平行斷面法礦產(chǎn)資源儲量估算的計算機實現(xiàn)與應(yīng)用

黃應(yīng)才，馮興隆

（1.玉溪礦業(yè)有限公司，云南玉溪653100）

（2.玉溪礦業(yè)礦山研究院，云南玉溪653100）

傳統(tǒng)的礦產(chǎn)儲量估算方法是我國礦山在勘查和開采階段普遍采用的儲量估算方法［1］。傳統(tǒng)儲量計算方法從引入中國到1977年間，在理論研究的深度上和方法本身的創(chuàng)新上發(fā)展緩慢，但是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)儲量估算方法的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)估算方法長期不變的格局，傳統(tǒng)儲量計算方法受到挑戰(zhàn)，在這一背景下，傳統(tǒng)儲量計算方法的應(yīng)用與發(fā)展進一步深化，廣泛運用計算機手段代替人工計算，計算方法呈現(xiàn)多樣性［2－6］。1995年至今，為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，傳統(tǒng)儲量計算方法相繼開發(fā)研制并推出了一些適合國內(nèi)生產(chǎn)的軟件［6］。

DIMINE數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)是在中南大學(xué)古德生院士及王李管教授領(lǐng)導(dǎo)下、由中南大學(xué)數(shù)字礦山研究中心的礦業(yè)及軟件專家們，在全面研究了國內(nèi)外數(shù)字礦山相關(guān)軟件和國內(nèi)礦業(yè)企業(yè)實際需求的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的艱苦努力，研究開發(fā)出的新一版基于數(shù)字化礦山整體解決方案的礦山數(shù)字化軟件系統(tǒng)，達到了國際領(lǐng)先水平。該系統(tǒng)主要適用于礦業(yè)企業(yè)的地質(zhì)、測量、采礦專業(yè)的技術(shù)人員及技術(shù)管理人員，全面實現(xiàn)了從礦床三維地質(zhì)建模、儲量計算與動態(tài)管理、測量驗收及數(shù)據(jù)的快速成圖；地下礦開采系統(tǒng)設(shè)計與開采單體設(shè)計、回采爆破設(shè)計、生產(chǎn)計劃編制、礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算與優(yōu)化；露天礦開采境界優(yōu)化、露天采場設(shè)計、采剝順序優(yōu)化與計劃編制到各種工程圖表的快速生成等工作的可視化、數(shù)字化與智能化，是各礦業(yè)企業(yè)進行數(shù)字化礦山建設(shè)最佳的軟件平臺。在地質(zhì)方面根據(jù)國內(nèi)儲量計算的現(xiàn)狀和地質(zhì)勘查報告、資源儲量評審的實際需求，在軟件中集成了傳統(tǒng)儲量計算方法（塊段法、斷面法）和國際通用的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)儲量計算方法。因此本文以DIMINE三維礦業(yè)軟件為平臺，對平行斷面法儲量估算計算機實現(xiàn)進行探討，并應(yīng)用此方法對某銅礦的儲量進行了估算。

1 平行斷面法儲量估算系統(tǒng)原理

平行斷面法是常用的傳統(tǒng)儲量估算方法，它把形狀復(fù)雜的礦體轉(zhuǎn)化為與其體積大致相等的若干個塊段，并將礦化復(fù)雜狀態(tài)變?yōu)樵谟绊懛秶鷥?nèi)的均勻化狀態(tài)，通過對組成礦體塊段的相鄰兩礦體剖面面積大小進行比較，然后抽象為規(guī)則的幾何體進行體積計算；平行斷面法間的礦體塊段如圖1所示。

圖1 平行剖面間的塊段

平行斷面法礦產(chǎn)儲量估算以勘探線剖面圖為計算底圖，其儲量估算的一般過程如圖2所示，主要步驟為：

圖2 平行斷面法儲量估算過程

（1）創(chuàng)建勘探線剖面，并把鉆孔數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)投影到勘探線剖面上；

（2）在投影數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，圈定工程樣段和礦體剖面，繪制勘探線剖面圖；

（3）添加邊界線計算所需字段，計算剖面平均品位；

（3）建立礦體塊段，并根據(jù)礦體塊段對應(yīng)的兩相鄰勘探線上礦體剖面面積，估算礦體塊段體積；

（4）估算相鄰兩剖面間礦體塊段的礦石量、金屬量；

（5）估算整個礦體的體積、礦石量及金屬量，進行儲量匯總。

下面具體介紹礦塊的體積（V）、儲量（Q）、有用成分儲量（P）的計算方法。

1.1 礦塊體積計算

實際生產(chǎn)中，由于地質(zhì)形狀的復(fù)雜性，礦塊的形狀各異，例如梯形、楔形、錐形等。因此軟件根據(jù)兩斷面礦體面積變化情況，設(shè)置了不同的體積計算方法。

假設(shè)相鄰兩截面上礦體的面積分別為S1和S2。

①當(dāng)（S1－S2）/S1＜40％時（其中S1＞S2），即相鄰兩斷面上礦體的相對面積差小于40％時，用梯形公式計算礦塊的體積［7－8］，計算公式如式1：

