浅析露采有色金属矿山生产探矿设计优化
时间：2021-01-26 16:05:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】有色金属是极为重要的经济建设物质基础，其矿山的露天开采有着独特的特征与特点。文章分析了生产探矿设计优化的重要性，从地质分析、计算绘图、开采境界的圈定优化、开拓运输系统的确定和边坡的稳定性优化等角度，阐述了设计优化应当遵循的原则。
【关键词】有色金属 矿山露采 生产探矿 设计优化
1.露采有色金属矿特点
有色金属作为重要的基础材料和战略物资，不仅在国防工业和高科技产业中有着较多的应用，也与我们的日常生活息息相关，是关系到经济建设和发展的重要物资。因此，需要对有色金属矿山资源进行有效的开发利用，为国民经济的建设提供源源不断的资源保障。在探矿与开采的同时，不可避免的会对周围的环境和生态系统产生一定的影响，造成不同程度的环境污染和破坏。矿产资源作为不可再生资源，储量和可开采量都是有限的，应当合理的进行开发利用，采取有效的措施对生态环境进行保护。
有色金属矿山通常占地面积较大，由露采场、选矿采矿工业场地和废石场、尾矿库等组成。一般来说，一座矿山的占地面积从几万平方米到几十万平方米不等。我国的矿山以贫矿居多，以铜矿为例，绝大多数铜矿石的平均品位在1%以下。在露天开采过程中，不可避免的会产生大量的废石和固体废弃物，同时还会产生粉尘、酸性污水等污染物，对空气和水资源形成了较大的污染【1】。大量废弃物不仅需要占用较大的场地堆放，对土地资源造成了过量的占用，还会对地表土层和植被造成一定的破坏，使原有的生态系统失去平衡。危害到周边的农牧业生产，造成了区域内水土流失的加剧。
矿业作为国民经济中重要的支柱产业，随着经济的持续快速发展，呈现出较快的增长速度。我国的露天开采不仅规模增长迅速，在产量上也逐年攀升。截止到2005年，有色金属露天矿产量已超过8000万吨。露天开采主要包括勘察、设计和开采三个步骤，采用从地表直接将岩石揭露的方法进行矿物开采。矿山在正式投产之前，都需要经过长期的地质勘探。设计部门根据实际的地质状况，及开采的长远需要进行规划设计，作为衔接部分的开采设计环节显得至关重要。
2.生产探矿设计优化的重要性
有色金属矿山的生产探矿设计优化，直接关系到开采的效果和质量，需要合理的确定开采的境界规模、工艺流程方法、生产剥采比，设计生产运输能力、规划工程进度、以及做好各个环节的衔接等。其中，露天开采境界是由开采边坡和坑底所组成的空间轮廓，是设计工作中的重要组成部分，决定着境界内岩石量的多少，制约着矿山的生产规模和使用年限。既要保证技术上的切实可行，又要保证经济上的合理和效益。而边坡的稳定性是矿山生产中较为复杂的地质难题，大面积的开采容易对山体形成应力载荷，使边坡处于失稳状态。设计的不合理、管理的疏忽，都有可能导致事故的发生【2】。
3.设计优化的原则方法
3.1地质分析与计算绘图
在开采设计之前，对矿山区域内的地质状况进行大规模的勘探，从而掌握矿体的形态特征、范围大小、分布走向、地势陡峭程度，了解矿区的断裂构造结构、矿石的类型成分，分析矿山的储量及矿石的品位。采用计算机辅助设计技术对矿体进行圈定，在处理钻孔数据时应标明矿体的界限、按台阶高度进行组合，合理确定各项工业指标数据，分别采用横剖平面法、方块法等不同的计算方法，计算得到对应的矿量和品位。根据钻孔内表内矿及表外矿的矿体界线，采用交叉式连接成形封闭，绘制地质剖面图。用CAD在各剖面线上进行切取，经连接后得到分层平面图。
3.2开采境界的圈定优化
