3DMine軟件的礦床模型構(gòu)建及礦石質(zhì)量估算

摘 要：礦業(yè)三維軟件作為礦山生產(chǎn)的必備軟件之一，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)制圖、建模計(jì)算、數(shù)據(jù)管理等方面的優(yōu)勢，將采礦設(shè)計(jì)人員和礦山管理人員從粗略的估算與繁瑣的計(jì)算中解放出來，把更多的時(shí)間與精力用于專業(yè)思考上，從而以最有效率的方式制定出合理的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方案，是實(shí)現(xiàn)礦山信息化，提高勘探、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率、科學(xué)管理的手段。3DMine礦業(yè)工程軟件運(yùn)用三維實(shí)體建模技術(shù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和應(yīng)用塊體模型數(shù)據(jù)進(jìn)行品位估算和儲量計(jì)算。品位估算和礦石量計(jì)算的結(jié)果作為采場礦石采剝的基礎(chǔ)資料，直接影響著生產(chǎn)月計(jì)劃、年計(jì)劃編制的科學(xué)性、合理性，影響著礦石采剝的合理布局，而且選場對于入選礦石品位的穩(wěn)定性有較高的要求，品位估算的結(jié)果對指導(dǎo)日常供配礦以及計(jì)算損失率貧化率意義重大，因此文章對品位估算和礦石量計(jì)算結(jié)果的可靠性也做了一定的分析。實(shí)踐表明，3DMine軟件計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，完善了輔助采礦設(shè)計(jì)和計(jì)劃編制等工作，極大地提高了生產(chǎn)管理水平和工作效率。

關(guān)鍵詞：礦床模型；資源量估算；3DMine；礦業(yè)軟件；鐵礦山

引言

礦業(yè)軟件起步于20世紀(jì)80年代初。從最初的礦山測量或地質(zhì)應(yīng)用開始，從二、三維礦床模型的建立、儲量和品位計(jì)算，逐步推廣到采礦設(shè)計(jì)、境界優(yōu)化、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度和指揮等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)、計(jì)劃與管理。經(jīng)過多年的發(fā)展證明，礦業(yè)軟件已然成為礦山生產(chǎn)的必備條件之一。

3DMine礦業(yè)工程軟件具有真實(shí)三維環(huán)境，包括實(shí)體模型、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、表面模型、塊體模型以及測量模塊、采礦設(shè)計(jì)模塊，具有二維與三維互換的界面。借助此平臺，結(jié)合實(shí)際工作和礦區(qū)特點(diǎn)，我們做了一些用于滿足日常生產(chǎn)及規(guī)劃需要的應(yīng)用研究。實(shí)踐證明，三維模型的建立對礦山生產(chǎn)管理具有重要的實(shí)踐意義。

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置為燕山褶皺帶山海關(guān)隆起之昌黎凸起的西南邊緣地帶。前震旦系（Ar）地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，其中單塔子群白廟子組第三段（Arb3）為礦區(qū)主要含鐵巖系，該系地層走向近南北，傾向西，傾角40°～50°，礦區(qū)本身為一單斜構(gòu)造，礦體產(chǎn)狀與該地層一致。本區(qū)鐵礦體產(chǎn)于前震旦系變粒巖中，屬鞍山式沉積變質(zhì)礦床，區(qū)內(nèi)礦體多呈層狀或似層狀，部分呈透鏡狀或扁豆?fàn)睿瑢游环€(wěn)定，由于構(gòu)造和古地形的影響，厚度變化較大，形態(tài)變化較復(fù)雜，沿走向和傾向均有突然尖滅、分枝復(fù)合和膨縮現(xiàn)象。礦石的礦物成分主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦，其次為赤鐵礦。區(qū)內(nèi)鐵礦石以細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)為主，其次為纖維粒狀變晶結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為鐵礦物和石英組成黑白相間的條帶狀。礦石原生為磁鐵礦，近地表氧化為赤鐵礦和假象赤鐵礦。礦石類型及礦石化學(xué)成分按TFe/FeO的比值將礦石劃分為氧化礦和原生礦兩種類型，TFe/FeO≥3.5為氧化礦，TFe/FeO<3.5為原生礦，礦石中化學(xué)成分以Fe和SiO2為主。其它成分均極少。礦石全部為貧鐵礦，表內(nèi)礦石平均地質(zhì)品位為TFe 28.55%，其中磁鐵礦為TFe 28.49%，假象赤鐵礦為TFe 29.24%。表外礦石品位 TFe 22.62%。礦石中SiO2含量一般為45%～55%，平均為49.34%。

