本文作者：杨 彪 单位：长沙有色冶金设计研究院有限公司

露天矿规模是露天矿设计最重要的依据。矿山规模的不合理确定会给矿山生产和经济效益带来长期的不利影响[1-2]。我国露天矿生产能力的确定大致有三个阶段: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、市场化阶段的利润最大化。前两个阶段，在人为确定生产能力的前提下，根据经验验证矿山固定资产的合理利用和技术可行性，得到的生产规模往往远离经济最佳点1生产能力的动态综合优化方法。国外生产规模确定的主要目标是经济优化。1992年，美国BCavender提出用净现值(NPV)或内部收益率(IRR)来动态评价矿山的生产规模。根据1998年Bhappu和Guzman的统计，55%的矿业公司采用IRR，40%采用NPV作为经济比较指标来确定生产规模方案矿井生产能力动态综合优化主要分为规模方案制定、进度安排和经济效益分析三个步骤。规模是优化的基础，其合理性制约着后期的工作。在参考传统矿山规模预测方法的基础上，根据矿山的实际情况制定了规模方案。采用先进快速的MineSched软件进行排班，并根据其可视化效果控制排班进度。最后，计算分析各方案的经济效益指标，确定矿山规模。。基于动态经济模型的规模优化搜索远比只分析固定投资的静态经济分析更合理。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的现金流量和规模方案的可实现性1.1设计中普遍采用规模方案的提法，根据储量保证的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的关系如下。a型为矿山生产规模，1万吨/年；t为矿井服务的年限，年；q为露天工业储量，万吨；& eta是矿石损失率；& rho是稀释率；k为资源储量的储备系数，在露天矿山一般取1.1 ~ 1.3。矿山的生产规模受到矿山服务年限、贫化率和损失率的制约，其中贫化率和损失率可以通过比较和经验得出。所以，确定A值就是求T值。确定开采期的方法主要有国内经验值法、国外经验公式法和类比法。1)国内经验值法。表1是《设计手册》1.2进度计划安排开采顺序和开采技术是进度计划的基本要素。不同的岩石开采顺序不仅影响均衡剥采比，而且影响矿石品位，从而影响经济效益。因此，在进行调度之前，必须根据矿山的实际情况对开采顺序和开采强度进行优化。最后按照一定的调度原则和挖掘工艺参数安排各种规模方案的调度计划1.3经济效益分析IRR是使项目从建设开始到寿命结束的净现金流量的现值之和等于零的贴现率。其经济学含义是指投资项目所承担的最高资金成本所反映的收益率，反映了投资的效率，一般被认为是一种比较科学的投资方案评价方法2.2规模规划该矿为有色特大型露天矿。根据表1，其合理服务年限应大于30年，矿石开采损失率为4%，贫化率为3%，资源储量系数为1.1。根据矿井储量，当当年工作时间为330天时，由公式(1)可得最终规模A1为11.31万吨/日。根据泰勒经验公式，A2和A3分别为11.3万吨/日和8.41万吨/日。根据以上计算，该矿预计生产能力在(8.41 ~ 11.31)万吨/日范围内。矿山单台选矿设备预选能力为7.5万吨/日和5万吨/日。当选矿设备能力为5万吨/日时，公式(3)中X值为3.41，考虑经验估算的不确定性和规模效应的存在，Y值为8.69，可确定4个规模方案，分别为5万吨/日和10万吨/日。以选矿设备能力7.5万吨/日为步距，可确定3个规模方案，即7.5万吨/日、15万吨/日和22.5万吨/日。。内部收益率计算如下。其中t为项目的计算期；(CI-CO) T是T年的现金流量，其中CI是现金流入，CO是现金流出。。MineSched是一个用于矿山进度规划的专业软件，其工作是在分配了物理属性、品位和经济参数之后，基于矿床的块段模型。所有操作过程都是重新编辑块段模型，给每个矿段赋予时间属性，最终以三维实体模型、块段模型、报表形式输出结果进行计算分析[8-9]。推荐的金属露天矿合理服务年限值。根据推荐的服务年限值，带入公式(1)即可得到矿井此时的极限生产规模A1。2)国外经验公式法。经济学家泰勒根据多年的设计经验，将矿山经济寿命与资源储量的关系总结为以下经验公式。这个公式实际上是经验储量、矿山生产规模和矿山经济寿命之间的匹配关系[3]。根据公式(1)和(2)，可以得到不同储量矿山的经济寿命与合理生产规模的关系，如图1和图2所示。当矿井边界工业储量已知时，可以得到最小生产规模A2和最大生产规模A3。3)类比。类比也是确定矿山规模的有效方法，根据相似的矿种、储量规模、剥采比、岩性等条件，类比得出可能的生产规模A4。。本文尝试利用三维可视化调度软件Minesched，按照一定的调度原则和生产技术参数要求，对几组规模方案的生产进行调度，得出矿山每年的现金流入量和流出量，比较各方案的内部收益率，从而得出技术上可行、经济上最优的矿山生产能力。

