基于3DMine软件的露天铜钼矿境界优化及应用

张晨洁 胡威

摘要：为解决露天铜钼矿由于矿体发生变化造成原开采境界无法满足生产要求的问题，采用3DMine软件建立矿床地质数据库、矿体三维模型及块段品位模型。综合考虑铜、钼价格，选矿回收率及采矿成本、选矿成本对露天开采境界的影响，快速生成18个露天境界，通过与经济合理剥采比对比最终确定17号优化露天境界为最优露天境界。根据优化后的结果对露天境界进行了设计，优化后的露天境界比原露天境界多采出铜矿石量191.6万t、钼矿石量3.85万t，剥采比由原来的2.60m 3/m 3降低为1.79m 3/m 3。

关键词：露天开采;境界优化;3DMine软件;三维模型;经济合理剥采比

中图分类号：TD862.1文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）03-0048-04doi：10.11792/hj20210309

引言

露天开采相对地下开采而言，具有生产工艺简单、产能大、安全、生产成本低等众多优点。因此，在矿山选择开采方式时，会优先选择露天开采，当露天开采成本超过地下开采成本时（剥采比>经济合理剥采比）采用地下开采方式[1]。在露天開采设计中，圈定最优露天境界是露天设计中最为核心的工作。露天开采中，随着矿体、开采成本及金属价格等的变化，最优露天境界也不断变化，这就涉及到开采过程中露天境界不断优化的问题[2]。

采用手工方法确定最优露天境界十分繁琐复杂，而且不能考虑经济技术因素对最优露天境界的影响。随着矿山三维软件的快速发展，现阶段露天设计中，基本都采用三维软件建立矿体模型，圈定露天境界，其中最常用的方法为三维动态规划法与L-G图论法，采用计算机软件使得露天开采设计及境界优化等问题变得简单且准确[3-6]。余文章等[7]基于3DMine软件对某露天磷矿境界优化进行了研究，黄勇等[8]借助MineSight对某露天铜矿进行了境界优化研究，代碧波等[9]采用Whittle建立了经济动态评估、采剥总量均衡的露天矿生产规模优化模型及方法，蒋权等[6]采用DIMine软件对露天境界进行了优化研究。上述研究均采用计算机辅助软件实现露天境界的优化，但都是对单一矿体进行建模并进行露天境界优化，而针对多矿体、多矿种（共生、伴生）的露天境界优化研究还比较少。本文采用3DMine软件对索尔库都克铜钼矿露天境界进行优化研究，为矿山正确合理地确定露天境界及开采规划提供了技术支持。

1矿山概况

索尔库都克铜钼矿位于新疆富蕴县，2009年投产，共有4个露天采场，设计产能125万t/a，其中1 #露天坑设计产能100万t/a。最初进行设计时，依据《新疆富蕴县索尔库都克铜矿第一阶段补充勘探报告》（2008-11）对1 #露天坑最终境界进行了圈定，随着开采的进行，矿体被逐步揭露，发现矿体的形态和储量与原地质报告中相差较大。因此，矿山委托新疆地矿局第二区域地质调查大队完成了《新疆富蕴县索尔库都克铜钼矿2012年度资源储量核实报告》（2012-11），该报告与前期《新疆富蕴县索尔库都克铜矿第一阶段补充勘探报告》相比，矿体形态及规模均发生了较大的变化，原有的1 #露天坑设计境界已不能满足生产要求。为减小露天采场无效剥离、降低露天开采成本，矿山亟需进行1 #露天坑露天境界优化设计，以满足矿山生产需要及资源的合理开发。

