露天開采規劃智能化編制的研究與應用

黃國泉

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

隨著科技水平和手段的不斷提高，伴隨著以前圖紙化辦公和管理的礦山企業的生產經營和管理模式發生了翻天覆地的變革，管理信息化已成為礦山企業現代化的一個重要標志，建設智能化礦山成為我國現代化礦山發展的必然趨勢［1-2］。三維智能礦業軟件的應用是實現=礦山智能化的重要舉措，我國較為成功的三維智能化礦業軟件有北京三迪邁克科技有限公司的3DMINE 和長沙迪邁信息科技有限公司的DIMINE，這些軟件的廣泛運用為勘探、測量、地質建模、采礦計劃、采礦設計、產量計劃等提供了解決方案。

露天采礦具有資源利用充分、回采率高、貧化率低等優勢［3-5］，但是露天礦初期剝巖量比較大（尤其是凹陷露天），為了均衡整個生產期的剝采比，推遲部分剝巖量，節約基建投資，逐步發展了陡幫開采工藝［6-7］。

德興銅礦目前開采的兩個露天礦均采用陡幫分期開采的模式，分期節點劃定成為礦山有序開采的關鍵，需通過科學計算以核定較為合適的分期開采位置與開采接替時間；且礦體中有用成份的品位分布不均，開采過程中需提前規劃開采順序，以此均衡各階段出礦量及主元素品位。

以往均采用CAD 制圖，再通過礦體線圈定礦巖量并計算品位，由于數據量大，不確定因素較多，規劃制定過程中難以一次性到位，重復工作量大且科學合理性難以判斷［8-9］，隨著信息技術的不斷發展，礦業三維可視化軟件逐漸應用到露天礦山開采的長遠規劃設計［10-11］。德興銅礦在用的采礦設計軟件為DIMINE 軟件，通過該軟件在規劃設計中的應用，探討軟件應用的具體設計方法與內容。由于本文只對軟件編制長遠規劃應用進行探討研究，因此選取其中銅廠礦區進行論述，計算過程所需的礦體模型、境界地表模型、現狀地表模型等直接利用已有模型，不進行論述。

2 境界內礦巖量計算

露天開采過程中的礦量、品位受礦體賦存情況影響很大，因此先對境界內礦巖量、品位分布進行分析計算，本次按照13 萬t/d 擴能設計中的設計境界進行整體規劃，按照Cu ≥0.25%圈定礦體。

2.1 境界內礦巖總量計算

利用已有的銅廠采區2018 年年末現狀地表模型、銅廠境界地表模型、采區開采境界線，通過DIMINE 軟件的測量—挖填方量計算命令，采用塊段法，設置塊段參數為XY 方向5m×5m、Z 方向3m（Z 方向按照臺階高度的1/5 選取，整體按照在用電動輪裝載量200t/車，反算單個塊段約75m3），得出境界內剩余礦巖總量并生成待開采礦巖三維塊體（如圖1 所示）。

根據已經生成的礦巖三維塊體，利用銅廠礦體塊段模型，利用計算模型內儲量功能，計算出境界內剩余礦巖量及品位分布，其中參數設置如下：級數按照10×10（綜合考慮計算機計算能力與精度需要），礦石比重設定為2.65t/m3，臺階高度按照實際15m 設定，通過限定最高、最低高程自動生成各臺階，由于礦產以銅為主，因此在計算過程中只進行銅品位統計計算，品位設定區間為0%～0.25%（廢石）、0.25%～0.3%～0.4%（低品位礦石）、0.4%以上（礦石）。具體參數設計如圖2 所示，計算結果如表1 所示。

圖2 礦巖量計算參數設置

2.2 境界內礦巖量、品位分布分析

利用EXCEL 表格功能，對所得計算結果進行數據分析，如圖3 所示。

圖3 境界內礦巖量及品位分布

按照所得數據分析得出結論：

（1）目前開采已開采的最低臺階為-70m，其上礦石量占比約為33%，絕大部分礦石均在深部臺階；而-70m 以上臺階剝離量占比達到68%，占剝離主要部分，剝采比達到2.3，相比境界內剩余量的剝采比：1.13 超出較多，在此情況下，需持續加強剝離作業以穩定礦石供應。

（2）礦坑內剩余大量低品位礦石，其中銅品位0.25%～0.3%占比約12.5%，銅品位0.4%以下占比達到38.3%，低品位礦石量大勢必影響開采過程的品位。

（3） 銅品位0.25%～0.3%礦石集中在-40m～160m臺階之間，達到81%，目前已開采到-70m 臺階，正處于低品位礦石集中出露期，未來幾年開采品位受低品位礦石利用量影響較大。

（4）下一期剝離到礦體出露預計剝離量約3 億噸，按照現有采剝能力，預計需剝離近20 年，按照本次分期開采可能，本期剩余礦量無法維持如此長周期，因此后續開采需進行多次分期。

