礦體模型在富家塢境界優(yōu)化中的應(yīng)用

王 華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

礦體模型在富家塢境界優(yōu)化中的應(yīng)用

王 華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

以Mine Sight礦業(yè)軟件為平臺(tái)，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和方法，建立德興銅礦富家塢礦區(qū)的礦體模型，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化開采境界和估算礦石儲(chǔ)量，從而實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)決策的科學(xué)化，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

Mine Sight軟件;礦體模型;地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué);境界優(yōu)化

國外礦山的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，礦山企業(yè)效益的80%在于礦山規(guī)劃工作［1］。隨著科學(xué)的發(fā)展，尤其是礦體建模技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外大中型露天礦的開采境界由過去的“相對(duì)固定”逐漸變成“隨行就市”，即隨著礦產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格和礦山經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件變化，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化開采境界，以達(dá)到有效提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的［2］。

礦體模型是礦床屬性在空間分布上的數(shù)字描述，基于礦體模型，可以直觀、迅速完成礦床儲(chǔ)量估算和品位估值，是礦床境界優(yōu)化等一系列礦山生產(chǎn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)［3］。

1 礦區(qū)概況

富家塢礦區(qū)位于贛東北懷玉山脈官帽山支脈的東南麓，為突起較高的丘陵地帶。礦床的工業(yè)類型為細(xì)脈浸染型斑巖銅鉬礦床，主要金屬礦物為黃銅礦、黃鐵礦、輝鉬礦、褐鐵礦，礦石易采易選。主礦體呈厚大的筒狀礦環(huán)，圍繞花崗閃長巖內(nèi)、外接觸帶分布，中部無礦核心為花崗閃長巖體，產(chǎn)狀隨巖體向北西傾伏。

該礦床為第I勘探類型。勘探手段以鉆探為主，采用140 m×140 m網(wǎng)度探求C級(jí)儲(chǔ)量，在礦體邊緣較復(fù)雜地段，適當(dāng)加密了工程，礦區(qū)250 m標(biāo)高以上，采用140 m×70 m網(wǎng)度探求B級(jí)儲(chǔ)量，對(duì)礦體深部以280 m×(140～280)m稀疏工程控制D級(jí)儲(chǔ)量。勘探程度基本能滿足礦床開采需要。

礦床礦體和圍巖均由蝕變千枚巖和花崗閃長斑巖組成，礦巖硬度大、穩(wěn)定性較好［4］，礦區(qū)斷裂、裂隙構(gòu)造發(fā)育，工程地質(zhì)復(fù)雜程度中等。礦區(qū)氣候?qū)俪睗穸嘤隁夂蝾愋停浇鼪]有大的地表水體，自然地形有利于自然排水。富家塢礦區(qū)東南部接觸帶構(gòu)造破壞較強(qiáng)烈，巖石風(fēng)化作用強(qiáng)，含水層的厚度和透水性較強(qiáng)。在侵蝕基準(zhǔn)面以下，變質(zhì)巖系孔隙度小，透水性差。礦床主要充水因素為大氣降水，其次是構(gòu)造裂隙含水帶。礦區(qū)目前已形成1.5×104t/d采出礦能力，最終擬建設(shè)成4.5×104t/d的規(guī)模。

2 礦區(qū)地形及礦體特征

2.1 地形地貌特征

礦區(qū)處于構(gòu)造剝蝕山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，山勢(shì)陡峻。地勢(shì)總體西北高東南低，礦區(qū)最高點(diǎn)位于西北部官帽山，海拔650 m，礦體賦存于官帽山主峰東南側(cè)的盆地中，四面環(huán)山，盆地往東南方向是一條山溝，最低海拔160 m，最大高差達(dá)490 m。一般山坡自然坡度在40°到44°之間。

2.2 礦體賦存特征

富家塢礦床屬典型斑巖銅鉬礦床，該礦床規(guī)模巨大，礦體形態(tài)簡單，產(chǎn)狀穩(wěn)定，品位均勻，礦化連續(xù)性好。礦體走向長1100 m，上半環(huán)延深950 m，下半環(huán)延深650 m。礦體厚度150～400 m。上半環(huán)傾角較緩，為25°，下半環(huán)傾角較陡，為46°，基礎(chǔ)儲(chǔ)量分布的最高標(biāo)高為425 m，最低標(biāo)高為－325 m。礦體淺部部分出露地表，適合于露天開采。

礦體西部較東部厚大，上部礦環(huán)較下部礦環(huán)厚大。礦體中夾石不多，表現(xiàn)為零星細(xì)小的夾石。礦環(huán)中空心部位和礦體外側(cè)存在一定厚度的表外礦。礦體主要產(chǎn)出于外接觸帶，一般品位較高。正接觸帶及稍偏外側(cè)銅、鉬較富，離開接觸帶，鉬品位明顯降低。銅、鉬的高品位帶大致與巖體接觸帶、斷裂帶和層間裂隙帶相一致，呈條帶狀展布。礦化垂直分帶明顯，銅上富下貧、鉬上貧下富。100 m標(biāo)高以下鉬礦化有增強(qiáng)趨勢(shì)。

