云南某銅礦385中段采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化研究

1、*云 南 某 銅 礦 385 中段采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化研究 趙艷偉，汪德文，李德，朱艷芬( 玉溪礦業(yè)有限公司，653100)云南 玉溪市摘 要: 采準(zhǔn)設(shè)計質(zhì)量的好壞直接決定礦山開采的經(jīng)濟(jì)效益和安全水平。通過三維礦業(yè)軟件反演二維采準(zhǔn)設(shè)計，并計算 其采準(zhǔn)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，綜合分析其合理性，進(jìn)而提出采準(zhǔn)系 統(tǒng)優(yōu)化方案。通過該方案在礦山的成功實施，減少設(shè)計采準(zhǔn) 工程量 33058 27 m3 ，節(jié)約工程費用約 661 萬元，取得了良好 效果。關(guān)鍵詞: 三維礦業(yè)軟件; 采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu) 化; 三維可視化建模; 儲 量估算單，可以避免一些重復(fù)勞動，但其設(shè)計理念和方法沒有根本改變，都是通過采礦設(shè)計人員想象礦體和采 礦巷道工程

2、布置的三維形態(tài)，進(jìn)而繪制出二維地質(zhì) 平、剖面圖。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，三維礦業(yè)軟件在國 內(nèi)開始逐步推廣應(yīng)用，改變了原來二維設(shè)計中完全靠設(shè)計者想象來呈現(xiàn)礦體和巷道三維形態(tài)的現(xiàn)狀， 三維礦業(yè)軟件可以將真三維的礦體和巷道模型呈現(xiàn) 給設(shè)計者，并可以快速準(zhǔn)確地計算相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)， 為方案優(yōu)選提供科學(xué)合理的決策依據(jù)。本次采準(zhǔn)系 統(tǒng)優(yōu)化選擇利用三維礦業(yè)軟件來反演二維設(shè)計，再 計算其采準(zhǔn)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，綜合分析其合理性，進(jìn)而 提出采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化方案。中圖分類號: td862 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼: a文章編號: 1005 2763( 2011) 05 0007 04optimization of mining prepa

3、ratory systemof a copper mine in yunnanzhao yanwei，wang dewen，li de，zhu yanfen( yuxi mining co ltd，yuxi，yunnan 653100，china) abstract: the design quality of mining preparation for a mine will have direct effects on its economic benefits and safety of mine production taking a copper mine in yunnan as

4、 the exam- ple，the two dimensional design of mining preparation was in- versed by using 3d mining software，the relevant technical indi- cators of mining preparatory design were calculated，the reasona- bleness of the technical indicators was analyzed comprehensive- ly，and therefore a optimization sch

5、eme of mining preparation system was proposed good results were obtained by the success- ful implementation of the optimized mining preparation system， the mining preparation works was reduced 33058 27 m3 ，the en- gineering cost was saved 6 61 million yuankey words: 3d mining software，optimization o

6、f mining prepa- ration system，3d visualization modeling，reserves estimation1工程概況該礦區(qū)位于云南省玉溪市新平縣境內(nèi)，為銅鐵多金屬礦床，銅鐵礦體交替分布，單礦體厚度不大，總體傾角較緩，為緩傾斜中厚礦床，開采難度較大。385 中段是礦山實施銅鐵合采的主要中段，礦 體特征為:( 1)在傾向方向上，從上到下，礦體規(guī)模由大變小，由厚變薄，由富變貧，由層狀到似層狀，含礦圍巖由黑云白云石大理巖到含磁鐵變鈉質(zhì)凝灰?guī)r到石榴 黑云片巖;( 2)走向方向上，fiii 0 以西，礦體走向為 nw向，而 fiii 0 以東( b26 ) 的礦