式中：V—塊段礦體體積（m3）；L—兩斷面之間距（m）；S1、S2—各斷面上礦體的面積（m2）。

②當(dāng)相鄰兩斷面上礦體的相對面積差（S1－S2）/S1＞40％時，用截錐體公式計算體積，其公式［7，8］見式2。

③當(dāng)僅有一個斷面出現(xiàn)時（如礦體尖滅的兩端），則根據(jù)礦體的形狀選用公式。例如，當(dāng)?shù)V體尖滅成一楔子狀時，則用楔子形公式計算其體積［7，8］，見式3。

④當(dāng)?shù)V體尖滅成一錐形時，則用錐形公式計算其體積［7，8］，見式4。

1.2 礦塊的礦石儲量Q計算

礦塊的礦石儲量等于礦塊的體積乘以礦石的平均體重，即由式5計算。

式中：Q—礦塊的礦石重量（t）；V—礦塊的礦體體積（m3）；D—礦塊的礦石的平均體重（t/m3）。

其中，D用兩剖面體重之算術(shù)平均值代替。

礦塊的有用成分儲量P等于礦塊的礦石重量Q乘以礦塊的礦石平均品位C。其中塊段內(nèi)的礦石平均品位 C，是由該兩剖面的平均品位再平均而得［7，8］，由公式6計算。

2 平行斷面法礦產(chǎn)資源儲量估算在DIMINE軟件中的實現(xiàn)

下面將通過一個某銅礦山實例，介紹在DI-MINE軟件中如何應(yīng)用平行斷面法進行品位估計及資源量計算的過程。

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫就是將不同的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息按照一定的關(guān)系有機地組合在一起，共同表示鉆孔完整信息的數(shù)據(jù)集合［9，10］。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫主要包含的信息有：孔口位置、測斜信息、樣品品位信息。地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫是進行品位推估的重要基礎(chǔ)，在應(yīng)用DIMINE礦業(yè)軟件進行平行斷面法礦產(chǎn)資源儲量估算時，首先要建立礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

2.2 定義勘探線剖面和鉆孔剖面投影

根據(jù)礦山的勘探線，應(yīng)用DIMINE軟件提供的“勘探線剖面”命令，定義各勘探線所在平面為工作面。調(diào)入鉆孔數(shù)據(jù)庫，然后把鉆孔數(shù)據(jù)投影到各工作面上。如圖3所示。

圖3 鉆孔勘探線剖面投影

2.3 給礦體線添加字段

此次儲量計算應(yīng)用了圈定好的礦體，故沒有根據(jù)投影的樣品段圈定礦體。為了在計算時，使程序了解每個礦體的屬性，需對圈定的礦體添加字段，添加的字段有“勘探線號”、“礦體編號”、“兩端尖滅”、“礦體傾向”、“礦體傾角”和“體重”。然后根據(jù)每個礦體的性質(zhì)，分別為這些字段賦上屬性，如圖4所示。

圖4 礦體線添加字段圖

2.4 計算剖面平均品位

根據(jù)投影后的鉆孔文件，圈定好的礦體輪廓線（包括夾石邊界線），DIMINE軟件可以自動計算每個礦體的面積和平均品位，若鉆孔數(shù)據(jù)庫內(nèi)有體重字段，則計算平均體重，若有礦體內(nèi)有夾石，需勾選包含夾石選項。結(jié)果如圖5所示。

圖5 剖面平均品位計算結(jié)果

2.5 創(chuàng)建塊段

打開圈定好的礦體輪廓線，選中上下對應(yīng)的礦體輪廓線，設(shè)置好輪廓線之間的間距和塊段級別后就可以創(chuàng)建一個塊段。如果礦體輪廓線沒有對應(yīng)，或者礦體輪廓線為最外圍輪廓線，創(chuàng)建塊段是還需設(shè)置尖滅方式和外推距離；若礦體包含夾石則需設(shè)置夾石的尖滅方式和外推距離。最后創(chuàng)建好的所有塊段會保存在一個文件內(nèi)。

2.6 儲量計算

根據(jù)上一節(jié)定義的塊段文件和礦體輪廓線文件，DIMINE軟件會自動計算整個礦山的儲量，計算結(jié)果如表1所示。

表1 礦山儲量計算表

3 結(jié)語

平行斷面法礦產(chǎn)資源儲量估算方法同計算機結(jié)合后，其在儲量計算方面有了很大改進：

（1）既可進行總體儲量和品位估值，又可進行局部估值。根據(jù)勘探資料手工計算礦體儲量時，只進行大塊段的儲量估值，很難進行較小塊段儲量和品位估值。由于計算機在平行斷面法計算中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)兩剖面間任意塊段大小的儲量計算，滿足礦山生產(chǎn)、礦山設(shè)計的需要。

（2）礦塊間體積、面積計算更精確。傳統(tǒng)手工計算礦體儲量時，面積的測定通常采用求積儀法、曲線儀法、方格紙法，在繪制的儲量基礎(chǔ)圖件上量算，計算結(jié)果不夠精確。采用計算機后，減少了人為誤差，提高了計算精度。在計算礦體面積的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)的體積公式，計算礦體的體積。傳統(tǒng)手工計算礦體體積時，兩礦段間的距離按照剖面間的距離計算，但是有時勘探剖面之間的距離不相等，且勘探工程并沒有很好的分布在勘探線剖面上，如果直接按照剖面間距離計算礦體的體積，算出的結(jié)果會存在誤差。因此，計算機對這種情況加以處理，使計算結(jié)果更精確。（3）礦產(chǎn)儲量計算的自動化代替了大量復(fù)雜的手工勞動，提高了工作效率。

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