DIMINE礦業(yè)軟件在普朗銅礦生產(chǎn)礦量管理中的應(yīng)用

羊勁松，吳維虎，2，馮興隆，吳練榮，趙冰峰

（1.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 迪慶674000；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明650051）

普朗銅礦是滇西北地區(qū)近年來(lái)揭露的超大型斑巖型銅礦床，采用自然崩落法進(jìn)行地下開(kāi)采，開(kāi)采范圍較大，采礦工藝復(fù)雜，生產(chǎn)礦量管理沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。文章以DIMINE三維軟件為軟件平臺(tái)，運(yùn)用三維實(shí)體建模技術(shù)，構(gòu)建更新了普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)及礦體三維實(shí)體模型，結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)功能，對(duì)礦床資源量進(jìn)行品位推估，為各級(jí)礦量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)、范圍劃分及生產(chǎn)管理提供了最為直觀、精確的依據(jù)。

1 生產(chǎn)礦量概述

生產(chǎn)礦量也稱三級(jí)礦量，是指在設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍內(nèi)可采地質(zhì)儲(chǔ)量的基礎(chǔ)上，按照采礦工程的準(zhǔn)備程度劃分為開(kāi)拓、采準(zhǔn)和備采三級(jí)礦量。生產(chǎn)礦量是保證礦山維持正常生產(chǎn)的重要指標(biāo)之一，資源的保有量、經(jīng)濟(jì)意義及管理水平均會(huì)不同程度地影響礦山的生產(chǎn)效益：若礦量不足，將會(huì)影響產(chǎn)量的穩(wěn)定性；若礦量積壓過(guò)多，則會(huì)造成大量的資金累計(jì)，同時(shí)增高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，從而間接提高生產(chǎn)成本［1－3］。企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，相應(yīng)的地質(zhì)勘查程度及采礦方法、回采順序等是影響生產(chǎn)礦量劃分的關(guān)鍵因素［4］。合理生產(chǎn)礦量的劃分，同樣取決于生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備、中段范圍產(chǎn)量規(guī)劃、出礦率、鑿巖率、采準(zhǔn)帶礦量、開(kāi)拓帶礦量及生產(chǎn)均勻程度等諸多因素［5］。

2 礦床地質(zhì)特征

普朗銅礦屬超大型斑巖銅礦床，礦石儲(chǔ)量較大、品位低，礦石為硫化礦，物質(zhì)成分簡(jiǎn)單，礦化均勻；礦體厚大、埋藏較淺、傾角較陡。水文地質(zhì)復(fù)雜程度為簡(jiǎn)單—中等類型；工程地質(zhì)復(fù)雜程度為中等類型。

3 礦床三維地質(zhì)建模

3.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建

首先，將鉆探／坑探工程坐標(biāo)位置、高程及方位角、Cu化學(xué)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，分別錄入孔口文件、測(cè)斜文件及樣品文件三個(gè)獨(dú)立的Excel表格文件中（.csv格式）；利用 Auto CAD及 Map GIS軟件將控制礦體工程所在平、剖面圖進(jìn)行矢量化處理，初步圈定礦體形態(tài)。本次研究在原有數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，補(bǔ)錄了首采區(qū)基建探礦7～8線范圍內(nèi)33個(gè)鉆孔原始數(shù)據(jù)及17 485.16m的坑道數(shù)據(jù)，更新后的普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)共計(jì)445個(gè)鉆探／坑探／槽探工程中49 602個(gè)樣品數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)空間顯示圖Fig.1 Spatial distribution graph of geological database for Pulang copper deposit

3.2 礦體實(shí)體模型

本次創(chuàng)建礦體實(shí)體模型的基準(zhǔn)為以各勘探線剖面，結(jié)合各中段地質(zhì)平面圖，將相鄰剖面間同類型、同編號(hào)的礦體線框相連。構(gòu)建礦體模型的具體過(guò)程為：（1）將礦區(qū)地質(zhì)地形圖按照正確坐標(biāo)導(dǎo)入DIMINE軟件，準(zhǔn)確定位各勘探線剖面位置，同時(shí)確定模型基線及邊界；（2）將各剖面圖導(dǎo)入，將不同編號(hào)、不同屬性的礦體整理至各圖層中，同時(shí)賦予相應(yīng)的屬性值；（3）將相鄰剖面中編號(hào)、屬性相同的礦體線框利用三角網(wǎng)格模型相連；（4）當(dāng)?shù)V體形態(tài)復(fù)雜無(wú)法自動(dòng)連接時(shí)，添加控制線及輔助點(diǎn)，獨(dú)立礦體則按照地質(zhì)“穿鞋帶帽”原則尖滅［6］。本次研究重新對(duì)7～8線地質(zhì)剖面圖及3720～3900m共四個(gè)中段的地質(zhì)平面圖進(jìn)行解譯，構(gòu)建了首采區(qū)7～8線三維礦體模型，同時(shí)更新了整個(gè)首采區(qū)礦體實(shí)體模型，如圖2所示。