2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

2.1 資料的收集與處理

資料包括三種類型，有原始的鉆孔資料、采場探槽資料及采場炮孔資料，數(shù)據(jù)都收集完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢查與處理，資料最少應(yīng)包含以下幾項(xiàng)基本內(nèi)容，即開孔坐標(biāo)、測斜數(shù)據(jù)及品味信息，其中開孔坐標(biāo)包含有實(shí)際X、Y、Z數(shù)據(jù)，測斜數(shù)據(jù)應(yīng)有開孔方向和軌跡類型，品味信息請確保包含全鐵數(shù)據(jù)和亞鐵數(shù)據(jù)。需要注意的是少數(shù)原始的鉆孔資料是沒有亞鐵化驗(yàn)數(shù)據(jù)的，系統(tǒng)會默認(rèn)其值為0，參與后期賦值后會造成局部礦石屬性失真，因此數(shù)據(jù)處理需舍棄沒有亞鐵品味的樣品點(diǎn)。

鉆孔和探槽均可視為鉆孔工程，軌跡類型分為曲線（curved）與直線（linear），通常均采用curved，傾角在坡度向上時(shí)取正值，坡度向下時(shí)取負(fù)值，巖性表中同一個(gè)工程里無論劃分幾種巖性均共用一個(gè)工程號，化驗(yàn)表中自為取樣分段起點(diǎn)、至為取樣分段終點(diǎn)，同一個(gè)工程在4個(gè)表中的工程號必須相同，因?yàn)楣こ烫柺菍⒃摴こ?個(gè)數(shù)據(jù)表聯(lián)系到一起的共用字段，最終整理成Excel表格（表1）。

炮孔的巖粉數(shù)據(jù)整理成另外一種格式，定位表中最大孔深填寫炮孔實(shí)際長度，同一個(gè)炮孔的定位表和巖粉化驗(yàn)表中工程號必須相同，巖粉化驗(yàn)表中自是指見礦起點(diǎn)，至是指見礦終點(diǎn)，最終整理成Excel表格（表2）。

2.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

鉆孔和探槽的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件的方法相同，按照以下步驟：鉆孔新建數(shù)據(jù)庫-建立4個(gè)表單（定位表、測斜表、巖性表、化驗(yàn)表）-將4張Excel表依次導(dǎo)入對應(yīng)的表單中-顯示鉆孔檢查數(shù)據(jù)庫，完成后數(shù)據(jù)庫自動(dòng)保存。

巖粉數(shù)據(jù)按照以下步驟導(dǎo)入：新建露天巖粉數(shù)據(jù)庫-分別復(fù)制定位表和化驗(yàn)表內(nèi)容至剪切板-從剪切板獲取巖粉數(shù)據(jù)并導(dǎo)入-顯示炮孔并檢查，導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)孔號前綴要填日期和鉆機(jī)號，如2015年6月11日取的13#鉆機(jī)的樣品，則應(yīng)填寫20150611-13#，不填孔號前綴會使新導(dǎo)入的炮區(qū)替換掉老炮區(qū)而丟失數(shù)據(jù)，導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)一個(gè)炮區(qū)導(dǎo)入后再導(dǎo)入下一個(gè)炮區(qū)，導(dǎo)入后數(shù)據(jù)庫自動(dòng)保存。

3 實(shí)體模型的建立

礦體的實(shí)體模型根據(jù)建立依據(jù)的不同分為剖面實(shí)體和平面實(shí)體模型兩種，前者作為礦山初步設(shè)計(jì)的依據(jù)，兩條勘探線的間距為100米，而且后期生產(chǎn)勘探工程由于空間位置基本不在勘探線上，剖面實(shí)體無法更新，后者為依據(jù)各水平地質(zhì)平面圖建立，每兩個(gè)平面圖的間距為12或15米，而且生產(chǎn)勘探工程均分布在平面圖內(nèi)，隨著生產(chǎn)勘探工程的推進(jìn)，平面實(shí)體模型可以做到實(shí)時(shí)更新。兩者建立步驟基本一致，建立一個(gè)合格的實(shí)體模型須經(jīng)以下幾步：剖面圖或平面圖二維轉(zhuǎn)三維-礦體線處理-連接三角網(wǎng)-合并三角網(wǎng)-實(shí)體驗(yàn)證。三角網(wǎng)的連接是建立實(shí)體模型最關(guān)鍵的部分，要按照礦體的趨勢、所處構(gòu)造來連接三角網(wǎng)，以反映真實(shí)的礦體產(chǎn)狀。（圖1）

