基于3DMine的某金礦儲量估算及露天開采境界圈定

羅小新，黃曉毅，段建杰，郭 霆，婁一博

(陜西冶金設計研究院有限公司)

引 言

露天開采境界的圈定是一項非常繁瑣的設計工作，且最優露天開采境界的確定跟設計人員的水平息息相關。隨著計算機技術的發展，三維可視化技術在礦山建設和開采設計中的應用日益廣泛[1-4]，露天開采境界的設計在方法與手段上經歷了手工設計階段、計算機輔助設計階段和優化設計階段[5]等3個階段。

近年來，廣大學者和生產技術人員在運用3DMine軟件進行儲量估算及合理圈定露天開采境界方面做了大量的研究與生產實踐工作。儲量估算方面：王洪江等[6]通過對比克里格法和距離冪次反比法在對礦體進行估算時的差別得到，在估算金等貴金屬礦床時，克里格法不如距離冪次反比法優越性好；徐靜[7]以某多金屬礦為背景，對距離冪次反比法與傳統礦床品位估值、儲量估算方法進行對比，得到其估算誤差范圍在±5 %以內；邵亞健等[8-10]結合各礦山具體現狀，通過3DMine軟件對礦量估算進行了詳細闡述，并獲得良好效果。在境界優化方面：蔣權等[11]基于L-G圖論法對某鋁土礦進行露天開采境界優化研究，參照采礦手冊及工程經驗,確定合理的露天開采境界優化參數，得出了該礦山露天開采的最優經濟境界；張晨潔等[12-13]結合各礦山的開采技術條件，采用3DMine軟件確定了其合理的露天開采境界，效果較好。

本文結合某金礦工程實際，建立礦山礦床模型，采用3DMine軟件進行境界優化，通過3DMine軟件驗證地質模型資源量在誤差范圍內，確保礦山實體模型的準確性，通過不斷優化露天境界，最終確定礦山露天開采的最終境界，并基于確定的開采境界對礦山的后續開采進行整體規劃。此次研究對露天礦山有限資源的合理開采利用有深遠現實意義。

1 礦床地質簡況

某金礦礦體主體產于隱爆角礫巖中，控制礦體的F1斷裂從隱爆角礫巖中漸變進入圍巖。礦體賦礦圍巖由角礫狀粉砂質絹云母千枚巖、石英脈組成。礦體在隱爆角礫巖體內上、下盤圍巖均為隱爆角礫巖，在地層中上、下盤圍巖均為角礫狀粉砂質絹云母千枚巖。區內共圈定可采礦體7條，7條礦體近似平行展布，大致呈大透鏡狀，形態較為簡單、規則、連續。中間間距4～23 m，東西兩翼受沖溝切割影響，總體走向長度250～300 m，傾向最大延伸250 m；礦體產狀比較穩定，傾向12°～28°，傾角68°～82°。礦體厚度0.88～64.86 m，平均厚度13.33 m，厚度變化系數105.70 %，變化中等。礦體傾向與山坡反向。

2 地質模型的建立

采用三維數字化礦業建模軟件3DMine對露采范圍內的K0，K1，K2，K3，K4-1，K5-1共6個礦體建模，礦體和地表三維模型見圖1。利用勘探工程樣本品位數據，建立塊體模型，按勘探報告圈算的邊界品位0.3 g/t組合樣本品位，采用普通克里格法為塊體賦品位值，主礦體塊體品位分布見圖2，模型計算得到的礦體儲量見表1。

圖1 礦體和地表三維模型

圖2 主礦體塊體品位分布圖

由表1可知:地質模型估算的資源量與勘探報告備案資源量誤差為2.16 %，Au金屬量誤差為0.91 %，均小于5 %，說明地質模型資源量估算方法正確，估算結果基本可靠，可作為設計依據。

表1 三維模型計算儲量與備案儲量對比

3 露天開采境界的圈定

3.1 經濟合理剝采比的確定

設計根據境界剝采比小于或等于經濟合理剝采比的原則圈定露天開采境界。針對該礦區的情況，采用產品成本比較法計算得出的經濟合理剝采比為5.27 t/t；采用盈利比較法計算得出的經濟合理剝采比為6.18 t/t。結合該礦山的品位和周邊礦山實際采選成本，認為經濟合理剝采比確定為5 t/t較為合理。

3.2 露天開采境界參數的確定

3.2.1 最大開采深度及最小底部周界

最大開采深度的確定依據計算的境界剝采比。采用3DMine軟件首先切割出的底部周界確定合理的露天底部采場，根據實際需要對模型中的擴展臺階及平臺參數進行相關設置。

最小底部周界的確定主要考慮2方面因素：①所采用設備的調轉半徑；②露天開采瞬時剝采比大于經濟合理剝采比。

本次設計根據所采用設備的調轉半徑，確定最小底部周界為40 m。

3.2.2 露天采場最終邊坡要素

根據邊坡巖性及現場調查了解到的情況，礦區邊坡大部分為巖體質邊坡，穩固性較好，最終臺階坡面角取65°。

根據礦層巖體物理力學性能和周邊礦山的開采實踐，確定該礦山開采最終邊坡角≤45°。根據礦體產狀、巖性特征及選用的設備參數、規格，并考慮礦山的生產能力等，劃分的臺階高度為12 m，最小底寬40 m。

最終邊坡臺階組成：安全平臺與清掃平臺間隔布置；安全平臺寬4 m，清掃平臺寬8 m，運輸平臺寬12 m。線路坡度8 %，最小回頭轉彎半徑15 m。

3.2.3 露天開采境界的圈定

根據確定的經濟合理剝采比、邊坡參數圈定的露天開采境界見圖3，計算得到的各臺階礦量、剝離量、剝采比見表2。

圖3 露天開采最終境界

由表2可知：990 m以上剝離，當762 m臺階下降至750 m時，瞬時剝采比為8.74 t/t，大于經濟合理剝采比(5 t/t)，因此最大開采深度確定為762 m。境界內總的剝采比小于5 t/t，因此圈定的露天開采境界合理。得到的露采最終境界模型見圖4。

圖4 礦體在境界內的位置

表2 3DMine軟件計算的露天境界內采剝量

4 結 論

1)通過3DMine軟件建立地質模型，資源量估算結果與實際勘探報告提交的資源量誤差小于5 %，說明模型建立正確，參數準確，數據可靠，可作為設計的依據。

2)通過實際開采技術條件、經濟參數，在三維數值模型上尋求最優的露天開采最終境界，可避免由于設計人員水平、能力造成的不利結果，并可大大減少設計人員的工作量和工作時間。