3Dmine在南非高铁锰矿项目资源储量估算的应用

玉皇?廖健翔

摘 要：采矿技术不断发展，已经迎来了新的革新，可以利用矿业工程软件建立三维模型，从而进行不同工业指标下资源储量的估算，也为矿山采矿设计和技术经济评价提供了数据支持。以南非共和国北开普省某矿区锰矿为例，基于3Dmine软件进行储量的计算工序。

关键词：锰矿；3Dmine；资源储量估算

APPLICATION OF 3DMINE IN RESOURCE RESERVE ESTIMATION FOR HIGH-IRON MANGANESE ORE PROJECTS IN SOUTH AFRICA

Yu Huang Liao Jianxiang

（Guangxi Manganese and Manganese Industry Group Co.， Ltd. Nanning530031， China）

Abstract：With the continuous development of mining technology， new innovation has been ushered in， and mining engineering software can be used to establish three-dimensional models to estimate resource reserves under different industrial indicators， and also provide data support for mine mining design and technical economic evaluation. This paper takes manganese ore in a mining area in the Northern Cape Province of the Republic of South Africa as an example， and uses 3Dmine software to calculate the reserves.

Key words：manganese ore; 3Dmine; resource reserve estimation

0 引 言

三維地质建模概念最早由加拿大Simon Houlding于1993年提出，主要指运用计算机软件，在三维条件下将多种工具结合起来用于地质研究的一门技术[1]。它通过汇集各种地质信息的解释结果，还原地质现象的三维特征本质，建立可视化信息数据模型，为矿山后续开发设计及技术经济评价提供数推支撑[2]。

采矿是一个关键的产业，为人类提供建筑材料、能源和其他重要资源。露天采矿是其中一种常见的开采方法，它通常是指从地表或较大深度提取矿物和其他材料的方法。这种方法以其成本效益和提取大量材料的能力而广泛使用。

此次三维地质建模工作基于3Dmine软件，通过导入处理后的无人机实测矿区地形数据，建立三维地表模型，通过建立矿区化学分析测试数据（及）钻孔数据库，为剖面创建提供了数据基础[3]通过确定开采边界及开采边坡角，圈定勘查线剖面上矿体空间边界，利用边坡线及地表工程控制，在部面上确定不同资源量类别范围，并形成闭合曲线，通过确定勘查线之间矿体对应关系，建立矿体的实体模型，建立实体模型，根据其空间展布形态及大小，建立块体模型；通过对块体及次级块体赋值，从而能够对矿床资源量进行精确估算[4]。

本文基于南非某矿山项目进行储量估算，该矿区位于南非北西部北开普省，属于北开普省波斯特马斯堡地区管辖。地理坐标：东经22°59′33″～23°01′53″，南纬27°59′59″～28°03′38″。区内交通便利。

本文主要使用3Dmine分析露天采矿过程，3Dmine是一种可以在虚拟环境中模拟采矿过程的软件。我们将使用此软件创建一个矿区的3D模型，并模拟整个露天采矿过程。我们还将研究采矿过程对环境的影响，以及如何最大限度地减少这种影响。

