划，并制作对应的年末图/表。

该年度生产计划即为编制短期生产计划的依据之一，约束了该年度内采矿生产的时间、空间范围（如表1所示）。

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表1 该矿某年生产计划表

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（2）台阶和道路的设计优化

露天矿山生产过程中，采场上部边坡长时间暴露，受风化侵蚀、降雨渗透、生产爆破震动等因素影响，可能出现露天边坡失稳的情况发生。在生产中，需要根据现场实际变化对边坡不稳固的区域采取清理边坡浮石、施工抗滑桩、锚喷支护等处理措施，必要时主动对不稳固区域进行削坡处理，在局部增加平台宽度、降低边坡角。

随着生产的进行，生产台阶不断下降，需要根据现场生产台阶的变化，不断下降、延深或开拓新的运输道路、临时辅路，通达生产台阶。

对台阶和道路的设计优化，进一步在空间上对短期生产计划进行了约束。

（3）更新矿山生产现状

该矿采场现状图通常由矿山测量人员于每月月底

使用RTK进行实测，导入MineSight软件处理后得到。随着技术的进步，国内外已有露天矿山通过无人机测绘进行采场现状的更新，效率、精度都进一步提升。该矿每年会使用无人机测绘矿区现状，导入MineSight软件处理后对采场现状进行校核。

露天采场生产现状是编制短期生产计划的地表约束。

（4）更新台阶采矿模型

台阶采矿模型，是在地质勘探资源模型的基础上，综合露天矿山生产探矿、品位控制钻孔/炮孔等数据，对矿区有用元素的品位进行局部重新估值而得到。据此更新的矿山资源模型地质可信度高，更接近矿体实际赋存情况，为现场配矿管理、优化短期生产计划、减少入选矿石品位波动提供了可靠依据，从而使得矿山在实现精准采矿方面有了现实的可操作性，用于指导矿山规划和日常生产可取得更好的经济效益[14-15]。

根据矿山的实际生产条件，该矿主要应用炮孔数据更新台阶采矿模型，具体应用流程详见图2。

图2  台阶采矿模型更新流程

作业面完成穿孔作业后，工作人员在作业面爆破前按规范流程对每个炮孔进行编号和地质编录，并对炮孔岩粉进行取样，将炮孔岩粉样送往矿山化验室进行化验，化验结果出来后再通过共享到相关职能部门。矿山技术人员将炮孔位置、炮孔岩粉样品位等信息导入软件，对台阶爆破单元重新进行品位估值，为编制短期生产计划提供更为准确的地质品位，更新后的局部台阶采矿模型见图3。

图3  更新的局部台阶采矿模型

台阶采矿模型，是露天矿山应用三维矿业软件进行品位控制、二次圈矿、编制短期采矿计划的直接载体。

（5）统计台阶保有的矿岩量

基于更新后的台阶采矿模型，以生产计划年末图、露天采场现状图为约束，统计待回采各个台阶保有的矿岩量和矿石品位（此处统计的台阶保有矿岩量及矿石品位不考虑贫化损失）。更新后炮孔样参与估值的的台阶采矿模型更加贴合实际，为编制短期生产计划提供更为精确的矿岩量和矿石品位三维空间分布情况。该矿部分台阶保有的矿岩量见表2。

表2 该矿部分台阶保有矿岩量

台阶保有的矿岩量是编制短期采矿计划的数据基础。

（6）台阶作业面设计

在满足入选矿量和品位的前提下，综合考虑采掘设备的生产能力、台阶和道路的空间发展关系、实际生产的损失贫化情况，在露天采场现状图上布置下一个月的生产作业面，并确定作业时序。

该矿借助MineSight软件便捷的三维建模工具[16]，实现了在三维环境中快速调整作业面的分布位置、范围大小，快速获取所布置作业面的矿岩量、品位等信息，以满足计划的入选矿量和品位要求，这较传统的计划编制工作大大缩短了时间。图4为该矿编制的露天采场某月生产计划的三维作业面。

图4  月计划作业面设计

台阶作业面设计是应用软件编制短期采矿计划的直接手段。

（7）出具短期生产计划图表

完成台阶采矿模型更新和作业面设计后，根据该矿生产管理的要求，技术人员将三维模型转换为纸质图表，经矿区审核后，传达给生产班组，用于指导生产。

短期生产计划图表是短期采矿计划的成果载体。

4  应用效果

通过近年生产实践的探索，该矿使用MighSight软件编制露天短期采矿计划取得了良好应用效果，具体情况如下：

（1）完成凿岩作业的炮孔品位信息在取样完成化验后就可以参与资源量估算，可以及时更新资源模型。图5即该矿某爆区炮孔信息导入MineSight软件的三维界面。在大量数据参与下估算的地质模型与实际矿岩分布符合性较好，提高了编制短期采矿计划的准确性。

图5  炮孔品位信息

（2）编制的短期采矿计划技术指标（矿/废石量、品位）与入选矿石量、入选品位符合较好，入选品位波动小。该矿2023年度短期采矿计划品位与入选品位绝对误差基本控制在±0.1g/t以内。

（3）在矿山生产的过程中，由于金属价格、原料价格等经济指标的波动，可能导致企业对边界品位、贫化损失等技术指标提出新的要求。应用MineSight软件编制短期采矿计划可以预定义程序集合（packages），根据生产实际需求的变化快速计算、编制、调整生产计划，效率大大加快。该矿每旬都会根据更新的地质模型，结合技术经济参数的变化对短期采矿计划进行校核、修正、优化。

（4）该矿扩建期间，扩建区域工作面狭窄、剥采比大、矿石品位变化剧烈，同时黄金价格、柴油等原材料价格发生了巨大的变化，对于保障矿石产量、控制剥采比、稳定入选品位带来了很大的挑战。该矿于扩建期间，应用MineSight软件编制的短期采矿计划充分利用品位控制的工作成果，及时更新资源模型，通过每旬对短期采矿计划的校核、修正，灵活调整采矿贫化率、损失率，对作业位置、范围进行优化，在保障矿石产量、控制剥采比、稳定入选品位方面发挥了重要作用，实现了扩界期间矿山的平稳运行。

5  结论

（1）通过定期构建炮孔模型，进而更新台阶作业面的品位模型。一方面，提高了矿区资源的地质可信度；另一方面，露天采场可根据选矿厂的要求，提前合理规划采场作业面，在满足入选矿量的前提下，为选矿厂提供稳定的入选品位。通过控制矿石入选品位，该矿实现了稳定的生产管理及现金流。

（2）相比传统采用矿区台阶平均品位编制生产计划，对矿山而言，通过三维矿业软件构建、更新台阶采矿模型，使得控制矿石入选品位有了更加快捷、可靠的途径和手段。

（3）通过三维矿业软件编制的露天短期采矿计划，由于其快捷、可靠的特点，可以根据市场变化，灵活调整技术经济参数，对采矿计划进行修正、优化，帮助矿山在复杂的市场环境下迅速调整生产计划。

（4）三维可视化的生产计划，通过计算机模拟露天采场生产作业，有助于发现生产中潜在存在的管理、安全缺陷，露天矿山可据此提前优化工程设计和编制生产计划，同时，提前做好相关的防护措施准备。以避免或减少矿山财产损失，提高企业的经济效益。

（5）经过多年的数字矿山建设及应用实践，该矿已成功探索出了一种快速编制短期采矿计划、控制矿石入选品位的有效途径，为类似矿山提供了技术示范。

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作者简介：岳翔宇(1987—),男，湖北十堰人，学士，工程师，主要矿山运营、数字化矿山、智能矿山等方面的工作。

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