基于Surpac的金昌石墨礦露天轉(zhuǎn)地下優(yōu)化設(shè)計(jì)

肖飛　何治良　黃其沖　翟振

摘要：以金昌石墨礦為研究對(duì)象，建立礦體的地表模型、礦體模型和塊體模型，并對(duì)礦體進(jìn)行儲(chǔ)量估算和品位報(bào)告。詳細(xì)總結(jié)了該礦山露天轉(zhuǎn)地下開拓方案和開采方案，論證了Surpac軟件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：Surpac軟件；礦體建模；品味；露天轉(zhuǎn)地下

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）09-2132-02

隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，信息技術(shù)愈來(lái)愈廣泛到應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)采礦業(yè)而言，數(shù)字礦山成為必然的趨勢(shì)[1]。Surpac軟件是一套在礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的數(shù)字化工程軟件，被廣泛應(yīng)用于資源評(píng)估、礦山開采設(shè)計(jì)規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃管理及礦山閉坑后復(fù)墾設(shè)計(jì)等整個(gè)礦山生命期。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上揚(yáng)子臺(tái)坪鄂中褶斷區(qū)黃陵斷穹北部、圈椅埫穹窿東翼。根據(jù)石墨礦體的賦存層位可分為6個(gè)礦體，其中Ⅰ號(hào)礦體賦存于崆嶺群中巖組下段，其質(zhì)量好、規(guī)模大，為可利用礦體。礦體長(zhǎng)1178米，傾向延伸至+1320～+1200米以下尚未尖滅。礦體平均厚度20.47米，其變化系數(shù)在6～26%之間。礦體呈似層狀產(chǎn)出，頂板主要為白崗巖；底板主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖、透輝巖。

1.2 礦區(qū)開采和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

金昌石墨礦原為山坡露天開采，分為北礦區(qū)和南礦區(qū)。目前南礦區(qū)已開采至+1460米水平，露天開采已經(jīng)完畢，再向下開采，剝采比將超出經(jīng)濟(jì)合理剝采比；北礦區(qū)目前正在開采+1470米、+1480米、+1490米臺(tái)階。為了企業(yè)的持續(xù)發(fā)展，金昌石墨礦決定啟動(dòng)礦區(qū)地下開采工程，由某設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)開發(fā)礦區(qū)南部11A線至15線間深部的石墨資源，生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)石墨5萬(wàn)噸，采用平硐與斜井聯(lián)合開拓、單翼對(duì)角式通風(fēng)和分段崩落采礦法采礦。

2 三維礦體模型的構(gòu)建

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

利用本礦原有的紙質(zhì)檔和最新勘探電子檔鉆孔柱狀圖提取Surpac需要且能識(shí)別的數(shù)據(jù)，即鉆孔表、測(cè)斜表、巖性表和樣品表，分別記錄每個(gè)鉆孔的開口位置、行進(jìn)方向、相應(yīng)位置巖性信息、C品位信息。在Surpac中建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用導(dǎo)入數(shù)據(jù)命令方式將整理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)表中。

2.2 地表模型的建立

以礦山地形圖為原始資料，在CAD中提取地形圖中等高線真實(shí)標(biāo)高，然后在Surpac中打開，保存為.Str格式文件，將.Str線文件坐標(biāo)通過文件工具轉(zhuǎn)化為真實(shí)的三維坐標(biāo)，最后利用DTM工具創(chuàng)建DTM，生成地表模型，可清楚的觀察到南北采區(qū)的開采情況。

2.3 實(shí)體模型的建立

采用剖面線法建立礦體實(shí)體模型，具體步驟為：提取出礦體邊界和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)網(wǎng)信息，并放置在相應(yīng)的大地平面坐標(biāo)中；將含有礦體邊界信息的剖面導(dǎo)入到Surpac軟件中，并轉(zhuǎn)化為正確的三維坐標(biāo)并保存為線文件；創(chuàng)建三角網(wǎng)，驗(yàn)證及修正模型[2]，生成的礦體模型見圖1。

2.4 塊體模型的建立

塊體模型將礦床劃分為多個(gè)單元塊組成的離散模型，每個(gè)單元塊可通過賦屬性存儲(chǔ)巖性、比重和品味等信息，還可以參與計(jì)算儲(chǔ)量[3]。采用距離冪次反比法對(duì)每個(gè)單元塊進(jìn)行品位估值，生成石墨儲(chǔ)量報(bào)告[4]，可得石墨儲(chǔ)量5517223t，而原地質(zhì)報(bào)告用平行斷面法估得石墨儲(chǔ)量為5174334t，相對(duì)誤差為6.62%。