1 露天采矿方法

露天采矿是指从地表或较大深度提取矿物和其他材料的方法。它与地下采矿相比，成本更低，提取量更高，但同时也存在一些环境和社会问题。

露天采矿通常包括以下步骤：

1）地质勘探：在采矿开始之前，需要进行地质勘探，确定矿区的位置和规模。

2）设计矿区：基于地质勘探数据，设计矿区的3D模型，包括矿床的位置和结构，以及采矿过程中使用的各种设备和结构。

3）挖掘：使用挖掘机等设备从地表或较大深度开始挖掘矿石。

4）运输：将挖出的矿石通过卡车或输送带运输到加工厂或贮存区。

5）加工：矿石需要进行加工才能得到所需的矿物质。加工过程通常包括破碎、磨细和浓缩。

6）处理废料：采矿过程产生大量废料，需要进行处理，以避免对周围环境的影响。

2 3Dmine软件分析

3Dmine是一种强大的软件，允许我们创建矿区的3D模型并模拟采矿过程。在本研究中，我们使用该软件创建了一个矿区的3D模型，并模拟了整个露天采矿过程。

模拟的过程包括以下步骤：

1）根据已知勘测资料，确立南非矿山采矿权范围，并在范围内进行加密钻孔设计。

2）化验钻孔后获取钻孔信息，整理收入至数据库中。

3）由3Dmine根据所统计的数据库形成钻孔，再圈定目标品位。

4） 在所设置的勘探线上根据钻孔形成剖面图，连接剖面图形成实体模型。

5）创建块体模型并将模型赋值；通过露天境界优化功能形成最终境界的实体模型。

6）最后通过露天中长期计划进行采剥计划。

实际模拟过程如图1所示。

3 储量估算

为了保护矿山的商业机密，本文所涉及的数据均为虚拟数据。

该项目历时三个多月，钻探范围面积约为4 km2，一共完成钻孔300个冲击潜孔钻，进深5 000 m，取样、化验样品800个，有矿化的钻孔为198个，钻孔矿化率66%；矿化厚度5 m以上有150个钻孔占所有钻孔的50%；矿化厚度10 m以上的钻孔有60个占所有钻孔的20%。

4 露天最终开采境界的确定及采剥计划的生成

露天境界优化方法从严格的数学方法来看主要有动态规划法、图论法、整数线型规划法、网络流法；从经验和直观判断有启发法、手工法、浮动圆锥法。

3Dmine软件露天境界优化功能采用的方式是基于图论法的LG法（Lerchs-Grossman法）。LG法主要是将矿体赋值量化成不同的块，开采不同的块有不同的顺序，每个块也有不同的价值，开采时会形成有向图，最后通过计算找出权重之和最大的一个闭包，来实现境界优化功能。

3Dmine软件进行境界优化的原理是最大流最小割，求出最大闭包。最大流最小割定理是在任何网络中最大流的流量等于最小割的容量。

3Dmine软件境界优化设置与经济模型、采矿成本、境界边坡、开采约束、成果输出有关。根据矿体的实体模型赋值而成的块体模型，在对矿体价值、采矿成本、岩石开采成本、复垦成本、附加运输费用、露天境界坡度、开采的原始地表、输出块的大小进行约束后，可运行得到台阶数量、体积、矿石量、岩石量、采剥比和总价值并生成矿山的最优露天境界实体模型。

露天境界优化数值参数设置如图2所示。3Dmine境界优化报告如图3所示。最终开采境界实体模型如图4所示。

使用中长期计划功能，约束完地表模型和最终开采境界模型，带入矿体和岩石类型及其比重，可以得到排产模型（如图5所示），之后进行采剥计划即可。

在使用中长期计划中的回采功能（闭合线回采、划线回采、单个块回采）可以进行采剥工作的模拟，之后生成中长期排产报告，如图6所示。

5 建 议

本项目基于矿山实际，进行了矿山资源储量估算，能够为矿山工作人员在生产中降本增效提供数据上的支持。3Dmine矿业工程软件中的资源储量估算功能，通过了国土资源部评审中心的认定，具有科学理论支持的估算功能，能够为高效节约地发挥出矿山最大价值提供理论基础和现实方法。同时，也能够保证不同部门间沟通工作更加顺利，使现场实际工作中的人力、财力、机械能够得到合理调配，为企业降本增效提供一条有益的新途径。

此外，对公司采矿技术人员进行3Dmine矿业工程软件集中培训学习，可以提高员工工作效率，争取矿山开采环节的不断优化。

综上所述，随着我国锰矿石需求不断增加，保有储量不断减少，外加国内锰矿石普遍品位偏低，锰矿石资源短缺形势将不断加剧，急需进行大量进口。南非某矿区锰矿石资源量大，且品位高，埋藏深度浅，易于开采加工。只要通过不断的降本增效，就能够保持较好的收益。

参考文献

[1] 李赵阳，周文文，苗智聪.基于3Dmine的三维地质模型在石灰岩矿资源量估算中的应用探讨[J].资源环境与工程，2021，35（5）：630-634.

[2] 张宝一，尚建嘎，吴鸿敏，等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用[J].地质与勘探，2007（2）：76-81.

[3] 褚娜娜.基于3Dmine软件三维地质模型在陕南汉阴长沟金矿中的应用[D].西安：长安大学，2012.

[4] 张敏，杨阳，邓中飞，等.3Dmine在矿区地勘工作中的应用[J].新疆有色金属，2018，41（6）：17-19.