7、體走向則變?yōu)?ewnee 向，礦體集中于東西兩部，而中部礦體貧且薄， 夾石層位增多，甚至尖滅，385 m 以下的平面中部地 區(qū)出現(xiàn)無礦區(qū)，形成了范圍內(nèi)的礦體在東部和西部 較為富集，而在中部相對貧薄甚至尖滅的情形;( 3) 東部的礦體中鐵的含量普遍較西部高。該中段采用鏟運機(jī)出礦，屬于無軌機(jī)械化開采， 為科學(xué)合理開發(fā)該礦山 385 中段的資源，降低采切言1 30引采準(zhǔn)設(shè)計是采礦設(shè)計的重要內(nèi)容之一，設(shè)計質(zhì)量的好壞直接決定礦山開采 的經(jīng)濟(jì)效益和安全水 平。礦山設(shè)計經(jīng)歷了從手工 設(shè) 計 階 段 到 cad 軟 件 輔助設(shè)計階段，雖說繪圖效率得到提高，修改更加簡* 收稿日期: 2010 12 02基金項目

8、: 云南省省院省校科技合作計劃項目( 2006yx26) 作者簡介: 趙艷偉( 1981 ) ，男，河南周口人，工程師，碩士研究生，主要從事數(shù)字化礦山研究，email: zyw4 503 163 com。8礦 業(yè) 研 究 與 開 發(fā)2011，31( 5)千噸比和采切工程量，提高經(jīng)濟(jì)效益，擬采用 micro-mine 三維礦業(yè)軟件作為設(shè)計平臺，利用其真三維的 顯示效果，以及能夠真實再現(xiàn)礦體和巷道布置的空間三維形態(tài)，快速地計算采礦設(shè)計指標(biāo)和進(jìn)行采礦 巷道工程布置的優(yōu)勢，采用直觀可視的方式來優(yōu)化采準(zhǔn)設(shè)計。b12 b58 線，傾向從 385 中段的 i2、i3 礦體規(guī)劃回采底柱至 435、485 中段

9、設(shè)計底柱。( 2) 盤區(qū)劃分。根據(jù) 385 中段礦體空間形態(tài)和 產(chǎn)狀特征，走向上按 50 150 m 劃分盤區(qū); 傾向上結(jié) 合傾向長度和該礦山盤區(qū)極限跨度進(jìn)行分段劃分。 ( 3) 回采方案。根據(jù)礦體空間形態(tài)、產(chǎn) 狀 特 征及銅鐵資源儲量分布狀況，結(jié)合銅鐵金屬市場行情 和礦山生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展需要，對能夠進(jìn)行銅鐵合采的 區(qū)段盡可能實施銅鐵合采，對進(jìn)行銅鐵合采不經(jīng)濟(jì) 的區(qū)段采取只采銅礦的分采方案。2三維可視化模型的創(chuàng)建及資源儲量估算礦產(chǎn)資源是礦山企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，是礦山企業(yè)的生命線。進(jìn)行采準(zhǔn)設(shè)計優(yōu)化之前最重要的工作就是要透徹 了解資源儲量的可靠 性，然后再 將 二 維的采準(zhǔn)設(shè)計進(jìn)行三維工程

10、反演。 為此，本次工作先后建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、礦體實體模 型、斷層模型、采 準(zhǔn)設(shè)計的三維反演工程，385 中 段 礦體的三維實體模型見圖 1。( 4)采礦方法。根據(jù) 385 中段各剖面和各規(guī)劃盤區(qū)礦體產(chǎn)狀、厚度和礦化特征進(jìn)行采礦方法的選擇，主要方案有: 下向大孔徑空場采礦嗣后充填法、 小分段空場采礦嗣后充填法、機(jī)械化房柱采礦嗣后 充填法、淺眼留礦采礦法 4 種。3 2采準(zhǔn)系統(tǒng)三維反演將原二維的采準(zhǔn)設(shè)計導(dǎo)入 micromine 中生成三 維的采準(zhǔn)工程模型和礦柱、礦房等模型( 見圖 2) ，并 計算相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)如表 2 所示。圖 1 385 中段 ic、i3、ib、i2、ia、i1 礦體群實體模型

