基于3Dmine软件的某露天矿境界优化设计

陈 峰，陈 印

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

露天开采过程中，开采境界的合理确定是关键性的第一步，是矿山后续生产的坚实基础。境界优化是确定露天开采合理境界的一个重要的环节，对露天矿的生产、经营决策至关重要。矿山最终开采境界的设计在方法与手段上经历了3个阶段：手工设计阶段、计算机辅助设计阶段、优化设计阶段。随着计算机科学的发展，矿山露天开采境界的确定也从之前的手工圈定向三维软件智能圈定方向发展，目前常用的三维软件主要有Dimine、3Dmine、whittle、surpac等。文章结合矿山工程具体实际，建立矿山矿床模型，利用3Dmine软件进行境界优化，最终确定矿山露天开采的合理境界，并基于确定的开采境界对矿山的后续开采作出整体规划。

1 工程概况

矿山开采矿种为磷矿，矿山之前未进行过开采。矿区地处云南省昆明市下属区县，交通便利。矿区属中山地貌，一般标高2 100～2 300 m，一般高差200 m，水文地质条件为以大气降水充水的简单类型；工程地质条件为以可溶盐岩、层状碎屑岩类半坚硬—坚硬岩类为主的中等复杂类型；矿区内未发现严重不良地质灾害现象，矿段现状地质环境质量中等。

矿体(层)由上至下，均具有上下贫、中间富的空间结构规律，矿体浅部沿走向连续、稳定。矿体(层)露头总体由北东向南西呈带状绕山分布，为向南东倾斜和延伸的单斜构造。矿层厚度为0.26～13.04 m，平均厚度4.74 m，倾角9°～20°，一般13°。

矿体顶板为含磷白云岩，底板为灰、灰白色中至厚层状细晶至隐晶白云岩、硅质白云岩。

2 境界优化基础模型建立

2.1 矿体模型建立

依据矿山提供的地质报告，利用3Dmine软件对勘探线剖面进行转坐标处理，建立矿体模型，具体见图1。

2.2 地表模型建立

依据地质报告提供的现状地形，利用3Dmine软件对地形线进行赋高程处理，生成矿山现状地形模型，具体见图2。

2.3 块体模型建立

根据已建立的矿体模型和现状地表模型创建矿山地质矿床块体模型，并针对建立的块体模型赋矿岩类型、矿岩体重、矿石品级、资源储量类别、矿石品位等属性，建立的块体模型，见图3。

3 露天开采境界确定

3.1 境界优化

3DMine采用最大流最小割原理，优化露天开采境界，该方法经过严格的数学推导，具有数学严谨性，其本质与L-G图论法和线性规划法一致，但算法时间复杂度简单，效率更优。由于矿山一直没有进行过开采，该次境界优化主要是依据矿山提供的类似矿山相关技术经济参数进行，根据3Dmine软件中境界优化的5个步骤，调入建立好的块体模型，依次输入相应参数，最终确定矿山露天开采的优化参考境界。具体的优化参数见表1。

表1 该次境界优化的参数表

表2 境界优化的嵌套坑

根据境界剥采比不大于经济合理剥采比(8.61 m3/t)，确定矿山开采的最优境界为pit5，确定的优化参考境界见图4。

优化的参考境界内矿石量1 257.77万 t，剥离废石量7 227.63万 m3，剥采比5.75 m3/t。

3.2 最终境界确定

根据上述过程确定的优化境界，结合露天境界圈定原则：

(1)以矿权范围为基准圈定开采境界；

(2)境界剥采比小于经济合理剥采比(经济合理剥采比8.61 m3/t)；

(3)在矿区范围之内，在合理边坡控制参数、安全条件下，尽可能扩大露天开采境界以便多采出矿石，充分发挥露天开采安全、作业条件好、劳动生产率高的优势。

同时根据矿山开拓运输线路布置、台阶参数等，在3Dmine软件中圈定该矿山最终开采境界模型。

台阶高度：其取值受挖掘机工作参数、矿体赋存状况等因素的限制，按矿山设备配备要求，矿山装载设备主要采用沃尔沃EC700(4.5 m3)和PC400(2.0 m3)挖掘机，其最大挖掘高度分别为11.50 m和10.92 m，平装车时对于不需要爆破的软岩，其阶段高度一般≤挖掘机的最大挖掘高度；对于需要爆破的矿岩，其阶段高度≤挖掘机最大挖掘高度的1.5倍，该矿山顶板白云岩强风化后多呈土状或粘土状，相应的稳定性亦变差，矿山开采时部分岩石不需进行爆破，可以直接进行挖运，因此结合矿岩石性质和矿山现有的设备，确定露天采场阶段高度为10 m。

表3 经济合理剥采比计算表(价格法)

终了台阶坡面角：矿区以坚硬、半坚硬岩层为主，矿段地层产状较缓，矿层及顶底板为磷块岩、白云岩等岩溶化类坚硬岩类，岩层较稳定；地质构造简单，裂隙发育，局部地段底板岩层岩溶发育；考虑到矿山的地质状况，并参照同类型矿山生产实践，确定台阶坡面角为60°。

安全平台宽度 5 m

清扫平台 7 m(每2个安全平

台设置1个清扫平台)

露天采场最小底部宽度 20 m

采场最终边坡角 矿体底板倾角～42°

依据所确定的露天采场边坡参数圈定的终了境界由北自南分为6个采坑，分别为1#～6#坑，6个露天采坑内采出矿石量1 132.87 万t(考虑333类别资源量打折系数0.7)，平均品位P2O522.98 %，剥离废石量7 651.92万 m3，平均剥采比6.75 m3/t，终了境界模型见图5。

针对矿山终了境界分布状况，采用多采坑统筹协调开采的方式有序回采矿石资源，同时利用前序开采结束采坑的采空区作为后续开采采坑剥离废石的排土场，减少占地，降低露天开采对周边环境的影响。

依据圈定的终了境界内矿岩量，结合矿山采矿证规模，确定矿山开采规模为100万 t/a原矿，矿山露天开采基建期1 a，生产服务期12 a。由于矿山生产期内有多个采坑同时开采，采用公路+汽车运输的灵活开拓运输方式。

矿山采用长壁式采剥工艺和缓帮采剥工艺，矿岩经爆破后采用2 m3、4.5 m3和5 m3的液压铲铲装，利用载重为18 t的矿用自卸式汽车(运矿)和39 t的沃尔沃铰卡(运废)进行运输，废石运输至矿山排土场堆排，采出矿石分擦洗矿和浮选矿，擦洗矿运输至企业擦洗厂，浮选矿运输至浮选厂。

4 结 语

(1)结合矿山工程实际，从矿山提供的地质资料入手，利用3Dmine矿业软件建立了矿山的矿床地质模型，为矿山今后在不同的经济环境下合理确定露天开采境界打下坚实基础；

(2)基于建立的矿床地质模型，结合相应的开采技术经济条件对露天开采境界进行了优化，得出了该矿山露天开采的优化参考境界；

(3)参考优化的境界结果，依据露天境界圈定原则，结合确定的露天采场边坡参数和开拓运输道路布置，在3Dmine软件中圈定了该矿山露天开采的终了境界，并对所圈定的境界的矿岩进行了分析；

(4)根据确定的最终境界对矿山后续开采所采用的开拓运输方式、采掘运输设备、采剥工艺、产品方案以及矿山露天开采服务年限等做出规划。