宋阳1 李永生2
神华北电胜利能源有限公司胜利露天煤矿 内蒙古锡林浩特市 026000
摘要：剥采比对于露天煤矿的设计与生产是一个非常重要的技术经济指标，直接关系到煤矿的经济效果、资源利用、产品数量和中长期采矿规划的质量。如何根据剥采比调控矿山中长期采矿计划是露天矿开采中的一个重要课题。因此，实际生产中，在采矿权界限内绘制客观真实的剥采比等值线是一个非常关键的问题。本文详细介绍了利用3DMine矿业工程软件生成胜利西一号露天煤矿钻孔剥采比等值线的方法，并对成果进行简要说明。
关键词：剥采比 3DMine 网格估值 属性数学计算
前言：剥采比对于露天煤矿的设计与生产是一个非常重要的技术经济指标，如何根据剥采比调控矿山中长期采矿计划是露天矿开采中的一个重要课题。用传统方法作钻孔剥采比等值线就是计算出各个钻孔的剥采比，然后进行简单的散点计算并利用软件生成剥采比等值线，这样生成的等值线无法对钻孔之间的数值进行较为准确的拟合，且也无法将存在的断层、无煤区等较为复杂的地质情况体现在剥采比等值线上。近年来，3DMine矿业工程软件经过多年的发展和完善，已经成为国内同类矿业软件的佼佼者，利用3DMine软件生成地质模型进行钻孔剥采比等值线的建立较为准确[1]。
一、研究区概况
胜利西一号露天煤矿，位于胜利煤田的西南部，矿区被第四系全部覆盖，地层无出露，区内有三个主要含煤层段，即大磨拐河组下含煤段、泥岩段含煤段，伊敏组上含煤段。其中伊敏组上含煤段含煤层多、厚度大，发育最好，6号煤层以上各煤层适合露天开采。其中，5、6号煤层全区可采，5下、6-1号煤层大部可采。构造上为一宽缓的NE向向斜构造，区内发育正断层，主要呈NE向、NW向，矿区地质构造属简单类型。矿区煤质以褐煤为主，年生产能力2000万吨。露天矿剥离采用单斗—卡车工艺，采煤工艺则为单斗—卡车+破碎站—带式输送机半连续工艺，地面生产系统包括二破、三破、储煤、装车等生产环节，储煤方式采用封闭式储煤场方案。采矿权界南部有两条F25、F30正断层，倾向NW向，平均断距10米，并且矿界内存在多个无煤区[2-3]。
二、剥采比定义
剥采比是露天矿开采最终境界内剥离的废石量与采出的矿石量之间的比值。露天矿的最终境界一经确定，就相应的确定了露天矿的可采矿量和剥岩量。在露天矿的境界设计中，需要控制的剥采比有钻孔剥采比、生产剥采比等，剥采比的单位可用m3/t表示[4]。
三、剥采比等值线的建立
3.1 建立原理
利用3DMine软件生成钻孔剥采比等值线的原理总体分两种，这两种方式的建立模式与步骤是不同的，主要区别如下：
（1）根据矿区钻孔资料，建立钻孔数据库，利用软件建立矿区可采煤层的顶底板模型、厚度模型和地表面模型，其中，地表面模型包括了现有矿区的外部排土场，这样可以将矿区二次剥离的剥离量拟合到最终生成的剥采比等值线中，使得结果符合矿区实际情况。根据这些三维模型，利用“属性数学计算功能”，按照剥采比的定义和计算方法建立剥采比等值面并生成等值线[5]。
（2）根据矿区钻孔资料，建立钻孔数据库，利用软件提取出各个钻孔的剥采比数值并利用地质统计变异函数分析其变化规律然后进行“网格估值”计算，进而生成剥采比等值面和等值线。
3.2胜利西一号露天煤矿剥采比等值线的建立
结合矿区实际情况，本矿区存在沿帮排土场的二次剥离与地质断层的影响，同时，露天矿的实际生产中煤层顶底板之间的小厚度夹矸一并随着生产混入原煤中，所以，本矿区的钻孔剥采比等值线主要应用原理（1）来进行建立，这样可以使得生成的等值线更加符合矿区生产实际情况。
（1）矿区内地表面模型的生成。根据矿区内实测地表高程点与采剥工程平面图的数据资料，利用3DMine软件的“网格估值”功能生成地表面模型，将它定义为面模型A[6]。
