融合CAD面模型與Excel計算插件的儲量估算方法

魏 錚 王 明 徐新顯

(1.北京礦冶研究總院；2.廣東云浮廣業(yè)硫鐵礦集團有限公司；3.海南省資源環(huán)境調(diào)查院)

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融合CAD面模型與Excel計算插件的儲量估算方法

魏 錚1王 明2徐新顯3

(1.北京礦冶研究總院；2.廣東云浮廣業(yè)硫鐵礦集團有限公司；3.海南省資源環(huán)境調(diào)查院)

平行斷面法作為一種應用較廣泛的儲量估算方法，盡管計算公式簡單，但耗時較多。為此，對其進行了改進，提出了一種融合CAD面模型與Excel計算插件的儲量估算方法。CAD面模型是實現(xiàn)該方法的基礎，是斷面中具有塊段號、面積、品位、級別、礦石類型等屬性的充填面域集合。該方法利用VAB編程語言對Excel軟件、AutoCAD軟件進行二次開發(fā)，形成能從CAD面模型中自動提取原始數(shù)據(jù)，并能自動分析、計算和統(tǒng)計出表的Excel計算插件。某硫鐵礦儲量估算結果表明，該方法原理簡單，可在提高估算精度的同時，大幅度降低耗時，有一定的實用價值。

儲量估算 平行斷面法 CAD面模型 Excel計算插件

長期以來，儲量估算的主流方法是傳統(tǒng)幾何法(包括塊段法、斷面法等)，該方法以二維投影面為基礎，將復雜的礦體形態(tài)轉化為簡單的幾何體，將礦化不均勻狀態(tài)簡化為勻化狀態(tài)，從而進行儲量估算。該方法盡管原理簡單，但計算繁瑣，數(shù)億噸的礦床儲量估算耗時甚至長達數(shù)月。隨著計算機技術和地質統(tǒng)計學理論的發(fā)展，Micromine[1-3]、Dimine[4]等礦體三維建模、儲量估算軟件不斷涌現(xiàn)，儲量估算方法逐漸從二維平面過渡至三維立體空間，該類方法主要利用礦體線框模型和塊模型進行估算，充分考慮了礦體空間特征，效率較高，但對于一些復雜礦體模型的構建過程較復雜。為此，本研究將CAD面模型與Excel計算插件相結合，對平行斷面法進行改進。

1 平行斷面法估算原理

平行斷面法分為垂直斷面法和水平斷面法2種，是利用勘探線剖面或水平斷面將礦體截為若干個塊段，根據(jù)各斷面的取樣資料分別估算各塊段儲量，從而得到礦體總儲量。該方法實現(xiàn)步驟如下：

(1)劃分塊段、確定塊段面積。垂直斷面法和水平斷面法一般是以相鄰剖面為垂直界面，計算水平為水平界面，根據(jù)礦石級別確定塊段。垂直斷面法采用垂直界面的塊段面積進行計算，水平斷面法則根據(jù)水平界面的塊段面積進行計算。面積由求積儀量測或繪圖軟件的對象查詢功能獲得。

(2)塊段體積計算。塊段體積計算一般采用圓錐體公式:

(1)

式中，V為塊段體積，m3；S1、S2為塊段的2個計算面面積，m2；H為塊段2個計算面間距，m。

(3)塊段內(nèi)不同品級或級別的分塊體積計算。塊段內(nèi)分塊體積的計算公式為

(2)

式中，Vf為第f個分塊體積，m3；V0為分塊所在的塊段體積，m3；Kf為第f個分塊的面積率；S1、S2為第f個分塊的2個計算面面積，m2；S1i、S2i為第i個分塊的2個計算面面積，m2；n為塊段數(shù)目。

(4)礦床儲量估算。公式為

(3)

式中，Q0為礦床儲量，t；Qi為第i個礦體儲量，t；Qik為第i個礦體第k個塊段的儲量,t;Qikf為第i個礦體、第k個塊段、第f個分塊段的儲量，t；Vikf為第i個礦體、第k個塊段、第f個分塊段的體積，m3；dikf為第i個礦體、第k個塊段、第f個分塊段的密度，t/m3。

(4)分塊段密度。分塊段密度由分塊段的平均品位根據(jù)“品位-密度”關系獲得。

平行斷面法的計算關鍵是塊段選取和塊段內(nèi)分塊的2個計算面對應關系的確定。平行斷面法將工程的取樣品位加權至線上，然后將線上的品位加權至面上，最后將面上的品位加權至體積上，是一個勻化的過程，存在外延性誤差。

