羅小新，黃曉毅，段建杰，郭 霆，婁一博

(陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

引 言

露天開采境界的圈定是一項(xiàng)非常繁瑣的設(shè)計(jì)工作，且最優(yōu)露天開采境界的確定跟設(shè)計(jì)人員的水平息息相關(guān)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維可視化技術(shù)在礦山建設(shè)和開采設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益廣泛[1-4]，露天開采境界的設(shè)計(jì)在方法與手段上經(jīng)歷了手工設(shè)計(jì)階段、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段和優(yōu)化設(shè)計(jì)階段[5]等3個(gè)階段。

近年來(lái)，廣大學(xué)者和生產(chǎn)技術(shù)人員在運(yùn)用3DMine軟件進(jìn)行儲(chǔ)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(chǎn)實(shí)踐工作。儲(chǔ)量估算方面：王洪江等[6]通過(guò)對(duì)比克里格法和距離冪次反比法在對(duì)礦體進(jìn)行估算時(shí)的差別得到，在估算金等貴金屬礦床時(shí)，克里格法不如距離冪次反比法優(yōu)越性好；徐靜[7]以某多金屬礦為背景，對(duì)距離冪次反比法與傳統(tǒng)礦床品位估值、儲(chǔ)量估算方法進(jìn)行對(duì)比，得到其估算誤差范圍在±5 %以內(nèi)；邵亞健等[8-10]結(jié)合各礦山具體現(xiàn)狀，通過(guò)3DMine軟件對(duì)礦量估算進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并獲得良好效果。在境界優(yōu)化方面：蔣權(quán)等[11]基于L-G圖論法對(duì)某鋁土礦進(jìn)行露天開采境界優(yōu)化研究，參照采礦手冊(cè)及工程經(jīng)驗(yàn),確定合理的露天開采境界優(yōu)化參數(shù)，得出了該礦山露天開采的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)境界；張晨潔等[12-13]結(jié)合各礦山的開采技術(shù)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(jié)合某金礦工程實(shí)際，建立礦山礦床模型，采用3DMine軟件進(jìn)行境界優(yōu)化，通過(guò)3DMine軟件驗(yàn)證地質(zhì)模型資源量在誤差范圍內(nèi)，確保礦山實(shí)體模型的準(zhǔn)確性，通過(guò)不斷優(yōu)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(duì)礦山的后續(xù)開采進(jìn)行整體規(guī)劃。此次研究對(duì)露天礦山有限資源的合理開采利用有深遠(yuǎn)現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦床地質(zhì)簡(jiǎn)況

某金礦礦體主體產(chǎn)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(jìn)入圍巖。礦體賦礦圍巖由角礫狀粉砂質(zhì)絹云母千枚巖、石英脈組成。礦體在隱爆角礫巖體內(nèi)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(zhì)絹云母千枚巖。區(qū)內(nèi)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(tài)較為簡(jiǎn)單、規(guī)則、連續(xù)。中間間距4～23 m，東西兩翼受沖溝切割影響，總體走向長(zhǎng)度250～300 m，傾向最大延伸250 m；礦體產(chǎn)狀比較穩(wěn)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(shù)105.70 %，變化中等。礦體傾向與山坡反向。

2 地質(zhì)模型的建立

采用三維數(shù)字化礦業(yè)建模軟件3DMine對(duì)露采范圍內(nèi)的K0，K1，K2，K3，K4-1，K5-1共6個(gè)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(shù)據(jù)，建立塊體模型，按勘探報(bào)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(jì)算得到的礦體儲(chǔ)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(zhì)模型估算的資源量與勘探報(bào)告?zhèn)浒纲Y源量誤差為2.16 %，Au金屬量誤差為0.91 %，均小于5 %，說(shuō)明地質(zhì)模型資源量估算方法正確，估算結(jié)果基本可靠，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

表1 三維模型計(jì)算儲(chǔ)量與備案儲(chǔ)量對(duì)比

3 露天開采境界的圈定

3.1 經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定

設(shè)計(jì)根據(jù)境界剝采比小于或等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比的原則圈定露天開采境界。針對(duì)該礦區(qū)的情況，采用產(chǎn)品成本比較法計(jì)算得出的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為5.27 t/t；采用盈利比較法計(jì)算得出的經(jīng)濟(jì)合理剝采比為6.18 t/t。結(jié)合該礦山的品位和周邊礦山實(shí)際采選成本，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)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(shù)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(jù)計(jì)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(chǎng)，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)模型中的擴(kuò)展臺(tái)階及平臺(tái)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

最小底部周界的確定主要考慮2方面因素：①所采用設(shè)備的調(diào)轉(zhuǎn)半徑；②露天開采瞬時(shí)剝采比大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。

本次設(shè)計(jì)根據(jù)所采用設(shè)備的調(diào)轉(zhuǎn)半徑，確定最小底部周界為40 m。

3.2.2 露天采場(chǎng)最終邊坡要素

根據(jù)邊坡巖性及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到的情況，礦區(qū)邊坡大部分為巖體質(zhì)邊坡，穩(wěn)固性較好，最終臺(tái)階坡面角取65°。

根據(jù)礦層巖體物理力學(xué)性能和周邊礦山的開采實(shí)踐，確定該礦山開采最終邊坡角≤45°。根據(jù)礦體產(chǎn)狀、巖性特征及選用的設(shè)備參數(shù)、規(guī)格，并考慮礦山的生產(chǎn)能力等，劃分的臺(tái)階高度為12 m，最小底寬40 m。

最終邊坡臺(tái)階組成：安全平臺(tái)與清掃平臺(tái)間隔布置；安全平臺(tái)寬4 m，清掃平臺(tái)寬8 m，運(yùn)輸平臺(tái)寬12 m。線路坡度8 %，最小回頭轉(zhuǎn)彎半徑15 m。

3.2.3 露天開采境界的圈定

根據(jù)確定的經(jīng)濟(jì)合理剝采比、邊坡參數(shù)圈定的露天開采境界見圖3，計(jì)算得到的各臺(tái)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(dāng)762 m臺(tái)階下降至750 m時(shí)，瞬時(shí)剝采比為8.74 t/t，大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比(5 t/t)，因此最大開采深度確定為762 m。境界內(nèi)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(nèi)的位置

表2 3DMine軟件計(jì)算的露天境界內(nèi)采剝量

4 結(jié) 論

1)通過(guò)3DMine軟件建立地質(zhì)模型，資源量估算結(jié)果與實(shí)際勘探報(bào)告提交的資源量誤差小于5 %，說(shuō)明模型建立正確，參數(shù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)可靠，可作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2)通過(guò)實(shí)際開采技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)參數(shù)，在三維數(shù)值模型上尋求最優(yōu)的露天開采最終境界，可避免由于設(shè)計(jì)人員水平、能力造成的不利結(jié)果，并可大大減少設(shè)計(jì)人員的工作量和工作時(shí)間。