廬江沙溪銅礦三維軟件優(yōu)化地質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理探究

丁 力

礦山地質(zhì)具有多元性、隱秘性、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的基礎(chǔ)特性，礦體的地質(zhì)形態(tài)復(fù)雜多變，很難用規(guī)則的幾何體來描述。我們的礦山工程項(xiàng)目開采便是要在地質(zhì)環(huán)境下展開有關(guān)生產(chǎn)制造。在勘查工程施工全過程中，必須對(duì)礦山礦體的各種信息內(nèi)容充分了解，這樣才能將這種復(fù)雜的信息內(nèi)容以更為栩栩如生、精確的方式呈現(xiàn)在技術(shù)工作人員的眼前，這就必須我們運(yùn)用一種新的技術(shù)才能進(jìn)而完成。

廬江的沙溪銅礦的礦體低品級(jí)多、規(guī)模大、埋藏深度較深的特點(diǎn)。礦體幾乎從地表延伸至-1000m 以下，并且礦體呈不規(guī)則的層狀、似層狀、透鏡狀，礦體頭部和尾部經(jīng)常有分叉現(xiàn)象，夾石剔除難度較大，礦體低品級(jí)與工業(yè)品級(jí)互層而生，后期的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理工作比較繁瑣?，F(xiàn)階段在我國的礦山工程項(xiàng)目關(guān)鍵還是以工程圖紙、文本的呈現(xiàn)方式展開有關(guān)數(shù)據(jù)信息的呈現(xiàn)，這類方法針對(duì)勘查中后期的建筑工程設(shè)計(jì)改動(dòng)及材料查詢很不方便，也有這種信息內(nèi)容材料大多數(shù)是大數(shù)字形狀，或點(diǎn)線面的關(guān)聯(lián)，對(duì)立體式形象化的物品沒法妥當(dāng)?shù)姆从?，不利地質(zhì)工作人員觀察地質(zhì)環(huán)境，針對(duì)恰當(dāng)?shù)拿鞔_提出開采提議、降低勘查風(fēng)險(xiǎn)性是十分不好的。隨著三維軟件在國內(nèi)廣泛運(yùn)用的大環(huán)境下，礦業(yè)公司推廣運(yùn)用Dimine 軟件，建立礦體的不規(guī)則三維幾何模型，可以發(fā)揮三維礦體模型可視化、便捷的特點(diǎn)，可以直觀的展示物體空間狀態(tài)，可將礦體產(chǎn)狀、儲(chǔ)量、鉆探工程、開拓系統(tǒng)、等信息直觀、準(zhǔn)確地展示出來，還可利用其快速便捷的計(jì)算功能，使復(fù)雜的工作更簡單，并運(yùn)用到實(shí)際地質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理工作中去，取得了顯著效果，大大提高了工作效率。

1 地質(zhì)概況

廬江縣沙溪礦床位于長江中下游成礦帶廬樅火山巖盆地外圍、郯廬斷裂帶內(nèi)，地處揚(yáng)子板塊的北緣，大別造山帶東側(cè)，是郯廬斷裂帶、黃坡斷裂帶、滁河斷裂的復(fù)合部位，并受到其西側(cè)磨子潭曉天斷裂，東側(cè)的羅河斷裂以及蜀山-缺口斷裂的共同制約。沙溪銅礦區(qū)為斑巖型銅礦床，礦體賦存在菖蒲山～盛橋復(fù)式背斜西南端，鳳臺(tái)山～菖蒲山背斜的核部及其附近。自南而北依次劃分為龍頭山、斷龍頸、銅泉山及鳳臺(tái)山四個(gè)礦段，其中銅泉山及鳳臺(tái)山礦段是已知礦體相對(duì)集中的地區(qū)。沙溪銅礦的銅礦體主要賦存在石英閃長斑巖中，少量賦存在侏羅系、志留系粉砂巖、頁巖中，礦體與圍巖的界線不清晰，絕大多數(shù)呈漸變關(guān)系。主要礦體的頂?shù)装鍑鷰r主要為石英閃長斑巖，少量為砂頁巖。礦體走向分布范圍長約1000m，平均寬度約600m，礦體主要賦存于石英閃長斑巖巖體內(nèi)，少量賦存于巖體接觸帶的高家邊組砂巖裂隙中。礦體呈現(xiàn)較復(fù)雜的形態(tài)，有不規(guī)則似層狀、透鏡狀，礦體的頭部和尾部經(jīng)常有分叉現(xiàn)象，縱剖面上及水平中段呈啞鈴狀。礦體總體走向18°～45°，傾角多在24°～65°左右，局部有夾石存在。