2 CAD面模型與Excel計算插件的聯(lián)合估算法

2.1 CAD面模型

平行斷面法是以塊段及其分塊的2個計算面來計算體積、品位，因此，建立塊段的計算面是該方法儲量估算的基礎。若將AutoCAD充填圖案的實體屬性對應為估算所需的屬性(見表1)，便可用VBA程序[5]將其提取出，經(jīng)過相關程序的分析處理，便可建立計算面之間的對應關系。CAD面模型變?yōu)槿舾蓚€帶有塊段號、面積、品位、礦體號、礦石類型、品級和級別等屬性的充填圖案集合?？傮w來說，提取出的AutoCAD充填圖案的實體面積總和應與CAD面模型的充填實體面積之和一致,避免出現(xiàn)面域重疊部分。

表1 CAD的充填圖案的實際屬性

2.2 Excel計算插件

將從CAD面模型提取出的原始數(shù)據(jù)按圖1所示的Excel計算插件程序進行處理，便可得到儲量估算結果。

圖1 Excel計算插件處理流程

圖1中，原始數(shù)據(jù)代碼檢查包括程序預定的代碼檢查、面模型數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)單元格的空值檢查等，由程序自行完成，目的是防止數(shù)據(jù)錯誤傳遞給后續(xù)的計算結果。計算面配對是根據(jù)同塊段、同礦體、同級別等原則建立分塊對應關系，可按實際情況采用模糊配對、品位配對、品級配對或坐標配對等，配對過程也可人工調(diào)整。

3 實例分析

根據(jù)某硫鐵礦床特征及儲量管理要求，采用水平斷面法，以勘探線劃分塊段，建立區(qū)段相應的CAD面模型和Excel計算插件，通過對286臺階儲量估算檢驗本研究方法性能。286臺階的286 m、298 m水平的CAD面模型分別如圖2、圖3所示。286臺階儲量估算結果如表2所示。儲量估算表明， 500多萬t儲量的估算時間由一周縮短至數(shù)分鐘,并能生成各種匯總表，估算速度、精度均較理想。

圖2 286 m水平斷面4′-4線CAD面模型

圖3 298 m水平斷面4′-4線CAD面模型

線號(塊段號)Ⅰ～Ⅲ級礦量/tⅠ～Ⅲ級品位/%Ⅳ級礦量/tⅣ級品位/%9?7′6612942．4707′?730191742．1218829．837?5″23105639．0615449．865″?526167434．7805?5′25926234．8215998．575′?324830539．01474010．563?3′31002338．06520111．143′?131779637．638911．131?1′27504537．5035808．971′?029043136．2757148．940?2′33087137．427988．522′?237396937．9621129．142?4′30051736．9933429．324′?428815434．18212089．224?6′32275830．87272129．176′?624828926．131478310．876?8′16768018．64142849．878′?812173020．09113169．368?10′10962122．3790269．4910′?1013162722．5680369．7010?1221946223．4565149．8212?1435201922．9614?1610556724．22

4 討 論

(1)融合CAD面模型與Excel計算插件的儲量估算方法簡單易學，前提是需構建斷面的CAD面模型。該方法總體估算速度與三維塊模型的估算速度相當，且整個估算過程中可人為調(diào)整估算參數(shù)。

(2)該方法CAD面模型的實質是對斷面圖進行了適當改進，在一定條件下可替代斷面圖，有效避免作圖工作量的增加。

(3)由于斷面法品位外延性誤差的存在和塊段內(nèi)分塊多采用面積率分配體積，故而該方法未充分考慮到礦體的空間特征，是一個勻化的計算過程，因此，可根據(jù)實際情況對塊段分塊的計算面進行配對。

(4)若整個開采境內(nèi)的斷面CAD面模型構建完畢，便可較方便地對CAD面模型進行約束調(diào)整，獲得各塊段的計算面，進行相應的儲量估算，可在一定程度上提高礦山儲量的管理水平。

[1] 王 強.基于Micromine的某錳礦儲量估算方法對比分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(12)：117-118.

[2] 李春章，杜登峰，宋立方，等.Micromine軟件在石湖金礦探采對比分析中的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(6)：32-33.

[3] 李 朋，鄒小偉，李 志.基于Micromine軟件的某銅礦床資源量估算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(7)：193-196.

[4] 楊金富，周仕雄，薛力鵬.基于DIMINE的會理拉拉銅礦三維地質建模及儲量估算[J].金屬礦山，2016(8)：114-118.

[5] 曾洪飛，張 凡.Auto CAD VBA &VB.NET開發(fā)基礎與實例教程[M].北京：中國電力出版社，2008.

2016-05-17)

魏 錚(1983—)，男，工程師，碩士，100160 北京市豐臺區(qū)。