荒甸子金矿采矿方法的优化研究(1).pdf

文章编号１００７－９６７Ｘ（２０１９）０２－２１－０４荒甸子金矿采矿方法的优化研究＊张柬（沈阳有色冶金设计研究院有限公司，辽宁沈阳１１０００３）摘要采矿方法选择是矿山设计项目的关键决策任务，直接关系到矿山投资效益、项目的合理性和可行性、岩体稳定性控制，更具体地关系到采掘设备、开拓系统布置、提升运输系统等矿山其他系统的优选。采矿方法一旦选定，从基建工程完成投入生产，再想要改变采矿方法通常都是非常困难的，至少要进行必要的试验，而且还会增加投资，更有可能影响生产或损失资源储量。因此，采矿方法的选择是一项非常重要的研究课题。本文从荒甸子金矿矿体的赋存条件、矿岩力学性质、水文地质条件、经济效益及投资回收期等影响因素出发，结合项目经济评价中所运用的货币时间价值原理，对采矿方法设计方案进行比较论证，同时综合其它各方面因素，最终选定充填采矿法为该矿的最优采矿方法。关键词采矿方法；技术经济；方案比较；比选方法中图分类号ＴＤ８６３文献标识码Ａ１采矿方法的重要性采矿方法的选择是矿山项目的基本决策，它关系到采掘设备、开拓系统布置、提升运输系统等矿山其他系统的主要决策。采矿方法一旦选定，从基建工程完成投入生产开始，再想要改变采矿方法通常都是非常困难的，至少要进行必要的试验，而且还会增加投资，更有可能影响生产或损失资料储量。因此，对于一个新建矿山来讲，从储量核实报告评审通过那一刻开始就应该着手研究采矿方法［１］。２影响采矿方法选择的因素采矿方法在矿山生产中占有十分重要的地位。选择正确的采矿方法至关重要，采矿方法选择全过程包括研究地质资料影响选择采矿方法基建施工采矿方法试验试生产投产。采矿方法的选择有以下几个因素决定矿床地质及水文地质条件，矿石价值、矿石品位及其分布特征，矿体形态及其连续性，环境状况，经济因素，加工部门的特殊要求，劳动力和政治因素。上述因素中的任何一条都有可能成为决定采矿方法的主要因素，所以必须进行全面的评价，选出最佳的采矿方法［２］。３采矿方法的选择目前虽然新出现不少计算机程序、专家系统、数值优化方法用于选择采矿方法，如神经网络模糊优选法、灰关联分析法、相似率价值工程法、多目标决策密切值法等，但在实际的工程应用实践中由于工程的复杂性，这些方法大多数不太实用，还是通过技术经济比较来选择采矿方法。经济比较方法一般有以下几种净现值（ＮＰＶ）法是在项目计算期内按行业基准折现率将各年净现金流量，折现到建设期初的现值代数和，它是考察项目在计算期内赢利能力的动态评价指标；净年值（ＮＡＶ）法是按给定的折现率，将项目（方案）计算期内各年不同时点的净现金流量分摊到计算期内各年的等额年值，它是考察项目（方案）在计算期内分摊到各年的赢利能力的动态评价指标；净现值率（ＮＰＶＲ）是项目净现值与原始投资现值之比；最小费用法是指根据单位产品支付费用最小原则确定批量的方法；差额投资内部收益率是２个方案各年净现流量差额的现值之和，等于零时的折现率；动态投资回收期是指以项目的净现值抵偿全部投资现值所需要的时间；另外还有三种比较方法分别为等额资金回收法、差额投资收益率（Ｒａ）法、差额投资回收期（Ｐａ）法［３～４］。其中前六种属于动态比选方法，后三种属于静态比选方法。此次采矿方法的经济比较，运用了其中的净现值法和动态投资回收期法。净现值（ＮＰＶ）是将项目整个计算期内各年的第３５卷第２期２０１９年４月有色矿冶ＮＯＮ－ＦＥＲＲＯＵＳＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ．３５． №２Ａｐｒｉｌ２０１９＊收稿日期２０１９－０１－１５作者简介张柬（１９７７），女，山东潍坊人，高级工程师，主要从事采矿专业的设计工作。净现金流量，按某个给定的折现率，折算到计算期期初（零点，也即１年初）的现值代数和。净现值的计算公式为ＮＰＶ（ｉ）＝ ｎｔ＝０（ＣＩ－ＣＯ）ｔ（１＋ｉ）－ｔ式中ＣＩ为现金流入量；ＣＯ为现金流出量；ｎ计算期期数；ｉ设定折现率或财务基准收益率。在项目经济评价中，若ＮＰＶ≥０，则该项目在经济上可以接受；反之，若ＮＰＶ＜０，则经济上可以拒绝该项目。动态投资回收期是指以项目投产后每年取得的净收益低偿全部投资所需的时间。动态投资回收期Ｔ计算方法如下式Ｔ＝［累计净现金流量折现值开始出现正值的年份］－１＋［上一年累计净现金流量折现值度绝对值当年净现金流量折现值］动态投资回收期法与净现值法的结论一致，即Ｔ≤项目（方案）建设期时，项目（方案）是可行的，与ＮＰＶ≥０相吻合。