沙溪銅礦開采盤區布置優化研究

袁睿棟，譚期仁，楊福波

(1.長沙迪邁數碼科技股份有限公司， 湖南 長沙 410083；2.安徽銅冠(廬江)礦業有限公司， 安徽 廬江縣 231500)

沙溪銅礦開采盤區布置優化研究

袁睿棟1，譚期仁1，楊福波2

(1.長沙迪邁數碼科技股份有限公司， 湖南 長沙 410083；2.安徽銅冠(廬江)礦業有限公司， 安徽 廬江縣 231500)

沙溪銅礦是我國典型的低品位斑巖型銅礦床，平均品位為0.53%。按照現有的采礦方法和盤區設計，有一部分高品位礦體位于盤區隔離礦柱中；為盡量將采場布置在高品位區域，提高資源利用率，以鳳臺山礦段首采中段為研究對象，通過盤區方案設計、指標計算與分析，以出礦品位、隔離礦柱損失等指標作為盤區優化衡量指標，對盤區布置進行選優，并得到了最優方案。結果表明：相比原設計方案，盤區采場地質品位由0.42%提高到0.48%，隔離礦柱減少了1308 t金屬量損失，為礦山開采盤區最優布置、提高礦產資源利用率提供了參考依據。

三維模型；盤區布置；地質品位；隔離礦柱

0 引 言

近幾年來，隨著有色金屬價格的下滑，在當前市場和技術條件下，企業面臨著如何保持盈利的迫切需求。對于新建礦山，從設計層面來說，需要快速計算和評判多方案下的地質礦量、出礦量、出礦品位、金屬量、損失量等綜合指標來高效進行采礦設計優化，包括采礦系統布置、盤區(采場)合理布置、首采地段的選擇等[1￣4]。若采取傳統斷面法算量的模式核算上述各項指標，礦體空間形態與品位信息無法準確掌握，只能依靠勘探線剖面信息進行工程位置、采場位置布置等，可優化調整余地小；并且整個計算分析過程效率低、周期長，根本不能滿足快速分析與決策需求。而基于三維可視化的地質資源精確化評價與管理、真三維開采設計和方案優化、多方案快速對比研究等手段為生產技術管理和項目決策提供了快捷、強大的工具和智能支持[5￣6]。

合理的確定開采盤區位置直接影響著盤區內各采場回采方案、開拓采準工程布置等，并對礦山生產組織、生產規模、生產效益產生影響[7￣8]。沙溪銅礦是我國典型的低品位斑巖型銅礦床，平均品位為0.53%，按照現有的采礦方法和盤區結構參數，很大一部分水平隔離沿脈礦柱布置在高品位區域，這將造成高品位資源的浪費。因此，對開采盤區布置進行優化研究，將大大提高資源的利用率，使礦山取得更好的經濟效益，為礦山實際生產盤區布置提供參考依據。

1 三維模型建立

1.1 鉆孔數據庫

鉆孔數據庫承載了礦山地質勘探、生產勘探和生產地質的詳細信息，準確的地質數據庫是進行地質解譯、統計分析、品位推估、儲量計算以及采礦設計的重要基礎。

鉆孔數據信息主要包括孔口坐標、測斜信息、樣品信息、巖性信息，基于這些基礎文件生成地質數據庫，生成時主要內容包括：鉆孔數據信息收集整理、數據重新組合和規范、數據格式轉換、數據校驗和錯誤修改、鉆孔數據庫生成五部分。鉆孔數據庫如圖1所示。