4 塊體模型的建立與更新

塊體模型是由數(shù)量極多的單個(gè)小塊體組成，單個(gè)塊體是組成塊體模型的最小單位，每個(gè)完成賦值的單個(gè)小塊體都儲存有它本身的地質(zhì)信息，包括礦巖屬性、品位信息、比重、磁性率等，建立塊體模型的過程就是為所有單個(gè)小塊體賦屬性的過程。首先打開實(shí)體模型，在實(shí)體模型的界面上新建一個(gè)塊體模型，單個(gè)塊體尺寸一般設(shè)置為4、4、2，次級模塊選擇2、2、1，再建立礦巖類型、比重、TFe、FeO、磁性率五種新屬性，礦巖類型是根據(jù)實(shí)體模型進(jìn)行單一賦值，將被礦體的實(shí)體模型包裹的塊體屬性設(shè)為礦，其余設(shè)為巖，然后用單一賦值功能分別賦值礦石比重和巖石比重，再單獨(dú)對礦進(jìn)行TFe和FeO進(jìn)行估值，最后對原生礦和氧化礦進(jìn)行劃分，完成后即得到一個(gè)完整的合格的塊體模型。TFe和FeO品位的估值方法有多邊形法、最近距離法、普通克立格法、距離冪次反比法等，針對此礦區(qū)品位分布的特點(diǎn)，我們選用國內(nèi)礦山通用的距離冪次反比法，原生礦和氧化礦的劃分需運(yùn)用屬性數(shù)學(xué)計(jì)算功能，將TFe/FeO≥3.5的礦巖屬性設(shè)為氧化礦，TFe/FeO<3.5設(shè)為原生礦。

5 資源量估算可靠性分析

隨著平面圖修圖工作及探槽、炮孔化驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，實(shí)現(xiàn)了帶礦部位品位數(shù)據(jù)全覆蓋，借助3DMine軟件的運(yùn)算能力，已經(jīng)具備進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測的基本條件。為了檢測塊體模型預(yù)測礦石量及礦石質(zhì)量的準(zhǔn)確度，特進(jìn)行本次可靠性驗(yàn)證。以某年12月份數(shù)據(jù)對比為例，選定對比位置為12月實(shí)際采動(dòng)區(qū)域，對比的對象為：

用截止到11月底的采場勘探數(shù)據(jù)建立的塊體模型計(jì)算的12月采剝位置礦石量、全鐵品位、亞鐵品位（以下簡稱預(yù)測量）。

用截止到12月底的采場勘探數(shù)據(jù)建立的塊體模型計(jì)算的12月采剝位置礦石量、全鐵品位、亞鐵品位（以下簡稱實(shí)際量）。

計(jì)算結(jié)果為：

（1）預(yù)測量：礦量840694.8噸，全鐵品位27.33%，亞鐵品位5.88%

（其中氧化礦量597828.0噸，全鐵品位27.65%，亞鐵品位4.52%，原生礦量242866.8噸，全鐵品位26.53%，亞鐵品位9.23%）。

（2）實(shí)際量：礦量855663.6，全鐵品位26.97%，亞鐵品位5.97%（其中氧化礦量593366.4噸，全鐵品位27.33%，亞鐵品位4.69%，原生礦量262297.2噸，全鐵品位26.16%，亞鐵品位8.86%）。

計(jì)算結(jié)果的分析：

預(yù)測量與實(shí)際量一致，其中實(shí)際礦量比預(yù)測礦量中礦量增加14968.8噸，增幅為1.8%，全鐵品位值降低0.36%，亞鐵品位值增加0.09%。二者的原生礦與氧化礦的比例一致，其中：預(yù)測礦量中原生礦與氧化礦比值為1：2.46，實(shí)際礦量中原生礦與氧化礦比值為1：2.26。依靠采場生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)的積累以及日常修圖工作的進(jìn)行，模型對礦石量及礦石質(zhì)量預(yù)測的結(jié)果可靠性高。

6 結(jié)束語

應(yīng)用3DMine工程軟件建立的三維模型是數(shù)字礦山的形式之一，建立起的各類地質(zhì)體模型及塊體模型可以直觀的展示礦體、地質(zhì)構(gòu)造的展布及品位的分布特點(diǎn)，采用距離冪次反比法估值的結(jié)果可靠性高，建立的塊體模型對資源量的估算和預(yù)測準(zhǔn)確可靠，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)制圖、建模計(jì)算、數(shù)據(jù)管理等方面的優(yōu)勢，將采礦設(shè)計(jì)人員和礦山管理人員從粗略的估算與繁瑣的計(jì)算中解放出來，把更多的時(shí)間與精力用于專業(yè)思考上，從而以最有效率的方式制定出合理的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方案。

目前該軟件的應(yīng)用已推廣到采礦設(shè)計(jì)、境界優(yōu)化、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度和指揮等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)、計(jì)劃與管理。該軟件強(qiáng)大的計(jì)算能力、友好的界面、可視化的三維環(huán)境將極大地帶動(dòng)我國礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山的進(jìn)程。

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