11、為了確保資源儲量的可靠性，本次工作分別用傳統(tǒng)算法、micromine 平臺下的距離冪和普通克里格 法對資源進(jìn)行儲量估算，并對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了 對比分析，結(jié)果表明，基于三維礦業(yè)軟件的普通克里 格法是國際國內(nèi)認(rèn)可的先進(jìn)儲量估算方法，且集中 了眾多地質(zhì)工程師的智慧、可視化和數(shù)字化程度高， 采用該方法估算的資源儲量客觀真實、準(zhǔn)確可靠，可 作為設(shè)計的基礎(chǔ)。儲量估算結(jié)果詳見表 1。圖 2 385 中段采準(zhǔn)干線工程及礦房三維實體模型( 優(yōu)化前)表 2 385 中段采準(zhǔn)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)匯總體積( m3 )體重( t / m3 )設(shè)計項目礦石量( t)銅品位( % )表 1385 中段地質(zhì)資源儲量統(tǒng)計中段開拓礦量

12、礦房損失礦量 設(shè)計采礦量443850757991637735003 1823 1613 148141215281832947118799810 5340 4610 42估算方法體積( m3 )體重( t / m3 )礦石量( t)傳統(tǒng)法距離冪反比法 普通克里格法2995957350223435022343 1343 1533 1593900721104287111033314鐵品位( % )銅金屬( t)鐵金屬( t)設(shè)計項目中段開拓礦量礦房損失礦量 設(shè)計采礦量21 2520 4219 5775424 918457 0949898 0630011943742852324819估算方法 銅品位(

13、 % ) 鐵品位( % )銅金屬( t)鐵金屬( t)傳統(tǒng)法距離冪反比法 普通克里格法0 6250 5790 55919 732019 865872263982616471852221220898721909123 3采準(zhǔn)設(shè)計方案合理性分析在對原采準(zhǔn)方案進(jìn)行三維反演的基礎(chǔ)上，認(rèn)真 閱讀了相關(guān)設(shè)計說明和設(shè)計平剖面圖件，對方案的 合理性和可行性進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，認(rèn)為原采準(zhǔn) 方案目標(biāo)明確，思路清晰，系統(tǒng)布置齊全，方案基本 合理可行，但是，有如下地方需優(yōu)化:3采準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計反演3 1采準(zhǔn)系統(tǒng)綜述( 1)385 中段規(guī)劃首采區(qū)回采范圍。走 向 從趙艷偉，等: 云南某銅礦 385 中段采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化研究9(

14、 1)部分地質(zhì)資料變化較大的剖面需要根據(jù)最造了有利條件。新資 料對采準(zhǔn)干線的空間位 置和回采邊界進(jìn)行 調(diào)整;( 3)根據(jù)最新地質(zhì)資料顯示的礦體空間分布特征，對采準(zhǔn)干線的連接和布置進(jìn)行了更為科學(xué)合理的規(guī)劃，將原方案中 420 南干線與 420 北 干 線 進(jìn) 行 了合并，同時調(diào)整了原方案中多個穿過盤區(qū)的干線連接方式，使整個采準(zhǔn)干線布置更為合理和流暢，簡化了下一步的盤區(qū)采切設(shè)計。4 2 3回采工藝選擇優(yōu)化方案根據(jù) 385 中段最新地質(zhì)資料顯示的礦 體賦存和礦化分布特征，將其劃分為東、中、西 3 個 區(qū)段進(jìn)行采礦方法和回采方案的選擇; 主體上將東 西兩個區(qū)段規(guī)劃為銅鐵合采地段，中部區(qū)段為只采 銅礦的

15、分采地段。4 2 4設(shè)計工程量優(yōu)化方案設(shè)計采準(zhǔn)工程量為 13590 7 m /165408 68 m3 ，較原方案減少 2684 m /33058 27 m3 ; 其中采準(zhǔn)干 線及措施巷 5675 6 m /83334 28 m3 ，較原方案減少1565 6 m /19563 17 m3 ; 切 頂 與 充 填 巷 6038 1 m /72377 19 m3 ，較原 方 案 減 少 944 1 m /12641 5 m3 ; 優(yōu)化前后的開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表 3。表 3 385 中段采準(zhǔn)設(shè)計優(yōu)化前后開采技術(shù)指標(biāo)( 2)調(diào)整部分剖面采準(zhǔn)干線與出礦塹溝 ( 出礦進(jìn)路) 的坡度;( 3) 調(diào)整中部區(qū)段