露采矿山多为地形复杂多变的地质岩体，品位分布杂乱无章、工业指标变化无序，给圈定开采境界带来了诸多困难。开采境界的合理圈定，应遵循资源回收效益的原则。分析资金、时间等成本所占的比重，掌握产品价格的动态变化，形成动态的评价指标。制定合理的角度编排计划，采用三维、四维的计算机辅助方法构建几何模型，用参数约束法获得各分期境界方案，优化采剥顺序。以确保获得的矿产品价值应当大于开采产生的各项费用，追求矿产资源开采量的最大化。
矿山的规模效益、边际品位的选取、开采的工艺和设备，都会对最终境界的确定产生影响。在实际开采中，由于受到方方面面条件的约束和限制，矿产资源的回收效果并不理想。需要在矿山所允许的剥离量范围内，确定经济合理的剥采比，对各分期境界方案进行分析评估。按照边际理论的基本原理，结合灰色聚类决策原则，从而最终确定最优的露天开采境界。建立合理的经济分析模型，对相关的不确定因素进行深入的分析，实现对最终境界的动态评估【3】。
3.3开拓运输系统的确定
矿山的经济参数众多、动态变化大，不仅不同的矿山存在着较大的差别，即便是同一座矿山在不同的时间段，也存在着一定的差异。运输系统的设计，应当遵循减少剥离量、保持原有开采境界的原则，进行参数优化和结构优化。可采用遗传算法对运输系统的开拓布线流程进行优化，形成不同的开拓方案，需保证开拓系统中存在斜坡道相互交联的开拓路径。同时，充分考虑到运输系统的开拓成本，使用过程中所产生的经营费用，以及公路、排水等附属工程，运用数学模型进行分析计算。汇总不同方案的计算结果，综合评价各个方案的优缺点，从而筛选出可行性最佳的方案系统。
3，4边坡的稳定性优化
由于矿山的地质形貌和条件复杂多变，爆破开挖过程产生大量的岩体破碎形成结构面，大面积的开采不可避免的会使山体承受应力载荷，矿山边坡的稳定性成为必须面对的技术难题。必须采用科学的方法对设计方案中矿山边坡的稳定性进行论证，以确保开采过程中的生产安全。在保证边坡稳定的条件下，适当的提高最终帮坡角，采用定性和定量分析的方法，能够有效地降低剥离量和剥采比，常用的优化方法有经验法、极限平衡法、数值分析法和不确定分析法等【4】。
与常规的边坡工程相比，有色金属露天矿的边坡既具有相似性，有具有其独特性。受矿体条件的约束，边坡的位置无法进行自主选择，且在开采的过程中逐步扩帮。在不影响正常开采的前提下，允许适当的边坡及岩体变形破坏。在不同的阶段，对边坡的性能的要求也存在差别，随着采矿的进展动态变化【5】。对矿山的边坡进行适当的分类，选取适宜的分析方法、建立合理的评价体系，分析与稳定性相关的各项设计参数，采用不同的方法进行优化。从而获得稳定性最优化的边坡设计，保障矿山生产的安全高效。
4.结语
随着国民经济的进一步发展，有色金属需求的数量和质量还会有较大的增长，对矿山的开采能力和水平提出了更高的要求。在设计之前对地质条件进行充分的勘探，掌握必要的资料数据，结合计算和绘图手段进行分析。必须要准确把握有色金属产品的市场需求行情和价格走势，结合矿山开采的建设成本和经营费用，合理的圈定开采境界。合理、经济的确定开拓运输系统，建立有效的边坡稳定性优化方法和评价体系，是矿山生产向着安全化、规模化、高效化的方向迈进。
参考文献
【1】沈建新.浅谈有色金属矿山生态环境影响与评价[J].有色冶金设计与研究.2014（04）
【2】聂兴信.金堆城钼矿南露天开采规划研究[D].西安建筑科技大学.2003
【3】杨铖.浅析露采有色金属矿山生产探矿设计优化[J].城市地理.2015（06）
【4】刘强松.树南沟金矿露采高陡边坡稳定性综合评价与优化的系统研究[D].中国地质大学2014
【5】刘国庆.天铁石矿露天开采设计简述[J].天津冶金.2005（05）
