基于3dmine軟件的某礦境界優(yōu)化研究

摘要：境界優(yōu)化是露天礦山設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)，它決定了境界內(nèi)的礦巖量并制約礦山生產(chǎn)規(guī)模、投資和服務(wù)年限等方面，近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外大中型露天礦山已由過去的傳統(tǒng)手工法改進(jìn)為借組計(jì)算機(jī)的動態(tài)優(yōu)化方法，本文以3dmine軟件系統(tǒng)為平臺，通過分析境界優(yōu)化所需各類參數(shù)的取值，對云南某礦的開采境界進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，得到了最優(yōu)的境界，并計(jì)算得到了優(yōu)化后的礦巖量、剝采比以及經(jīng)濟(jì)合理剝采比的推算，本研究可以為該礦資源合理利用以及今后的露天轉(zhuǎn)地下開采提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3dmine軟件；優(yōu)勢

一、引言

礦山開采境界的確定是露天礦山設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)過程中一項(xiàng)極為重要的工作[1-3]。露天開采境界的確定對整個(gè)礦山的生產(chǎn)有重大影響，它決定著境界內(nèi)的礦巖量，進(jìn)而制約礦山生產(chǎn)規(guī)模及服務(wù)年限、基建工程量、基建投資、投產(chǎn)及達(dá)產(chǎn)時(shí)間、礦山設(shè)備選擇、開拓系統(tǒng)布置等方面。

多年以來，實(shí)現(xiàn)礦山優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是采礦工作者所追求的目標(biāo)，同時(shí)也是降低成本，提高礦山企業(yè)受益和市場競爭力的重要手段。在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)普遍采用傳統(tǒng)手工方法進(jìn)行露天礦山的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，該方法由于工作量大，耗費(fèi)時(shí)間長，因此，很難找到真正意義的上的最優(yōu)境界，今年來國內(nèi)外學(xué)者針對露天境界優(yōu)化理論和方法進(jìn)行了深入的研究，得出了很多有價(jià)值的優(yōu)化計(jì)算方法，如動錐法、L-G圖論、動態(tài)規(guī)劃法、線性規(guī)劃法和網(wǎng)絡(luò)最大流法等，伴隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能計(jì)算機(jī)在礦山領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外大中型露天礦山已將開采境界由過去的傳統(tǒng)手工方法變?yōu)榻柚?jì)算機(jī)的動態(tài)優(yōu)化方法，基于新的境界優(yōu)化的計(jì)算方法，相繼的推出大量的礦業(yè)軟件，如3DMINE，DATAMINE、SURPAC、MICROMINE、MINESIGHT、DIMINE[4-6]等等，目前己經(jīng)廣泛的運(yùn)用于礦床開采評估、設(shè)計(jì)、計(jì)劃和生產(chǎn)管理等方面。本文以3dmine軟件為平臺，通過分析境界優(yōu)化所需的參數(shù)，建立了境界優(yōu)化所需的塊體模型，對某礦進(jìn)行了境界的優(yōu)化研究。

二、露天礦床數(shù)字模型的構(gòu)建

借助三維礦業(yè)工程軟件3DMine和計(jì)算機(jī)平臺來構(gòu)建露天礦礦床數(shù)字模型，該模型可以將整個(gè)礦床劃分為規(guī)則相同的塊狀體，并應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中估值方法對礦床塊狀體的屬性字段估值，實(shí)現(xiàn)資源量匯總等方面的應(yīng)用研究，該模型可為露天礦區(qū)實(shí)際生產(chǎn)和計(jì)算優(yōu)化提供指導(dǎo)依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7-8]。

本文根據(jù)某露天礦區(qū)實(shí)際地質(zhì)資料，借助3DMine軟件進(jìn)行了礦床數(shù)字化建模，并對礦體按塊體進(jìn)行了品位估值，創(chuàng)建用于境界優(yōu)化的三維礦床模型，從而實(shí)現(xiàn)4采區(qū)的境界優(yōu)化。

三維地質(zhì)模型的建立通常包括以下內(nèi)容：建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、實(shí)體模型、塊體模型、地形模型等。三維地質(zhì)建模及可視化流程如圖5.2所示。

（一）地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)是礦山資源評估和采礦設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是礦山生產(chǎn)管理的重點(diǎn)。在創(chuàng)建用于境界優(yōu)化的塊體模型之前，需要根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)資料建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是境界優(yōu)化塊體模型的基礎(chǔ)，礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)一般通過探礦工程運(yùn)用鉆探或坑探的手段直接向地下取得地質(zhì)樣品，利用實(shí)驗(yàn)室技術(shù)對各種地質(zhì)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)而得到的。

本文采用的地質(zhì)資料由該礦提供，比例尺為1：1000，勘探線間隔為100m。鉆孔有98個(gè)，共收集有用數(shù)據(jù)1210組，所建立的鉆孔三維信息圖如圖2所示。

（二）礦體實(shí)體模型的建立

本文采用的是基于鉆孔數(shù)據(jù)和勘探線剖面圖相結(jié)合的方法進(jìn)行三維礦體實(shí)體模型的構(gòu)建，建立的實(shí)體模型如圖3所示。

（三）地形模型的建立

本文中利用地形圖，對等高線進(jìn)行賦值，由線條生成DTM 面，由于地形圖中間位置的地質(zhì)資料缺少等高線，只有高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此中間部分的地標(biāo)用散點(diǎn)生成等高線，再由等高線生成DTM面（比散點(diǎn)生成的DTM面更為圓滑）。表面建立了之后還可以根據(jù)高程著色來顯示地表模型。如圖4。