16、采準(zhǔn)干線;( 4) 調(diào)整 b26 b28 線的盤區(qū)劃分。采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化與分析4 6采準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化概述針對原方案反演和 分析研究得出的結(jié)論，對44 1385 中段的采準(zhǔn)設(shè)計從礦柱規(guī)劃、盤區(qū)劃分、出礦進(jìn)路坡度選擇、采準(zhǔn)干線坡度選擇、資源分布與采礦方 法選擇、損失 貧 化等多方面進(jìn)行了全面、系 統(tǒng) 的 優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)計方案見圖 3。采準(zhǔn)千噸比損失率( % )貧化 / 混入率( % )金屬回采率( % )指標(biāo)( m / kt)( m3 / kt)圖 3 385 中段采準(zhǔn)干線工程及礦房三維實體模型( 優(yōu)化后)優(yōu)化方案原方案 對比45 9045 300 6066 8375 19 8 3654 4255 67 1

17、 250 891 15 0 2610 8114 05 3 244 24 2 1優(yōu)化前后方案對比盤區(qū)規(guī)劃注: 本表中的金屬回采率為工業(yè)礦體和低品位礦體金屬合計計算結(jié)果。( 1) 優(yōu)化方案綜合考慮了 385 中段及其接替中段的開采，將下礦柱盡可能地規(guī)劃得較為平滑，而不 再類似上中段凹凸不平的礦柱留設(shè)。( 2) 優(yōu)化方案充分考慮了中段礦體的空間分布 和賦存特征，特 將 b26 b28 線的輝長輝綠巖體規(guī) 劃為礦柱，既減少了礦柱的資源損失，又簡化了本地段的盤區(qū)布設(shè)和采礦方法選擇。5結(jié)論礦床三維數(shù)字建模的研究和應(yīng)用是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、 采礦技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。通過

18、本次三維采準(zhǔn)系統(tǒng) 優(yōu)化研究工作和優(yōu)化方案在礦山的成功實施，減少 了設(shè)計采準(zhǔn)工程量 2684 m /33058 27 m3 ，節(jié)約工程 費用約 661 萬元?？梢?，在礦山開采設(shè)計及 系 統(tǒng) 優(yōu) 化中應(yīng)用三維數(shù)字建模技術(shù)不僅十分必要，而且完 全可行，這項技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，解決了礦山地質(zhì)工程建模和設(shè)計方案優(yōu)選的關(guān)鍵技術(shù)問題，將對我國礦 山企業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程起到巨大的推動作用。參考文獻(xiàn):1 侯景儒，黃競先 地 質(zhì) 統(tǒng) 計 學(xué)及其在礦產(chǎn)儲量計算中的應(yīng)用 m 北京: 地質(zhì)出版社，19822 李賦屏，蔡勁宏，任建國 礦業(yè)軟件在礦產(chǎn)儲量評價中的應(yīng)用 j 桂林工學(xué)院學(xué)報，2005，25( 1) : 26 30( 下

19、轉(zhuǎn)第 102 頁)4 2 2工程布置( 1) 優(yōu)化方案充分利用了東部 435 南沿 巷 道，既減少了設(shè)計工程量，避免了同一地段密集工程的 相互影響，又提高了通風(fēng)質(zhì)量，降低了施工組織和安全管理的難度。( 2)優(yōu)化方案充分考慮了無軌設(shè)備的性能，將原方案中出 礦 進(jìn) 路 ( 塹溝與采準(zhǔn)干線的 聯(lián) 絡(luò)) 的 最大坡度由 10調(diào)為 5; 即在條件許可的情況下，將出 礦進(jìn)路的坡度設(shè)計為 0，為今后盤區(qū)采切設(shè)計預(yù)留更大的調(diào)整空間，也為提高無軌設(shè)備的出礦效率創(chuàng)102礦 業(yè) 研 究 與 開 發(fā)2011，31( 5) 0 1250 0 07870 08330 0467 0 2867 0 1174 0 5067 0