2 三維模型建立

2.1 地表模型建立

三維軟件構(gòu)建的三維模型是立體狀態(tài)，拖動(dòng)鼠標(biāo)可以從空間任意角度觀察所建立的模型，井下儲(chǔ)藏的礦體可以非常直觀的展現(xiàn)在面前，旋轉(zhuǎn)、縮放、轉(zhuǎn)動(dòng)等操作方式非常方便。地表模型是能反映礦區(qū)地形起伏及地表構(gòu)置物相對(duì)布置的圖件，它能夠直觀形象地展現(xiàn)礦區(qū)范圍內(nèi)地表及地下各工程鉆孔的布置情況以及地下各礦體，工程巷道之間的三維模型位置關(guān)系。為后期地表以及地下工程的施工布置設(shè)計(jì)提供更直觀形象的地質(zhì)基礎(chǔ)資料信息，同時(shí)也能為后續(xù)地表開挖方量的計(jì)算提供便捷。也可以為后期制作其他的地質(zhì)圖件提供便利。

沙溪銅礦的地表模型的建立是以礦山地質(zhì)地形圖為依據(jù)的，利用地質(zhì)地形圖中的等高線以及高線的標(biāo)高，并將標(biāo)高按照高程值調(diào)整，然后通過軟件“創(chuàng)建DTM 模型”生成主體的地表輪廓；將地表道路用線附著命令使其與地表輪廓貼合；地表的井架、房屋、道路、電線桿等建立相對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型。

2.2 巷道模型建立

礦山三維建模的重要組成部分是礦山地下巷道三維模型的建立。礦山三維建模的建立能夠?qū)崿F(xiàn)地下巷道的空間分布優(yōu)化分析、可視化表達(dá)，同時(shí)還能夠提高礦山生產(chǎn)管理水平。利用初步設(shè)計(jì)中段巷道的中心線，并按照坡度設(shè)置進(jìn)而調(diào)整中心線的高程。利用軟件修改中心線的屬性并將其改為巷道文件。并設(shè)置斷面，最后運(yùn)用井巷工程中的“聯(lián)通巷道”功能，從而建立沙溪銅礦三維巷道模型。模型建立后在生產(chǎn)過程中，也可以根據(jù)實(shí)測巷道數(shù)據(jù)對(duì)巷道模型進(jìn)行修改。

2.3 鉆孔數(shù)據(jù)庫建立

數(shù)據(jù)庫的基本元素是數(shù)據(jù)，它是用來描述事物狀態(tài)的，也是信息的載體。除了常見的數(shù)值型外，還有字符型、邏輯型等。數(shù)據(jù)處理是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、分類、加工、檢索、傳輸?shù)鹊倪^程。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是研究如何高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且花費(fèi)最小的技術(shù)。一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：①冗余少，數(shù)據(jù)能共享，造成的重復(fù)不大，節(jié)省存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)更新的開支。②共享性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能以最優(yōu)的方式服務(wù)于多個(gè)應(yīng)用程序。③獨(dú)立性，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存放獨(dú)立于使用它的應(yīng)用程序。當(dāng)由于某些原因，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)量改變后，使用這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序并不需要做大的修改和不需要進(jìn)行重新調(diào)試。④安全性，保護(hù)數(shù)據(jù)，以防止不合法的使用。⑤完整性，包括數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性等。數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、最低冗余度、最高程序與數(shù)據(jù)獨(dú)立性，易于擴(kuò)充、修改、容易編制各種用戶程序等。

一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理員組成。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是允許用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行建立、運(yùn)行和維護(hù)的軟件系統(tǒng)，他允許用戶邏輯地、抽象地處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而不必涉及這些數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中存放的方式。數(shù)據(jù)庫管理員是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的建立、維護(hù)、協(xié)調(diào)工作的專門人員。

以鉆孔數(shù)據(jù)（包括孔口數(shù)據(jù)、測斜數(shù)據(jù)、樣品數(shù)據(jù)）為原始數(shù)據(jù)，通過軟件自動(dòng)檢測，建立鉆孔數(shù)據(jù)庫；為了避免礦體以外樣品段對(duì)礦體品位的影響，需要將礦體以外樣品段過濾掉，生成過濾鉆孔數(shù)據(jù)庫；為了后期計(jì)算機(jī)估值方便，需要對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，合理的樣品長度對(duì)品位值進(jìn)行組合，生成樣本組合文件，為后期品位估值和儲(chǔ)量計(jì)算提供數(shù)據(jù)。普通克里格模擬數(shù)據(jù)不理想，同時(shí)也驗(yàn)證了沙溪礦體受構(gòu)造裂隙控制明顯，后期選用距離冪反比法進(jìn)行估值。

