利用Dimine數字化軟件優化露天礦山最終境界探討

周 健

（山東聯創礦業設計有限公司，山東 濟南 250000）

露天開采境界優化是一個在滿足幾何約束（即最大允許幫坡角）和經濟參數條件下，求總開采價值達到最大時的最終開采境界的問題。它可以根據任意方位、任意高程及最終邊坡角求取最優開采境界，并考慮了采礦貧化率、回采率、選礦回收率等因素對開采境界的影響。利用手工法設計，在礦體復雜、品位變化大的礦床中，工作量大、耗時費力，并且手工法是在二維的地質剖面圖上完成三維的露天礦最終境界設計，難以反映礦體空間特征，產生的誤差將會很大[1]。基于此，本文利用Dimine數字化軟件系統建立礦山地形、地質模型，通過生成塊段模型，以及輸入開采成本、剝離成本、開采率、貧化率、幫坡角等經濟的和工程的參數，采用LG圖論法對某石墨礦露天坑最終境界進行優化，得出該礦開采利潤最大化時的境界范圍。

1 工程概況

（1）礦體特征。該石墨礦礦體賦存于上太古界麻山群西麻山組二段。礦帶總體走向北東—南西，傾向南東，傾角一般在35o～55o。礦區范圍內共有工業礦體9個，編號依次為15、15-1、15-2、16、17、18、19-2、19、19-1礦體。礦體分布比較集中，各礦體之間的距離一般在12.00m～46.00m，最大為84m。礦體厚度4m～115.8m，9個礦體中共有夾石40條，其中15號礦體有13條，16號礦體有5條，17號礦體有5條，18號礦體有9條，19號礦體有8條。

（2）礦石質量。根據勘探報告資料，5個主礦體15、16、17、18、19礦體中，固定碳含量變化均屬均勻型，沿走向和傾向品位波動不大，石墨片巖型礦石平均品位在15.76%～19.54%之間變化；石墨片麻巖型礦石平均品位7.30%～9.05%之間變化；石墨石英片巖型礦石平均品位為7.70%。礦石平均品位9.27%。

2 建立礦體模型

利用地質詳勘資料（包括地形圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖等全套地質圖）、通過Dimine數字化軟件系統，建立礦山的地形現狀模型、礦體模型（包括產狀、品位及賦存狀態），并將兩者通過布爾運算求取礦山實際資源儲量（包括礦體、礦體上下盤巖體、夾層體積及儲量）[2]。

圖1 礦山地表模型

圖2 礦體模型

3 最終境界優化

（1）參數選取。在優化最終境界時，開采標高依據礦區范圍批復劃定的標高+520m～+315m。采礦成本、剝離成本、貧化率及回采率均按該區相鄰礦山實際生產成本選取。礦山開采幫坡角參數主要依據《采礦設計手冊》中國內同類型礦山常用最終邊坡角參數，具體如下：

表1 最終境界優化參數選取表

（2）境界優化。最終境界優化采用Dimine數字化軟件系統中的LG圖論法模塊，該方法是Helmut Lerchs and Ingo F.Grossman最初在1965年的論文“露天開采優化設計”中提出的，是具有嚴格數學邏輯的最終境界優化方法，在給定價值模型的基礎上，求出總價值最大的最終開采境界。利用上述優化方法，得出該礦最優開采境界（見圖3）。得出的最終開采境界長約1250m，寬約460m，最低開采水平為+315m水平，占地面積約0.36km2，采剝總量約2210萬m3，平均剝采比約1.8∶1（t∶t）。

圖3 最終開采境界優化結果

4 最終境界設計

按照臺階高度15m自下而上分層切割最終開采境界圈定的實體模型，得出每個分層礦體的輪廓線，然后按照臺階坡面角65°、運輸道路寬度8m等邊坡參數沿輪廓線圈定、設計每個分層的邊坡，每個分層之間留設安全平臺和清掃平臺，最終連接成設計開采境界實體（見圖4）。切割的每個分層，均可計算出巖石和礦石的體積，從而計算剝采比，便于企業制定礦山生產采剝進度計劃。

設計開采境界實體需要與地表進行布爾運算，得出真實的露天坑。最終開采境界設計完畢后，利用Dimine數字化軟件系統將其三維模式轉換成二維，形成AutoCAD的DXF、DWG格式，然后進行后期的調整。

圖4 最終境界設計結果

5 結語

利用Dimine數字化軟件進行最終境界優化，可以快速作出多個不同條件下的優化方案，為礦山開采提供強有力的數據支持，另一方面克服了傳統手工法和計算機輔助方法的不足，得到了合理的最終開采境界，并從根本上優化了礦山開采設計，降低企業生產成本。