圖1 鉆孔數據庫

1.2 礦體線框模型

建立三維礦床地質模型，實現礦床三維可視化，為品位估值、儲量計算提供三維模型約束，為實現資源的動態管理和合理利用，為采礦方案優化、采礦設計與指標計算等提供依據。

限于沙溪銅礦低品位礦、工業礦礦體形態復雜性，傳統剖面建模方法無法滿足沙溪銅礦復雜礦體的三維精確地質建模要求，針對上述問題對建模方法進行了系統分析和研究，采用了一種新的建模方法—非標準網格法。非標準網格法的總體構模思路為：首先進行平、剖面的一致性處理，以保證所有平、剖面對應，這樣就在空間中形成一系列的單元網格(每個單元網格由2個平、剖面的部分線組成)；隨即對每一個單元網格進行模型構建；最后合并所有單元網格內的模型形成最終地質模型。礦體模型如圖2所示。

圖2 礦體模型

1.3 礦塊模型

礦塊模型是礦床品位推估及儲量計算的基礎，其基本思想是將礦床在三維空間內按照一定的尺寸劃分為眾多的單元塊，然后根據已知的樣品點，通過空間插值方法對整個礦床范圍內的單元塊的品位進行推估，然后在此基礎上進行儲量的計算和統計。為實現地質資源儲量的動態管理、采礦設計指標計算、開采評價等提供數據。

建立的礦塊模型應盡量地反映礦床的主要特征，主要是礦體形態和斷層地質構造，礦體空間形態與地表、工程的關系。

目前，國內外常用的品位估值方法有距離冪反比法、克里格法等。這些方法從數學上看，都是根據單元塊周圍一定范圍(搜索半徑)內的已知樣品點，對該單元塊進行估值。本次在數據特征分析基礎上，采用克里格法進行品位空間插值，插值后的礦塊模型如圖3所示。

圖3 礦塊模型Cu品位分布

2 盤區布置方案優化

礦山開采盤區為礦山開采中一個生產單元，盤區布置合理性直接關系著各采場回采方案、開拓采準工程布置等一系列問題，并會對礦山生產組織、生產規模、生產效益產生影響。所以在礦山設計階段、基建階段非常有必要對盤區布置論證與優化分析。

本研究范圍主要針為沙溪銅礦首采中段(-650～-770 m)，其中出礦水平選擇在-770 m中段，鑿巖水平為-705，-650 m中段。初步設計推薦采用高效率的大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法(局部地段采用中深孔分段空場嗣后充填法；兩種采礦方法所占比例大致為：大直徑深孔85%，中深孔15%)。

首采中段地質賦存特點：鳳臺山首采中段主要由1號礦體和2號礦體組成，如圖4所示。

圖4 首采中段礦體分布

針對首采中段開采，礦山前期委托設計單位根據地質資料開展了盤區布置、采場劃分、首采采場選擇，如圖5所示。

通過數據和模型分析，設計單位設計的2號盤區與3號盤區間的水平隔離沿脈礦柱布置在高品位區域，考慮鳳臺山礦段礦石品位偏低，對高品位礦體要盡可能回采，采場布置優先考慮設置在高品位區域，因此對盤區布置進行優化分析。本研究將在原設計方案內容上進行優化研究。

圖5 首采中段工程布置及盤區、采場劃分

2.1 采礦結構參數

由于沙溪銅礦具有埋藏深、規模大、礦石品位低的特點，所以前期采礦方案研究中為了兼顧考慮沙溪銅礦深井開采面臨的經濟效益和開采安全性之間的尖銳矛盾，提出可供選擇的采礦方案：一是一步驟回采方案，留永久礦柱(盤區間柱和采區間柱)，全尾砂或廢石嗣后充填采場；二是兩步驟回采方案，即第一步驟回采礦柱，采用尾砂膠結充填，第二步驟回采礦房，采用尾砂充填。

根據項目前期科研研究及采場結構參數優化研究結果，推薦鳳臺山礦段主要采礦方案采用一步驟回采方案(見圖6)；具體采場結構參數為：一步驟回采方案，隔離礦柱(盤區間柱)沿走向布置，隔離礦柱之間的距離100 m；階段高度120 m；采場長度80 m；永久礦柱寬度14 m，不予回采；回采礦房寬度40 m。采場系統長軸布置與勘探線方向一致，使采場長軸方向與最大主應力方向呈小角度相交，讓采場處于較好的受力狀態，以利于控制地壓。

