矿体模型在富家坞境界优化中的应用

王 华

(江西铜业集团公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224)

矿体模型在富家坞境界优化中的应用

王 华

(江西铜业集团公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224)

以Mine Sight矿业软件为平台，应用地质统计学理论和方法，建立德兴铜矿富家坞矿区的矿体模型，在此基础上优化开采境界和估算矿石储量，从而实现矿山生产决策的科学化，提高企业的经济效益。

Mine Sight软件;矿体模型;地质统计学;境界优化

国外矿山的应用经验表明，矿山企业效益的80%在于矿山规划工作［1］。随着科学的发展，尤其是矿体建模技术的飞速发展，国内外大中型露天矿的开采境界由过去的“相对固定”逐渐变成“随行就市”，即随着矿产品市场价格和矿山经济技术条件变化，及时调整优化开采境界，以达到有效提高矿山企业经济效益的目的［2］。

矿体模型是矿床属性在空间分布上的数字描述，基于矿体模型，可以直观、迅速完成矿床储量估算和品位估值，是矿床境界优化等一系列矿山生产科学管理的基础［3］。

1 矿区概况

富家坞矿区位于赣东北怀玉山脉官帽山支脉的东南麓，为突起较高的丘陵地带。矿床的工业类型为细脉浸染型斑岩铜钼矿床，主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、褐铁矿，矿石易采易选。主矿体呈厚大的筒状矿环，围绕花岗闪长岩内、外接触带分布，中部无矿核心为花岗闪长岩体，产状随岩体向北西倾伏。

该矿床为第I勘探类型。勘探手段以钻探为主，采用140 m×140 m网度探求C级储量，在矿体边缘较复杂地段，适当加密了工程，矿区250 m标高以上，采用140 m×70 m网度探求B级储量，对矿体深部以280 m×(140～280)m稀疏工程控制D级储量。勘探程度基本能满足矿床开采需要。

矿床矿体和围岩均由蚀变千枚岩和花岗闪长斑岩组成，矿岩硬度大、稳定性较好［4］，矿区断裂、裂隙构造发育，工程地质复杂程度中等。矿区气候属潮湿多雨气候类型，附近没有大的地表水体，自然地形有利于自然排水。富家坞矿区东南部接触带构造破坏较强烈，岩石风化作用强，含水层的厚度和透水性较强。在侵蚀基准面以下，变质岩系孔隙度小，透水性差。矿床主要充水因素为大气降水，其次是构造裂隙含水带。矿区目前已形成1.5×104t/d采出矿能力，最终拟建设成4.5×104t/d的规模。

2 矿区地形及矿体特征

2.1 地形地貌特征

矿区处于构造剥蚀山区，地形切割强烈，山势陡峻。地势总体西北高东南低，矿区最高点位于西北部官帽山，海拔650 m，矿体赋存于官帽山主峰东南侧的盆地中，四面环山，盆地往东南方向是一条山沟，最低海拔160 m，最大高差达490 m。一般山坡自然坡度在40°到44°之间。

2.2 矿体赋存特征

富家坞矿床属典型斑岩铜钼矿床，该矿床规模巨大，矿体形态简单，产状稳定，品位均匀，矿化连续性好。矿体走向长1100 m，上半环延深950 m，下半环延深650 m。矿体厚度150～400 m。上半环倾角较缓，为25°，下半环倾角较陡，为46°，基础储量分布的最高标高为425 m，最低标高为－325 m。矿体浅部部分出露地表，适合于露天开采。

矿体西部较东部厚大，上部矿环较下部矿环厚大。矿体中夹石不多，表现为零星细小的夹石。矿环中空心部位和矿体外侧存在一定厚度的表外矿。矿体主要产出于外接触带，一般品位较高。正接触带及稍偏外侧铜、钼较富，离开接触带，钼品位明显降低。铜、钼的高品位带大致与岩体接触带、断裂带和层间裂隙带相一致，呈条带状展布。矿化垂直分带明显，铜上富下贫、钼上贫下富。100 m标高以下钼矿化有增强趋势。

3 矿体建模

3.1 基础数据

Mine Sight矿业软件是国际上通行的矿山规划与设计软件之一，目前已被世界上多家矿山所采用［4］。本次建模利用已有的富家坞矿区地质勘探钻孔数据，根据地质统计学分析原理建立矿体模型，用克里格法估算矿区储量［5］。该软件建立矿体模型需要的基础数据资料有3类。

(1)钻孔数据。本次建模采用的钻孔数据为已有的地质勘探钻孔数据，共有120个有效钻孔，19734个化验记录数据，包括铜和钼样品化验品位，品位值未知时，按软件要求赋值为－1表示。共有1066个测斜数据，角度值单位为度，倾角正值表示钻孔向上，反之，负值表示钻孔向下。共有2923个样品岩性数据。按地质统计学理论要求，对样品进行组合计算处理，按一定的样长进行统计分析，结果见表1。本次建模由软件自动计算3 m组合样，并用矿化域实体进行代码赋值，形成钻孔三维视图。

表1 钻孔组合样品位统计结果

(2)地形地表数据。本次建模使用富家坞矿区2006年3月末的现状地表数据，并按软件要求进行规范化，转换成真三维数据，并转入软件中生成三维地表模型。

(3)其他指标数据。富家坞建模矿石体重取值2.72 t/m3，废石体重取值 2.65 t/m3。模型范围由矿床开采实际区域而定。

3.2 地质统计学分析

地质统计学是目前矿业界先进的一种地质研究方法。该理论以区域化变量为基础，借助变异函数表征区域化变量空间的变异性，它既考虑到地质变量的随机性，同时也充分反映了它们的空间相关性。地质统计学能提供在无偏条件下达到估计方差的极小估计值，因此具有传统地质学方法所无可比拟的优越性。

