陳 峰，陳 印

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

露天開采過程中，開采境界的合理確定是關(guān)鍵性的第一步，是礦山后續(xù)生產(chǎn)的堅實基礎(chǔ)。境界優(yōu)化是確定露天開采合理境界的一個重要的環(huán)節(jié)，對露天礦的生產(chǎn)、經(jīng)營決策至關(guān)重要。礦山最終開采境界的設(shè)計在方法與手段上經(jīng)歷了3個階段：手工設(shè)計階段、計算機(jī)輔助設(shè)計階段、優(yōu)化設(shè)計階段。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，礦山露天開采境界的確定也從之前的手工圈定向三維軟件智能圈定方向發(fā)展，目前常用的三維軟件主要有Dimine、3Dmine、whittle、surpac等。文章結(jié)合礦山工程具體實際，建立礦山礦床模型，利用3Dmine軟件進(jìn)行境界優(yōu)化，最終確定礦山露天開采的合理境界，并基于確定的開采境界對礦山的后續(xù)開采作出整體規(guī)劃。

1 工程概況

礦山開采礦種為磷礦，礦山之前未進(jìn)行過開采。礦區(qū)地處云南省昆明市下屬區(qū)縣，交通便利。礦區(qū)屬中山地貌，一般標(biāo)高2 100～2 300 m，一般高差200 m，水文地質(zhì)條件為以大氣降水充水的簡單類型；工程地質(zhì)條件為以可溶鹽巖、層狀碎屑巖類半堅硬—堅硬巖類為主的中等復(fù)雜類型；礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重不良地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，礦段現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等。

礦體(層)由上至下，均具有上下貧、中間富的空間結(jié)構(gòu)規(guī)律，礦體淺部沿走向連續(xù)、穩(wěn)定。礦體(層)露頭總體由北東向南西呈帶狀繞山分布，為向南東傾斜和延伸的單斜構(gòu)造。礦層厚度為0.26～13.04 m，平均厚度4.74 m，傾角9°～20°，一般13°。

礦體頂板為含磷白云巖，底板為灰、灰白色中至厚層狀細(xì)晶至隱晶白云巖、硅質(zhì)白云巖。

2 境界優(yōu)化基礎(chǔ)模型建立

2.1 礦體模型建立

依據(jù)礦山提供的地質(zhì)報告，利用3Dmine軟件對勘探線剖面進(jìn)行轉(zhuǎn)坐標(biāo)處理，建立礦體模型，具體見圖1。

2.2 地表模型建立

依據(jù)地質(zhì)報告提供的現(xiàn)狀地形，利用3Dmine軟件對地形線進(jìn)行賦高程處理，生成礦山現(xiàn)狀地形模型，具體見圖2。

2.3 塊體模型建立

根據(jù)已建立的礦體模型和現(xiàn)狀地表模型創(chuàng)建礦山地質(zhì)礦床塊體模型，并針對建立的塊體模型賦礦巖類型、礦巖體重、礦石品級、資源儲量類別、礦石品位等屬性，建立的塊體模型，見圖3。

3 露天開采境界確定

3.1 境界優(yōu)化

3DMine采用最大流最小割原理，優(yōu)化露天開采境界，該方法經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，具有數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，其本質(zhì)與L-G圖論法和線性規(guī)劃法一致，但算法時間復(fù)雜度簡單，效率更優(yōu)。由于礦山一直沒有進(jìn)行過開采，該次境界優(yōu)化主要是依據(jù)礦山提供的類似礦山相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行，根據(jù)3Dmine軟件中境界優(yōu)化的5個步驟，調(diào)入建立好的塊體模型，依次輸入相應(yīng)參數(shù)，最終確定礦山露天開采的優(yōu)化參考境界。具體的優(yōu)化參數(shù)見表1。

表1 該次境界優(yōu)化的參數(shù)表

表2 境界優(yōu)化的嵌套坑

根據(jù)境界剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比(8.61 m3/t)，確定礦山開采的最優(yōu)境界為pit5，確定的優(yōu)化參考境界見圖4。

優(yōu)化的參考境界內(nèi)礦石量1 257.77萬 t，剝離廢石量7 227.63萬 m3，剝采比5.75 m3/t。

3.2 最終境界確定

根據(jù)上述過程確定的優(yōu)化境界，結(jié)合露天境界圈定原則：

(1)以礦權(quán)范圍為基準(zhǔn)圈定開采境界；

(2)境界剝采比小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比(經(jīng)濟(jì)合理剝采比8.61 m3/t)；

(3)在礦區(qū)范圍之內(nèi)，在合理邊坡控制參數(shù)、安全條件下，盡可能擴(kuò)大露天開采境界以便多采出礦石，充分發(fā)揮露天開采安全、作業(yè)條件好、勞動生產(chǎn)率高的優(yōu)勢。