2矿山地质

索尔库都克铜钼矿区大地构造位置处于哈萨克斯坦板块（Ⅰ级）、准噶尔微型板块（Ⅱ级）、吉木乃—喀拉通克晚古生代沟弧带（Ⅲ级）中西部。区域地层主要为古生代地层，由老到新依次出露：下泥盆统托让格库都克组、中泥盆统北塔山组、上泥盆统卡希翁组和第三系红砾山组、乌伦古河组，以及各种成因的第四系等。矿区属卡乌卡尔断褶带的组成部分，该断褶带主要由北塔山组及托让格库都克组构成，其断裂、褶皱较发育，区域构造线方向为北西向。区域上共有7处规模较大的褶皱，其中，矿区所处的索尔库都克阔腊背斜总体走向310°，北西端被断裂切断，南东端被第四系覆盖，中部被第三系及第四系覆盖，矿区位于该背斜南西翼偏核部。矿体集中分布于矿区中部，主要赋存于中泥盆统北塔山组第二亚组第二岩性段及其矽卡岩带中，矿体产状与地层产状基本一致。矿带全长约2500m，宽约900m，呈330°～350°展布，倾向南西，倾角10°～45°。

2021年第3期/第42卷采矿工程采矿工程黄金

矿区内圈定铜矿体34个，钼矿体23个。其中，主要铜矿体有⑤、④、②、①、③等，主要钼矿体有Ⅱ9、Ⅱ3、Ⅱ10、Ⅱ4、Ⅱ16等，其余铜、钼矿体规模较小，侧列于主矿体两侧。截至2016年12月31日，矿区内保有铜矿石量2767.08万t，平均品位0.72%，伴生钼金属量6634.07t;保有钼矿石量2478.30万t，平均品位0.08%，伴生铜金属量19050.41t;保有铜、钼矿体中伴生金矿石量2565.66万t，伴生金金属量6612.95kg，金平均品位0.26g/t;铜、钼矿体中伴生银矿石量3517.32万t，伴生银金属量181.75t，银平均品位5.17g/t。

3优化模型建立

3.1地质数据库

通过对地质勘探资料进行处理，建立准确的地质数据库。地质数据库的建立是进行矿体剖面地质解译、品位插值预测、储量估算及后续露天境界优化设计的重要基础。对466个钻孔数据进行处理，建立了用于本次研究的地质数据库（见图1）。

3.2矿体模型

地质数据库建立完成后，开始建立矿体模型，矿体轮廓线根据每个剖面的地质情况、底板的倾斜方向来解译，以铜0.3%、钼0.03%为边界品位，对每条勘探线上的钻孔进行解译获得矿体轮廓线，矿体轮廓线解译完成后，将其全部放到三维空间中，根据解译的相邻勘探线之间矿体轮廓线，结合矿山的地质情况、底板的倾斜方向生成矿体模型。建立的矿体模型见图2。

3.3块体模型

块体模型也称品位模型，块体模型建立最重要的一步是块体的估值。块体的估值有多种方法，应用最广泛的是距离幂次反比估值法和克里格估值法，本次采用距离幂次反比估值法进行块体模型的赋值。根据生产规模、装备水平及矿体产状，结合工作台阶高度（8m），确定块体模型尺寸为4m×6m×4m（x×y×z），次分后的尺寸为2m×3m×2m（x×y×z）。估值后的铜矿体、钼矿体品位模型见图3、图4。

3.4优化参数

露天境界优化研究设计的重点是综合考虑铜、钼价格，选矿回收率及采矿成本、选矿成本等，采用铜-钼当量的方法，即铜矿体中伴生钼折算为铜、钼矿体中伴生铜折算为钼来综合优化开采境界，所选的经济技术参数见表1，露天采场边坡参数见表2。

4露天境界优化及设计

4.1境界优化

根据地质模型，在3DMine软件中进行露天境界优化，以地质数据库资源量为依据，按照选定的经济技术参数和边坡参数，并添加了部分地表限制条件，用最低开采标高共生成了18个露天境界，18个露天境界矿岩量统计见表3。从表3中可以看出：随着开采台阶的下降，矿石量、废石量不断增加，在512m水平继续向下至504m水平的过程中剥采比增加至8.34m 3/m 3，超出了经济合理剥采比7.87m 3/m 3，因此以17号优化露天境界为最优露天境界。17号优化露天境界见图5。

