3Dmine在南非高鐵錳礦項目資源儲量估算的應用

玉皇?廖健翔

摘 要：采礦技術不斷發展，已經迎來了新的革新，可以利用礦業工程軟件建立三維模型，從而進行不同工業指標下資源儲量的估算，也為礦山采礦設計和技術經濟評價提供了數據支持。以南非共和國北開普省某礦區錳礦為例，基于3Dmine軟件進行儲量的計算工序。

關鍵詞：錳礦；3Dmine；資源儲量估算

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

三維地質建模概念最早由加拿大Simon Houlding于1993年提出，主要指運用計算機軟件，在三維條件下將多種工具結合起來用于地質研究的一門技術[1]。它通過匯集各種地質信息的解釋結果，還原地質現象的三維特征本質，建立可視化信息數據模型，為礦山后續開發設計及技術經濟評價提供數推支撐[2]。

采礦是一個關鍵的產業，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的開采方法，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。

此次三維地質建模工作基于3Dmine軟件，通過導入處理后的無人機實測礦區地形數據，建立三維地表模型，通過建立礦區化學分析測試數據（及）鉆孔數據庫，為剖面創建提供了數據基礎[3]通過確定開采邊界及開采邊坡角，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，通過確定勘查線之間礦體對應關系，建立礦體的實體模型，建立實體模型，根據其空間展布形態及大小，建立塊體模型；通過對塊體及次級塊體賦值，從而能夠對礦床資源量進行精確估算[4]。

本文基于南非某礦山項目進行儲量估算，該礦區位于南非北西部北開普省，屬于北開普省波斯特馬斯堡地區管轄。地理坐標：東經22°59′33″～23°01′53″，南緯27°59′59″～28°03′38″。區內交通便利。

本文主要使用3Dmine分析露天采礦過程，3Dmine是一種可以在虛擬環境中模擬采礦過程的軟件。我們將使用此軟件創建一個礦區的3D模型，并模擬整個露天采礦過程。我們還將研究采礦過程對環境的影響，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，但同時也存在一些環境和社會問題。

露天采礦通常包括以下步驟：

1）地質勘探：在采礦開始之前，需要進行地質勘探，確定礦區的位置和規模。

2）設計礦區：基于地質勘探數據，設計礦區的3D模型，包括礦床的位置和結構，以及采礦過程中使用的各種設備和結構。

3）挖掘：使用挖掘機等設備從地表或較大深度開始挖掘礦石。

4）運輸：將挖出的礦石通過卡車或輸送帶運輸到加工廠或貯存區。

5）加工：礦石需要進行加工才能得到所需的礦物質。加工過程通常包括破碎、磨細和濃縮。

6）處理廢料：采礦過程產生大量廢料，需要進行處理，以避免對周圍環境的影響。

2 3Dmine軟件分析

3Dmine是一種強大的軟件，允許我們創建礦區的3D模型并模擬采礦過程。在本研究中，我們使用該軟件創建了一個礦區的3D模型，并模擬了整個露天采礦過程。

模擬的過程包括以下步驟：

1）根據已知勘測資料，確立南非礦山采礦權范圍，并在范圍內進行加密鉆孔設計。

2）化驗鉆孔后獲取鉆孔信息，整理收入至數據庫中。

3）由3Dmine根據所統計的數據庫形成鉆孔，再圈定目標品位。

4） 在所設置的勘探線上根據鉆孔形成剖面圖，連接剖面圖形成實體模型。

5）創建塊體模型并將模型賦值；通過露天境界優化功能形成最終境界的實體模型。

6）最后通過露天中長期計劃進行采剝計劃。

實際模擬過程如圖1所示。

3 儲量估算

為了保護礦山的商業機密，本文所涉及的數據均為虛擬數據。

該項目歷時三個多月，鉆探范圍面積約為4 km2，一共完成鉆孔300個沖擊潛孔鉆，進深5 000 m，取樣、化驗樣品800個，有礦化的鉆孔為198個，鉆孔礦化率66%；礦化厚度5 m以上有150個鉆孔占所有鉆孔的50%；礦化厚度10 m以上的鉆孔有60個占所有鉆孔的20%。

4 露天最終開采境界的確定及采剝計劃的生成

露天境界優化方法從嚴格的數學方法來看主要有動態規劃法、圖論法、整數線型規劃法、網絡流法；從經驗和直觀判斷有啟發法、手工法、浮動圓錐法。

3Dmine軟件露天境界優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，開采不同的塊有不同的順序，每個塊也有不同的價值，開采時會形成有向圖，最后通過計算找出權重之和最大的一個閉包，來實現境界優化功能。

3Dmine軟件進行境界優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絡中最大流的流量等于最小割的容量。

3Dmine軟件境界優化設置與經濟模型、采礦成本、境界邊坡、開采約束、成果輸出有關。根據礦體的實體模型賦值而成的塊體模型，在對礦體價值、采礦成本、巖石開采成本、復墾成本、附加運輸費用、露天境界坡度、開采的原始地表、輸出塊的大小進行約束后，可運行得到臺階數量、體積、礦石量、巖石量、采剝比和總價值并生成礦山的最優露天境界實體模型。

露天境界優化數值參數設置如圖2所示。3Dmine境界優化報告如圖3所示。最終開采境界實體模型如圖4所示。

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

在使用中長期計劃中的回采功能（閉合線回采、劃線回采、單個塊回采）可以進行采剝工作的模擬，之后生成中長期排產報告，如圖6所示。

5 建 議

本項目基于礦山實際，進行了礦山資源儲量估算，能夠為礦山工作人員在生產中降本增效提供數據上的支持。3Dmine礦業工程軟件中的資源儲量估算功能，通過了國土資源部評審中心的認定，具有科學理論支持的估算功能，能夠為高效節約地發揮出礦山最大價值提供理論基礎和現實方法。同時，也能夠保證不同部門間溝通工作更加順利，使現場實際工作中的人力、財力、機械能夠得到合理調配，為企業降本增效提供一條有益的新途徑。

此外，對公司采礦技術人員進行3Dmine礦業工程軟件集中培訓學習，可以提高員工工作效率，爭取礦山開采環節的不斷優化。

綜上所述，隨著我國錳礦石需求不斷增加，保有儲量不斷減少，外加國內錳礦石普遍品位偏低，錳礦石資源短缺形勢將不斷加劇，急需進行大量進口。南非某礦區錳礦石資源量大，且品位高，埋藏深度淺，易于開采加工。只要通過不斷的降本增效，就能夠保持較好的收益。

參考文獻

[1] 李趙陽，周文文，苗智聰.基于3Dmine的三維地質模型在石灰巖礦資源量估算中的應用探討[J].資源環境與工程，2021，35（5）：630-634.

[2] 張寶一，尚建嘎，吳鴻敏，等.三維地質建模及可視化技術在固體礦產儲量估算中的應用[J].地質與勘探，2007（2）：76-81.

[3] 褚娜娜.基于3Dmine軟件三維地質模型在陜南漢陰長溝金礦中的應用[D].西安：長安大學，2012.

[4] 張敏，楊陽，鄧中飛，等.3Dmine在礦區地勘工作中的應用[J].新疆有色金屬，2018，41（6）：17-19.