黃國泉

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

隨著科技水平和手段的不斷提高，伴隨著以前圖紙化辦公和管理的礦山企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和管理模式發(fā)生了翻天覆地的變革，管理信息化已成為礦山企業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，建設(shè)智能化礦山成為我國現(xiàn)代化礦山發(fā)展的必然趨勢［1-2］。三維智能礦業(yè)軟件的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)=礦山智能化的重要舉措，我國較為成功的三維智能化礦業(yè)軟件有北京三迪邁克科技有限公司的3DMINE 和長沙迪邁信息科技有限公司的DIMINE，這些軟件的廣泛運(yùn)用為勘探、測量、地質(zhì)建模、采礦計(jì)劃、采礦設(shè)計(jì)、產(chǎn)量計(jì)劃等提供了解決方案。

露天采礦具有資源利用充分、回采率高、貧化率低等優(yōu)勢［3-5］，但是露天礦初期剝巖量比較大（尤其是凹陷露天），為了均衡整個(gè)生產(chǎn)期的剝采比，推遲部分剝巖量，節(jié)約基建投資，逐步發(fā)展了陡幫開采工藝［6-7］。

德興銅礦目前開采的兩個(gè)露天礦均采用陡幫分期開采的模式，分期節(jié)點(diǎn)劃定成為礦山有序開采的關(guān)鍵，需通過科學(xué)計(jì)算以核定較為合適的分期開采位置與開采接替時(shí)間；且礦體中有用成份的品位分布不均，開采過程中需提前規(guī)劃開采順序，以此均衡各階段出礦量及主元素品位。

以往均采用CAD 制圖，再通過礦體線圈定礦巖量并計(jì)算品位，由于數(shù)據(jù)量大，不確定因素較多，規(guī)劃制定過程中難以一次性到位，重復(fù)工作量大且科學(xué)合理性難以判斷［8-9］，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，礦業(yè)三維可視化軟件逐漸應(yīng)用到露天礦山開采的長遠(yuǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)［10-11］。德興銅礦在用的采礦設(shè)計(jì)軟件為DIMINE 軟件，通過該軟件在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，探討軟件應(yīng)用的具體設(shè)計(jì)方法與內(nèi)容。由于本文只對軟件編制長遠(yuǎn)規(guī)劃應(yīng)用進(jìn)行探討研究，因此選取其中銅廠礦區(qū)進(jìn)行論述，計(jì)算過程所需的礦體模型、境界地表模型、現(xiàn)狀地表模型等直接利用已有模型，不進(jìn)行論述。

2 境界內(nèi)礦巖量計(jì)算

露天開采過程中的礦量、品位受礦體賦存情況影響很大，因此先對境界內(nèi)礦巖量、品位分布進(jìn)行分析計(jì)算，本次按照13 萬t/d 擴(kuò)能設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)境界進(jìn)行整體規(guī)劃，按照Cu ≥0.25%圈定礦體。

2.1 境界內(nèi)礦巖總量計(jì)算

利用已有的銅廠采區(qū)2018 年年末現(xiàn)狀地表模型、銅廠境界地表模型、采區(qū)開采境界線，通過DIMINE 軟件的測量—挖填方量計(jì)算命令，采用塊段法，設(shè)置塊段參數(shù)為XY 方向5m×5m、Z 方向3m（Z 方向按照臺(tái)階高度的1/5 選取，整體按照在用電動(dòng)輪裝載量200t/車，反算單個(gè)塊段約75m3），得出境界內(nèi)剩余礦巖總量并生成待開采礦巖三維塊體（如圖1 所示）。

根據(jù)已經(jīng)生成的礦巖三維塊體，利用銅廠礦體塊段模型，利用計(jì)算模型內(nèi)儲(chǔ)量功能，計(jì)算出境界內(nèi)剩余礦巖量及品位分布，其中參數(shù)設(shè)置如下：級(jí)數(shù)按照10×10（綜合考慮計(jì)算機(jī)計(jì)算能力與精度需要），礦石比重設(shè)定為2.65t/m3，臺(tái)階高度按照實(shí)際15m 設(shè)定，通過限定最高、最低高程自動(dòng)生成各臺(tái)階，由于礦產(chǎn)以銅為主，因此在計(jì)算過程中只進(jìn)行銅品位統(tǒng)計(jì)計(jì)算，品位設(shè)定區(qū)間為0%～0.25%（廢石）、0.25%～0.3%～0.4%（低品位礦石）、0.4%以上（礦石）。具體參數(shù)設(shè)計(jì)如圖2 所示，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