圖2 普朗首采區(qū)礦體三維實(shí)體模型Fig.2 Three－dimensional model of ore－bodies of initial minery in Pulang mining area

3.3 品位推估

據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析，普朗銅礦的品位變化系數(shù)為1.33，屬較均勻變化型礦化，因此將高于礦床平均品位7倍的樣品確定為特高樣，并用全礦平均品位的7倍作為特高樣的品位值。此外，據(jù)礦體II類勘查類型的特征，確定單元塊尺寸為8m×8 m×5m，在空塊模型中導(dǎo)入構(gòu)建好的礦體實(shí)體模型，利用普通克里格法進(jìn)行品位插值。由于礦體總體形態(tài)較簡(jiǎn)單且以鉆探工程揭露為主，于7～8線之間勘探網(wǎng)度設(shè)為80m×60m，沿走向、傾向及厚度方向依次按照740m、400m、50m為搜索半徑進(jìn)行賦值，同時(shí)依據(jù)勘查類型及控制工程的疏密劃分相應(yīng)的儲(chǔ)量級(jí)別，綜合確定80m×60m、160m×120 m及320m×240m工程間距為探明的、控制的、推斷的資源／儲(chǔ)量。

4 普朗銅礦生產(chǎn)礦量管理標(biāo)準(zhǔn)

4.1 生產(chǎn)礦量劃分

普朗銅礦選用自然崩落法開(kāi)采，以采掘工程施工進(jìn)度結(jié)合礦體地質(zhì)可靠程度兩個(gè)因素劃分生產(chǎn)礦量。按采礦準(zhǔn)備程度將普朗生產(chǎn)礦量劃分為四級(jí)。

（1）開(kāi)拓礦量：指開(kāi)拓工程及主要運(yùn)輸樞紐及礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)等系統(tǒng)已形成，且儲(chǔ)量類別達(dá)Ⅲ＋112類（其中Ⅲ＞80%）的礦量。

（2）采準(zhǔn)礦量：是開(kāi)拓礦量的一部分，是在已開(kāi)拓的礦體范圍內(nèi)，生產(chǎn)探礦完成且采準(zhǔn)坑道已完成施工的Ⅲ類儲(chǔ)量（＞95%）。

（3）待崩礦量分屬采準(zhǔn)礦量的一部分，包含拉底水平以上、探礦工作已完成的Ⅲ類儲(chǔ)量。

（4）存窿礦量是聚礦槽已形成且已崩落在拉低水平以上采區(qū)內(nèi)的礦量，具備出礦條件。

4.2 生產(chǎn)礦量合理保有期

普朗銅礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量1250萬(wàn)t，四級(jí)礦量合理保有期為“5216”：即開(kāi)拓礦量為5a～7a，采準(zhǔn)礦量為2a～3a，待崩礦量為1a～1.5a，存窿礦量為0.5 a～1a。

5 礦量管理

5.1 生產(chǎn)礦量劃分中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的生產(chǎn)礦量管理多基于傳統(tǒng)儲(chǔ)量估算方法計(jì)算結(jié)果確定礦量，且各中段間開(kāi)采順序的界定是相對(duì)獨(dú)立的，但在生產(chǎn)實(shí)際中，各中段內(nèi)局部礦塊或礦柱需在時(shí)空上順應(yīng)整體的回采要求，因此傳統(tǒng)的生產(chǎn)礦量過(guò)于籠統(tǒng)［7］。本次生產(chǎn)礦量的計(jì)算研究基于DIMINE軟件的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)功能，所得礦量結(jié)果準(zhǔn)確，并在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，在三維空間內(nèi)圈定了各級(jí)礦量的范圍。由圖3看出，將劃分好的開(kāi)拓、采準(zhǔn)、待崩、存窿范圍內(nèi)的實(shí)體模型及建立好的礦體模型導(dǎo)入DIMINE軟件平臺(tái)中，利用塊段約束功能進(jìn)行實(shí)際礦體的礦量范圍約束，得出首采區(qū)KT1礦體的四級(jí)礦量的直觀三維范圍。

