地下开采块状硫化物矿的一个简化经济模型

地下开采块状硫化物矿的一个简化经济模型 Singer,Donald A. 1 ,Menzie,W.David 2 ,and Long,Keith R. 3 本报告为初稿，还没有与美国地质调查评价标准或北美地层代码相统一。贸易、公司或 产品命名的任何使用仅是为了阐述目的，并不暗示美国政府认可。 1 United States Geological Survey, MS 901, 345 Middlefield Road, Menlo Park, CA 94025 2 United States Geological Survey, MS 991, 12201 Sunrise Valley Dr., Reston, VA 20192 3 United States Geological Survey, GD, 520 N. Park Ave., Tucson, AZ 85719 一、介绍 隐伏矿产资源评价和勘查早期 , 以及计划阶段需要建立预可行成本模式。在勘查 过程中，区分经济与非经济矿床的这些成本模式有助于勘查企业集中在能获益的靶区勘查。 在资源评价过程中，这些模式用来排除那些即便发现但没有经济价值的矿床。 The U. S. Bureau of Mines (USBM) 先前建立的简化成本模式就是解决这一问题 (Camm ， 1991) 。这些成本模式采用矿床的储量、品位和埋深参数评估运行成本和固定成本。其也是 USBM 预可行分析软件的一部分 (Smith, 1991) 。 因为这些模式中用于评估运行成本和固定成本的参数现已十余年了，我们决定 采用更多现行参数检验这些模式是必要的。本次研究仅限于地下开采的块状硫化物矿。 在前人的研究基础上 (Singer et al., 1998), 我们依据美国露天开采金 - 银矿床， 在堆浸过程中采用 autoclave, carbon-in-leach (CIL), carbon-in-pulp (CIP), and Merrill Crowe mills 等方法获得较高产量的观测修改了简化成本模式。同时也修改堆浸过程评估 运行成本和固定成本模式。 Camm 的这些不同处理方法的修改是可行的 (1991) 。 对块状硫化物矿的地下开采，我们采用了五个各自不同的采矿方法 , 并将产量 和用 USBM 模式的成本评估与实际观测采矿成本相比较。如果观测成本与用 USBM 模 式评估成本间存在较大差异，我们将适当修改模式。 二、数据性质 这次研究中，地下采矿涉及包括房柱法、充填法、后退式竖井漏斗法、留矿法或 分段深孔法等采矿方法。在选厂设计中，矿石加工处理为一到三个产品。 涉及十二个黑 矿型矿床；八个矿密西西比河谷式矿床；各有二个沉积喷气型、矽卡岩型铜矿和多金属交 代型矿床 ; 一个多金属脉状类型矿床；及一个不符合已公认类型的矿床。这些矿床分布在 the United States, Canada, Australia, Portugal, Spain,Chile, and Greenland 等国家。数 据来源购买于 D.Briggs(Briggs,1994) 。 本次研究，采用了 28 个有经济价值的矿床调整模式评估参数。确定一个已知 矿床是否有经济价值取决于开采期的利润在 70% 以上的评估报告。且仅是开采头 2-3 年 的评估报告 , 但这一规则不是严格的，一般评估报告第一年亏损是允许的。虽然如此 , 这种评估是不完善的，存在矿山采矿前 1/3 生产期有小的亏损，但整个矿山采矿生产期有 大的利润的情况。一个矿山直到其关闭时，数据显示有利润，但留下 1000 万美元贷款未 还这里仍看作有经济价值 , 但要在仔细财务分析之后确定其是否有利润。 运行成本是最普遍的报告，整个运行成本精确到美元 / 金衡制盎司。为了与 USBM 模式评估一致 , 采矿和选厂运行成本评估在 USBM 模式中作为整个运行成本考 虑。依据观测采矿数据运行成本评估调整到美元 / 吨。 用于这里的固定成本是指整个采矿期的。通过观测平常采矿或选矿实际操作， 并扩充到整个矿山生产期，进而推断它们的固定成本。简化经济成本模式的本质是假定固 定成本用于第一年初期，且采矿 / 选矿产量直到矿山矿石采完仍保持不变。 三、采矿量与矿山采矿年限 USBM 模式中，所有成本评估取决于每日采矿量或矿山采矿年限的评估。正因如 此 , 每日采矿量的正确评估是重要的。露天开采金 - 银矿的早期研究中 , 我们发现产量 与标准模式评估相比较存在很大的差异。 