圖2 礦巖量計(jì)算參數(shù)設(shè)置

2.2 境界內(nèi)礦巖量、品位分布分析

利用EXCEL 表格功能，對所得計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖3 所示。

圖3 境界內(nèi)礦巖量及品位分布

按照所得數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論：

（1）目前開采已開采的最低臺(tái)階為-70m，其上礦石量占比約為33%，絕大部分礦石均在深部臺(tái)階；而-70m 以上臺(tái)階剝離量占比達(dá)到68%，占剝離主要部分，剝采比達(dá)到2.3，相比境界內(nèi)剩余量的剝采比：1.13 超出較多，在此情況下，需持續(xù)加強(qiáng)剝離作業(yè)以穩(wěn)定礦石供應(yīng)。

（2）礦坑內(nèi)剩余大量低品位礦石，其中銅品位0.25%～0.3%占比約12.5%，銅品位0.4%以下占比達(dá)到38.3%，低品位礦石量大勢必影響開采過程的品位。

（3） 銅品位0.25%～0.3%礦石集中在-40m～160m臺(tái)階之間，達(dá)到81%，目前已開采到-70m 臺(tái)階，正處于低品位礦石集中出露期，未來幾年開采品位受低品位礦石利用量影響較大。

（4）下一期剝離到礦體出露預(yù)計(jì)剝離量約3 億噸，按照現(xiàn)有采剝能力，預(yù)計(jì)需剝離近20 年，按照本次分期開采可能，本期剩余礦量無法維持如此長周期，因此后續(xù)開采需進(jìn)行多次分期。

表1 境界內(nèi)礦巖量計(jì)算結(jié)果表

以上述結(jié)果為基礎(chǔ)，開始對分期開采進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3 長遠(yuǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 本期開采剩余礦巖量

本期開采目前最低標(biāo)高為-70m，最高臺(tái)階為155m，下一期剝離暫未開始，按照現(xiàn)有位置開采到極限進(jìn)行作圖，按照Cu ≥0.25%圈定礦體，計(jì)算可采礦巖量。具體過程如前文所述，通過作圖預(yù)計(jì)出當(dāng)前情況下開采的極限位置，再利用測量工具形成可開采的塊體，然后計(jì)算出具體的礦巖量，具體結(jié)果如表2 所示。

表2 本期開采范圍內(nèi)剩余礦巖量匯總表

本期分期開采剩余礦量約2.1 億t，按照7.6 萬t/d，年作業(yè)時(shí)間350d 計(jì)算，預(yù)計(jì)極限可作業(yè)7.8 年，而上部臺(tái)階到出礦位置剝離量約3 億t，按照年采剝總量5600 萬t 計(jì)算，平均每年上部剝離量只有1500 萬t，預(yù)計(jì)作業(yè)時(shí)間20 年，為穩(wěn)定開采，同時(shí)根據(jù)采區(qū)現(xiàn)狀，上部剝離按3 期進(jìn)行，其中西源嶺2 期，南部1 期。

以2018 年年末現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，采礦能力維持現(xiàn)有水平，即按照7.6 萬t/d 出礦能力進(jìn)行開采。按照4 年為一階段，對采礦工程進(jìn)行推導(dǎo)直至閉坑，計(jì)算當(dāng)各階段礦巖量。

3.2 按照Cu ≥0.25%進(jìn)行分年度規(guī)劃設(shè)計(jì)

通過作圖計(jì)算，按照Cu ≥0.25%進(jìn)行采礦規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)果如表3 所示。

表3 各階段礦巖量情況表（Cu ≥0.25%）

（1）按照現(xiàn)有出礦能力，預(yù)計(jì)采區(qū)能維持開采約21 年，其中穩(wěn)產(chǎn)期18 年（2019-2036 年），減產(chǎn)期3 年。

（2）剝離集中在上部，前期強(qiáng)化了剝離作業(yè)，剝采比高出平均值較多，后期隨礦體出露，上部臺(tái)階下降等，剝離量逐步降低，整個(gè)采剝總量由第一階段的6200 萬t/年減少到最后階段的5500 萬t/年，現(xiàn)有設(shè)備能力基本滿足生產(chǎn)需要。