圖3 三級(jí)礦量示意圖Fig.3 Schematic diagram of three－class ore reserve

5.2 四級(jí)礦量保有量的計(jì)算

自然崩落法是一種高效率、低成本的采礦方法，其顯著特征是覆巖與崩落礦石直接接觸，并在覆巖下出礦，這就要求礦山生產(chǎn)時(shí)有著合理的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及放礦管理設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的排產(chǎn)設(shè)計(jì)及礦量均是基于二維平面計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，總體上忽略了礦巖品位的分布及變化規(guī)律，未能從三維角度進(jìn)行礦量的統(tǒng)計(jì)及動(dòng)態(tài)管理。本次研究基于DIMINE軟件的儲(chǔ)量估算結(jié)果，在地質(zhì)儲(chǔ)量級(jí)別的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)保有量進(jìn)行計(jì)算，分析生產(chǎn)礦量保有情況，提出采掘計(jì)劃調(diào)整建議。

（1）開(kāi)拓礦量

式中：Qt—開(kāi)拓礦量（萬(wàn)t）；

Q1—開(kāi)拓范圍內(nèi)拉底水平以上礦量（萬(wàn)t）；

Q2—開(kāi)拓范圍內(nèi)拉底水平與出礦水平之間的

本開(kāi)拓階段可采礦量（萬(wàn)t）；

Qf—已出副產(chǎn)礦量（萬(wàn)t）。

（2）采準(zhǔn)礦量

式中：Qz—采準(zhǔn)礦量（萬(wàn)t）；

Q1—采準(zhǔn)范圍內(nèi)拉底水平以上礦量（萬(wàn)t）；

Q2—采準(zhǔn)范圍內(nèi)拉底水平與出礦水平之間的本開(kāi)拓階段可采礦量（萬(wàn)t）；

Qf—已出副產(chǎn)礦量（萬(wàn)t）。

（3）待崩礦量

式中：Qd—待崩礦量（萬(wàn)t）；

β—崩落面積指數(shù)，由可崩性研究結(jié)果確定；

S0—可放礦范圍內(nèi)拉底面積（m2）；

H—崩落面積范圍內(nèi)礦體平均厚度（m）；

ρ—礦石體重（t／m3）；

Qf—已出副產(chǎn)礦量（萬(wàn)t）。

（4）存窿礦量

式中：β—崩落面積指數(shù)，由可崩性研究結(jié)果確定；

S0—可放礦范圍內(nèi)拉底面積（m2）；

v—崩落速度（m）；

ρ—礦石體重（t／m3）；

T—持續(xù)崩落時(shí)間（d）；

Q0—計(jì)算范圍內(nèi)已放出礦量（萬(wàn)t）。

5.3 四級(jí)礦量保有期分析

礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為1250萬(wàn)t／a，損失率5%，貧化率5%，自2017年開(kāi)始，逐年生產(chǎn)能力為360萬(wàn)t、760萬(wàn)t、1000萬(wàn)t，并擬于2020年達(dá)產(chǎn)。礦山2017年3月帶料試車，四級(jí)礦量保有量及保有期計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 普朗銅礦生產(chǎn)礦量計(jì)算表Table 1 Computation of three－class ore in Pulang copper deposit

通過(guò)表1可知，普朗銅礦試車時(shí)，存窿礦量未達(dá)到合理保有期，需加強(qiáng)聚礦槽（劈漏）施工。2017年底開(kāi)拓礦量未達(dá)到合理保有期，需調(diào)整2017年采掘計(jì)劃，加快開(kāi)拓施工。2018年底開(kāi)拓礦量欠量較大，需加強(qiáng)開(kāi)拓工程施工開(kāi)展相應(yīng)的生產(chǎn)探礦工作。

6 結(jié)論

（1）以DIMINE數(shù)字軟件系統(tǒng)為依托平臺(tái)，構(gòu)建普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)及礦體三維實(shí)體模型，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理及方法對(duì)資源儲(chǔ)量進(jìn)行劃分，探索最優(yōu)估值策略，計(jì)算統(tǒng)計(jì)了普朗銅礦首采區(qū)KT1資源儲(chǔ)量。

（2）利用DIMINE礦業(yè)軟件工程出圖功能，結(jié)合礦床地質(zhì)模型，可直觀繪制地質(zhì)平剖面圖，從三維角度揭示礦體地下形態(tài)、展布范圍及品位分布規(guī)律，較之傳統(tǒng)二維平剖面圈定更為便捷、高效。

（3）傳統(tǒng)儲(chǔ)量估算方法基于二維平面圖實(shí)現(xiàn)，工作冗余、繁雜，本次研究基于DIMINE礦業(yè)軟件，利用放礦管理功能，根據(jù)構(gòu)建的礦體模型直觀圈定四級(jí)礦量范圍輪廓線，通過(guò)塊段品位模型對(duì)礦體模型進(jìn)行約束及礦量計(jì)算，揭示開(kāi)采范圍，為礦山生產(chǎn)礦量的動(dòng)態(tài)數(shù)字化管理提供精確依據(jù)，有必要在礦山企業(yè)中推廣應(yīng)用。