平行斷面法礦產資源儲量估算的計算機實現與應用

黃應才，馮興隆

（1.玉溪礦業有限公司，云南玉溪653100）

（2.玉溪礦業礦山研究院，云南玉溪653100）

傳統的礦產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新上發展緩慢，但是地質統計學儲量估算方法的出現，打破了傳統估算方法長期不變的格局，傳統儲量計算方法受到挑戰，在這一背景下，傳統儲量計算方法的應用與發展進一步深化，廣泛運用計算機手段代替人工計算，計算方法呈現多樣性［2－6］。1995年至今，為適應生產的需要，傳統儲量計算方法相繼開發研制并推出了一些適合國內生產的軟件［6］。

DIMINE數字礦山軟件系統是在中南大學古德生院士及王李管教授領導下、由中南大學數字礦山研究中心的礦業及軟件專家們，在全面研究了國內外數字礦山相關軟件和國內礦業企業實際需求的基礎上，經過多年的艱苦努力，研究開發出的新一版基于數字化礦山整體解決方案的礦山數字化軟件系統，達到了國際領先水平。該系統主要適用于礦業企業的地質、測量、采礦專業的技術人員及技術管理人員，全面實現了從礦床三維地質建模、儲量計算與動態管理、測量驗收及數據的快速成圖；地下礦開采系統設計與開采單體設計、回采爆破設計、生產計劃編制、礦井通風系統網絡解算與優化；露天礦開采境界優化、露天采場設計、采剝順序優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、數字化與智能化，是各礦業企業進行數字化礦山建設最佳的軟件平臺。在地質方面根據國內儲量計算的現狀和地質勘查報告、資源儲量評審的實際需求，在軟件中集成了傳統儲量計算方法（塊段法、斷面法）和國際通用的地質統計學儲量計算方法。因此本文以DIMINE三維礦業軟件為平臺，對平行斷面法儲量估算計算機實現進行探討，并應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原理

平行斷面法是常用的傳統儲量估算方法，它把形狀復雜的礦體轉化為與其體積大致相等的若干個塊段，并將礦化復雜狀態變為在影響范圍內的均勻化狀態，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）創建勘探線剖面，并把鉆孔數據庫的數據投影到勘探線剖面上；

（2）在投影數據的基礎上，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，并根據礦體塊段對應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

實際生產中，由于地質形狀的復雜性，礦塊的形狀各異，例如梯形、楔形、錐形等。因此軟件根據兩斷面礦體面積變化情況，設置了不同的體積計算方法。

假設相鄰兩截面上礦體的面積分別為S1和S2。

①當（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當僅有一個斷面出現時（如礦體尖滅的兩端），則根據礦體的形狀選用公式。例如，當礦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當礦體尖滅成一錐形時，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 平行斷面法礦產資源儲量估算在DIMINE軟件中的實現

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

2.1 地質數據庫

地質數據庫就是將不同的地質數據信息按照一定的關系有機地組合在一起，共同表示鉆孔完整信息的數據集合［9，10］。地質數據庫主要包含的信息有：孔口位置、測斜信息、樣品品位信息。地質鉆孔數據庫是進行品位推估的重要基礎，在應用DIMINE礦業軟件進行平行斷面法礦產資源儲量估算時，首先要建立礦山的地質數據庫。

2.2 定義勘探線剖面和鉆孔剖面投影

根據礦山的勘探線，應用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。調入鉆孔數據庫，然后把鉆孔數據投影到各工作面上。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

此次儲量計算應用了圈定好的礦體，故沒有根據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”。然后根據每個礦體的性質，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，若鉆孔數據庫內有體重字段，則計算平均體重，若有礦體內有夾石，需勾選包含夾石選項。結果如圖5所示。

圖5 剖面平均品位計算結果

2.5 創建塊段

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

2.6 儲量計算

根據上一節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，計算結果如表1所示。

表1 礦山儲量計算表

3 結語

平行斷面法礦產資源儲量估算方法同計算機結合后，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用，可以實現兩剖面間任意塊段大小的儲量計算，滿足礦山生產、礦山設計的需要。

（2）礦塊間體積、面積計算更精確。傳統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，在繪制的儲量基礎圖件上量算，計算結果不夠精確。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上，根據相關的體積公式，計算礦體的體積。傳統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，算出的結果會存在誤差。因此，計算機對這種情況加以處理，使計算結果更精確。（3）礦產儲量計算的自動化代替了大量復雜的手工勞動，提高了工作效率。

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