周 健

（山東聯(lián)創(chuàng)礦業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

露天開采境界優(yōu)化是一個(gè)在滿足幾何約束（即最大允許幫坡角）和經(jīng)濟(jì)參數(shù)條件下，求總開采價(jià)值達(dá)到最大時(shí)的最終開采境界的問(wèn)題。它可以根據(jù)任意方位、任意高程及最終邊坡角求取最優(yōu)開采境界，并考慮了采礦貧化率、回采率、選礦回收率等因素對(duì)開采境界的影響。利用手工法設(shè)計(jì)，在礦體復(fù)雜、品位變化大的礦床中，工作量大、耗時(shí)費(fèi)力，并且手工法是在二維的地質(zhì)剖面圖上完成三維的露天礦最終境界設(shè)計(jì)，難以反映礦體空間特征，產(chǎn)生的誤差將會(huì)很大[1]?；诖耍疚睦肈imine數(shù)字化軟件系統(tǒng)建立礦山地形、地質(zhì)模型，通過(guò)生成塊段模型，以及輸入開采成本、剝離成本、開采率、貧化率、幫坡角等經(jīng)濟(jì)的和工程的參數(shù)，采用LG圖論法對(duì)某石墨礦露天坑最終境界進(jìn)行優(yōu)化，得出該礦開采利潤(rùn)最大化時(shí)的境界范圍。

1 工程概況

（1）礦體特征。該石墨礦礦體賦存于上太古界麻山群西麻山組二段。礦帶總體走向北東—南西，傾向南東，傾角一般在35o～55o。礦區(qū)范圍內(nèi)共有工業(yè)礦體9個(gè)，編號(hào)依次為15、15-1、15-2、16、17、18、19-2、19、19-1礦體。礦體分布比較集中，各礦體之間的距離一般在12.00m～46.00m，最大為84m。礦體厚度4m～115.8m，9個(gè)礦體中共有夾石40條，其中15號(hào)礦體有13條，16號(hào)礦體有5條，17號(hào)礦體有5條，18號(hào)礦體有9條，19號(hào)礦體有8條。

（2）礦石質(zhì)量。根據(jù)勘探報(bào)告資料，5個(gè)主礦體15、16、17、18、19礦體中，固定碳含量變化均屬均勻型，沿走向和傾向品位波動(dòng)不大，石墨片巖型礦石平均品位在15.76%～19.54%之間變化；石墨片麻巖型礦石平均品位7.30%～9.05%之間變化；石墨石英片巖型礦石平均品位為7.70%。礦石平均品位9.27%。

2 建立礦體模型

利用地質(zhì)詳勘資料（包括地形圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖等全套地質(zhì)圖）、通過(guò)Dimine數(shù)字化軟件系統(tǒng)，建立礦山的地形現(xiàn)狀模型、礦體模型（包括產(chǎn)狀、品位及賦存狀態(tài)），并將兩者通過(guò)布爾運(yùn)算求取礦山實(shí)際資源儲(chǔ)量（包括礦體、礦體上下盤巖體、夾層體積及儲(chǔ)量）[2]。

圖1 礦山地表模型

圖2 礦體模型

3 最終境界優(yōu)化

（1）參數(shù)選取。在優(yōu)化最終境界時(shí)，開采標(biāo)高依據(jù)礦區(qū)范圍批復(fù)劃定的標(biāo)高+520m～+315m。采礦成本、剝離成本、貧化率及回采率均按該區(qū)相鄰礦山實(shí)際生產(chǎn)成本選取。礦山開采幫坡角參數(shù)主要依據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國(guó)內(nèi)同類型礦山常用最終邊坡角參數(shù)，具體如下：

表1 最終境界優(yōu)化參數(shù)選取表

（2）境界優(yōu)化。最終境界優(yōu)化采用Dimine數(shù)字化軟件系統(tǒng)中的LG圖論法模塊，該方法是Helmut Lerchs and Ingo F.Grossman最初在1965年的論文“露天開采優(yōu)化設(shè)計(jì)”中提出的，是具有嚴(yán)格數(shù)學(xué)邏輯的最終境界優(yōu)化方法，在給定價(jià)值模型的基礎(chǔ)上，求出總價(jià)值最大的最終開采境界。利用上述優(yōu)化方法，得出該礦最優(yōu)開采境界（見圖3）。得出的最終開采境界長(zhǎng)約1250m，寬約460m，最低開采水平為+315m水平，占地面積約0.36km2，采剝總量約2210萬(wàn)m3，平均剝采比約1.8∶1（t∶t）。

圖3 最終開采境界優(yōu)化結(jié)果

4 最終境界設(shè)計(jì)

按照臺(tái)階高度15m自下而上分層切割最終開采境界圈定的實(shí)體模型，得出每個(gè)分層礦體的輪廓線，然后按照臺(tái)階坡面角65°、運(yùn)輸?shù)缆穼挾?m等邊坡參數(shù)沿輪廓線圈定、設(shè)計(jì)每個(gè)分層的邊坡，每個(gè)分層之間留設(shè)安全平臺(tái)和清掃平臺(tái)，最終連接成設(shè)計(jì)開采境界實(shí)體（見圖4）。切割的每個(gè)分層，均可計(jì)算出巖石和礦石的體積，從而計(jì)算剝采比，便于企業(yè)制定礦山生產(chǎn)采剝進(jìn)度計(jì)劃。

設(shè)計(jì)開采境界實(shí)體需要與地表進(jìn)行布爾運(yùn)算，得出真實(shí)的露天坑。最終開采境界設(shè)計(jì)完畢后，利用Dimine數(shù)字化軟件系統(tǒng)將其三維模式轉(zhuǎn)換成二維，形成AutoCAD的DXF、DWG格式，然后進(jìn)行后期的調(diào)整。

圖4 最終境界設(shè)計(jì)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

利用Dimine數(shù)字化軟件進(jìn)行最終境界優(yōu)化，可以快速作出多個(gè)不同條件下的優(yōu)化方案，為礦山開采提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持，另一方面克服了傳統(tǒng)手工法和計(jì)算機(jī)輔助方法的不足，得到了合理的最終開采境界，并從根本上優(yōu)化了礦山開采設(shè)計(jì)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。