3Dmine在南非高鐵錳礦項(xiàng)目資源儲(chǔ)量估算的應(yīng)用

玉皇?廖健翔

摘 要：采礦技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)迎來(lái)了新的革新，可以利用礦業(yè)工程軟件建立三維模型，從而進(jìn)行不同工業(yè)指標(biāo)下資源儲(chǔ)量的估算，也為礦山采礦設(shè)計(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提供了數(shù)據(jù)支持。以南非共和國(guó)北開(kāi)普省某礦區(qū)錳礦為例，基于3Dmine軟件進(jìn)行儲(chǔ)量的計(jì)算工序。

關(guān)鍵詞：錳礦；3Dmine；資源儲(chǔ)量估算

APPLICATION OF 3DMINE IN RESOURCE RESERVE ESTIMATION FOR HIGH-IRON MANGANESE ORE PROJECTS IN SOUTH AFRICA

Yu Huang Liao Jianxiang

（Guangxi Manganese and Manganese Industry Group Co.， Ltd. Nanning530031， China）

Abstract：With the continuous development of mining technology， new innovation has been ushered in， and mining engineering software can be used to establish three-dimensional models to estimate resource reserves under different industrial indicators， and also provide data support for mine mining design and technical economic evaluation. This paper takes manganese ore in a mining area in the Northern Cape Province of the Republic of South Africa as an example， and uses 3Dmine software to calculate the reserves.

Key words：manganese ore; 3Dmine; resource reserve estimation

0 引 言

三維地質(zhì)建模概念最早由加拿大Simon Houlding于1993年提出，主要指運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件，在三維條件下將多種工具結(jié)合起來(lái)用于地質(zhì)研究的一門技術(shù)[1]。它通過(guò)匯集各種地質(zhì)信息的解釋結(jié)果，還原地質(zhì)現(xiàn)象的三維特征本質(zhì)，建立可視化信息數(shù)據(jù)模型，為礦山后續(xù)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提供數(shù)推支撐[2]。

采礦是一個(gè)關(guān)鍵的產(chǎn)業(yè)，為人類提供建筑材料、能源和其他重要資源。露天采礦是其中一種常見(jiàn)的開(kāi)采方法，它通常是指從地表或較大深度提取礦物和其他材料的方法。這種方法以其成本效益和提取大量材料的能力而廣泛使用。

此次三維地質(zhì)建模工作基于3Dmine軟件，通過(guò)導(dǎo)入處理后的無(wú)人機(jī)實(shí)測(cè)礦區(qū)地形數(shù)據(jù)，建立三維地表模型，通過(guò)建立礦區(qū)化學(xué)分析測(cè)試數(shù)據(jù)（及）鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，為剖面創(chuàng)建提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]通過(guò)確定開(kāi)采邊界及開(kāi)采邊坡角，圈定勘查線剖面上礦體空間邊界，利用邊坡線及地表工程控制，在部面上確定不同資源量類別范圍，并形成閉合曲線，通過(guò)確定勘查線之間礦體對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立礦體的實(shí)體模型，建立實(shí)體模型，根據(jù)其空間展布形態(tài)及大小，建立塊體模型；通過(guò)對(duì)塊體及次級(jí)塊體賦值，從而能夠?qū)ΦV床資源量進(jìn)行精確估算[4]。

本文基于南非某礦山項(xiàng)目進(jìn)行儲(chǔ)量估算，該礦區(qū)位于南非北西部北開(kāi)普省，屬于北開(kāi)普省波斯特馬斯堡地區(qū)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)22°59′33″～23°01′53″，南緯27°59′59″～28°03′38″。區(qū)內(nèi)交通便利。

本文主要使用3Dmine分析露天采礦過(guò)程，3Dmine是一種可以在虛擬環(huán)境中模擬采礦過(guò)程的軟件。我們將使用此軟件創(chuàng)建一個(gè)礦區(qū)的3D模型，并模擬整個(gè)露天采礦過(guò)程。我們還將研究采礦過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，以及如何最大限度地減少這種影響。

1 露天采礦方法

露天采礦是指從地表或較大深度提取礦物和其他材料的方法。它與地下采礦相比，成本更低，提取量更高，但同時(shí)也存在一些環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。

露天采礦通常包括以下步驟：

1）地質(zhì)勘探：在采礦開(kāi)始之前，需要進(jìn)行地質(zhì)勘探，確定礦區(qū)的位置和規(guī)模。

2）設(shè)計(jì)礦區(qū)：基于地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)礦區(qū)的3D模型，包括礦床的位置和結(jié)構(gòu)，以及采礦過(guò)程中使用的各種設(shè)備和結(jié)構(gòu)。

3）挖掘：使用挖掘機(jī)等設(shè)備從地表或較大深度開(kāi)始挖掘礦石。

4）運(yùn)輸：將挖出的礦石通過(guò)卡車或輸送帶運(yùn)輸?shù)郊庸S或貯存區(qū)。

5）加工：礦石需要進(jìn)行加工才能得到所需的礦物質(zhì)。加工過(guò)程通常包括破碎、磨細(xì)和濃縮。

6）處理廢料：采礦過(guò)程產(chǎn)生大量廢料，需要進(jìn)行處理，以避免對(duì)周圍環(huán)境的影響。

2 3Dmine軟件分析

3Dmine是一種強(qiáng)大的軟件，允許我們創(chuàng)建礦區(qū)的3D模型并模擬采礦過(guò)程。在本研究中，我們使用該軟件創(chuàng)建了一個(gè)礦區(qū)的3D模型，并模擬了整個(gè)露天采礦過(guò)程。

