基于3DMine軟件的露天銅鉬礦境界優(yōu)化及應(yīng)用

張晨潔 胡威

摘要：為解決露天銅鉬礦由于礦體發(fā)生變化造成原開(kāi)采境界無(wú)法滿足生產(chǎn)要求的問(wèn)題，采用3DMine軟件建立礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、礦體三維模型及塊段品位模型。綜合考慮銅、鉬價(jià)格，選礦回收率及采礦成本、選礦成本對(duì)露天開(kāi)采境界的影響，快速生成18個(gè)露天境界，通過(guò)與經(jīng)濟(jì)合理剝采比對(duì)比最終確定17號(hào)優(yōu)化露天境界為最優(yōu)露天境界。根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)果對(duì)露天境界進(jìn)行了設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的露天境界比原露天境界多采出銅礦石量191.6萬(wàn)t、鉬礦石量3.85萬(wàn)t，剝采比由原來(lái)的2.60m 3/m 3降低為1.79m 3/m 3。

關(guān)鍵詞：露天開(kāi)采;境界優(yōu)化;3DMine軟件;三維模型;經(jīng)濟(jì)合理剝采比

中圖分類(lèi)號(hào)：TD862.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）03-0048-04doi：10.11792/hj20210309

引言

露天開(kāi)采相對(duì)地下開(kāi)采而言，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)能大、安全、生產(chǎn)成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，在礦山選擇開(kāi)采方式時(shí)，會(huì)優(yōu)先選擇露天開(kāi)采，當(dāng)露天開(kāi)采成本超過(guò)地下開(kāi)采成本時(shí)（剝采比>經(jīng)濟(jì)合理剝采比）采用地下開(kāi)采方式[1]。在露天開(kāi)采設(shè)計(jì)中，圈定最優(yōu)露天境界是露天設(shè)計(jì)中最為核心的工作。露天開(kāi)采中，隨著礦體、開(kāi)采成本及金屬價(jià)格等的變化，最優(yōu)露天境界也不斷變化，這就涉及到開(kāi)采過(guò)程中露天境界不斷優(yōu)化的問(wèn)題[2]。

采用手工方法確定最優(yōu)露天境界十分繁瑣復(fù)雜，而且不能考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素對(duì)最優(yōu)露天境界的影響。隨著礦山三維軟件的快速發(fā)展，現(xiàn)階段露天設(shè)計(jì)中，基本都采用三維軟件建立礦體模型，圈定露天境界，其中最常用的方法為三維動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與L-G圖論法，采用計(jì)算機(jī)軟件使得露天開(kāi)采設(shè)計(jì)及境界優(yōu)化等問(wèn)題變得簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確[3-6]。余文章等[7]基于3DMine軟件對(duì)某露天磷礦境界優(yōu)化進(jìn)行了研究，黃勇等[8]借助MineSight對(duì)某露天銅礦進(jìn)行了境界優(yōu)化研究，代碧波等[9]采用Whittle建立了經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)評(píng)估、采剝總量均衡的露天礦生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化模型及方法，蔣權(quán)等[6]采用DIMine軟件對(duì)露天境界進(jìn)行了優(yōu)化研究。上述研究均采用計(jì)算機(jī)輔助軟件實(shí)現(xiàn)露天境界的優(yōu)化，但都是對(duì)單一礦體進(jìn)行建模并進(jìn)行露天境界優(yōu)化，而針對(duì)多礦體、多礦種（共生、伴生）的露天境界優(yōu)化研究還比較少。本文采用3DMine軟件對(duì)索爾庫(kù)都克銅鉬礦露天境界進(jìn)行優(yōu)化研究，為礦山正確合理地確定露天境界及開(kāi)采規(guī)劃提供了技術(shù)支持。

1礦山概況

索爾庫(kù)都克銅鉬礦位于新疆富蘊(yùn)縣，2009年投產(chǎn)，共有4個(gè)露天采場(chǎng)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能125萬(wàn)t/a，其中1 #露天坑設(shè)計(jì)產(chǎn)能100萬(wàn)t/a。最初進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)《新疆富蘊(yùn)縣索爾庫(kù)都克銅礦第一階段補(bǔ)充勘探報(bào)告》（2008-11）對(duì)1 #露天坑最終境界進(jìn)行了圈定，隨著開(kāi)采的進(jìn)行，礦體被逐步揭露，發(fā)現(xiàn)礦體的形態(tài)和儲(chǔ)量與原地質(zhì)報(bào)告中相差較大。因此，礦山委托新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)完成了《新疆富蘊(yùn)縣索爾庫(kù)都克銅鉬礦2012年度資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》（2012-11），該報(bào)告與前期《新疆富蘊(yùn)縣索爾庫(kù)都克銅礦第一階段補(bǔ)充勘探報(bào)告》相比，礦體形態(tài)及規(guī)模均發(fā)生了較大的變化，原有的1 #露天坑設(shè)計(jì)境界已不能滿足生產(chǎn)要求。為減小露天采場(chǎng)無(wú)效剝離、降低露天開(kāi)采成本，礦山亟需進(jìn)行1 #露天坑露天境界優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足礦山生產(chǎn)需要及資源的合理開(kāi)發(fā)。