3 礦體建模

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

Mine Sight礦業(yè)軟件是國際上通行的礦山規(guī)劃與設(shè)計(jì)軟件之一，目前已被世界上多家礦山所采用［4］。本次建模利用已有的富家塢礦區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔數(shù)據(jù)，根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析原理建立礦體模型，用克里格法估算礦區(qū)儲(chǔ)量［5］。該軟件建立礦體模型需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料有3類。

(1)鉆孔數(shù)據(jù)。本次建模采用的鉆孔數(shù)據(jù)為已有的地質(zhì)勘探鉆孔數(shù)據(jù)，共有120個(gè)有效鉆孔，19734個(gè)化驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，包括銅和鉬樣品化驗(yàn)品位，品位值未知時(shí)，按軟件要求賦值為－1表示。共有1066個(gè)測(cè)斜數(shù)據(jù)，角度值單位為度，傾角正值表示鉆孔向上，反之，負(fù)值表示鉆孔向下。共有2923個(gè)樣品巖性數(shù)據(jù)。按地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論要求，對(duì)樣品進(jìn)行組合計(jì)算處理，按一定的樣長進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。本次建模由軟件自動(dòng)計(jì)算3 m組合樣，并用礦化域?qū)嶓w進(jìn)行代碼賦值，形成鉆孔三維視圖。

表1 鉆孔組合樣品位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(2)地形地表數(shù)據(jù)。本次建模使用富家塢礦區(qū)2006年3月末的現(xiàn)狀地表數(shù)據(jù)，并按軟件要求進(jìn)行規(guī)范化，轉(zhuǎn)換成真三維數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)入軟件中生成三維地表模型。

(3)其他指標(biāo)數(shù)據(jù)。富家塢建模礦石體重取值2.72 t/m3，廢石體重取值 2.65 t/m3。模型范圍由礦床開采實(shí)際區(qū)域而定。

3.2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是目前礦業(yè)界先進(jìn)的一種地質(zhì)研究方法。該理論以區(qū)域化變量為基礎(chǔ)，借助變異函數(shù)表征區(qū)域化變量空間的變異性，它既考慮到地質(zhì)變量的隨機(jī)性，同時(shí)也充分反映了它們的空間相關(guān)性。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)能提供在無偏條件下達(dá)到估計(jì)方差的極小估計(jì)值，因此具有傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法所無可比擬的優(yōu)越性。

(1)礦區(qū)銅、鉬品位的分布特征。富家塢礦床除了主要元素銅以外，還伴生有豐富的鉬元素，根據(jù)變量在空間的變化性，對(duì)已有的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算數(shù)據(jù)特征值和分布規(guī)律，結(jié)果表明，銅和鉬樣品品位值呈近似的對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

(2)變異函數(shù)擬合。銅、鉬品位變異函數(shù)按以下公式計(jì)算:

式中，N(h)為滯后距為h時(shí)參加實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)計(jì)算的樣品個(gè)數(shù);h為滯后距;Z為區(qū)域化變量在空間點(diǎn)上的品位值。

用軟件進(jìn)行各主要方向的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算處理，選定變異函數(shù)參數(shù)值，見表2。

表2 擬合變異函數(shù)參數(shù)

然后根據(jù)選定的變異函數(shù)參數(shù)值，用點(diǎn)克立格程序?qū)ζ肺荒Ｐ蛥?shù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，結(jié)果見表3。驗(yàn)證結(jié)果的分析表明，所選定的參數(shù)是合適的，估值與實(shí)際值誤差小。

表3 交叉驗(yàn)證結(jié)果

3.3 礦體模型建立

(1)臺(tái)階礦體的圈定。根據(jù)富家塢礦床礦體形態(tài)單一、規(guī)模大的特點(diǎn)，收集已有的模型礦化域結(jié)果，已有0.1%Cu和0.2%Cu的兩類礦化域分層線(+410～－265 m)可用于地質(zhì)模型的建立。用分層線直接對(duì)模型塊段賦值，再由模型生成礦化域三維實(shí)體，見圖1。

