地浸开采资源储量四维动态评价系统在某铀矿山的应用

2021-05-24霍晨琛肖诗伟张丽丽刘晓明

铀矿冶 2021年2期

霍晨琛，肖诗伟，张丽丽，刘晓明

(中核矿业科技集团有限公司，北京 101149)

资源可视化建模与评价技术是数字矿山建设的基础，为数字矿山建设提供基础平台[1]。实现这一功能的国外数字矿山软件主要有Micromine、SURPAC、Datamine等，国内研发的数字矿山软件有DIMINE、3DMine[2]。各数字矿山软件均可通过对矿山地质数据的获取、输入与管理，实现三维可视化、储量估算和计划编制；但上述软件未针对国内地浸铀矿山特点开发相应功能模块，如资源储量动态管理、过滤器快速识别布置和抽注单元经济评价等。

地浸开采资源储量四维动态评价系统(以下简称RDS系统)由中核第四研究设计工程有限公司自主研发，是针对地浸铀矿山建设的3D数字化软件。RDS系统基于BeeGo系统框架和Go语言开发，其中数据存储采用非关系型数据库(MongoDB数据库)，三维模型利用WebGL技术。该软件可满足国内地浸铀矿山的地质数据和生产数据存储、资源模型构建、资源储量动态管理、主要技术指标测算、经济评价和采掘技术计划编制、钻孔建造和出图等，还可根据用户的特定需求进行二次开发。在资源储量动态管理方面，有别于其他软件依赖大量文件存储数据，再手动计算进行储量管理的“静态”三维方式；RDS系统采用数据库存储模型和储量数据，自动进行储量管理，真正实现了资源储量四维动态管理。本研究以地浸铀矿山为例，开展RDS系统在资源储量动态管理、过滤器布置和技术指标测算等方面的应用与实践。

1 矿床概况

矿床位于二连盆地马尼特坳陷西部的塔北次级凹陷西段。铀矿体产于下白垩统赛汉组上段，含矿岩性以灰色砂质砾岩及细砂岩为主，局部为中粗砂岩和粗砂岩。矿床受潜水-层间氧化带控制，矿体主要以板状和卷状为主。矿体长约8.8 km、宽为100～800 m，面积约2.8 km2，由西向东倾伏，产状平缓，倾角小于2°。勘探区矿体顶板埋深为96.86～138.52 m，平均厚度为7.11 m，平均铀品位为0.016 2%，平均平米铀量为2.34 kgU/m2。从2002年至今，该矿床经历了综合调查研究、区域评价、预查、普查、详查、地浸试验及开发利用等阶段，目前生产钻孔布置型式主要为五点型。

2 资源储量估算及动态管理

2.1 三维矿体模型

在地质数据库基础上，按照地质解释原则构建三维矿体可视化模型。该三维矿体模型可以表示矿体的空间形态及其动态变化、产状和品位分布等信息，是进行资源储量估算及动态管理、矿山生产设计和开采计划制定等工作的基础[3]。

以RDS系统为平台，搜集整理矿床详查、勘探以及部分生产阶段的钻孔坐标、测斜数据、样品数据和岩性数据，并将相关数据导入数据库模块，在建模模块的三维空间中显示钻孔位置、轨迹和样段信息。地质剖面是构建三维矿体模型的依据，利用剖面线法，依次进行创建剖面、矿体圈定、构建实体模型、自定义属性，构建的铀矿床详查阶段三维矿体模型如图1所示。详查阶段基本工程间距为200 m×(100～50)m，共设置139个钻孔。从图1中可以直观地看到矿体平面呈带状延伸的特点。

图1 铀矿床详查阶段矿体模型

勘探阶段在详查阶段的基础上增加了41个钻孔，基本工程间距为100 m×(100～50)m；根据钻孔样段信息对钻孔加密区的矿体进行了重新圈定，得到勘探阶段矿体模型，如图2所示。

勘探结束后，由于工程控制网度增加，掌握的矿体地质信息更加详实；与详查阶段相比，矿体形态发生了较大变化。矿床开始生产后，采区陆续开采，在系统中建立了新增钻孔数据库，并对新增钻孔的采区进行矿体重新圈定，矿体形态随钻孔工程的增加发生了较大变化，如图3所示。

图2 铀矿床勘探阶段矿体模型

图3 铀矿床2016年生产阶段矿体模型

2.2 资源储量动态管理

随着对矿床持续的勘探和开采，矿床的开采量和保有资源量处于变动状态，这会对矿山企业的生产和经济效益产生直接影响。矿产资源储量动态管理可适时、准确掌握矿山资源储量保有、变化情况及变化原因，进而促进矿山资源储量的有效保护和合理利用[4]。

