3DMine軟件在司家營鐵礦的應用

王月軍　李富平　王建華　張　端

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院；2.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

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3DMine軟件在司家營鐵礦的應用

王月軍1,2李富平1王建華2張端2

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院；2.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

摘要司家營鐵礦運用3DMine軟件建立了地質數(shù)據庫，構建了地表模型、實體模型及塊體模型，并廣泛應用于編制生產計劃、爆破設計、供配礦管理及采剝量核算等工作，提高了司家營鐵礦生產管理效率。應用3DGPS模塊實現(xiàn)了礦山生產設備的動態(tài)掌控及合理調配，礦山效益顯著提升。分別對司家營鐵礦上述應用成果進行詳細分析，供類似礦山參考。

關鍵詞3DMine三維地質模型生產計劃爆破設計供配礦采剝量

運用礦業(yè)工程軟件建立的三維模型能夠完整準確地表述各類地質現(xiàn)象，快速直觀地展現(xiàn)地質體空間分布及相互關系，可為礦山動態(tài)管理和合理利用資源提供依據[1-3]。本研究以司家營鐵礦為例，詳細分析3DMine軟件在該礦山三維地質模型構建、生產動態(tài)管理等方面的應用成果，為類似礦山提供參考。

1司家營鐵礦概況

司家營鐵礦位于河北省唐山市灤縣境內，是我國大型露采金屬礦山之一，隸屬于河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司，2007年10月正式投產，設計年產礦石600萬t。司家營鐵礦采用大型機械化生產，主體鏟裝設備為WK-10型10 m3電鏟，運輸設備采用130、180 t別拉斯礦車，目前有9個臺階同時作業(yè)，生產管理組織復雜。司家營鐵礦屬鞍山式沉積變質性鐵礦床，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，礦體厚度一般數(shù)米至數(shù)十米，最厚約80 m。礦體賦存情況復雜多變，沿走向有明顯的膨縮現(xiàn)象，受構造及侵入巖影響，礦體形態(tài)復雜，分支復合狀況較多。

23DMine應用成果

2.1地質數(shù)據庫構建

根據地質數(shù)據庫建立要求對司家營鐵礦歷次勘探的鉆孔資料進行整理，按一定格式分別錄入鉆孔定位表、測斜表、品位表和巖性表，對數(shù)據校驗無誤后，導入3DMine軟件，建立鉆孔數(shù)據庫。司家營鐵礦鉆孔數(shù)據庫包括121個鉆孔定位信息、944條測斜記錄、2 361條巖性數(shù)據、8 235個品位信息。按照相同錄入原則，將日常生產炮孔的位置、品位等信息進行整理，建立巖粉數(shù)據庫，該類數(shù)據庫更加貼合生產實際，廣泛用于實體模型和塊體模型的更新工作。

2.2三維地質模型構建

2.2.1地表模型

地表模型一般由若干地形線和散點生成。采用CAD軟件繪制的地形圖，除高程點外，其余圖元均不包含高程信息，因此在導入3DMine軟件后，應對線條賦予高程信息。對線條賦值時，首先剔除示坡線、線桿、管道等無用線條，保留坡頂坡底線，通過搜索參考高程點，給坡頂坡底線賦予高程信息；然后利用坡頂坡底線及高程點生成DTM面即地表模型，此外，應用3DMine軟件的實體建模功能也可建立礦區(qū)建筑物模型。司家營鐵礦地表模型見圖1。

圖1　司家營鐵礦地表模型

2.2.2礦體實體模型

實體模型是由一系列在依附點上的三角片封閉形成空心體，通過中段圖、平面圖或剖面圖都可建立礦體實體模型。以勘探線剖面圖為依據建立的礦體三維模型，因其在走向上跨度較長，連接后的實體往往棱角分明，與礦體的實際情況可能有所出入。平面圖、中段圖由于已經過地質解譯，并且在連接實體時縱向上僅有1個臺階高度，利用其建立的礦體實體模型較貼近實際，礦山生產中多采用該類模型，司家營鐵礦礦體實體模型見圖2。

圖2　礦體實體模型

實體模型構建時應首先進行礦體、斷層等地質界線解譯及圈定。地質界線解譯應按照成礦理論對照鉆孔資料逐剖面、平面對礦體、地質構造進行地質解譯，并圈定礦體、夾石、斷層等地質邊界線。在此過程中，須參考相鄰剖面(平面)，便于下一步順利相連形成模型。為確保實體模型真實反映礦體的延伸情況，可適當添加點和一些控制線。

2.2.3塊體模型

為提高塊體報量的準確性，司家營鐵礦塊體尺寸定為4 m×4 m×2 m，次級塊尺寸2 m×2 m×1 m，主要屬性有礦巖屬性、TFe、FeO、礦體號及密度等。在進行礦塊估值時需進行變異函數(shù)的計算和分析，針對不同的方向分別進行估值。3DMine軟件提供了地質統(tǒng)計模塊可用于確定相關參數(shù)。在進行各方向的變異函數(shù)計算分析時，一般將分布于某個方向一定范圍內的樣品點參與該方向的變異函數(shù)計算。利用3DMine軟件提供的“按屬性著色”命令可對塊體模型的品位或其他字段配色，可直觀地瀏覽塊體的品位分布及需突出顯示的信息。在利用塊體報儲量時，通過添加邏輯約束，可按臺階、礦巖屬性等條件分別報告相應的儲量及品位。