（2）各煤层面模型及厚度模型的建立。胜利西一号露天煤矿主采5号、6号煤，本次计算为了提高结果的准确性，将5下煤一并拟合到计算结果中，同时，矿区南部采矿界限内存在F25、F30两条正断层，并且根据钻孔资料，各煤层存在不同范围的无煤区。本矿区的建模过程中将这些因素一并考虑在内，利用“网格估值”功能，将软件提取的煤层顶、底板点和断层数据生成顶、底板面模型[7]，在初步计算结果中再将无煤区裁剪掉，这样，就生成了5号、5下、6号煤的顶、底板面模型和厚度模型，将厚度模型依次定义为B、C、D，另外，将6煤底板面定义为F。
（3）钻孔剥采比等值线的建立。根据生成的各种面模型，利用3DMine软件的“属性数学计算功能”，可以生成剥采比等值面及剥采比等值线[8]，数学计算公式：（A-F-B-C-D)/(B*1.32+C*1.31+D*1.33)，本矿区5煤、5下煤、6煤平均视密度分别为1.32g/cm3、1.31g/cm3、1.33g/cm3。
结论
（1）胜利煤田西一号露天矿煤层赋存情况及构造条件简单，局部存在无煤区，在软件拟合的过程中，无煤区边界附近生成的模型及等值线变化剧烈，需要在后期将异常点进行处理并整合，使其符合矿区实际地质状态，满足实际设计与生产需求[9]。
（2）区内南部断层以压扭性为主，充填有泥岩及泥质胶结的塑性岩石，裂隙稀少，可视为阻水断层，由于断层位置煤厚变化不大，仅为空间上的起伏，不影响剥采比等值线的连续性。
（3）利用3DMine软件生成地质模型进行钻孔剥采比等值线的建立比传统单纯用钻孔散点生成的剥采比等值线较为准确，可以更好的为中长期采矿规划与设计提供基础数据资料，具有一定的参考意义与价值。
（4）本次剥采比等值线的建立考虑了沿帮排土场二次剥离的影响，并将其拟合到剥采比中，对实际设计与生产有现实参考价值。
（5）全矿区除了无煤区区域及边界有剥采比急速变大的现象，其他范围剥采比在1m3/t-5m3/t范围波动，最低值在矿区东偏北区域，最高值在矿区西北局部及北偏东大部分区域，全矿区大部分区域钻孔剥采比在2m3/t-3m3/t，符合勘探报告提供的平均剥采比2.65m3/t。
（6）沿帮排土场较地表平均高差为100米，此区域煤层厚度变大，钻孔剥采比在2m3/t-3.6m3/t，对未来的二次剥离影响不大。
参考文献：
[1] 王岩. 利用矿业软件针对露天煤矿进行建模的几个要求[J]. 露天采矿技术, 2011, (2):58-60.
[2] 金娜.胜利一号露天矿煤质特征分析[J]. 露天采矿技术, 2013, 9(09):35-36.
[3] 张瑞新, 韩金炎, 刘光. 胜利煤田一号露天矿矿床资源评价[J]. 贵州工业大学学报：自然科学版, 1998, 27(02):27-33.
[4] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 15663.4-2008 煤矿科学技术语 第四部分：露天开采{S}.北京：中国标准出版社，2009.
[5] 赵立军.3DMine软件在煤炭储量计算中的新应用[C].中国煤炭学会露天开采专业委员会.中国矿业大学露天开采 小边坡工程研究所.2011.7.
[6] 3DMine矿业工程软件帮助文档[M].北京：北京三地曼矿业软件科技有限公司，2010.
[7] 宋伟东.露天矿精细DEM的研究与建立[J].《辽宁工程技术大学学报》,2007（6）.
[8] 陈云浩，郭达志.矿山地理信息系统中的三维数据结构[J].《矿山测量》,1998(26).
[9] 牛成俊.现代露天开采理论与实践[M].北京：科学出版社，1990:235-247.