同時根據(jù)礦山開拓運(yùn)輸線路布置、臺階參數(shù)等，在3Dmine軟件中圈定該礦山最終開采境界模型。

臺階高度：其取值受挖掘機(jī)工作參數(shù)、礦體賦存狀況等因素的限制，按礦山設(shè)備配備要求，礦山裝載設(shè)備主要采用沃爾沃EC700(4.5 m3)和PC400(2.0 m3)挖掘機(jī)，其最大挖掘高度分別為11.50 m和10.92 m，平裝車時對于不需要爆破的軟巖，其階段高度一般≤挖掘機(jī)的最大挖掘高度；對于需要爆破的礦巖，其階段高度≤挖掘機(jī)最大挖掘高度的1.5倍，該礦山頂板白云巖強(qiáng)風(fēng)化后多呈土狀或粘土狀，相應(yīng)的穩(wěn)定性亦變差，礦山開采時部分巖石不需進(jìn)行爆破，可以直接進(jìn)行挖運(yùn)，因此結(jié)合礦巖石性質(zhì)和礦山現(xiàn)有的設(shè)備，確定露天采場階段高度為10 m。

表3 經(jīng)濟(jì)合理剝采比計算表(價格法)

終了臺階坡面角：礦區(qū)以堅硬、半堅硬巖層為主，礦段地層產(chǎn)狀較緩，礦層及頂?shù)装鍨榱讐K巖、白云巖等巖溶化類堅硬巖類，巖層較穩(wěn)定；地質(zhì)構(gòu)造簡單，裂隙發(fā)育，局部地段底板巖層巖溶發(fā)育；考慮到礦山的地質(zhì)狀況，并參照同類型礦山生產(chǎn)實踐，確定臺階坡面角為60°。

安全平臺寬度 5 m

清掃平臺 7 m(每2個安全平

臺設(shè)置1個清掃平臺)

露天采場最小底部寬度 20 m

采場最終邊坡角 礦體底板傾角～42°

依據(jù)所確定的露天采場邊坡參數(shù)圈定的終了境界由北自南分為6個采坑，分別為1#～6#坑，6個露天采坑內(nèi)采出礦石量1 132.87 萬t(考慮333類別資源量打折系數(shù)0.7)，平均品位P2O522.98 %，剝離廢石量7 651.92萬 m3，平均剝采比6.75 m3/t，終了境界模型見圖5。

針對礦山終了境界分布狀況，采用多采坑統(tǒng)籌協(xié)調(diào)開采的方式有序回采礦石資源，同時利用前序開采結(jié)束采坑的采空區(qū)作為后續(xù)開采采坑剝離廢石的排土場，減少占地，降低露天開采對周邊環(huán)境的影響。

依據(jù)圈定的終了境界內(nèi)礦巖量，結(jié)合礦山采礦證規(guī)模，確定礦山開采規(guī)模為100萬 t/a原礦，礦山露天開采基建期1 a，生產(chǎn)服務(wù)期12 a。由于礦山生產(chǎn)期內(nèi)有多個采坑同時開采，采用公路+汽車運(yùn)輸?shù)撵`活開拓運(yùn)輸方式。

礦山采用長壁式采剝工藝和緩幫采剝工藝，礦巖經(jīng)爆破后采用2 m3、4.5 m3和5 m3的液壓鏟鏟裝，利用載重為18 t的礦用自卸式汽車(運(yùn)礦)和39 t的沃爾沃鉸卡(運(yùn)廢)進(jìn)行運(yùn)輸，廢石運(yùn)輸至礦山排土場堆排，采出礦石分擦洗礦和浮選礦，擦洗礦運(yùn)輸至企業(yè)擦洗廠，浮選礦運(yùn)輸至浮選廠。

4 結(jié) 語

(1)結(jié)合礦山工程實際，從礦山提供的地質(zhì)資料入手，利用3Dmine礦業(yè)軟件建立了礦山的礦床地質(zhì)模型，為礦山今后在不同的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下合理確定露天開采境界打下堅實基礎(chǔ)；

(2)基于建立的礦床地質(zhì)模型，結(jié)合相應(yīng)的開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件對露天開采境界進(jìn)行了優(yōu)化，得出了該礦山露天開采的優(yōu)化參考境界；

(3)參考優(yōu)化的境界結(jié)果，依據(jù)露天境界圈定原則，結(jié)合確定的露天采場邊坡參數(shù)和開拓運(yùn)輸?shù)缆凡贾茫?Dmine軟件中圈定了該礦山露天開采的終了境界，并對所圈定的境界的礦巖進(jìn)行了分析；

(4)根據(jù)確定的最終境界對礦山后續(xù)開采所采用的開拓運(yùn)輸方式、采掘運(yùn)輸設(shè)備、采剝工藝、產(chǎn)品方案以及礦山露天開采服務(wù)年限等做出規(guī)劃。