露天矿开采损失率贫化率预测

Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．５５３　现代矿业　总第５５３期　Ｍａｙ．２０１５　Ｍ０ＤＥＲＮ　ＭＩＮＩＮＧ　２０１５年５月第５期　露天矿开采损失率贫化率预测　陈彦亭　龚瑞杰　宋爱东　南世卿　（１．河北钢铁集团矿山设计研究院；２．河北钢铁集团司家营铁矿有限公司）　摘要分析了现有露天矿损失率、贫化率的预测方法，构建预测对象三维模型，依据铲装作　业参数将其微分为有限多个采矿单元体，利用地质探针技术获取采矿单元体的矿石比例，预测出初　步损失率贫化率，通过人机交互二步预测，求得更加贴近生产实际的预测结果。据此原理开发出了　相应软件，经过某露天矿的应用表明，可以方便、快捷的实现不同铲装推进方向、不同台阶高度、不　同矿石截止条件等情况下的损失率贫化率预测，结果符合实际，能够为配矿及采矿生产管理提供定　量化依据。　关键词　损失率　贫化率　定量化预测　三维模型　预测软件　采矿混入率和损失率是采场生产中两项重要的　技术指标，是检验矿山开采技术水平、衡量采矿方法　的合理性及矿产资源利用率的技术经济指标，也是　矿山配矿工作要考虑的重要指标。长期以来，在矿　山设计和生产计划编制时，这两大主要技术经济指　标一般凭经验取值。　前人对损贫定量预测进行了深入富有成效的探　索ｕ　，但都是在剖面图上进行的，即在二维图件的　基础上进行的。因剖面图的选取具有很强的经验　性、随机性及局限性，并不能全面反映预测区域的空　条带内铲装类型的依据。同理计算预测范围内所有　间形态、矿体产状、矿岩关系、台阶高度及电铲采剥　铲装单元的矿体比例，与台阶高度存放在前一阶段　布设单元格的中心点属性内，确定合理的矿石比例　（铲装截止条件），按不小于此比例的铲装单元确定　采出矿石，零为废石，其余皆为含矿废石并用不同颜　色加以区分，进而加权统计出预测区域内的损失率、　贫化率，即为初步预测结果。如各单元中心点全部　位于该预测台阶的坡顶面上，就将预测台阶三维空　间的矿石比例全部投影到坡顶面上，再通过二步人　机交互圈定，即可较为准确的预测台阶的损失率、贫　化率。　方向等情况，而这些因素又是损贫计算的重要影响　因素。矿山生产及国内外的科研结果均表明：对于　缓倾斜、倾斜矿体，台阶高度增大，矿石损贫随之增　加。前苏联阿尔先耶夫指出：损贫同台阶高度呈正　比关系，台阶高度增加１倍（１Ｏ～２０　ｉｎ），损失率贫　化率增加４０％～６０％　。　２软件开发　采用ｖｂ语言与３Ｄｍｉｎｅ矿业工程软件集成开发　露天矿损贫预测软件。　２．１预测区域微分　在选定的预测范围内　根据确定的电铲掘进方　因此，快速、准确的预测三维空间不同矿体赋存　条件、不同台阶高度及不同掘进方向下的露天矿采　矿损失贫化率，很大的实际意义。　向，从起点开始按一定的间距布点，布点范围要覆盖　预测区域；调用函数判断布点是否在预测范围内，如　不在则将其删除。　２．２地质探针初步预测　１　三维模型虚拟采矿地质探针技术　利用三地曼软件建立爆区三维地质模型、采场　一利用布设点发射射线，射线方位角与掘进方向　致，倾角为电铲工作时形成的台阶坡面角，该射线　现状ＤＴＭ模型，可以真实、直观地刻画矿体的赋存　特征、采场环境，使预测对象三维化。根据牙轮钻机　现场作业情况，确定电铲铲装作业工作面与下一台　阶坡顶所形成的夹角，可以此角度确定一个条带内　的矿岩，计算条带内的矿体体积比例，并作为判断该　陈彦亭（１９８１一），男，科长，工程师，硕士，０６３７００河北省滦县。　３８　代表铲装单元的中心线，射线终止点的标高为该预　测台阶的坡底标高；获取射线穿过台阶的长度和矿　体长度，当穿过多条矿体时累加矿体长度，用射线穿　过的矿体总长度除以台阶长度得到此点的含矿比例　（体积比）（与地质钻探的原理类似），在三维建模的　基础上实现，称为“数字地质探针”，图１为该方法　的剖面示意图。　总第５５３期　现代矿业　２０１５年５月第５期　还可进行不同掘进方向的预测，以确定最合理的、可　行的掘进方向。　