在 Camm(1991) 的报告中 , 日采矿量用 Taylor 规则 (Taylor,1978) ，按矿 床中矿石总量计算，即： C= T 0.75 / 70 (1) 式中 C 表示 日采矿量 ，单位：短吨 / 每天； T 表示矿石总量，单位：吨； 且假定每年工作 350 天。矿石总量按公布储量，依据不同采矿方法、采矿范围、采矿间 距的采取率和贫化率的不同进行修改。我们用 Camm(1991) 同样的标准调整 不同采矿方 法的采取率和贫化率（表 1 ）。 表 1不同采矿方法的采矿 贫化率和采取率 采矿方法 贫化率 % 采取率 % 充 填 法 5 85 房 柱 法 5 85 留 矿 法 10 90 分段深孔法 5 85 后退式竖井漏斗法 10 90 28 个已知经济矿床中，每日采矿量和矿石总量的分析按方程 1 显示具有相似性 ( 图 1) 。 用“ t ”检验 , 斜率 (0.704) 与 Taylor 的相比较没有太大差异 ( 见附录 ) 。 截距 (0.0248) 与 Taylor 的相比较也没有太大差异 ( 见附录 ) 。因此 , 我们使用 Taylor 规则评估采矿量。 图 1 地下块状硫化物矿采矿量与矿床规模（矿石吨数）间相关图 USBM 模式评估采矿年限 (L) 是基于 Taylor 规则，即 : L = 0.2 T 0.25 (2) 在采矿年限和矿石总量间的线性关系，从现有较少采完矿石矿山数据是不能确 定的。然而 , 依据方程 1 和矿石总量对每日采矿量评估，采矿年限是可以推断的，即 : L = T / (C 350) (3) 假定每年工作 350 天。 四、固定成本 众所周知，块状硫化物矿地下开采矿山的采矿、竖井和选厂固定成本评估参数是 不可分离的 , 因此这里我们一同考虑。评估块状硫化物矿地下采矿过程总的固定成本，即 评估采矿、选厂和竖井固定成本总数。 USBM 模式地下采矿固定成本评估 (Camm,1991) 取决于采矿方法： 房柱法固定成本 = 97,600 C 0.644 (4) 充填法固定成本 = 1,250,000 C 0.461 (5) 后退式竖井漏斗法固定成本 = 42,200 C 0.747 (6) 留矿法固定成本 = 179,000 C 0.620 (7) 分段深孔法固定成本 = 115,000 C 0.552 (8) 上述式中 C 表示每天产量，单位：短吨 / 天 (st/d) 。 在矿山采矿到大约一半时 , 一种以上的采矿方法联合使用。每种方法在采矿中按 采矿石近似百分比权重评估固定成本。 这些采矿方法的各自成本评估，是假定有一个入口进到采矿区。采矿有一个竖 井进入到采区，需要有额外的竖井固定成本。 Camm(1991) 的竖井固定成本评估方程为： 竖井固定成本 = 371 C + 180 D C 0.404 (9) 式中 C 表示每天采矿量，单位：短吨 / 天（ st/d ）； D 表示到矿体底部 竖井深度，单位：英尺（ feet ）。 每个块状硫化物矿矿山需要一个浮选厂，生产一个、二个 , 或三个精矿产品。 通常 , 产品愈多 , 固定成本和运行成本愈大。按照 Camm(1991) 选厂固定成本评估为： 生产一个产品选厂的固定成本 = 92,600 C0.667 (10) 生产二个产品选厂的固定成本 = 82,500 C0.702 (11) 生产三个产品选厂的固定成本 = 83,600 C0.708 (12) 式中 C 表示每天采矿产量，单位：短吨 / 天（ st/d ）。 16 个已知矿山的固定成本分析是可行的。采用矿石量、采矿方法、竖井深度 , 以及精矿产品数评估 16 个矿山 , 采矿、选厂和竖井的固定成本评估采用上述方程，并与 实际观测固定成本对比 ( 图 2) 。如果 Camm(1991) 上述方程评估结果不再有效 , 斜率 与 1.0 相比较是不同的。当用“ t ”检验时，斜率与 1.0 相比较没有太大的差异。观测固定 成本与用最初 USBM 成本模式 (Camm,1991) 评估的总固定成本相比较没有太大的差异。 观测固定成本按当前产品价格计算。 图 2 地下块状硫化物矿 实际观测总固定成本与模式评估总固定成本 相关图 五、运行成本 众所周知，像评估固定成本，块状硫化物矿地下开采的采矿、竖井和选厂运行成 本评估参数是不可分离的 , 因此这里我们一同考虑。评估块状硫化物矿地下采矿过程总的 运行成本，即评估采矿、选厂和竖井运行成本总数。 USBM 模式地下采矿运行成本评估 (Camm,1991) 取决于采矿方法 : 房柱法运行成本 = 35.5 C-0.171 (13) 充填法运行成本 = 279 C-0.284 (14) 后退式竖井漏斗法运行成本 = 51.0 C-0.206 (15) 留矿法运行成本 = 74.9 C-0.100 (16) 分段深孔法运行成本 = 41.9 C-0.181 (17) 上述式中 C 表示每天采矿量，单位：短吨 / 天 (st/d) 。 