2.4 地質(zhì)模型建立

三維礦體模型的建立充分利用最新地質(zhì)圖件，結(jié)合地質(zhì)解譯成果，通過不斷實(shí)踐完善，最終采用平剖面相結(jié)合的方法建立三維礦體模型，解決模型切平面出現(xiàn)鋸齒狀的問題。提取平剖面中圈定的礦體邊界線框，將剖面礦體線框根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫中真實(shí)反映的礦體位置進(jìn)行調(diào)整，并與平面線框進(jìn)行校正，構(gòu)成礦體模型的網(wǎng)絡(luò)展布，通過連線框功能將礦體的網(wǎng)絡(luò)建成三維模型。經(jīng)過后期對(duì)礦體的模型修正檢測，在勘探線上和所提供平面的中段標(biāo)高上，礦體邊界與CAD 圖件相吻合，經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)用，建成的三維礦體模型滿足相應(yīng)勘查網(wǎng)度的需求，通過礦體的空間展布，提高地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

2.5 塊段模型建立

塊段模型是用小立方體模擬礦體的形態(tài)，通過計(jì)算立方體的體積、計(jì)算礦體礦石量，品位值之后便可以進(jìn)行資源量估算。通過三維礦體模型在空間的展布，建立相應(yīng)的塊段模型，選擇合適的小立方塊的尺寸，結(jié)合最小可采厚度為2m，本次選擇的尺寸為2×2×2m，為了后期計(jì)算各中段儲(chǔ)量更方便，可以調(diào)整塊段模型的開始高程，使得立方體的邊與各開拓中段的高程一樣。塊段模型品位估值之后便能快捷的進(jìn)行資源量估算，同時(shí)也可以直觀顯示高低品位分布情況。

通過軟件對(duì)礦體三維模型計(jì)算得出的結(jié)果礦山地質(zhì)報(bào)告資源量的結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)三維模型計(jì)算出的資源量與傳統(tǒng)地質(zhì)方法計(jì)算的資源量基本一致。對(duì)沙溪銅礦某一礦段資源量分別用兩種方法進(jìn)行估算，用傳統(tǒng)地質(zhì)的計(jì)算方法得到資源礦石量約為5938.8 萬噸，利用三維模型計(jì)算得出該礦段資源礦石量約為5855.8 萬噸。兩種計(jì)算方法誤差為83 萬噸，資源量的相對(duì)誤差率為-1.4%，誤差在允許誤差范圍內(nèi)。實(shí)踐證明利用DIMINE 軟件建立三維模型計(jì)算儲(chǔ)量比較準(zhǔn)確，誤差也在允許范圍內(nèi)。通過DIMINE 軟件計(jì)算資源量的方法已經(jīng)取得了儲(chǔ)量司的認(rèn)可。

3 模型實(shí)際工作中的運(yùn)用

地質(zhì)工作者將前期獲得的各項(xiàng)地質(zhì)信息參數(shù)進(jìn)行整合即可搭建出單位模型，為礦山操作人員提供數(shù)據(jù)參考。建立礦床模型的目的不僅是為了進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，更重要的是要在其上進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)、編制計(jì)劃等，這在一定程度上似乎更關(guān)心礦體的幾何形態(tài)，這就需要線框模型的構(gòu)建。礦山在生產(chǎn)過程中，不同時(shí)期的精度要求不同，基于三維模型的實(shí)際意義來說，三維模型的建立可以適用于礦山各個(gè)生命階段，也就是礦產(chǎn)資源勘測、礦山結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、礦山開采系統(tǒng)建設(shè)以及閉坑四大環(huán)節(jié)。每個(gè)階段的對(duì)三維模型的精確度都在逐步提高。