以矿床的Ι-2-5矿体为例，应用RDS系统对其进行资源储量动态管理，详查阶段、勘探阶段和开拓阶段(2014年)块段形态如图4所示。2015年Ι-2-5矿体开始开采生产，矿体形态在2014年基础上不再发生变化。在RDS系统只需更新不同时间(或阶段)矿体或块段模型，估算资源储量；系统将自动完成资源储量动态变化的管理，实现四维可视化动态管理，资源储量动态变化统计见表1。

图4 矿床Ι-2-5矿体详查、勘探和开拓阶段的形态变化

表1 矿床Ι-2-5矿体资源变化统计

RDS系统中的保有资源储量动态管理模块把三维矿体模型、资源储量估算和储量平衡分析结合起来，可快速准确地实现对采区、矿体或块段的期初保有量、期初累计量、开采量、损失量、勘探增减量、重算增减量、期末保有量和期末累计量的动态管理，有助于矿山企业掌握一定时期的资源储量利用和消耗情况。

3 过滤器布置

过滤器的合理布置对地浸采铀起着至关重要的作用[5]。中国地浸采铀钻孔结构多为填砾式，过滤器正对主矿层安装，过滤器长度一般与矿层厚度相当。但近年来中国砂岩型铀矿床的含矿含水层较厚、铀品位较低，多层矿体、矿层赋存位置变化较大，部分矿层存在多层泥粉质夹层；尤其是矿体呈多层不连续状产出，致使过滤器空间配置较为困难，易造成过滤器安装错位，导致在矿石浸出时浸出剂渗流复杂，资源利用率低[6]。

针对多层矿体过滤器空间配置较为困难问题，RDS系统能够根据构建的矿体模型，在系统中按照一定的井型和井距进行钻孔自动布置，如图5所示。根据拟布置过滤器钻孔画任意一条勘探线，拟布置过滤器钻孔及其相邻钻孔的矿层信息同步显示，系统中显示包含勘探线的平面与矿体的交线，可以直观地获取钻孔揭露的矿层厚度及生产钻孔与相邻钻孔矿层位置关系，快速确定过滤器位置，得到过滤器长度，如图6所示。

图5 钻孔平面布置图

图6 部分钻孔过滤器布置示意图

4 主要技术指标测算与经济评价

为降低矿山生产成本和提高效益，为后续生产选择经济可采的矿体或资源量，地浸铀矿山应开展生产矿山的技术经济评价工作。RDS系统在资源储量动态管理的基础上，可以通过铀金属价格和生产成本等数据，采用成本法测算铀浓度；根据测算结果可以对未开采的矿体或块段以及已开采的抽注单元进行经济评价，并将经济评价结果和三维矿体模型进行关联。本研究着重阐述对已开采抽注单元的铀浓度测算与经济评价。

对矿床的某一块段进行铀浓度测算，该矿床2017年主要原材料与动力消耗指标见表2，人工成本见表3。影响该生产状态下技术经济评价的经济因素主要是铀金属价格、原材料价格、燃料动力费、维简费、安全生产措施费、折旧费、管理费、研究开发费等，相关税费按每m3浸出液的费用计，主要费用指标见表4。根据企业实际情况，将成本分为直接生产成本、经营成本和全成本，其中，直接生产成本为井场和水冶厂直接材料、动力费及直接生产人员人工费；经营成本是在直接生产成本的基础上，增加了厂队管理人员成本、其他直接支出、维简费、修理费、安全生产措施费和其他制造费用；全成本为公司全部成本，即在经营成本基础上，增加了公司管理人员成本、折旧费、研发费和其他管理费用。

表2 2017年主要原材料与动力消耗指标

表3 人工成本指标

表4 主要费用指标及参数

根据直接生产成本、经营成本和全成本测算的铀质量浓度，分别为边界铀浓度和边际铀浓度和经济铀浓度。其中，边界铀浓度是判断抽液孔是否继续抽液的指标；边际铀浓度是判断抽液孔抽出溶液是否能支撑厂队正常运行的指标，单孔抽液铀浓度大于边际铀浓度，则该抽液孔可支撑厂队正常运行；经济铀浓度则用来判断抽液孔抽出溶液是否能支撑企业正常运行。

铀浓度测算公式[7]：

其中：N0—浸出液铀质量浓度，mg/L；Su′—浸出液成本，元/m3；Z提—铀提取费用，元/tU；εu—水冶厂回收率，%。

铀提取费用按照收购价，水冶厂回收率按照97%计，原材料价格、燃料动力价格和人员工资为推测数据。依据铀浓度测算公式，可获得测算的评价指标，见表5。根据正在开采的矿体块段或抽注单元经济性判断条件[8]，当抽液孔铀质量浓度低于5.1 mg/L时，在不考虑其他因素影响的条件下，此抽液孔应停止开采。经济评价完成后，在RDS系统中可直接导出抽液孔测算结果(表6)。可以看出，此块段所有钻孔铀浓度均大于边界铀浓度，因此，所有钻孔均可继续生产。