（3）由于低品位礦石集中在前期開采臺(tái)階，出礦品位在前10 年較低，到后10 年逐步上升，尤其是到底部臺(tái)階，集中在礦體中心區(qū)域開采，品位較高，與前文所述基本一致。

3.3 按照Cu ≥0.3%進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)

通過作圖計(jì)算，按照Cu ≥0.3%進(jìn)行采礦規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)果如表4 所示。

表4 各階段礦巖量情況表（Cu ≥0.3%）

（1）按照現(xiàn)有出礦能力，預(yù)計(jì)采區(qū)能維持開采約18 年，其中穩(wěn)產(chǎn)期16 年（2019-2034 年），減產(chǎn)期2 年。

（2）由于剝離集中在上部，前期強(qiáng)化了剝離作業(yè)，剝離量初始期最高約為6800 萬t/年，按現(xiàn)有設(shè)備能力需增加一臺(tái)套鏟裝運(yùn)輸設(shè)備。

（3）由于提高了開采邊界品位，各年平均品位提高，但整體趨勢與之前方案基本相當(dāng)。

3.4 方案對比分析

對已規(guī)劃的兩種方案進(jìn)行對比，如表5 所示。

表5 方案比對

經(jīng)比較得出結(jié)論：

（1）降低開采邊界品位，可采礦石量增加，服務(wù)年限上升，尤其是銅廠采區(qū)低品位礦石量比重較大，提升穩(wěn)產(chǎn)年限2 年，在維持開采境界不變的情況下，降低邊界品位，剝采比降低。

（2）Cu ≥0.25%方案同比Cu ≥0.3%方案增加礦石量約6500 萬t，原礦含銅量增加約17.98 萬t，相當(dāng)于一個(gè)中型銅礦，而且不額外增加開采范圍，就資源利用與綠色發(fā)展角度考慮，效益明顯。

（3）Cu ≥0.25%方案服務(wù)年限增加，有利于穩(wěn)定員工，進(jìn)而推動(dòng)地方就業(yè)，社會(huì)效益明顯。

（4）Cu ≥0.25%方案同比Cu ≥0.3%方案穩(wěn)產(chǎn)期間年采剝總量減少800 萬t，相當(dāng)于減少一臺(tái)套鏟裝運(yùn)輸設(shè)備，減少銅金屬產(chǎn)能減少約1.54 萬t/年，短期效益下降。

根據(jù)對比結(jié)果，從長遠(yuǎn)發(fā)展與穩(wěn)定開采來看，多利用低品位礦石于礦山更加有力，雖然會(huì)降低現(xiàn)有的開采效益，但是更加符合金山銀山就是綠水青山的發(fā)展理念。

4 結(jié)束語

在當(dāng)今資源利用越來越嚴(yán)峻的形式下，制定好一個(gè)科學(xué)、合理的礦床開采規(guī)劃至關(guān)重要，它既要保證礦產(chǎn)資源得到合理的利用，又要保證礦產(chǎn)開采實(shí)現(xiàn)效益最大化。露天開采規(guī)劃需要在開放、統(tǒng)一的時(shí)空體系下構(gòu)建，以生產(chǎn)過程自動(dòng)化和集中控制為基礎(chǔ)，以三維可視化為表現(xiàn)手法，以生產(chǎn)過程協(xié)同優(yōu)化為最終目標(biāo)的智能化開采解決方案。

通過智能礦業(yè)軟件調(diào)用露天礦山數(shù)字礦床模型信息，實(shí)現(xiàn)對境界內(nèi)礦巖按指定時(shí)間周期(最小可細(xì)化到月度，最大可按數(shù)年分期)進(jìn)行空間位置劃分的開采規(guī)劃最優(yōu)方案的自動(dòng)編制，將采區(qū)剩余礦量、分期開采進(jìn)度等進(jìn)行計(jì)算，為礦山開采方向與推進(jìn)方式的確定提供決策依據(jù)。同時(shí)也可對礦山開采分年度進(jìn)行推導(dǎo)，通過計(jì)算得出具體的礦巖及品位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行多方案比較，為后續(xù)實(shí)際開采作業(yè)提供具體指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)露天開采時(shí)空關(guān)系發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)。