3.1 指導(dǎo)巷道掘進(jìn)施工中副產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理

礦體模型的構(gòu)建能夠?yàn)檎{(diào)整巷道設(shè)計(jì)方案提供參考，地質(zhì)技術(shù)人員能夠全面了解礦山的結(jié)構(gòu)特性，參考地質(zhì)信息和礦體模型，有效確定巷道的位置。沙溪銅礦井下掘進(jìn)工程任務(wù)重，時(shí)間緊，多點(diǎn)開花且比較不集中，然而現(xiàn)實(shí)中的地質(zhì)人員人手不夠，及時(shí)掌握了解巷道見礦情況以及巷道掘進(jìn)情況較困難。地質(zhì)技術(shù)人員可以利用三維巷道模型，跟蹤巷道掘進(jìn)情況，并及時(shí)對(duì)掘進(jìn)巷道進(jìn)行實(shí)測完善，并利用實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)巷道模型進(jìn)行及時(shí)更新。根據(jù)巷道模型與三維礦體模型的空間展布，能更準(zhǔn)確的預(yù)測各掘進(jìn)工程的見礦位置，技術(shù)人員結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃，及時(shí)跟進(jìn)副產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理，并對(duì)掘進(jìn)礦石作為副產(chǎn)回收統(tǒng)計(jì)，截止目前，共統(tǒng)計(jì)回收副產(chǎn)約40 萬噸。不斷提高了工作效率，減少冗余工作量，同時(shí)還提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 加強(qiáng)巷道施工中水文地質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理

利用礦區(qū)水文地質(zhì)的實(shí)際概況進(jìn)行建模，并對(duì)礦區(qū)的水文特征全面分析，能夠從根本上保證礦區(qū)水文的地質(zhì)評(píng)價(jià)的合理性、科學(xué)性。沙溪銅礦在掘進(jìn)巷道過程中，發(fā)現(xiàn)由于地表鉆孔未封孔未完全而涌水現(xiàn)象。突發(fā)涌水嚴(yán)重影響掘進(jìn)施工進(jìn)度，同時(shí)帶來安全隱患。沙溪銅礦根據(jù)現(xiàn)有鉆孔數(shù)據(jù)庫與設(shè)計(jì)巷道的空間位置，對(duì)鉆孔可能穿過巷道的部位做好提前預(yù)測，并提前做好排水等預(yù)防措施，減少不可預(yù)見性對(duì)掘進(jìn)施工進(jìn)度的影響，也提高了掘進(jìn)施工的安全性。同時(shí)鉆孔突發(fā)涌水量在封孔前后對(duì)礦山正常生產(chǎn)過程中的涌水量統(tǒng)計(jì)存在影響，涌水量增減影響水文地質(zhì)分析，所以在日常水文管理中，及時(shí)統(tǒng)計(jì)鉆孔涌水量，作為非正常生產(chǎn)涌水量在生產(chǎn)涌水量統(tǒng)計(jì)中單列，消除鉆孔涌水水文地質(zhì)分析的影響。通過構(gòu)建可視化三維模型，對(duì)礦區(qū)的各種接觸面有效進(jìn)行分析，從而對(duì)巷道頂?shù)装宓陌踩阅苓M(jìn)行綜合地評(píng)估，確定某些突發(fā)性涌水可能影響的礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域，方便技術(shù)人員在短暫時(shí)間內(nèi)完成預(yù)防災(zāi)害事故的緊急方案的制定，給礦山生產(chǎn)的順利開展帶來重要的參考信息，也能加快礦山企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐。

3.3 提高采場設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)工作效率

沙溪銅礦礦體形態(tài)比較復(fù)雜，并且相鄰剖面礦體形態(tài)變化較大，運(yùn)用傳統(tǒng)CAD 制圖方式，需要花費(fèi)大量人力和時(shí)間完成輔助平剖面繪制，嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)效率。目前利用三維軟件，能迅速切平剖面圖，同時(shí)可以從任意方位平面圖內(nèi)了解礦體形態(tài)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。沙溪銅礦在后續(xù)的探礦階段，可以利用三維軟件成圖的優(yōu)越性，運(yùn)用三維模型作出大量的剖面圖與縱投影圖，并計(jì)算采場礦石量。在后期采準(zhǔn)設(shè)計(jì)、采場二次圈定等，也利用這一優(yōu)勢，花費(fèi)少量的時(shí)間就完成大量工作任務(wù)，大大提高了工作效率，同時(shí)通過不同設(shè)計(jì)方案下，采場資源量的對(duì)比，論證采場布置合理性，取得顯著成果。截止目前完成10 個(gè)采場的采準(zhǔn)設(shè)計(jì)、9 個(gè)采場的二次圈定工作。

