沙溪铜矿开采盘区布置优化研究

袁睿栋，谭期仁，杨福波

(1.长沙迪迈数码科技股份有限公司， 湖南 长沙 410083；2.安徽铜冠(庐江)矿业有限公司， 安徽 庐江县 231500)

沙溪铜矿开采盘区布置优化研究

袁睿栋1，谭期仁1，杨福波2

(1.长沙迪迈数码科技股份有限公司， 湖南 长沙 410083；2.安徽铜冠(庐江)矿业有限公司， 安徽 庐江县 231500)

沙溪铜矿是我国典型的低品位斑岩型铜矿床，平均品位为0.53%。按照现有的采矿方法和盘区设计，有一部分高品位矿体位于盘区隔离矿柱中；为尽量将采场布置在高品位区域，提高资源利用率，以凤台山矿段首采中段为研究对象，通过盘区方案设计、指标计算与分析，以出矿品位、隔离矿柱损失等指标作为盘区优化衡量指标，对盘区布置进行选优，并得到了最优方案。结果表明：相比原设计方案，盘区采场地质品位由0.42%提高到0.48%，隔离矿柱减少了1308 t金属量损失，为矿山开采盘区最优布置、提高矿产资源利用率提供了参考依据。

三维模型；盘区布置；地质品位；隔离矿柱

0 引 言

近几年来，随着有色金属价格的下滑，在当前市场和技术条件下，企业面临着如何保持盈利的迫切需求。对于新建矿山，从设计层面来说，需要快速计算和评判多方案下的地质矿量、出矿量、出矿品位、金属量、损失量等综合指标来高效进行采矿设计优化，包括采矿系统布置、盘区(采场)合理布置、首采地段的选择等[1￣4]。若采取传统断面法算量的模式核算上述各项指标，矿体空间形态与品位信息无法准确掌握，只能依靠勘探线剖面信息进行工程位置、采场位置布置等，可优化调整余地小；并且整个计算分析过程效率低、周期长，根本不能满足快速分析与决策需求。而基于三维可视化的地质资源精确化评价与管理、真三维开采设计和方案优化、多方案快速对比研究等手段为生产技术管理和项目决策提供了快捷、强大的工具和智能支持[5￣6]。

合理的确定开采盘区位置直接影响着盘区内各采场回采方案、开拓采准工程布置等，并对矿山生产组织、生产规模、生产效益产生影响[7￣8]。沙溪铜矿是我国典型的低品位斑岩型铜矿床，平均品位为0.53%，按照现有的采矿方法和盘区结构参数，很大一部分水平隔离沿脉矿柱布置在高品位区域，这将造成高品位资源的浪费。因此，对开采盘区布置进行优化研究，将大大提高资源的利用率，使矿山取得更好的经济效益，为矿山实际生产盘区布置提供参考依据。

1 三维模型建立

1.1 钻孔数据库

钻孔数据库承载了矿山地质勘探、生产勘探和生产地质的详细信息，准确的地质数据库是进行地质解译、统计分析、品位推估、储量计算以及采矿设计的重要基础。

钻孔数据信息主要包括孔口坐标、测斜信息、样品信息、岩性信息，基于这些基础文件生成地质数据库，生成时主要内容包括：钻孔数据信息收集整理、数据重新组合和规范、数据格式转换、数据校验和错误修改、钻孔数据库生成五部分。钻孔数据库如图1所示。

图1 钻孔数据库

1.2 矿体线框模型

建立三维矿床地质模型，实现矿床三维可视化，为品位估值、储量计算提供三维模型约束，为实现资源的动态管理和合理利用，为采矿方案优化、采矿设计与指标计算等提供依据。

限于沙溪铜矿低品位矿、工业矿矿体形态复杂性，传统剖面建模方法无法满足沙溪铜矿复杂矿体的三维精确地质建模要求，针对上述问题对建模方法进行了系统分析和研究，采用了一种新的建模方法—非标准网格法。非标准网格法的总体构模思路为：首先进行平、剖面的一致性处理，以保证所有平、剖面对应，这样就在空间中形成一系列的单元网格(每个单元网格由2个平、剖面的部分线组成)；随即对每一个单元网格进行模型构建；最后合并所有单元网格内的模型形成最终地质模型。矿体模型如图2所示。

图2 矿体模型

1.3 矿块模型

矿块模型是矿床品位推估及储量计算的基础，其基本思想是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为众多的单元块，然后根据已知的样品点，通过空间插值方法对整个矿床范围内的单元块的品位进行推估，然后在此基础上进行储量的计算和统计。为实现地质资源储量的动态管理、采矿设计指标计算、开采评价等提供数据。

建立的矿块模型应尽量地反映矿床的主要特征，主要是矿体形态和断层地质构造，矿体空间形态与地表、工程的关系。

目前，国内外常用的品位估值方法有距离幂反比法、克里格法等。这些方法从数学上看，都是根据单元块周围一定范围(搜索半径)内的已知样品点，对该单元块进行估值。本次在数据特征分析基础上，采用克里格法进行品位空间插值，插值后的矿块模型如图3所示。

图3 矿块模型Cu品位分布

2 盘区布置方案优化

矿山开采盘区为矿山开采中一个生产单元，盘区布置合理性直接关系着各采场回采方案、开拓采准工程布置等一系列问题，并会对矿山生产组织、生产规模、生产效益产生影响。所以在矿山设计阶段、基建阶段非常有必要对盘区布置论证与优化分析。

本研究范围主要针为沙溪铜矿首采中段(-650～-770 m)，其中出矿水平选择在-770 m中段，凿岩水平为-705，-650 m中段。初步设计推荐采用高效率的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法(局部地段采用中深孔分段空场嗣后充填法；两种采矿方法所占比例大致为：大直径深孔85%，中深孔15%)。

