基于3dmine軟件的某礦境界優化研究

摘要：境界優化是露天礦山設計流程的基礎，它決定了境界內的礦巖量并制約礦山生產規模、投資和服務年限等方面，近年來，隨著計算機技術的飛速發展，國內外大中型露天礦山已由過去的傳統手工法改進為借組計算機的動態優化方法，本文以3dmine軟件系統為平臺，通過分析境界優化所需各類參數的取值，對云南某礦的開采境界進行系統的優化，得到了最優的境界，并計算得到了優化后的礦巖量、剝采比以及經濟合理剝采比的推算，本研究可以為該礦資源合理利用以及今后的露天轉地下開采提供理論依據。

關鍵詞：3dmine軟件；優勢

一、引言

礦山開采境界的確定是露天礦山設計流程的基礎，是設計過程中一項極為重要的工作[1-3]。露天開采境界的確定對整個礦山的生產有重大影響，它決定著境界內的礦巖量，進而制約礦山生產規模及服務年限、基建工程量、基建投資、投產及達產時間、礦山設備選擇、開拓系統布置等方面。

多年以來，實現礦山優化設計一直是采礦工作者所追求的目標，同時也是降低成本，提高礦山企業受益和市場競爭力的重要手段。在過去相當長的一段時間內，國內普遍采用傳統手工方法進行露天礦山的設計及優化，該方法由于工作量大，耗費時間長，因此，很難找到真正意義的上的最優境界，今年來國內外學者針對露天境界優化理論和方法進行了深入的研究，得出了很多有價值的優化計算方法，如動錐法、L-G圖論、動態規劃法、線性規劃法和網絡最大流法等，伴隨著近年來計算機技術的飛速發展，高性能計算機在礦山領域得到了廣泛的應用，國內外大中型露天礦山已將開采境界由過去的傳統手工方法變為借助計算機的動態優化方法，基于新的境界優化的計算方法，相繼的推出大量的礦業軟件，如3DMINE，DATAMINE、SURPAC、MICROMINE、MINESIGHT、DIMINE[4-6]等等，目前己經廣泛的運用于礦床開采評估、設計、計劃和生產管理等方面。本文以3dmine軟件為平臺，通過分析境界優化所需的參數，建立了境界優化所需的塊體模型，對某礦進行了境界的優化研究。

二、露天礦床數字模型的構建

借助三維礦業工程軟件3DMine和計算機平臺來構建露天礦礦床數字模型，該模型可以將整個礦床劃分為規則相同的塊狀體，并應用地質統計學中估值方法對礦床塊狀體的屬性字段估值，實現資源量匯總等方面的應用研究，該模型可為露天礦區實際生產和計算優化提供指導依據與基礎數據[7-8]。

本文根據某露天礦區實際地質資料，借助3DMine軟件進行了礦床數字化建模，并對礦體按塊體進行了品位估值，創建用于境界優化的三維礦床模型，從而實現4采區的境界優化。

三維地質模型的建立通常包括以下內容：建立地質數據庫、實體模型、塊體模型、地形模型等。三維地質建模及可視化流程如圖5.2所示。

（一）地質數據庫的建立

礦山地質數據是礦山資源評估和采礦設計的基礎，也是礦山生產管理的重點。在創建用于境界優化的塊體模型之前，需要根據相應的地質資料建立地質數據庫，該數據庫是境界優化塊體模型的基礎，礦山地質數據一般通過探礦工程運用鉆探或坑探的手段直接向地下取得地質樣品，利用實驗室技術對各種地質樣品進行實驗化驗而得到的。

本文采用的地質資料由該礦提供，比例尺為1：1000，勘探線間隔為100m。鉆孔有98個，共收集有用數據1210組，所建立的鉆孔三維信息圖如圖2所示。

（二）礦體實體模型的建立

本文采用的是基于鉆孔數據和勘探線剖面圖相結合的方法進行三維礦體實體模型的構建，建立的實體模型如圖3所示。

（三）地形模型的建立

本文中利用地形圖，對等高線進行賦值，由線條生成DTM 面，由于地形圖中間位置的地質資料缺少等高線，只有高程點數據，因此中間部分的地標用散點生成等高線，再由等高線生成DTM面（比散點生成的DTM面更為圓滑）。表面建立了之后還可以根據高程著色來顯示地表模型。如圖4。

由于已有地質資料的不足，導致根據地質資料圈出的礦體超出現有地表，如果地表無法完全覆蓋礦體的話，就無法得到正確的露天境界優化結果，因此，利用3Dmine的網格估值法，根據現有地表推算出部分地表，如圖5所示，用于后續的露天境界優化。