模擬的過(guò)程包括以下步驟：

1）根據(jù)已知勘測(cè)資料，確立南非礦山采礦權(quán)范圍，并在范圍內(nèi)進(jìn)行加密鉆孔設(shè)計(jì)。

2）化驗(yàn)鉆孔后獲取鉆孔信息，整理收入至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3）由3Dmine根據(jù)所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)形成鉆孔，再圈定目標(biāo)品位。

4） 在所設(shè)置的勘探線上根據(jù)鉆孔形成剖面圖，連接剖面圖形成實(shí)體模型。

5）創(chuàng)建塊體模型并將模型賦值；通過(guò)露天境界優(yōu)化功能形成最終境界的實(shí)體模型。

6）最后通過(guò)露天中長(zhǎng)期計(jì)劃進(jìn)行采剝計(jì)劃。

實(shí)際模擬過(guò)程如圖1所示。

3 儲(chǔ)量估算

為了保護(hù)礦山的商業(yè)機(jī)密，本文所涉及的數(shù)據(jù)均為虛擬數(shù)據(jù)。

該項(xiàng)目歷時(shí)三個(gè)多月，鉆探范圍面積約為4 km2，一共完成鉆孔300個(gè)沖擊潛孔鉆，進(jìn)深5 000 m，取樣、化驗(yàn)樣品800個(gè)，有礦化的鉆孔為198個(gè)，鉆孔礦化率66%；礦化厚度5 m以上有150個(gè)鉆孔占所有鉆孔的50%；礦化厚度10 m以上的鉆孔有60個(gè)占所有鉆孔的20%。

4 露天最終開(kāi)采境界的確定及采剝計(jì)劃的生成

露天境界優(yōu)化方法從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法來(lái)看主要有動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、圖論法、整數(shù)線型規(guī)劃法、網(wǎng)絡(luò)流法；從經(jīng)驗(yàn)和直觀判斷有啟發(fā)法、手工法、浮動(dòng)圓錐法。

3Dmine軟件露天境界優(yōu)化功能采用的方式是基于圖論法的LG法（Lerchs-Grossman法）。LG法主要是將礦體賦值量化成不同的塊，開(kāi)采不同的塊有不同的順序，每個(gè)塊也有不同的價(jià)值，開(kāi)采時(shí)會(huì)形成有向圖，最后通過(guò)計(jì)算找出權(quán)重之和最大的一個(gè)閉包，來(lái)實(shí)現(xiàn)境界優(yōu)化功能。

3Dmine軟件進(jìn)行境界優(yōu)化的原理是最大流最小割，求出最大閉包。最大流最小割定理是在任何網(wǎng)絡(luò)中最大流的流量等于最小割的容量。

3Dmine軟件境界優(yōu)化設(shè)置與經(jīng)濟(jì)模型、采礦成本、境界邊坡、開(kāi)采約束、成果輸出有關(guān)。根據(jù)礦體的實(shí)體模型賦值而成的塊體模型，在對(duì)礦體價(jià)值、采礦成本、巖石開(kāi)采成本、復(fù)墾成本、附加運(yùn)輸費(fèi)用、露天境界坡度、開(kāi)采的原始地表、輸出塊的大小進(jìn)行約束后，可運(yùn)行得到臺(tái)階數(shù)量、體積、礦石量、巖石量、采剝比和總價(jià)值并生成礦山的最優(yōu)露天境界實(shí)體模型。

露天境界優(yōu)化數(shù)值參數(shù)設(shè)置如圖2所示。3Dmine境界優(yōu)化報(bào)告如圖3所示。最終開(kāi)采境界實(shí)體模型如圖4所示。

使用中長(zhǎng)期計(jì)劃功能，約束完地表模型和最終開(kāi)采境界模型，帶入礦體和巖石類型及其比重，可以得到排產(chǎn)模型（如圖5所示），之后進(jìn)行采剝計(jì)劃即可。

在使用中長(zhǎng)期計(jì)劃中的回采功能（閉合線回采、劃線回采、單個(gè)塊回采）可以進(jìn)行采剝工作的模擬，之后生成中長(zhǎng)期排產(chǎn)報(bào)告，如圖6所示。

5 建 議

本項(xiàng)目基于礦山實(shí)際，進(jìn)行了礦山資源儲(chǔ)量估算，能夠?yàn)榈V山工作人員在生產(chǎn)中降本增效提供數(shù)據(jù)上的支持。3Dmine礦業(yè)工程軟件中的資源儲(chǔ)量估算功能，通過(guò)了國(guó)土資源部評(píng)審中心的認(rèn)定，具有科學(xué)理論支持的估算功能，能夠?yàn)楦咝Ч?jié)約地發(fā)揮出礦山最大價(jià)值提供理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)方法。同時(shí)，也能夠保證不同部門間溝通工作更加順利，使現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中的人力、財(cái)力、機(jī)械能夠得到合理調(diào)配，為企業(yè)降本增效提供一條有益的新途徑。

此外，對(duì)公司采礦技術(shù)人員進(jìn)行3Dmine礦業(yè)工程軟件集中培訓(xùn)學(xué)習(xí)，可以提高員工工作效率，爭(zhēng)取礦山開(kāi)采環(huán)節(jié)的不斷優(yōu)化。

綜上所述，隨著我國(guó)錳礦石需求不斷增加，保有儲(chǔ)量不斷減少，外加國(guó)內(nèi)錳礦石普遍品位偏低，錳礦石資源短缺形勢(shì)將不斷加劇，急需進(jìn)行大量進(jìn)口。南非某礦區(qū)錳礦石資源量大，且品位高，埋藏深度淺，易于開(kāi)采加工。只要通過(guò)不斷的降本增效，就能夠保持較好的收益。

參考文獻(xiàn)

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