圖1 礦化域0.1%Cu三維實(shí)體

(2)克立格法模型估值。估值計(jì)算是為了在計(jì)算礦量前對(duì)模型礦塊品位進(jìn)行計(jì)算，克立格法能實(shí)現(xiàn)對(duì)待估塊段礦石品位和礦床儲(chǔ)量的精確計(jì)算，因此采用克立格法對(duì)模型估值。考慮到電鏟作業(yè)效率和勘探網(wǎng)度，被估塊段的尺寸確定為15 m×15 m×15 m。按照規(guī)定的模型范圍，按照選定的變異函數(shù)參數(shù)，設(shè)置軟件的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行模型塊段的對(duì)數(shù)克立格計(jì)算。估值參數(shù)如下:估值樣品數(shù)最多為10個(gè)，最少為1個(gè);礦體總傾向?yàn)?18°，傾角為40°;樣品搜索半徑按變程參數(shù)來設(shè)定;用0.1%Cu的礦化域來限定待估塊段和樣品。

(3)建模效果。基于建成的礦體模型，計(jì)算得出的邊際品位與礦量、平均品位分布曲線見圖2。模型的儲(chǔ)量結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告中按邊界品位(Cu)0.2%、工業(yè)品位(Cu)0.4%計(jì)算的主礦體銅表內(nèi)儲(chǔ)量及設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)儲(chǔ)量相比較，相差不大，說明地質(zhì)模型與設(shè)計(jì)的地質(zhì)儲(chǔ)量在境界范圍內(nèi)總體上是一致的。

圖2 邊際品位與礦量、平均品位分布曲線

4 開采境界優(yōu)化

首先，研究選定相關(guān)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如采礦損失貧化率、選冶回收率、采選冶成本、金屬市場(chǎng)價(jià)格，然后，根據(jù)已建立的地質(zhì)模型，按照選定的參數(shù)，應(yīng)用LG法進(jìn)行礦區(qū)開采境界優(yōu)化。軟件是按由低到高的價(jià)格，生成一系列的分期境界，再進(jìn)一步的進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，確定最優(yōu)開采境界。本次共優(yōu)化出31個(gè)開采境界，優(yōu)化境界、礦巖量和平均品位的關(guān)系見圖3。

圖3 優(yōu)化境界、礦巖量和平均品位關(guān)系

經(jīng)計(jì)算分析，第18號(hào)優(yōu)化境界和ENFI設(shè)計(jì)的最終境界相符合，但其相對(duì)應(yīng)的銅價(jià)為30000元/t，而按25000元/t的銅價(jià)分析，最優(yōu)境界為14號(hào)境界。

按分期開采設(shè)計(jì)，可選第4號(hào)境界為首期開采境界。平均剝采比為1.05 t/t，平均地質(zhì)品位 Cu 0.518%，Mo 0.033%，可獲得更佳經(jīng)濟(jì)效益，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

按ENFI設(shè)計(jì)的參數(shù)，經(jīng)計(jì)算分析，得出的最優(yōu)境界是17號(hào)境界，與設(shè)計(jì)最終境界大致相同，若選30000元/t銅價(jià)時(shí)，最優(yōu)境界為18號(hào)境界，說明價(jià)格和成本的選取對(duì)開采境界影響較大，礦山在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)按市場(chǎng)變化及時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整開采境界。

在選定的優(yōu)化境界基礎(chǔ)上，選取露天坑的道路、平臺(tái)、最終邊坡角等參數(shù)，用Mine Sight軟件進(jìn)行露天坑設(shè)計(jì)。優(yōu)化的開采境界為:開采最高標(biāo)高620 m，最低標(biāo)高－145 m，封閉圈標(biāo)高170 m，露天開采境界上口尺寸為1740 m×1690 m，下口尺寸為400 m×110 m。開采境界內(nèi)礦巖總量為128909×104t，其中:礦石41613×104t，平均地質(zhì)品位Cu 0.509%，Mo 0.031%;廢石 87293×104t;平均剝采比 2.10 t/t。比原設(shè)計(jì)開采境界平均剝采比小0.3 t/t。

5 結(jié)論

(1)利用礦體模型進(jìn)行露天開采境界優(yōu)化和估算資源量，可獲得最優(yōu)化的開采境界，優(yōu)化礦山資源的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化。

(2)利用礦體模型對(duì)特大型露天礦山實(shí)行分期陡幫開采規(guī)劃，可均衡礦山剝采比，減少前期投資，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)。

(3)使用礦業(yè)軟件建立礦體模型，為特大型露天礦山優(yōu)化開采境界、開展中長期規(guī)劃提供了極大便利，礦山在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)市場(chǎng)情況動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整開采境界。

［1］ 高 祥.應(yīng)用Mine Sight軟件優(yōu)化露天礦山開采規(guī)劃與設(shè)計(jì)［J］.礦冶，2000，9(2):10－14.

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［6］ 侯景儒，等.實(shí)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998.

2011－06－10)

王 華(1973－)，男，江西會(huì)昌人，工程碩士，工程師，主要從事采礦技術(shù)管理工作，Email:wanghwua@126.com。