采矿有一个竖井进入到采区，需要有额外的竖井运行成本。 Camm(1991) 的 竖井运行成本评估方程为： 竖井运行成本 = 2 ， 343/C+0.440 D/C+0.00163 D (18) 式中 C 表示每天采矿量，单位：短吨 / 天（ st/d ）； D 表示到矿体底部竖 井深度，单位：英尺（ feet ）。 选厂生产一个、二个 , 或三个精矿产品，产品愈多 , 运行成本愈大。按照 Camm(1991) 选厂运行成本评估为： 生产一个产品选厂的运行成本 = 121 C-0.335 (19) 生产二个产品选厂的运行成本 = 149 C-0.336 (20) 生产三个产品选厂的运行成本 = 153 C-0.344 (21) 式中 C 表示每天采矿量，单位：短吨 / 天（ st/d ）。 13 个已知矿山的运行成本分析是可行的。采用矿石量、采矿方法、竖井深度 , 以及精矿产品数评估 13 个矿山 , 采矿、选厂和竖井的运行成本评估采用上述方程，并与 实际观测成本支出对比 ( 图 3) 。如果 Camm(1991) 上述方程评估结果不再有效 , 斜率 与 1.0 相比较、截距与 0.0 相比较是不同的，表明需要一个不同的方程。当用“ t ”检验时， 斜率与 1.0 相比较没有太大的差异，截距与 0.0 相比较没有差异（见附录）。因此，观 测运行成本与用最初 USBM 成本模式 (Camm,1991) 评估的总运行成本相比较没有太大 的差异。观测运行成本按当前产品价格计算。 六、经济滤波器 给一个适合的采矿方法和矿体埋深 , 矿床储量是用以上方程评估各种采矿成本都 需要的参数。矿床品位与假定的铜、锌、铅、金和银价格关联，用于评估每吨矿石的价值。 每年的产品价值通过每吨矿石价值和每天每吨矿石产量总成本间的差额乘于每年工作天数 ( 这里用 350 天 ) 来计算。 图 3 地下块状硫化物矿 实际观测运行成本与模式评估运行成本相关 图 矿山开采评估是用每年产品价值和一个可接受的还贷率 ( 这里用 10%) ，按模 式中标准现行价值方程评估矿床现行产品价值。现行产品价值减去评估固定成本为矿床现 行价值。如果矿床现行价值为正 , 滤波器预测矿山开采是有利润的。现行矿床价值为负， 表明在假定的金属价格和还贷率上预测矿山开采没有利润。 精确的储量与经济和非经济矿床间划分 ( 或收支平衡 ) 界线通过运行成本加 固定成本除于采矿量乘每年工作天数乘现行价值评估。即 : BE= TOC + MOC / (350 C PV) (22) 式中 BE 表示收支平衡值 ($/st), TOC 表示总运行成本 ($/st),MOC 表示矿山 固定成本 ($/st), 350 表示每年工作天数 , C 表示每天采矿量 (st/d),PV 表示在选择还贷 率和矿山采矿年限下的现行价值。收支平衡值表示不同矿床和采矿方法的等级 ( 表示为 $/ton) 正好是经济矿床。为了说明这些评估多数结果的可变性和不确定性，我们取 0.7 和 1.3 这两个收支平衡值作为非经济、边缘经济和经济矿床评估边界 ( 图 4) 。 图 4 地下块状硫化物矿 矿床规模（矿石吨数）与每一短吨价值间相 关图 同时表示基于 10%还贷率，铜价 0.75 美元/1b、锌价 0.5 美元/1b、铅价 0.25 美 元/1b 、银价 5 美元/oz 和金价 260 美元/oz 的收支平衡值及 0.7 和 1.3 这两个收支平衡值 相关联的经济滤波器。 为了看这些成本方程评估经济矿床的有效性 , 我们在图 4 中标绘了这 28 个矿 床，用于检测这些方程。研究示范表明这些方程评估效果理想。仅一个矿山落在非经济区 域收支平衡线下这一矿山在前面提及的数据性质方面归为经济矿床是困难的，因为它 有 1000 万美元贷款未付。 当储量相近时，收支平衡点连线 ( 或关联线 ) 上下波动 ( 图 4) ，主要是因 为在这些矿山中使用了不同的采矿方法。与竖井相关成本引起的影响是微弱的。选厂产品 数量差异的影响是次要的。我们在美国研究露天开采金 - 银矿时 (Singer and others, 1998), 因为仅采用了一种采矿方法，收支平衡线是平滑递减的储量函数。 采矿方法的选择主要取决于矿床的产状、形状，及围岩强度。当然 , 矿石储量 和品位也影响采矿方法的选择，较低品位的矿床不能维持较高运行成本的采矿方法，矿床 储量小而采矿方法需要大的资金投入的采矿不是经济的。影响采矿方法选择的这些因素在 矿床类型方面是有关系的。例如 , 八个密西西比河谷型矿床， 95% 的矿石开采主要是房 柱法，其余 5% 为充填法和留矿法，其分