在项目方案的比选中，Ｔ≤项目（方案）建设期的可能有多个，此时，Ｔ最小的方案为最优方案。４工程背景白云荒甸子金矿区位于辽宁省凤城市青城子镇白云山村，该矿山赋存主要矿石为金。由于该矿体埋藏较深，设计采用地下开采方式进行开采。成矿物质金银主体来源于辽河群上部碳酸盐岩和陆源碎屑沉积建造，主成矿期在印支－燕山期，期间经历了多期多阶段的地质成矿作用，硫主要来源于金银原始含矿层位。属于沉积变质高－中温热液改造型金矿床。白云荒甸子金矿床赋存于辽河群盖县组地层中，矿体上下盘围岩为硅线石云母片岩、黑云变粒岩和大理岩类，局部地段矿体直接与脉岩接触，则围岩是花岗斑岩、石英斑岩或蚀变煌斑岩。脉岩呈致密块状，节理不发育，属于坚硬－半坚硬块状或层状岩石，是比较稳固的岩石。构造影响不大，水文地质条件简单，矿体赋存标高比较高。金矿体呈似层状、脉状、扁豆体状产出，具有分支复合、膨胀收缩、尖灭再现等特征。呈北西向展布（２８０～２９０），南倾，矿体倾角缓，在５～２５之间，穿厚０．７０～１４．１０不等。较大的矿体（７０－１）走向延长８００ｍ，倾斜延深７００ｍ。金矿体埋藏深度在最低侵蚀基准面４５０ｍ以下，涌水量不大，不会造成区域地下水位大幅度下降；矿体顶、底板岩层稳固，裂隙不发育，脉幅、中等，不会造成地面沉降，影响自然生态环境。矿区地震基本强度在７以内，未见倒石堆、山体滑坡、泥石流、阶地等新构造运动迹象。１９７５年海城大地震的余波和频繁的余震波及到本区，只显示轻微震动而已，无损害，环境地质良好。４．１采矿方法初选该矿床属于沉积变质高－中温热液改造型金矿床，地表不允许塌陷，矿体顶、底板岩层稳固，矿体倾角缓，在５～２５之间，穿厚０．７０～１４．１０ｍ不等，平均厚１～４ｍ。属于缓倾斜，薄矿体，采矿方法初选见表１。表１采矿方法初选表Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｔａｂｌｅｏｆｍｉｎｅｍｅｔｈｏｄ矿床特征稳固性稳固倾角５～２５厚度１～４ｍ地表是否允许塌陷不允许较适应的采矿方法空场法全面法、房柱法、壁式崩落法、进路充填法全面法、房柱法、壁式崩落法、进路充填法全面法、房柱法、进路充填法可排除的采矿方法崩落法浅孔留矿法分段法、阶段矿房法崩落法由表１可以看出，经过初选，较适合的采矿方法是空场采矿法和充填采矿法。４．２不同采矿方法的固定投资比较在该项目中，采用空场采矿法与充填采矿法在投资上的区别在于，空场采矿法可以节省充填采矿法的基建投资，但采用充填采矿法可以节约一部分尾矿库的投资，并且可以回收一部分保安矿柱及因采用空场而丢失的矿柱的资源量，具体情况见表２。表２充填采矿法与空场采矿法有关费用差额计算表Ｔａｂｌｅ２Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔａｂｌｅｏｆｃｏｓｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｅｎｓｔｏｐｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ项目名称充填采矿法空场采矿法基建投资（万元）２２９６０２２９６０充填站投资（万元）２２００尾矿库投资（万元）９９５合计（万元）２５１６０２３９５５２２有色矿冶第３５卷４．３不同采矿方法的经营费用比较采用充填采矿法与空场采矿方法在回收率及采矿成本上存在着差异。该项目规模为３９．６万ｔ／ａ，采用空场法服务期为１０年，每年金精矿的产量为７９０ｋｇ，基准贴现率为１２％，金精矿含金价格２００元／ｇ。空场法的采矿成本为１３２元／ｔ，应用净现值公式及动态投资回收期的算法结果见表３。表３空场采矿法产量、成本及净现金流量Ｔａｂｌｅ３Ｏｕｔｐｕｔ，ＣｏｓｔａｎｄＮｅｔＣａｓｈＦｌｏｗｏｆＯｐｅｎＳｔｏｐｅＭｉｎｉｎｇ项目名称金精矿产量（ｋｇ）成本（元／ｔ）ＣＩ（万元）ＣＯ（万元）ＮＰＶ（万元）累积净现值（万元）初始点－２３９５５－２３９５５－２３９５５１７９０１３２１５８００－５２２７．２９４４０－１４５１５２７９０１３２１５８００－５２２７．２８４２８．５７－６０８６．４３３７９０１３２１５８００－５２２７．２７５２５．５１１４３９．０８４７９０１３２１５８００－５２２７．