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2个应用示例

2.1矿山概况A矿为大型隐伏~半隐伏斑岩铜矿，矿体埋藏浅，水文工程地质条件简单，环境地质条件良好，适宜露天开采。根据矿山地表数据和原始勘探数据，建立了图3所示的矿床块段模型，该模型已经有了物理属性、品位和经济参数的信息。

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2.3进度安排矿井以中间山沟为界，分为东、西两部分。矿区东部矿石品位高，上部剥离少，前期列为主采区。矿体沿中部山沟有露头，该区覆盖层较薄，因此开采推进顺序为东部由西向东，西部由东向西。在保证储量开采和开拓矿量的前提下，尽量减少前期剥离量。工作面宽度不小于80m，工作线长度不小于200m，台阶高度为15m。选矿设备分批投入运行。每年投产一套选矿系列，选矿能力利用系数为0.8，例如15万吨方案。两年内两套选矿设备投入运行。第一年投产7.5万吨/日系列，第二年投产第一套设备，其中第一套设备可达产，产能13.5万吨/日。其他方案也是可用的。使用MineSched软件，根据上述原则和参数对矿区进行调度。图4为15万吨计划调度后输出的矿床块段模型，不同颜色代表不同开采年份开采和剥离的矿块。

2.4最优规模的确定根据进度计划的结果，可以得到各规模方案的矿山基建工程量、矿岩年采剥量、年矿石品位等信息。基建投资可根据基建工程量估算，设备投资可根据矿山年开采量和服务年限计算。可根据年平均开采品位、开采量、金属售价计算年现金流入量，统计废石年剥离量，计算剥离成本。根据公式(4)可以得到各容量规划的内部收益率，计算结果如图5所示。从图5可以看出，除方案A ⅰ和A ⅱ的内部收益率小于12%外，其他方案的内部收益率均满足矿业内部收益率的要求，其中方案A ⅳ的内部收益率最大，即矿山在此生产规模下可以获得最佳的效益回报。最后，两种方案的IRR变小是因为其最大汽提比不能有效平衡，设备投资过大，利用率很低。方案A-IV很好地平衡了剥离比。最大剥比平衡时间为13年，基本相当于设备寿命，提高了设备利用率。考虑矿山效益和平衡投资，最终确定方案Aⅳ为最优生产能力，即15万吨/日，比传统核定的10万吨/日提高50%，内部收益率提高约3个百分点。

3结论

1)阐述了预测和验证露天矿生产能力的几种主要方法，并在此基础上提出了生产规模动态优化方法，并说明了其原理和实施步骤。2)在一个实例中，利用Surpac软件建立了某大型铜矿床的块段品位模型，利用三维可视化Mineschde软件安排了6个规模方案的进度，计算了每个方案的最终内部收益率，确定了一个IRR最大的IV为最优方案，与传统验证相比，10万吨/日的生产能力提高了50%，内部收益率提高了约3个百分点。3)因为优化过程是基于进度的，所以在安排过程中存在一些主观因素。此外，各种成本和产品价格的固定值也会对结果产生一定的影响。因此，如何克服诸多不利因素，获得更准确、更紧凑的最优产能，还需要进一步努力。