表1 境界內礦巖量計算結果表

以上述結果為基礎，開始對分期開采進行規劃設計。

3 長遠規劃設計

3.1 本期開采剩余礦巖量

本期開采目前最低標高為-70m，最高臺階為155m，下一期剝離暫未開始，按照現有位置開采到極限進行作圖，按照Cu ≥0.25%圈定礦體，計算可采礦巖量。具體過程如前文所述，通過作圖預計出當前情況下開采的極限位置，再利用測量工具形成可開采的塊體，然后計算出具體的礦巖量，具體結果如表2 所示。

表2 本期開采范圍內剩余礦巖量匯總表

本期分期開采剩余礦量約2.1 億t，按照7.6 萬t/d，年作業時間350d 計算，預計極限可作業7.8 年，而上部臺階到出礦位置剝離量約3 億t，按照年采剝總量5600 萬t 計算，平均每年上部剝離量只有1500 萬t，預計作業時間20 年，為穩定開采，同時根據采區現狀，上部剝離按3 期進行，其中西源嶺2 期，南部1 期。

以2018 年年末現狀為基礎，采礦能力維持現有水平，即按照7.6 萬t/d 出礦能力進行開采。按照4 年為一階段，對采礦工程進行推導直至閉坑，計算當各階段礦巖量。

3.2 按照Cu ≥0.25%進行分年度規劃設計

通過作圖計算，按照Cu ≥0.25%進行采礦規劃設計，結果如表3 所示。

表3 各階段礦巖量情況表（Cu ≥0.25%）

（1）按照現有出礦能力，預計采區能維持開采約21 年，其中穩產期18 年（2019-2036 年），減產期3 年。

（2）剝離集中在上部，前期強化了剝離作業，剝采比高出平均值較多，后期隨礦體出露，上部臺階下降等，剝離量逐步降低，整個采剝總量由第一階段的6200 萬t/年減少到最后階段的5500 萬t/年，現有設備能力基本滿足生產需要。

（3）由于低品位礦石集中在前期開采臺階，出礦品位在前10 年較低，到后10 年逐步上升，尤其是到底部臺階，集中在礦體中心區域開采，品位較高，與前文所述基本一致。

3.3 按照Cu ≥0.3%進行規劃設計

通過作圖計算，按照Cu ≥0.3%進行采礦規劃設計，結果如表4 所示。

表4 各階段礦巖量情況表（Cu ≥0.3%）

（1）按照現有出礦能力，預計采區能維持開采約18 年，其中穩產期16 年（2019-2034 年），減產期2 年。

（2）由于剝離集中在上部，前期強化了剝離作業，剝離量初始期最高約為6800 萬t/年，按現有設備能力需增加一臺套鏟裝運輸設備。

（3）由于提高了開采邊界品位，各年平均品位提高，但整體趨勢與之前方案基本相當。

3.4 方案對比分析

對已規劃的兩種方案進行對比，如表5 所示。

表5 方案比對

經比較得出結論：

（1）降低開采邊界品位，可采礦石量增加，服務年限上升，尤其是銅廠采區低品位礦石量比重較大，提升穩產年限2 年，在維持開采境界不變的情況下，降低邊界品位，剝采比降低。

（2）Cu ≥0.25%方案同比Cu ≥0.3%方案增加礦石量約6500 萬t，原礦含銅量增加約17.98 萬t，相當于一個中型銅礦，而且不額外增加開采范圍，就資源利用與綠色發展角度考慮，效益明顯。

（3）Cu ≥0.25%方案服務年限增加，有利于穩定員工，進而推動地方就業，社會效益明顯。

（4）Cu ≥0.25%方案同比Cu ≥0.3%方案穩產期間年采剝總量減少800 萬t，相當于減少一臺套鏟裝運輸設備，減少銅金屬產能減少約1.54 萬t/年，短期效益下降。

根據對比結果，從長遠發展與穩定開采來看，多利用低品位礦石于礦山更加有力，雖然會降低現有的開采效益，但是更加符合金山銀山就是綠水青山的發展理念。

4 結束語

在當今資源利用越來越嚴峻的形式下，制定好一個科學、合理的礦床開采規劃至關重要，它既要保證礦產資源得到合理的利用，又要保證礦產開采實現效益最大化。露天開采規劃需要在開放、統一的時空體系下構建，以生產過程自動化和集中控制為基礎，以三維可視化為表現手法，以生產過程協同優化為最終目標的智能化開采解決方案。

通過智能礦業軟件調用露天礦山數字礦床模型信息，實現對境界內礦巖按指定時間周期(最小可細化到月度，最大可按數年分期)進行空間位置劃分的開采規劃最優方案的自動編制，將采區剩余礦量、分期開采進度等進行計算，為礦山開采方向與推進方式的確定提供決策依據。同時也可對礦山開采分年度進行推導，通過計算得出具體的礦巖及品位數據，并進行多方案比較，為后續實際開采作業提供具體指導，實現露天開采時空關系發展的頂層設計。