２６７１９．２１８１５８．２９５７９０１３２１５８００－５２２７．２５９９９．２９１４１５７．５８６７９０１３２１５８００－５２２７．２５３５６．５１１９５１４．０９７７９０１３２１５８００－５２２７．２４７８２．６０２４２９６．６９８７９０１３２１５８００－５２２７．２４２７０．１８２８５６６．８６９７９０１３２１５８００－５２２７．２３８１２．６６３２３７９．５２１０７９０１３２１５８００－５２２７．２３４０４．１６３５７８３．６８表４充填采矿法产量、成本及净现金流量Ｔａｂｌｅ４Ｏｕｔｐｕｔ，ＣｏｓｔａｎｄＮｅｔＣａｓｈＦｌｏｗｏｆＦｉｌｌｉｎｇＭｉｎｉｎｇ项目名称金精矿产量（ｋｇ）成本（元／ｔ）ＣＩ（万元）ＣＯ（万元）ＮＰＶ（万元）累积净现值（万元）初始点－２５１６０－２５１６０－２５１６０１８２６１５７１６５２０－６２１７．２９１９８．９３－１５９６１．０７２８２６１５７１６５２０－６２１７．２８２１３．３３－７７４７．７４３８２６１５７１６５２０－６２１７．２７３３３．３３－４１４．４１４８２６１５７１６５２０－６２１７．２６５４７．６２６１３３．２０５８２６１５７１６５２０－６２１７．２５８４６．０９１１９７９．２９６８２６１５７１６５２０－６２１７．２５２１９．７２１７１９９．０１７８２６１５７１６５２０－６２１７．２４６６０．４６２１８５９．４７８８２６１５７１６５２０－６２１７．２４１６１．１３２６０２０．６０９８２６１５７１６５２０－６２１７．２３７１５．２９２９７３５．８９１０８２６１５７１６５２０－６２１７．２３３１７．２３３３０５３．１２１１８２６１５７１６５２０－６２１７．２２９６１．８１３６０１４．９３由表３可以看出空场采矿法在经济上是可行的，动态投资回收期为１．８年。采用充填采矿法的前提条件与空场采矿法大致相同，不同的是充填法采矿服务年限为１１年（多回收保安矿柱的量），回收率高，每年金精矿的产量为８２６ｋｇ，成本为１５７元／ｔ，应用净现值公式及动态投资回收期的算法结果见表４。由表４可以看出充填采矿法在经济上是可行的，动态投资回收期为２．１年。表明在不到３年的时间内就可以收回建设初期的资金投入。４．４方案比选结果比较两种方案的两种技术经济评价指标采用空场采矿法的累积净现值是３５７８３．６８万元，而充填采矿的累积净现值为３６０１４．９３万元，这表明充填采矿法和空场采矿法在经济上均是可行的，空场采矿法的累积净现值略小于充填采矿应运，同时考虑到该项目地表有河流、村庄、道路、尾矿输送管路等需要保护，综合各方面情况，充填采矿法更有益于矿山的安全管理，有利于矿山经济的长远发展，最终选择该矿山采用充填采矿法。５结语采矿方法选择的正确与否直接关系到矿山投资效益好坏，甚至决定着项目是否合理和在实际中的可行性，由于采矿方法的不同，其建设投资、采矿设备、开拓系统等都会相应的受到影响，因此在矿床设计时必须认真、慎重的选择采矿方法，最后选择一个最优设计方案实施。（下转第５１页）３２第２期张柬荒甸子金矿采矿方法的优化研究国产化［Ｊ］．能源环境保护，２００６，（４）１－５．［２］王峥，王建国，邴守启，等．石灰石－石膏湿法烟气脱硫效率影响因素［Ｊ］．煤气与热力，２０１１，３１（９）１－４．［３］李欣颖．烟气脱硫技术进展有色矿冶［Ｊ］２００５，（０５）４６－４８．［４］胡术刚，等．烟气脱硫石膏综合利用技术研究与展望有色矿冶［Ｊ］２００６，（ＳＩ）５０－５２．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＦｌｕｅＧａｓｆｒｏｍＶｏｒｔｅｘＦｕｒｎａｃｅＬＩＷｅｎ－ｊｕｎ１，ＬＶＹｏｎｇ２，ＸＩＥＺｅｎｇ－ｇｕａｎｇ１，ＺＨＡＩＬｉａｎｇ１（１．