基于3Dmine軟件的某露天礦境界優化設計

陳 峰，陳 印

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

露天開采過程中，開采境界的合理確定是關鍵性的第一步，是礦山后續生產的堅實基礎。境界優化是確定露天開采合理境界的一個重要的環節，對露天礦的生產、經營決策至關重要。礦山最終開采境界的設計在方法與手段上經歷了3個階段：手工設計階段、計算機輔助設計階段、優化設計階段。隨著計算機科學的發展，礦山露天開采境界的確定也從之前的手工圈定向三維軟件智能圈定方向發展，目前常用的三維軟件主要有Dimine、3Dmine、whittle、surpac等。文章結合礦山工程具體實際，建立礦山礦床模型，利用3Dmine軟件進行境界優化，最終確定礦山露天開采的合理境界，并基于確定的開采境界對礦山的后續開采作出整體規劃。

1 工程概況

礦山開采礦種為磷礦，礦山之前未進行過開采。礦區地處云南省昆明市下屬區縣，交通便利。礦區屬中山地貌，一般標高2 100～2 300 m，一般高差200 m，水文地質條件為以大氣降水充水的簡單類型；工程地質條件為以可溶鹽巖、層狀碎屑巖類半堅硬—堅硬巖類為主的中等復雜類型；礦區內未發現嚴重不良地質災害現象，礦段現狀地質環境質量中等。

礦體(層)由上至下，均具有上下貧、中間富的空間結構規律，礦體淺部沿走向連續、穩定。礦體(層)露頭總體由北東向南西呈帶狀繞山分布，為向南東傾斜和延伸的單斜構造。礦層厚度為0.26～13.04 m，平均厚度4.74 m，傾角9°～20°，一般13°。

礦體頂板為含磷白云巖，底板為灰、灰白色中至厚層狀細晶至隱晶白云巖、硅質白云巖。

2 境界優化基礎模型建立

2.1 礦體模型建立

依據礦山提供的地質報告，利用3Dmine軟件對勘探線剖面進行轉坐標處理，建立礦體模型，具體見圖1。

2.2 地表模型建立

依據地質報告提供的現狀地形，利用3Dmine軟件對地形線進行賦高程處理，生成礦山現狀地形模型，具體見圖2。

2.3 塊體模型建立

根據已建立的礦體模型和現狀地表模型創建礦山地質礦床塊體模型，并針對建立的塊體模型賦礦巖類型、礦巖體重、礦石品級、資源儲量類別、礦石品位等屬性，建立的塊體模型，見圖3。

3 露天開采境界確定

3.1 境界優化

3DMine采用最大流最小割原理，優化露天開采境界，該方法經過嚴格的數學推導，具有數學嚴謹性，其本質與L-G圖論法和線性規劃法一致，但算法時間復雜度簡單，效率更優。由于礦山一直沒有進行過開采，該次境界優化主要是依據礦山提供的類似礦山相關技術經濟參數進行，根據3Dmine軟件中境界優化的5個步驟，調入建立好的塊體模型，依次輸入相應參數，最終確定礦山露天開采的優化參考境界。具體的優化參數見表1。