2.3采剝計劃編制

編制生產計劃的基本思路是確定各采剝方向和開采邊界線、核算巖礦采剝比、調整礦石質量指標、確定開拓位置、采剝先后順序等。長期計劃主要是年度采剝計劃，司家營鐵礦運用3DMine軟件編制了5 a采剝計劃。利用3DMine軟件創(chuàng)建排產模型，根據年度計劃采剝量在排產模型中繪制出不同年份的回采線，并根據礦巖量、礦石品位等指標，調整采剝進度，使之滿足計劃要求。由于利用排產模型生成的計劃線為折線，需對計劃線“清理釘子角”，使之滿足出圖要求。中短期計劃主要包括季、月、日采掘計劃，司家營鐵礦運用3DMine軟件完成了該類計劃的編制。編制中短期計劃目的是指導采礦生產，對模型準確性要求較高，因此，主要依據由巖粉數(shù)據庫和平面圖創(chuàng)建的實體模型和塊體模型編制中短期計劃，另外，編制短期計劃還需及時更新地表模型。司家營鐵礦年度、月度計劃分別見圖3、圖4。

圖3　司家營鐵礦某年度采剝計劃

圖4　司家營鐵礦某月采剝計劃

2.4爆破設計

首先運用3DMine軟件預先模擬爆區(qū)的地質形態(tài)，在此基礎上，設置孔深、孔間距、排間距等參數(shù)，布置炮孔；然后通過設置裝藥參數(shù)、設計裝藥、連接起爆網路、設置起爆點等操作模擬爆破過程(圖5)，并對拋鄭方向及起爆時間進行分析，進而選取最優(yōu)爆破參數(shù)。

圖5　某爆區(qū)模擬起爆網絡

2.5供配礦

3DMine軟件在配礦中的應用有3個方面：①根據采剝計劃建立配礦方案；②編制炮孔圖，指導鏟裝；③利用3DGPS模塊監(jiān)控、調度設備，實現(xiàn)入料配礦均衡。根據月、旬采剝計劃，利用3DMine軟件創(chuàng)建配礦方案，綜合考慮出礦品位、日采礦量、各出礦點礦量等條件，生成各供礦點配比信息，據此指導分配鏟運設備。在完成礦體實體更新后，利用建立的巖粉數(shù)據庫編制爆區(qū)礦石質量分布圖。爆區(qū)礦石質量分布圖包括爆區(qū)三維圖、平面位置圖、礦石品位信息、開采建議等內容，爆區(qū)三維圖可直觀地展現(xiàn)整個爆區(qū)的礦巖分布、夾巖厚度等信息，平面位置圖則精確顯示爆區(qū)位置。將所有爆區(qū)按其在采場的位置匯總編制采場爆區(qū)位置圖，在圖上標注爆區(qū)礦量、礦石品位等信息。在鏟裝過程中，電鏟司機可根據該類圖件，對礦巖走向進行預判，從而減少礦石損失和巖石混入。

3DGPS模塊可實現(xiàn)GPS卡調系統(tǒng)在三維界面的運行，能夠自動演示并記錄設備的運行路線，查看單個設備的類型、編號及當前所在位置的地質信息(圖6)。通過導入的塊體模型，可對每臺設備所處位置的礦巖屬性進行區(qū)分，統(tǒng)計礦石品位。通過3DGPS模塊可實現(xiàn)生產或設備的實時監(jiān)控和調度。

圖6　司家營鐵礦3DGPS實時監(jiān)測系統(tǒng)

2.6采剝量核算

利用3DMine軟件建立的表面模型，通過任意2個面或面與實體的交并布爾運算，可精確計算封閉體的體積和表面積。該模型被廣泛應用于計算排土場的體積、采場填方及挖方量等方面。司家營鐵礦運用較多的是每月生產設備的采剝量核算方法，該方法首先根據前后2個月地形變化圈定生產設備的作業(yè)區(qū)域；然后用該區(qū)域約束前后2個月的地表模型，計算出每個生產設備的填挖方量；最后根據礦巖密度計算出采剝礦(巖)量。

2.7尾礦庫庫容測算

司家營鐵礦尾礦庫一期工程設計服務年限為9 a，目前已接近最大服務年限，二期工程正有序建設，為確保尾礦庫生產與建設的有序銜接，對尾礦庫一期工程剩余庫容進行測算。參考尾礦庫現(xiàn)狀及初步設計資料，選取正常庫水位和干灘長度，建立尾礦庫現(xiàn)狀模型及模擬閉庫模型，依據建立的模型計算尾礦庫剩余庫容，在此基礎上，按照每月尾礦排放量測算服務期限。

3結語

詳細分析了3DMine軟件在司家營鐵礦生產管理中的應用成果，該軟件以三維的組織形式及運算方式，大幅提高了礦山生產管理的工作效率，利用該軟件建立的礦山三維模型，可及時、準確地反映礦產資源的動態(tài)情況，為礦山設計、生產組織提供準確依據。

參考文獻

[1]姜琳.基于3DMine軟件的木塔寺油頁巖礦體三維建模[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(1)：150-151.

[2]霍根虎，劉景玉.3DMine礦業(yè)軟件在馬蘭莊鐵礦的應用[J].露天采礦技術，2008(6)：49-53

[3]胡建明.3DMine礦業(yè)軟件在地勘工作中的應用[J].礦產勘查，2010(1)：78-80.

(收稿日期2015-09-22)

王月軍(1987—)，男，工程師，碩士研究生，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。