3.4 儲(chǔ)量管理工作

礦體的自然形態(tài)是復(fù)雜的且深埋地下，各種地質(zhì)因素對(duì)礦體形態(tài)的影響也多種多樣，傳統(tǒng)儲(chǔ)量估算中只能近似地用規(guī)則的幾何體來描述或代替真實(shí)礦體。沙溪銅礦礦體多，單大礦體就有7 個(gè)，還有200 多個(gè)小礦體，并且礦體形態(tài)復(fù)雜，同時(shí)還夾雜著低品位礦及廢石。沙溪銅礦屬于斑巖型銅礦床，廢石也帶品位，同樣需要參與計(jì)算。所以各類儲(chǔ)量報(bào)表需要按要求分中段、分礦體、分類型、分類別統(tǒng)計(jì)各資源量時(shí)，儲(chǔ)量管理人員在實(shí)際工作中，有大量的儲(chǔ)量計(jì)算工作和統(tǒng)計(jì)工作，不論是各中段礦石量，還是各采場出礦量。由于數(shù)據(jù)龐大，如果用傳統(tǒng)方法計(jì)算的話，通常要花好幾個(gè)星期才能完成，而且計(jì)算統(tǒng)計(jì)過程中還可能出現(xiàn)差錯(cuò)及返工的事情發(fā)生。在礦體三維模型建立后，三維軟件可以根據(jù)地質(zhì)技術(shù)人員的指令來交互式地劃分礦段，礦段體積計(jì)算和儲(chǔ)量估算都可以由軟件完成。沙溪銅礦利用三維模型計(jì)算各資源儲(chǔ)量，方便快捷，按時(shí)按質(zhì)完成各儲(chǔ)量報(bào)表，取得顯著效果。

利用Dimine 軟件計(jì)算各中段礦石量時(shí)，可以設(shè)置礦體的分類字段，也可設(shè)置以標(biāo)高作為分類依據(jù)，這樣就可以算出各中段的低品級(jí)、工業(yè)級(jí)礦石資源量；若需要計(jì)算某采場的礦量時(shí)，也可以先建立采場三維模型，再利用塊段模型計(jì)算該模型內(nèi)儲(chǔ)量，就能迅速計(jì)算出采場內(nèi)工業(yè)級(jí)、低品級(jí)資源量及廢石，進(jìn)而很快得出采準(zhǔn)礦量與備采礦量。

計(jì)算采場出礦量時(shí)，建立各采場爆破空區(qū)模型，利用塊段模型計(jì)算模型內(nèi)儲(chǔ)量，便能得到各采場的爆破量。沙溪銅礦在完成月度各采場臺(tái)賬時(shí)，利用這種三維建模計(jì)算方法，大大縮短了計(jì)算周期，充分突出了其快捷性，為后期工作提供便利。截止2017年末，采場爆破量276351.28t，金屬量1620.77t，其中：工業(yè)級(jí)244859.47t，金屬量1553.81t；低品級(jí)23301.78t，金屬量59.90t；廢石8190.03t。還可以利用Dimine 軟件建立三維品位塊模型，并且礦塊的尺寸可以根據(jù)需要改變。由于每一個(gè)礦塊都有品位，整個(gè)礦體的礦石量、金屬量也容易計(jì)算，這樣，對(duì)礦體的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)就變得比較容易。同時(shí)，隨著市場情況的變化，可以改變礦體的邊界品位，重新圈定礦體，重新計(jì)算礦體的平均品位、礦石量、金屬量，進(jìn)行不同市場情況下的礦山經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

隨著近年來計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展，三維數(shù)字化的實(shí)用功能越來越強(qiáng)大，三維可視化技術(shù)在礦山開發(fā)過程中的應(yīng)用也日益廣泛，數(shù)字礦山建設(shè)已逐漸成為主流趨勢。沙溪銅礦基于Dimine 三維軟件，已建立滿足實(shí)際需求的三維模型，解決礦山生產(chǎn)過程中遇到的各類問題，有效提高了工作效率，強(qiáng)化各階段地質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理工作，大量節(jié)約了人工成本。同時(shí)，三維軟件的直觀與多視角切換，實(shí)現(xiàn)了礦山的可視化，可以更加直觀形象、精確的圈定礦體邊界，揭露礦山深部地質(zhì)現(xiàn)象的三維形態(tài)。在實(shí)際運(yùn)用過程中，為施工統(tǒng)計(jì)管理、設(shè)計(jì)優(yōu)化、儲(chǔ)量管理等工作提供便利，取得了顯著成效。