ＺｈｏｎｇｙｅＨｕｌｕｄａｏＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｕｌｕｄａｏ１２５００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｌｕｄａｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒＳｔａｔｉｏｎ，Ｈｕｌｕｄａｏ１２５０００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｕｌｆｕｒａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｆｌｕｅｇａｓｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｖｏｒｔｅｘｆｕｒｎａｃｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｓｕｌｆｕｒａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｕｅｇａｓａｒｅｃｏｕｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍａｔｕｒｅｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｓｔｕｄ－ｉｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈａｔａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｏｕｒｃｏｍｐａｎｙ，ｔｈｅｗｅｔｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａ－ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｎｄｇｙｐｓｕｍｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔａｉｌｇａｓｏｆｔｈｅｖｏｒｔｅｘｆｕｒｎａｃｅ，ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｕｅｇａｓｏｆｔｈｅｖｏｒｔｅｘｆｕｒｎａｃｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍ７００ｔｏ１１００ｍｇ／Ｎｍ３ｔｏ５０ｔｏ１６０ｍｇ／Ｎｍ３ｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ．ＷｈｅｎｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆＳＯ２ｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｉｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸（上接第２３页）参考文献［１］采矿设计手册编辑部．采矿设计手册（矿床开采卷）［Ｍ］．北京中国建筑工业出版社，１９８７．［２］采矿工程师手册编辑部．采矿工程师手册［Ｍ］．北京冶金工业出版社，２００９．［３］郭辉如．矿山项目开拓方案的技术经济比选方法［Ｊ］．有色金属设计，２００３，（２）６５－６８．［４］肖跃民．价值工程原理在开拓方案选取中的应用［Ｊ］．金属矿山，１９９８，（９）５－８．［５］吴璇．程潮铁矿西区采矿方法选择的经济评价［Ｊ］．２００６，（８）１３－１５．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎｏｆＭｉｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄｉｎＨｕａｎｇｄｉａｎｚｉＧｏｌｄＤｅｐｏｓｉｔＺＨＡＮＧＪｉａｎ（ＳｈｅｎｙａｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｄｅｃｉｓｉｏｎｔａｓｋｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｉｎｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｍｉｎｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅｒｏｃｋｍａｓｓｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒ，ｉｔｉｓｍｏｒｅｓｐ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