采用Surpac軟件估算礦體資源量與采用傳統(tǒng)平行斷面法算的礦體資源量基本吻合，說明礦體資源量的估算是可靠的。利用平行斷面法估算出來(lái)儲(chǔ)量誤差的原因可能是：其體積計(jì)算采用平行斷面法，它針對(duì)礦體的形態(tài)、剖面與剖面礦體對(duì)應(yīng)情況及面積的差別選擇不同的體積計(jì)算公式，而距離冪次反比法中體積是礦體三維模型的體積；老地質(zhì)報(bào)告部分剖面由于鉆孔深度不夠，深部勘探程度不夠，在Surpac中對(duì)這類剖面進(jìn)行了微調(diào)，使之更接近實(shí)際情況；平行斷面法中的塊段礦石品位是各勘探工程礦石的平均品位，誤差較大，距離冪次反比法則是利用已知鄰近值的距離指數(shù)冪次成反比的關(guān)系來(lái)推估礦塊的品味值，更為準(zhǔn)確。

3 地下開采優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 開拓系統(tǒng)

目前南礦區(qū)已開采至+1460米水平，礦體向下延伸至+1310米水平；北礦區(qū)露天開采最低標(biāo)高為+1320米，礦體向下延伸至+1200米以下，地下采礦可采范圍為+1200米至+1320米水平。原設(shè)計(jì)只有南礦區(qū)的地下開采工程，采用平硐與盲斜井聯(lián)合開拓，考慮到每個(gè)礦體都進(jìn)行單套系統(tǒng)開采實(shí)際上是不經(jīng)濟(jì)也不合理的，應(yīng)優(yōu)先考慮南北礦區(qū)共用一對(duì)礦井生產(chǎn)。

根據(jù)礦區(qū)范圍的地形地貌、露天開采現(xiàn)狀、現(xiàn)有工業(yè)廣場(chǎng)等因素，本次設(shè)計(jì)采用豎井開拓，在北區(qū)設(shè)豎井主井，南北采區(qū)用平巷連接，南區(qū)選用平硐通風(fēng)。主井位于北區(qū)西北翼，井口標(biāo)高1344米，附近有公路通向選礦廠，豎井在+1310米、+1250米、+1200米通過石門及階段運(yùn)輸平巷與礦體相連，北區(qū)西南翼設(shè)行人及通風(fēng)天井[5]。北區(qū)+1310米平巷與南區(qū)+1310米平巷連接，南區(qū)西北+1450米水平設(shè)平硐回風(fēng)，兩翼設(shè)行人通風(fēng)天井，開拓系統(tǒng)布置見圖2。

3.2 采礦方法

礦體上部為露天采坑，地表允許崩落，礦體穩(wěn)固性差，不可采用空?qǐng)鲱惒傻V法，考慮礦體賦存條件以及礦山開采現(xiàn)狀，采用沿走向分段崩落采礦法。

3.3 提升與運(yùn)輸系統(tǒng)

采場(chǎng)回采的礦石由ZYQ-14型裝運(yùn)機(jī)運(yùn)至礦石溜井，通過礦石溜井由放礦閘門把礦石裝入礦車（MUF0.7-600型翻斗車），ZK7-6/250架線式電機(jī)車牽引礦石列車經(jīng)脈巷、脈外運(yùn)輸大巷至主井井底車場(chǎng)重車儲(chǔ)車線。電機(jī)車從車場(chǎng)空車儲(chǔ)車線牽引空車脈巷中的礦車按原路返回穿脈。人員由主井人車上下，到各中段，步行至采場(chǎng)。材料與設(shè)備由主井提放至工作水平，然后均由電機(jī)車牽引至采場(chǎng)附近。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用Surpac軟件建立了礦體三維礦體模型，形象地展現(xiàn)了礦體的賦存狀態(tài)，并對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行了校核，提高了礦山儲(chǔ)量信息的準(zhǔn)確性，有利于資源的合理利用。在三維模型的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，方案更加合理可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著。Surpac軟件在金昌石墨礦的成功應(yīng)用，對(duì)于推進(jìn)數(shù)字化礦山建設(shè)具有重要借鑒意義[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳立新. 數(shù)字礦山技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2009.

[2] 魏開林，楊鴻，袁勇，等.Surpac軟件在三山島金礦的應(yīng)用[S].金屬礦山，2011（1）：357-359.

[3] 羅周全，劉曉明，蘇家紅，等. 基于Surpac的礦床三維模型構(gòu)建[J].金屬礦山，2006（4）：33-36+72.

[4] 趙春波，趙桂香，孫云東. Surpac軟件在烏努格吐山銅鉬礦建模的應(yīng)用[J].黃金，2010（2）：34-36.

[5] 吳亞斌. 基于SURPAC軟件礦山數(shù)字化的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010（3）：66-69.

[6] 丁威，陳廣平. 利用Surpac軟件打造數(shù)字化金屬礦山[J].礦業(yè)快報(bào)，2006（3）：11-13.