表１　２０１３年１２月计划范围内各区域　软件初步预测损失贫化率值　型，真实、直观、定量化的刻画了矿体的产状、厚度及　矿岩等空间分布特征，保证了预测的可靠性。　（２）通过分析实际铲装作业，采用微分的原理，　％　按给定的划分参数，将预测对象划分为有限多个倾　斜棱体，避免了其他预测方法人为选择断面的随机　性问题。　（３）将三维建模与地质探针技术结合起来，开　发损贫定量预测软件，实现不同铲装推进方向、不同　台阶高度、不同矿岩截止条件等参数下的灵活、快　速、定量预测，并在此基础上，通过人机交互二步预　３．４结果可靠性验证与分析　测，使预测结果更加贴近生产实际，提高预测结果的　可靠性。　（４）首次实现了三维条件下的损失率贫化率定　经人工切割剖面计算比对，证明预测结果合理　可靠。通常情况下，一个范围只选取１到２个剖面，　先主观判断矿岩截止界限，然后手工量取矿体、岩石　量预测，司家营露天矿试用结果表明，该预测方法快　速、代表性强，为采矿生产损贫指标的管理提供了定　量化依据。　参考文献　面积，将量取结果代人ｅｘｃｅｌ表格计算，求得该剖面　的损失贫化率，即为该预测区的损失贫化率。手工　计算剖面的代表性有很大的局限性和主观随机性，　且计算过程繁琐。采用微分地质探测与虚拟采矿相　结合的方法进行预测，通过二次圈定，实现人机互　动，将复杂的三维空间简化为近似二维空间，使预测　结果贴近生产实际，可操作性强，更便于管理。　［１］　王运敏．现代采矿手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２０１１．　［２］　伍绍泽．计算机在确定露天矿山损失率与贫化率、可采厚度与　剔除厚度中的应用［Ｊ］．四川　台金．１９８９（１）：１２．１９．　［３］　张士全，露天矿台阶高度与矿石损失、贫化关系的研究［Ｊ］．矿　业快报，２００１（１１）：１４－１７．　４结　论　（１）运用三维建模技术构建预测对象三维模　（上接第２８页）性好，下沉量很小，未发生较大变　（收稿日期２０１４一ｌｌ一２６）　填接顶率和结实率；④对大型矿山，尤其是水文地质　形；②充填体稳定及顶板的变形是个较长时间的过　程，需要长时间监测；③原岩矿柱支撑和提高充填接　顶率是确保采场稳定的主要因素。　公路沿钱也布置了大量的测点，多年监测结果　表明，公路基本没有位移变形，公路全程路面未见裂　隙与裂缝，说明了采动影响控制效果好，岩移并未波　及到地表。　条件复杂矿山，应运用有限元或流固耦合等数值模　拟软件，结合类似矿山开采经验对水平矿柱、垂直矿　柱或框架结构矿柱等留设方式进行分析比较，在确　保安全的前提下减少永久矿柱量，提高回收率；⑤岩　石移动和地表变形是一个复杂的四维问题，应运用　监测手段加强受保护对象的后期管理，并制定应急　预案，确保生产安全。　参考文献　３　结语　①明确受保护建（构）筑物、路基和水体的性质　及重要程度，慎重对待人员集中建（构）筑物和重要　水体下开采的安全性和可行性，并通过分析地表地　形、矿体的埋藏条件、水文地质和工程地质条件（尤　其是岩体内的软弱结构面），充分估计充填法开采　的保护程度和控制效果，以确定保安矿柱留设方式；　［１］　中南大学，贵州开磷集团．公路下复杂矿体开采综合技术研究　阶段总结报告［Ｒ］．长沙：中南大学，２００４．　［２］　彭　康．海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析　【Ｊ］．中南大学学报：自然科学版，２０１１（１１）：２６－２９．　［３］杜绍伦．充填开采过程中岩体能量释放规律研究［Ｊ］．金属矿　山，２０１０（５）：１０－１５．　②在开采顺序、采矿方法、结构参数、爆破和充填工　艺等方面，分中段依次分析对地表建（构）筑物、路　基和水体的影响程度；③加强管理，严格实行“强　采、强出和强充”制度，并通过加强充填质量管理，　实行多点下料、二次充填和强制接顶等措施，提高充　４０　［４］　郭金峰．我国复杂难采矿床开采的问题与对策［Ｊ］．金属矿山，　２００５（１２）：５２－５５．　［５］张德明．新编矿山采矿设计手册［Ｍ］．北京：中国矿业大学出　版社．２００７．　（收稿日期２０１４－１１－２１）