20、 4167 0 4533 0 64330 1150 0 7533 0 5625 0 5900 說明礦山尾礦庫的安全等級為 a 級，與 b 類等級相比較，安全 程 度 在 a 級 與 b 級 之 間，微 偏 向 于b 級。= 0 7325 k300 2009 0 3616 0 1350 0 8150 3結(jié)論0 49332 3 3評價對象綜合關(guān)聯(lián)度確定應(yīng)用可拓評價模型對三山島金礦尾礦庫安全狀況進(jìn)行綜合評價，得到如下結(jié)論:根據(jù)式( 10) ，可得評價對象的綜合關(guān)聯(lián)度:k3 = w03 k03 = ( 0 0729， 0 0495， 0 3820， 0 5297)同理可對地質(zhì)因素，工程設(shè)計因素，人員素

21、質(zhì)因 素，環(huán)境因素，安全管理因素進(jìn)行可拓評價，其結(jié)果 如下:k1 = w01 k01 = ( 0 3574， 0 0897，0 0010， 0 1432)( 1)從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，綜合考慮影響尾礦庫安 全 性 的 因 素，建 立了尾礦庫多級評價指標(biāo) 體系;( 2)基于可拓學(xué)的尾礦庫安全綜合評價，以層次分析法確定評價指標(biāo)體系，以綜合關(guān)聯(lián)度為評價準(zhǔn)則，引入級別變量特征值，不僅可以判定尾礦庫的 安全等級，而且能反映尾礦庫安全程度與安全等級 的距離，較模糊綜合評價模型更加客觀。通過對三 山島金礦尾礦庫的應(yīng)用研究表明，該方法是可行的。參考文獻(xiàn):1 門永生，柴建設(shè) 我國尾礦 庫安全現(xiàn)狀及事故防治 措

22、施j中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5( 1) : 48 522 何衍興，梅甫定，申志兵 我國尾礦庫安全現(xiàn)狀及管理措施探 討j 安全與環(huán)境工程，2009，16( 3) : 79 823 鄭 欣，秦華禮，許開立 導(dǎo)致尾礦壩潰壩的因素分 析j 中 國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4( 1) : 51 544 王 濤，侯克鵬，郭 振 世，等 層 次 分 析 法 ( ahp) 在 尾 礦 庫 安 全運行分析中的應(yīng)用j 巖土力學(xué)，2008，29: 680 6865 李全明，陳 仙，王云海，等 基于模糊理論的尾礦庫潰壩風(fēng)險 評價模型研究j 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4 ( 6) : 57 616 鄭

23、欣，許開立，周家紅 基于集對分析的尾礦庫安全評價研 究j 安全與環(huán)境學(xué)報，2008，8( 1) : 160 1627 蔣衛(wèi)東，李夕兵，趙國彥，等 模糊灰色綜合評價方法及在尾礦 庫安全管理中的應(yīng)用j 湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，17 ( 2 ) :17 208 楊春燕，蔡 文 可拓工程m 北京: 科學(xué)出版社，20079 田 軍，張朋柱，王刊良，等 基丁德爾菲法的專家意見集成模 型研究j 系統(tǒng)工程理論與實踐，2004，( 1) : 57 62= ( 0 3007， 0 3575， 0 6754， 0 7566)= ( 0 2729， 0 4046， 0 7020， 0 7765)= ( 0 1333， 0 2509， 0 6232， 0 7174)= ( 0 2939， 0 4429， 0 8170， 0 9106)k2k4k5k62 4= w02 k02= w04 k04= w05 k05= w06 k06第一層次可拓綜合評價第二層次的評定結(jié)果組成第一層次的評價矩 陣，考慮第一層次各因素的權(quán)重，根據(jù)式( 10 ) ，可得三山島金礦尾礦庫安全性綜合評價結(jié)果:kp = wk = ( 0 2884，0，1825，0 1825，0 0627，0 1825，0 1013) 0 1432 0 7566 0