(1)矿区铜、钼品位的分布特征。富家坞矿床除了主要元素铜以外，还伴生有丰富的钼元素，根据变量在空间的变化性，对已有的钻孔数据进行统计分析，计算数据特征值和分布规律，结果表明，铜和钼样品品位值呈近似的对数正态分布。

(2)变异函数拟合。铜、钼品位变异函数按以下公式计算:

式中，N(h)为滞后距为h时参加实验变异函数计算的样品个数;h为滞后距;Z为区域化变量在空间点上的品位值。

用软件进行各主要方向的地质统计学计算处理，选定变异函数参数值，见表2。

表2 拟合变异函数参数

然后根据选定的变异函数参数值，用点克立格程序对品位模型参数进行交叉验证，结果见表3。验证结果的分析表明，所选定的参数是合适的，估值与实际值误差小。

表3 交叉验证结果

3.3 矿体模型建立

(1)台阶矿体的圈定。根据富家坞矿床矿体形态单一、规模大的特点，收集已有的模型矿化域结果，已有0.1%Cu和0.2%Cu的两类矿化域分层线(+410～－265 m)可用于地质模型的建立。用分层线直接对模型块段赋值，再由模型生成矿化域三维实体，见图1。

图1 矿化域0.1%Cu三维实体

(2)克立格法模型估值。估值计算是为了在计算矿量前对模型矿块品位进行计算，克立格法能实现对待估块段矿石品位和矿床储量的精确计算，因此采用克立格法对模型估值。考虑到电铲作业效率和勘探网度，被估块段的尺寸确定为15 m×15 m×15 m。按照规定的模型范围，按照选定的变异函数参数，设置软件的相关参数，进行模型块段的对数克立格计算。估值参数如下:估值样品数最多为10个，最少为1个;矿体总倾向为318°，倾角为40°;样品搜索半径按变程参数来设定;用0.1%Cu的矿化域来限定待估块段和样品。

(3)建模效果。基于建成的矿体模型，计算得出的边际品位与矿量、平均品位分布曲线见图2。模型的储量结果与地质报告中按边界品位(Cu)0.2%、工业品位(Cu)0.4%计算的主矿体铜表内储量及设计院的设计储量相比较，相差不大，说明地质模型与设计的地质储量在境界范围内总体上是一致的。

图2 边际品位与矿量、平均品位分布曲线

4 开采境界优化

首先，研究选定相关的技术和经济指标，如采矿损失贫化率、选冶回收率、采选冶成本、金属市场价格，然后，根据已建立的地质模型，按照选定的参数，应用LG法进行矿区开采境界优化。软件是按由低到高的价格，生成一系列的分期境界，再进一步的进行经济分析，确定最优开采境界。本次共优化出31个开采境界，优化境界、矿岩量和平均品位的关系见图3。

图3 优化境界、矿岩量和平均品位关系

经计算分析，第18号优化境界和ENFI设计的最终境界相符合，但其相对应的铜价为30000元/t，而按25000元/t的铜价分析，最优境界为14号境界。

按分期开采设计，可选第4号境界为首期开采境界。平均剥采比为1.05 t/t，平均地质品位 Cu 0.518%，Mo 0.033%，可获得更佳经济效益，降低投资风险。

按ENFI设计的参数，经计算分析，得出的最优境界是17号境界，与设计最终境界大致相同，若选30000元/t铜价时，最优境界为18号境界，说明价格和成本的选取对开采境界影响较大，矿山在实际生产中应按市场变化及时动态优化调整开采境界。

在选定的优化境界基础上，选取露天坑的道路、平台、最终边坡角等参数，用Mine Sight软件进行露天坑设计。优化的开采境界为:开采最高标高620 m，最低标高－145 m，封闭圈标高170 m，露天开采境界上口尺寸为1740 m×1690 m，下口尺寸为400 m×110 m。开采境界内矿岩总量为128909×104t，其中:矿石41613×104t，平均地质品位Cu 0.509%，Mo 0.031%;废石 87293×104t;平均剥采比 2.10 t/t。比原设计开采境界平均剥采比小0.3 t/t。

5 结论

(1)利用矿体模型进行露天开采境界优化和估算资源量，可获得最优化的开采境界，优化矿山资源的开发，实现综合效益最大化。

(2)利用矿体模型对特大型露天矿山实行分期陡帮开采规划，可均衡矿山剥采比，减少前期投资，实现矿山企业稳定生产。

(3)使用矿业软件建立矿体模型，为特大型露天矿山优化开采境界、开展中长期规划提供了极大便利，矿山在实际生产中可以根据市场情况动态优化调整开采境界。

［1］ 高 祥.应用Mine Sight软件优化露天矿山开采规划与设计［J］.矿冶，2000，9(2):10－14.

［2］ 李国平.德兴铜矿铜厂矿区东部境界优化的探讨［J］.铜业工程，2005，(3):28－29.

［3］ 邱纯英，吴筱萍.Mine Sight软件在地质模型建立与储量计算中的应用［J］.中国西部科技，2008，31(7):15－18.

［4］ 鲁绍佐.德兴富家坞铜钼矿特征及相关分析［J］.铜业工程，2009，(2):7－9.

［5］ 周紫辉.浅谈采矿系统软件Mine Sight在露天境界设计中的应用［J］.有色冶金设计与研究，2006，(4):1－5.

［6］ 侯景儒，等.实用地质统计学［M］.北京:地质出版社，1998.

2011－06－10)

王 华(1973－)，男，江西会昌人，工程硕士，工程师，主要从事采矿技术管理工作，Email:wanghwua@126.com。