4.2最终露天境界设计

露天境界圈定以17号优化露天境界为基础，同时考虑到现有开采限制条件，按照最终境界边坡和坑线布置主要参数进行露天开采最终境界圈定和固定坑线布置，对优化境界进行局部调整。最终境界边坡及露天坑线布置主要参数如下：台阶高度8m（并段后为24m），终了台阶坡面角原岩76°，安全平台宽度8m，运输道路最大纵坡9%，缓坡段长度60m，公路最小转弯半径20m。

利用上述参数对优选的17号优化露天境界进行了露天采场最终境界的圈定。由于最低开采标高512m水平底部边界尺寸不能满足露天开采末期设备摆布及运转的需要，利用底部最小开采边界对优化的境界进行剖面切割处理后，最终确定540m水平为露天开采最低标高。最终优化露天境界见图6，原设计境界与优化露天境界对比见图7，露天采场最终境界特征对比见表4。

通过对比《新疆白银矿业索尔库都克铜矿采矿系统100万t/a扩能初步设计》提交的图纸，原设计露天开采结束后预计采出矿量1122.45万t。其中，铜矿石量850.2万t，铜平均品位0.812%;钼矿石量272.25万t，钼平均品位0.091%。剥采比为2.60m 3/m 3。本次優化后最终圈定露天境界内矿石量1317.9万t。其中，铜矿石量1041.8万t，铜平均品位0.830%，铜金属量86158.9t;钼矿石量276.1万t，钼平均品位0.088%，钼金属量为2442.8t。剥采比为1.79m 3/m 3。

5结论

1）通过对钻孔数据进行处理，建立地质数据库，根据地质数据库建立矿体模型和所有铜、钼矿体品位估值模型。

2）境界优化综合考虑铜、钼价格，选矿回收率及采矿成本、选矿成本等因素，采用铜-钼当量的方法，即铜矿体中伴生钼折算为铜、钼矿体中伴生铜折算为钼来综合优化露天境界。

3）优化后的境界与原设计境界相比，多采出铜矿石量191.6万t，钼矿石量3.85万t，剥采比由2.60m 3/m 3降低为1.79m 3/m 3。

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[6]蒋权，陈建宏，杨海洋.基于DIMINE软件系统的露天矿境界优化研究[J].金属矿山，2010（9）：13-17.

[7]余文章，戴晓江.基于3DMINE软件系统的露天矿境界优化研究及应用[J].矿冶，2011，20（4）：25-29.

[8]黄勇，胡庆雄，赵兴宽.多种因素变化的露天矿境界优化[J].金属矿山，2011（12）：35-38.

[9]代碧波，章林.大型露天矿境界动态优化研究——以西澳WeldRange铁矿为例[J].矿业研究与开发，2018，38（1）：1-5.

Abstract：Inordertosolvetheproblemthattheoriginalminingboundaryofopenpitcopper-molybdenumminecannotmeettheproductionrequirementsduetothechangeoforebody，thegeologicaldatabaseofdeposit，threedimensionalmodeloforebodyandblockgrademodelareestablishedby3DMinesoftware.Thestudytakesintoaccountcomprehensivelytheinfluenceofcopperandmolybdenumprice，mineralprocessingrecovery，aswellasminingcostandmineralprocessingcostontheopenpitminingboundary，quicklygenerates18openpitboundaries，andfinallydeterminestheNo.17optimizedopenpitboundarywasdeterminedtobetheoptimalopenpitboundarybycomparingtheeconomicreasonablestrippingratio.Accordingtotheoptimizationresults，theopenpitboundaryisdesigned.Comparedwiththeoriginalopenpitboundary，theoptimizedopenpitboundaryproduces1.916milliontonsmorecopperoresand38500tonsmoremolybdenumores，andthestrippingratioisreducedfrom2.60m 3/m 3to1.79m 3/m 3.

Keywords：openpitmining;boundaryoptimization;3DMine;threedimensionalmodel;economicreasonablestrippingratio