由于已有地質(zhì)資料的不足，導(dǎo)致根據(jù)地質(zhì)資料圈出的礦體超出現(xiàn)有地表，如果地表無法完全覆蓋礦體的話，就無法得到正確的露天境界優(yōu)化結(jié)果，因此，利用3Dmine的網(wǎng)格估值法，根據(jù)現(xiàn)有地表推算出部分地表，如圖5所示，用于后續(xù)的露天境界優(yōu)化。

（四）塊體模型的建立

建立塊體模型時(shí)，要把事先建好的地表模型和礦體模型放在一起建模。

礦體和地表之間的屬性為巖石，因此要先使用地表約和礦體一起約束礦體，把地表以下、礦體以外部分賦巖石的參數(shù)。

巖石的容重、品位和類型三個(gè)屬性都為定值，可以直接賦值，利用單一賦值功能，直接對塊體進(jìn)行賦值。

三、境界優(yōu)化參數(shù)選擇

境界優(yōu)化所需的經(jīng)濟(jì)參數(shù)種類繁多，包括礦石售價(jià)、各項(xiàng)成本等。因此在做境界優(yōu)化時(shí)，須對各類參數(shù)進(jìn)行分類仔細(xì)研究，從而獲得準(zhǔn)確的參數(shù)。

為了方便境界優(yōu)化所需參數(shù)的研究，將系列境界生成過程的參數(shù)分為三大類，即①經(jīng)濟(jì)參數(shù)、②幾何參數(shù)及③其他所需參數(shù)。

（一）幾何參數(shù)

根據(jù)礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、礦巖性質(zhì)等，剝離工作臺階坡面角 ：設(shè)計(jì)取70°，最終邊坡角45°。

（二）經(jīng)濟(jì)參數(shù)

考慮到礦石經(jīng)過選礦后，其價(jià)格成本過于復(fù)雜，因此，境界圈定的經(jīng)濟(jì)參數(shù)主要包括礦石的坑口售價(jià)、原礦開采成本和巖石剝離成本。

（三）其他參數(shù)

其他參數(shù)主要指礦床品位模型、密度、采礦貧化及損失率。

四、露天境界優(yōu)化

優(yōu)化后露天坑如圖6所示。

（一）優(yōu)化結(jié)果處理

露天境界優(yōu)化的結(jié)果并不能直接使用，因?yàn)閮?yōu)化結(jié)果的表面較為粗糙，而且鋸齒較多，因此要根據(jù)境界優(yōu)化結(jié)果手動圈露天坑，如圖所示，為根據(jù)境界優(yōu)化的結(jié)果手動圈定的露天坑。

報(bào)量之后就可以計(jì)算新的剝采比，根據(jù)礦山提供資料，礦石回收率為97%，貧化率為3%，經(jīng)過計(jì)算剝采比為9.1t/t。

（二）經(jīng)濟(jì)合理剝采比推算

根據(jù)表4所示的境界優(yōu)化結(jié)果，采區(qū)可采至1990m水平，現(xiàn)在原境界模型的基礎(chǔ)上，采用高程約束的方法，將高程約束取值1980m，得到了原模型采至1980m水平的結(jié)果，如表5所示。

將表4和表5的巖石量和礦石量的差值相除，則可得到4采區(qū)推進(jìn)至終了邊坡時(shí)的剝采比，考慮礦石回收率為97%，貧化率為3%，該值為12.12 t/t，4.95m3/t。

根據(jù)目前礦山提供的經(jīng)濟(jì)合理剝采比的數(shù)據(jù)，如表6所示。

根據(jù)境界優(yōu)化所得結(jié)果，當(dāng)采區(qū)推進(jìn)至最終邊坡時(shí)，通過圈定1990m和1980m的礦石量和廢石量，推算出最終邊坡時(shí)的剝采比為4.95 m3/t，由于境界優(yōu)化時(shí)采用的成本為原礦開采成本和坑口的礦石售價(jià)，方法屬于單位成本盈利法，通過該方法求得的剝采比，在一定程度上比較接近于單位成本盈利法計(jì)算所得的經(jīng)濟(jì)合理剝采比。因此，本次境界優(yōu)化優(yōu)化的結(jié)果較為準(zhǔn)確。

五、結(jié)論與建議

（1）3dmine軟件可以方便快捷的進(jìn)行露天礦的開采設(shè)計(jì)，通過該軟件的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確的獲取最優(yōu)的開采境界以及巖石量、礦石量、剝采比、總價(jià)值等信息，有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手工圈定境界的缺點(diǎn)。

（2）當(dāng)露天礦山邊坡幾何參數(shù)，礦石的經(jīng)濟(jì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可以在現(xiàn)有采區(qū)的開采現(xiàn)狀快速的進(jìn)行境界的調(diào)整，對開采境界進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，為礦山今后的開發(fā)和生產(chǎn)計(jì)劃的安排提供可靠的依據(jù)。

（3）該礦山經(jīng)過多年的開采，其開采成本隨著開采深度的增加逐漸增大，不久的將來，勢必要考慮露天開采轉(zhuǎn)為地下開采，通過3dmine軟件的露天境界的計(jì)算，其結(jié)果對于露天轉(zhuǎn)地下開采提供了有效的依據(jù)，對于礦山的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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