表1 該次境界優化的參數表

表2 境界優化的嵌套坑

根據境界剝采比不大于經濟合理剝采比(8.61 m3/t)，確定礦山開采的最優境界為pit5，確定的優化參考境界見圖4。

優化的參考境界內礦石量1 257.77萬 t，剝離廢石量7 227.63萬 m3，剝采比5.75 m3/t。

3.2 最終境界確定

根據上述過程確定的優化境界，結合露天境界圈定原則：

(1)以礦權范圍為基準圈定開采境界；

(2)境界剝采比小于經濟合理剝采比(經濟合理剝采比8.61 m3/t)；

(3)在礦區范圍之內，在合理邊坡控制參數、安全條件下，盡可能擴大露天開采境界以便多采出礦石，充分發揮露天開采安全、作業條件好、勞動生產率高的優勢。

同時根據礦山開拓運輸線路布置、臺階參數等，在3Dmine軟件中圈定該礦山最終開采境界模型。

臺階高度：其取值受挖掘機工作參數、礦體賦存狀況等因素的限制，按礦山設備配備要求，礦山裝載設備主要采用沃爾沃EC700(4.5 m3)和PC400(2.0 m3)挖掘機，其最大挖掘高度分別為11.50 m和10.92 m，平裝車時對于不需要爆破的軟巖，其階段高度一般≤挖掘機的最大挖掘高度；對于需要爆破的礦巖，其階段高度≤挖掘機最大挖掘高度的1.5倍，該礦山頂板白云巖強風化后多呈土狀或粘土狀，相應的穩定性亦變差，礦山開采時部分巖石不需進行爆破，可以直接進行挖運，因此結合礦巖石性質和礦山現有的設備，確定露天采場階段高度為10 m。

表3 經濟合理剝采比計算表(價格法)

終了臺階坡面角：礦區以堅硬、半堅硬巖層為主，礦段地層產狀較緩，礦層及頂底板為磷塊巖、白云巖等巖溶化類堅硬巖類，巖層較穩定；地質構造簡單，裂隙發育，局部地段底板巖層巖溶發育；考慮到礦山的地質狀況，并參照同類型礦山生產實踐，確定臺階坡面角為60°。

安全平臺寬度 5 m

清掃平臺 7 m(每2個安全平

臺設置1個清掃平臺)

露天采場最小底部寬度 20 m

采場最終邊坡角 礦體底板傾角～42°

依據所確定的露天采場邊坡參數圈定的終了境界由北自南分為6個采坑，分別為1#～6#坑，6個露天采坑內采出礦石量1 132.87 萬t(考慮333類別資源量打折系數0.7)，平均品位P2O522.98 %，剝離廢石量7 651.92萬 m3，平均剝采比6.75 m3/t，終了境界模型見圖5。

針對礦山終了境界分布狀況，采用多采坑統籌協調開采的方式有序回采礦石資源，同時利用前序開采結束采坑的采空區作為后續開采采坑剝離廢石的排土場，減少占地，降低露天開采對周邊環境的影響。

依據圈定的終了境界內礦巖量，結合礦山采礦證規模，確定礦山開采規模為100萬 t/a原礦，礦山露天開采基建期1 a，生產服務期12 a。由于礦山生產期內有多個采坑同時開采，采用公路+汽車運輸的靈活開拓運輸方式。

礦山采用長壁式采剝工藝和緩幫采剝工藝，礦巖經爆破后采用2 m3、4.5 m3和5 m3的液壓鏟鏟裝，利用載重為18 t的礦用自卸式汽車(運礦)和39 t的沃爾沃鉸卡(運廢)進行運輸，廢石運輸至礦山排土場堆排，采出礦石分擦洗礦和浮選礦，擦洗礦運輸至企業擦洗廠，浮選礦運輸至浮選廠。

4 結 語

(1)結合礦山工程實際，從礦山提供的地質資料入手，利用3Dmine礦業軟件建立了礦山的礦床地質模型，為礦山今后在不同的經濟環境下合理確定露天開采境界打下堅實基礎；

(2)基于建立的礦床地質模型，結合相應的開采技術經濟條件對露天開采境界進行了優化，得出了該礦山露天開采的優化參考境界；

(3)參考優化的境界結果，依據露天境界圈定原則，結合確定的露天采場邊坡參數和開拓運輸道路布置，在3Dmine軟件中圈定了該礦山露天開采的終了境界，并對所圈定的境界的礦巖進行了分析；

(4)根據確定的最終境界對礦山后續開采所采用的開拓運輸方式、采掘運輸設備、采剝工藝、產品方案以及礦山露天開采服務年限等做出規劃。