（四）塊體模型的建立

建立塊體模型時，要把事先建好的地表模型和礦體模型放在一起建模。

礦體和地表之間的屬性為巖石，因此要先使用地表約和礦體一起約束礦體，把地表以下、礦體以外部分賦巖石的參數。

巖石的容重、品位和類型三個屬性都為定值，可以直接賦值，利用單一賦值功能，直接對塊體進行賦值。

三、境界優化參數選擇

境界優化所需的經濟參數種類繁多，包括礦石售價、各項成本等。因此在做境界優化時，須對各類參數進行分類仔細研究，從而獲得準確的參數。

為了方便境界優化所需參數的研究，將系列境界生成過程的參數分為三大類，即①經濟參數、②幾何參數及③其他所需參數。

（一）幾何參數

根據礦山生產經驗、礦巖性質等，剝離工作臺階坡面角 ：設計取70°，最終邊坡角45°。

（二）經濟參數

考慮到礦石經過選礦后，其價格成本過于復雜，因此，境界圈定的經濟參數主要包括礦石的坑口售價、原礦開采成本和巖石剝離成本。

（三）其他參數

其他參數主要指礦床品位模型、密度、采礦貧化及損失率。

四、露天境界優化

優化后露天坑如圖6所示。

（一）優化結果處理

露天境界優化的結果并不能直接使用，因為優化結果的表面較為粗糙，而且鋸齒較多，因此要根據境界優化結果手動圈露天坑，如圖所示，為根據境界優化的結果手動圈定的露天坑。

報量之后就可以計算新的剝采比，根據礦山提供資料，礦石回收率為97%，貧化率為3%，經過計算剝采比為9.1t/t。

（二）經濟合理剝采比推算

根據表4所示的境界優化結果，采區可采至1990m水平，現在原境界模型的基礎上，采用高程約束的方法，將高程約束取值1980m，得到了原模型采至1980m水平的結果，如表5所示。

將表4和表5的巖石量和礦石量的差值相除，則可得到4采區推進至終了邊坡時的剝采比，考慮礦石回收率為97%，貧化率為3%，該值為12.12 t/t，4.95m3/t。

根據目前礦山提供的經濟合理剝采比的數據，如表6所示。

根據境界優化所得結果，當采區推進至最終邊坡時，通過圈定1990m和1980m的礦石量和廢石量，推算出最終邊坡時的剝采比為4.95 m3/t，由于境界優化時采用的成本為原礦開采成本和坑口的礦石售價，方法屬于單位成本盈利法，通過該方法求得的剝采比，在一定程度上比較接近于單位成本盈利法計算所得的經濟合理剝采比。因此，本次境界優化優化的結果較為準確。

五、結論與建議

（1）3dmine軟件可以方便快捷的進行露天礦的開采設計，通過該軟件的應用，可以準確的獲取最優的開采境界以及巖石量、礦石量、剝采比、總價值等信息，有效的彌補了傳統手工圈定境界的缺點。

（2）當露天礦山邊坡幾何參數，礦石的經濟參數發生變化時，可以在現有采區的開采現狀快速的進行境界的調整，對開采境界進行進一步的優化，為礦山今后的開發和生產計劃的安排提供可靠的依據。

（3）該礦山經過多年的開采，其開采成本隨著開采深度的增加逐漸增大，不久的將來，勢必要考慮露天開采轉為地下開采，通過3dmine軟件的露天境界的計算，其結果對于露天轉地下開采提供了有效的依據，對于礦山的長遠發展具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]陳曉青.金屬礦床露天開釆[M].北京：冶金工業出版社，2010.

[2]任萬古.露天礦坑優化設計L一G方法概述[J]金屬礦山，2002；314 （8）：19-21

[3]ByeAlan.The Development and Appliearionof a 3DGeoreehnieal Model for Mining OPtimisa-tion[J].2005 SME Annual Meeting：Got Mining- PrePrints.2005：651-660

[4]王李管，何昌盛，賈明濤1三維地質體實體建模技術及其在工程中的應用[J]1金屬礦山， 2006（6）： 58-62.

[5]李德，曾慶田，吳東旭，等.基于三維可視化技術的露天礦境界優化研究[J].金屬礦山，2008，（4）： 103-108.

[6]裴元祥.銅廠銅礦三維可視化建模及露天境界優化技術研究[D]：中南大學，2008

[7] 陳憲龍.合理確定剝采比優化露天礦開采境界[J].礦業快報，2001，（2）：10-11.

[8]江家譜.金川三維礦山模型的研究與建立：[D].昆明理工大學：2005；