2礦山地質(zhì)

索爾庫(kù)都克銅鉬礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于哈薩克斯坦板塊（Ⅰ級(jí)）、準(zhǔn)噶爾微型板塊（Ⅱ級(jí)）、吉木乃—喀拉通克晚古生代溝弧帶（Ⅲ級(jí)）中西部。區(qū)域地層主要為古生代地層，由老到新依次出露：下泥盆統(tǒng)托讓格庫(kù)都克組、中泥盆統(tǒng)北塔山組、上泥盆統(tǒng)卡希翁組和第三系紅礫山組、烏倫古河組，以及各種成因的第四系等。礦區(qū)屬卡烏卡爾斷褶帶的組成部分，該斷褶帶主要由北塔山組及托讓格庫(kù)都克組構(gòu)成，其斷裂、褶皺較發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽飨?。區(qū)域上共有7處規(guī)模較大的褶皺，其中，礦區(qū)所處的索爾庫(kù)都克闊臘背斜總體走向310°，北西端被斷裂切斷，南東端被第四系覆蓋，中部被第三系及第四系覆蓋，礦區(qū)位于該背斜南西翼偏核部。礦體集中分布于礦區(qū)中部，主要賦存于中泥盆統(tǒng)北塔山組第二亞組第二巖性段及其矽卡巖帶中，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。礦帶全長(zhǎng)約2500m，寬約900m，呈330°～350°展布，傾向南西，傾角10°～45°。

2021年第3期/第42卷采礦工程采礦工程黃金

礦區(qū)內(nèi)圈定銅礦體34個(gè)，鉬礦體23個(gè)。其中，主要銅礦體有⑤、④、②、①、③等，主要鉬礦體有Ⅱ9、Ⅱ3、Ⅱ10、Ⅱ4、Ⅱ16等，其余銅、鉬礦體規(guī)模較小，側(cè)列于主礦體兩側(cè)。截至2016年12月31日，礦區(qū)內(nèi)保有銅礦石量2767.08萬(wàn)t，平均品位0.72%，伴生鉬金屬量6634.07t;保有鉬礦石量2478.30萬(wàn)t，平均品位0.08%，伴生銅金屬量19050.41t;保有銅、鉬礦體中伴生金礦石量2565.66萬(wàn)t，伴生金金屬量6612.95kg，金平均品位0.26g/t;銅、鉬礦體中伴生銀礦石量3517.32萬(wàn)t，伴生銀金屬量181.75t，銀平均品位5.17g/t。

3優(yōu)化模型建立

3.1地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行處理，建立準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是進(jìn)行礦體剖面地質(zhì)解譯、品位插值預(yù)測(cè)、儲(chǔ)量估算及后續(xù)露天境界優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。對(duì)466個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立了用于本次研究的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（見(jiàn)圖1）。

3.2礦體模型

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立完成后，開(kāi)始建立礦體模型，礦體輪廓線根據(jù)每個(gè)剖面的地質(zhì)情況、底板的傾斜方向來(lái)解譯，以銅0.3%、鉬0.03%為邊界品位，對(duì)每條勘探線上的鉆孔進(jìn)行解譯獲得礦體輪廓線，礦體輪廓線解譯完成后，將其全部放到三維空間中，根據(jù)解譯的相鄰勘探線之間礦體輪廓線，結(jié)合礦山的地質(zhì)情況、底板的傾斜方向生成礦體模型。建立的礦體模型見(jiàn)圖2。

3.3塊體模型

塊體模型也稱(chēng)品位模型，塊體模型建立最重要的一步是塊體的估值。塊體的估值有多種方法，應(yīng)用最廣泛的是距離冪次反比估值法和克里格估值法，本次采用距離冪次反比估值法進(jìn)行塊體模型的賦值。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、裝備水平及礦體產(chǎn)狀，結(jié)合工作臺(tái)階高度（8m），確定塊體模型尺寸為4m×6m×4m（x×y×z），次分后的尺寸為2m×3m×2m（x×y×z）。估值后的銅礦體、鉬礦體品位模型見(jiàn)圖3、圖4。

3.4優(yōu)化參數(shù)

露天境界優(yōu)化研究設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是綜合考慮銅、鉬價(jià)格，選礦回收率及采礦成本、選礦成本等，采用銅-鉬當(dāng)量的方法，即銅礦體中伴生鉬折算為銅、鉬礦體中伴生銅折算為鉬來(lái)綜合優(yōu)化開(kāi)采境界，所選的經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，露天采場(chǎng)邊坡參數(shù)見(jiàn)表2。

4露天境界優(yōu)化及設(shè)計(jì)