圖6 一步驟回采采場結構

2.2 盤區優化原則

(1) 對各個盤區、采場按命名規則進行定義，方便數據統計與分析；

(2) 遵循前期研究結果：盤區布置方位與采場結構參數盤區優化時不變；

(3) 盤區調整按東西方向移動(進風井往副井方向)優化盤區布置，使得高品位礦體資源回采最大化；

(4) 沙溪銅礦品位低，再隔離礦柱回收可能性不高，盤區優化時，隔離礦柱的礦量、品位盡量少；

(5) 方案分析采用綜合指標分析法，綜合指標包括平均品位、隔離礦柱損失、盤區夠品位采場、采場數目等；

(6) 指標分析時，鳳臺山按Cu 0.35%以上進行。

2.3 盤區優化方案設計

以設計單位初步設計方案為基礎進行盤區(礦房、礦柱等)模型的建立，并命名；同時設計了盤區向副井方向偏移5， 10， 20， 30， 40 m，向進風井方向偏移5， 10 m的7個方案。由于篇幅有限，僅列舉兩個方案，如圖7、圖8所示。

圖7 進風井方向偏移10 m盤區布置方案

圖8 副井方向偏移40 m盤區布置方案

3 指標計算與結果分析

3.1 各方案指標計算

根據礦塊模型，完成各盤區布置方案中每個采場、礦柱、隔離礦柱的礦量、品位等指標計算。受篇幅限制，僅列取了一部分計算結果，如表1、表2所示。

3.2 盤區優化結果分析

根據各方案計算結果，選取滿足0.35%及以上出礦品位的礦房和礦柱的數據，利用金屬量、出礦平均品位、礦石量、隔離礦柱損失量及采場個數五個參數進行比較分析，分別如表4、圖9所示。

表1 設計單位方案各采礦單元指標

表2 進10 m方案各采礦單元指標

表4 盤區布置各方案指標

圖9 各方案指標分析折線圖

對方案設計與計算指標數據進行綜合分析得出：

(1) 方案設計中暫以原設計布置的3個盤區進行分析，方案副20、副30、副40均可以再新增一個盤區，回采2號礦高品位部分。

(2) 因上述原因，所以7個方案結果中，將出礦品位、柱損作為盤區優化最重要衡量指標，通過對比，柱損金屬量較少的2個方案分別為副30(Cu金屬量15423 t)、副40(Cu金屬量14893 t)。而這兩個方案出礦品位接近。

(3) 最終選定鳳臺山礦段盤區向副井方向移動40 m的布置方案為最優方案。此方案將6#線高品位礦體布置在采場范圍內，整體出礦平均品位較高，隔離礦柱損失量最少。

(4) 副井偏移40 m方案與原設計方案相比較，隔離礦柱可以減少1308 t金屬量損失。同時，相應開拓工程也有相應減少，一個中段可減約80 m，3個中段節省工程量約240 m。

4 結 論

(1) 合理盤區位置的確定，直接影響著各采場回采方案、開拓采準工程布置等，并對礦山生產組織、生產規模、生產效益產生影響。

(2) 本文針對原設計方案中沿脈隔離礦柱布置在高品位區域問題，通過盤區方案設計、指標計算與分析，以出礦品位、隔離礦柱損失等作為盤區優化衡量指標，對沙溪銅礦鳳臺山礦段盤區布置進行選優，并得到了最優方案，相比原設計方案，盤區采場地質品位由0.42%提高到0.48%，盤區采準工程量可以節省240 m，永久隔離礦柱減少了1308 t金屬量損失，為礦山開采盤區優化布置、提高礦產資源利用率提供了一定的參考依據。

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袁睿棟(1985-)，男，碩士，采礦工程師，從事數字礦山規劃及研究工作,Email：yuanruidong@dimine.net。