首采中段地质赋存特点：凤台山首采中段主要由1号矿体和2号矿体组成，如图4所示。

图4 首采中段矿体分布

针对首采中段开采，矿山前期委托设计单位根据地质资料开展了盘区布置、采场划分、首采采场选择，如图5所示。

通过数据和模型分析，设计单位设计的2号盘区与3号盘区间的水平隔离沿脉矿柱布置在高品位区域，考虑凤台山矿段矿石品位偏低，对高品位矿体要尽可能回采，采场布置优先考虑设置在高品位区域，因此对盘区布置进行优化分析。本研究将在原设计方案内容上进行优化研究。

图5 首采中段工程布置及盘区、采场划分

2.1 采矿结构参数

由于沙溪铜矿具有埋藏深、规模大、矿石品位低的特点，所以前期采矿方案研究中为了兼顾考虑沙溪铜矿深井开采面临的经济效益和开采安全性之间的尖锐矛盾，提出可供选择的采矿方案：一是一步骤回采方案，留永久矿柱(盘区间柱和采区间柱)，全尾砂或废石嗣后充填采场；二是两步骤回采方案，即第一步骤回采矿柱，采用尾砂胶结充填，第二步骤回采矿房，采用尾砂充填。

根据项目前期科研研究及采场结构参数优化研究结果，推荐凤台山矿段主要采矿方案采用一步骤回采方案(见图6)；具体采场结构参数为：一步骤回采方案，隔离矿柱(盘区间柱)沿走向布置，隔离矿柱之间的距离100 m；阶段高度120 m；采场长度80 m；永久矿柱宽度14 m，不予回采；回采矿房宽度40 m。采场系统长轴布置与勘探线方向一致，使采场长轴方向与最大主应力方向呈小角度相交，让采场处于较好的受力状态，以利于控制地压。

图6 一步骤回采采场结构

2.2 盘区优化原则

(1) 对各个盘区、采场按命名规则进行定义，方便数据统计与分析；

(2) 遵循前期研究结果：盘区布置方位与采场结构参数盘区优化时不变；

(3) 盘区调整按东西方向移动(进风井往副井方向)优化盘区布置，使得高品位矿体资源回采最大化；

(4) 沙溪铜矿品位低，再隔离矿柱回收可能性不高，盘区优化时，隔离矿柱的矿量、品位尽量少；

(5) 方案分析采用综合指标分析法，综合指标包括平均品位、隔离矿柱损失、盘区够品位采场、采场数目等；

(6) 指标分析时，凤台山按Cu 0.35%以上进行。

2.3 盘区优化方案设计

以设计单位初步设计方案为基础进行盘区(矿房、矿柱等)模型的建立，并命名；同时设计了盘区向副井方向偏移5， 10， 20， 30， 40 m，向进风井方向偏移5， 10 m的7个方案。由于篇幅有限，仅列举两个方案，如图7、图8所示。

图7 进风井方向偏移10 m盘区布置方案

图8 副井方向偏移40 m盘区布置方案

3 指标计算与结果分析

3.1 各方案指标计算

根据矿块模型，完成各盘区布置方案中每个采场、矿柱、隔离矿柱的矿量、品位等指标计算。受篇幅限制，仅列取了一部分计算结果，如表1、表2所示。

3.2 盘区优化结果分析

根据各方案计算结果，选取满足0.35%及以上出矿品位的矿房和矿柱的数据，利用金属量、出矿平均品位、矿石量、隔离矿柱损失量及采场个数五个参数进行比较分析，分别如表4、图9所示。

表1 设计单位方案各采矿单元指标

表2 进10 m方案各采矿单元指标

表4 盘区布置各方案指标

图9 各方案指标分析折线图

对方案设计与计算指标数据进行综合分析得出：

(1) 方案设计中暂以原设计布置的3个盘区进行分析，方案副20、副30、副40均可以再新增一个盘区，回采2号矿高品位部分。

(2) 因上述原因，所以7个方案结果中，将出矿品位、柱损作为盘区优化最重要衡量指标，通过对比，柱损金属量较少的2个方案分别为副30(Cu金属量15423 t)、副40(Cu金属量14893 t)。而这两个方案出矿品位接近。

(3) 最终选定凤台山矿段盘区向副井方向移动40 m的布置方案为最优方案。此方案将6#线高品位矿体布置在采场范围内，整体出矿平均品位较高，隔离矿柱损失量最少。

(4) 副井偏移40 m方案与原设计方案相比较，隔离矿柱可以减少1308 t金属量损失。同时，相应开拓工程也有相应减少，一个中段可减约80 m，3个中段节省工程量约240 m。

4 结 论

(1) 合理盘区位置的确定，直接影响着各采场回采方案、开拓采准工程布置等，并对矿山生产组织、生产规模、生产效益产生影响。

(2) 本文针对原设计方案中沿脉隔离矿柱布置在高品位区域问题，通过盘区方案设计、指标计算与分析，以出矿品位、隔离矿柱损失等作为盘区优化衡量指标，对沙溪铜矿凤台山矿段盘区布置进行选优，并得到了最优方案，相比原设计方案，盘区采场地质品位由0.42%提高到0.48%，盘区采准工程量可以节省240 m，永久隔离矿柱减少了1308 t金属量损失，为矿山开采盘区优化布置、提高矿产资源利用率提供了一定的参考依据。

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袁睿栋(1985-)，男，硕士，采矿工程师，从事数字矿山规划及研究工作,Email：yuanruidong@dimine.net。