4.1境界優(yōu)化

根據(jù)地質(zhì)模型，在3DMine軟件中進(jìn)行露天境界優(yōu)化，以地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)資源量為依據(jù)，按照選定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)和邊坡參數(shù)，并添加了部分地表限制條件，用最低開(kāi)采標(biāo)高共生成了18個(gè)露天境界，18個(gè)露天境界礦巖量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。從表3中可以看出：隨著開(kāi)采臺(tái)階的下降，礦石量、廢石量不斷增加，在512m水平繼續(xù)向下至504m水平的過(guò)程中剝采比增加至8.34m 3/m 3，超出了經(jīng)濟(jì)合理剝采比7.87m 3/m 3，因此以17號(hào)優(yōu)化露天境界為最優(yōu)露天境界。17號(hào)優(yōu)化露天境界見(jiàn)圖5。

4.2最終露天境界設(shè)計(jì)

露天境界圈定以17號(hào)優(yōu)化露天境界為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮到現(xiàn)有開(kāi)采限制條件，按照最終境界邊坡和坑線布置主要參數(shù)進(jìn)行露天開(kāi)采最終境界圈定和固定坑線布置，對(duì)優(yōu)化境界進(jìn)行局部調(diào)整。最終境界邊坡及露天坑線布置主要參數(shù)如下：臺(tái)階高度8m（并段后為24m），終了臺(tái)階坡面角原巖76°，安全平臺(tái)寬度8m，運(yùn)輸?shù)缆纷畲罂v坡9%，緩坡段長(zhǎng)度60m，公路最小轉(zhuǎn)彎半徑20m。

利用上述參數(shù)對(duì)優(yōu)選的17號(hào)優(yōu)化露天境界進(jìn)行了露天采場(chǎng)最終境界的圈定。由于最低開(kāi)采標(biāo)高512m水平底部邊界尺寸不能滿足露天開(kāi)采末期設(shè)備擺布及運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，利用底部最小開(kāi)采邊界對(duì)優(yōu)化的境界進(jìn)行剖面切割處理后，最終確定540m水平為露天開(kāi)采最低標(biāo)高。最終優(yōu)化露天境界見(jiàn)圖6，原設(shè)計(jì)境界與優(yōu)化露天境界對(duì)比見(jiàn)圖7，露天采場(chǎng)最終境界特征對(duì)比見(jiàn)表4。

通過(guò)對(duì)比《新疆白銀礦業(yè)索爾庫(kù)都克銅礦采礦系統(tǒng)100萬(wàn)t/a擴(kuò)能初步設(shè)計(jì)》提交的圖紙，原設(shè)計(jì)露天開(kāi)采結(jié)束后預(yù)計(jì)采出礦量1122.45萬(wàn)t。其中，銅礦石量850.2萬(wàn)t，銅平均品位0.812%;鉬礦石量272.25萬(wàn)t，鉬平均品位0.091%。剝采比為2.60m 3/m 3。本次優(yōu)化后最終圈定露天境界內(nèi)礦石量1317.9萬(wàn)t。其中，銅礦石量1041.8萬(wàn)t，銅平均品位0.830%，銅金屬量86158.9t;鉬礦石量276.1萬(wàn)t，鉬平均品位0.088%，鉬金屬量為2442.8t。剝采比為1.79m 3/m 3。

5結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立礦體模型和所有銅、鉬礦體品位估值模型。

2）境界優(yōu)化綜合考慮銅、鉬價(jià)格，選礦回收率及采礦成本、選礦成本等因素，采用銅-鉬當(dāng)量的方法，即銅礦體中伴生鉬折算為銅、鉬礦體中伴生銅折算為鉬來(lái)綜合優(yōu)化露天境界。

3）優(yōu)化后的境界與原設(shè)計(jì)境界相比，多采出銅礦石量191.6萬(wàn)t，鉬礦石量3.85萬(wàn)t，剝采比由2.60m 3/m 3降低為1.79m 3/m 3。

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Abstract：Inordertosolvetheproblemthattheoriginalminingboundaryofopenpitcopper-molybdenumminecannotmeettheproductionrequirementsduetothechangeoforebody，thegeologicaldatabaseofdeposit，threedimensionalmodeloforebodyandblockgrademodelareestablishedby3DMinesoftware.Thestudytakesintoaccountcomprehensivelytheinfluenceofcopperandmolybdenumprice，mineralprocessingrecovery，aswellasminingcostandmineralprocessingcostontheopenpitminingboundary，quicklygenerates18openpitboundaries，andfinallydeterminestheNo.17optimizedopenpitboundarywasdeterminedtobetheoptimalopenpitboundarybycomparingtheeconomicreasonablestrippingratio.Accordingtotheoptimizationresults，theopenpitboundaryisdesigned.Comparedwiththeoriginalopenpitboundary，theoptimizedopenpitboundaryproduces1.916milliontonsmorecopperoresand38500tonsmoremolybdenumores，andthestrippingratioisreducedfrom2.60m 3/m 3to1.79m 3/m 3.

Keywords：openpitmining;boundaryoptimization;3DMine;threedimensionalmodel;economicreasonablestrippingratio