3DMine軟件的礦床模型構建及礦石質量估算

摘 要：礦業三維軟件作為礦山生產的必備軟件之一，充分發揮了計算機在設計制圖、建模計算、數據管理等方面的優勢，將采礦設計人員和礦山管理人員從粗略的估算與繁瑣的計算中解放出來，把更多的時間與精力用于專業思考上，從而以最有效率的方式制定出合理的設計與生產方案，是實現礦山信息化，提高勘探、設計、生產效率、科學管理的手段。3DMine礦業工程軟件運用三維實體建模技術、地質數據庫、地質統計學和應用塊體模型數據進行品位估算和儲量計算。品位估算和礦石量計算的結果作為采場礦石采剝的基礎資料，直接影響著生產月計劃、年計劃編制的科學性、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定性有較高的要求，品位估算的結果對指導日常供配礦以及計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算結果的可靠性也做了一定的分析。實踐表明，3DMine軟件計算結果準確，完善了輔助采礦設計和計劃編制等工作，極大地提高了生產管理水平和工作效率。

關鍵詞：礦床模型；資源量估算；3DMine；礦業軟件；鐵礦山

引言

礦業軟件起步于20世紀80年代初。從最初的礦山測量或地質應用開始，從二、三維礦床模型的建立、儲量和品位計算，逐步推廣到采礦設計、境界優化、生產計劃、生產調度和指揮等各個生產環節的各項設計、計劃與管理。經過多年的發展證明，礦業軟件已然成為礦山生產的必備條件之一。

3DMine礦業工程軟件具有真實三維環境，包括實體模型、地質數據庫、表面模型、塊體模型以及測量模塊、采礦設計模塊，具有二維與三維互換的界面。借助此平臺，結合實際工作和礦區特點，我們做了一些用于滿足日常生產及規劃需要的應用研究。實踐證明，三維模型的建立對礦山生產管理具有重要的實踐意義。

1 地質概況

礦區所處大地構造位置為燕山褶皺帶山海關隆起之昌黎凸起的西南邊緣地帶。前震旦系（Ar）地層構成本區古老的結晶基底，其中單塔子群白廟子組第三段（Arb3）為礦區主要含鐵巖系，該系地層走向近南北，傾向西，傾角40°～50°，礦區本身為一單斜構造，礦體產狀與該地層一致。本區鐵礦體產于前震旦系變粒巖中，屬鞍山式沉積變質礦床，區內礦體多呈層狀或似層狀，部分呈透鏡狀或扁豆狀，層位穩定，由于構造和古地形的影響，厚度變化較大，形態變化較復雜，沿走向和傾向均有突然尖滅、分枝復合和膨縮現象。礦石的礦物成分主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦，其次為赤鐵礦。區內鐵礦石以細粒變晶結構為主，其次為纖維粒狀變晶結構。礦石構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，表內礦石平均地質品位為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 地質數據庫的建立

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，數據都收集完成后進行數據的檢查與處理，資料最少應包含以下幾項基本內容，即開孔坐標、測斜數據及品味信息，其中開孔坐標包含有實際X、Y、Z數據，測斜數據應有開孔方向和軌跡類型，品味信息請確保包含全鐵數據和亞鐵數據。需要注意的是少數原始的鉆孔資料是沒有亞鐵化驗數據的，系統會默認其值為0，參與后期賦值后會造成局部礦石屬性失真，因此數據處理需舍棄沒有亞鐵品味的樣品點。

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，傾角在坡度向上時取正值，坡度向下時取負值，巖性表中同一個工程里無論劃分幾種巖性均共用一個工程號，化驗表中自為取樣分段起點、至為取樣分段終點，同一個工程在4個表中的工程號必須相同，因為工程號是將該工程4個數據表聯系到一起的共用字段，最終整理成Excel表格（表1）。

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

2.2 地質數據庫的建立

鉆孔和探槽的數據導入軟件的方法相同，按照以下步驟：鉆孔新建數據庫-建立4個表單（定位表、測斜表、巖性表、化驗表）-將4張Excel表依次導入對應的表單中-顯示鉆孔檢查數據庫，完成后數據庫自動保存。

巖粉數據按照以下步驟導入：新建露天巖粉數據庫-分別復制定位表和化驗表內容至剪切板-從剪切板獲取巖粉數據并導入-顯示炮孔并檢查，導入數據時孔號前綴要填日期和鉆機號，如2015年6月11日取的13#鉆機的樣品，則應填寫20150611-13#，不填孔號前綴會使新導入的炮區替換掉老炮區而丟失數據，導入數據時應一個炮區導入后再導入下一個炮區，導入后數據庫自動保存。

3 實體模型的建立

礦體的實體模型根據建立依據的不同分為剖面實體和平面實體模型兩種，前者作為礦山初步設計的依據，兩條勘探線的間距為100米，而且后期生產勘探工程由于空間位置基本不在勘探線上，剖面實體無法更新，后者為依據各水平地質平面圖建立，每兩個平面圖的間距為12或15米，而且生產勘探工程均分布在平面圖內，隨著生產勘探工程的推進，平面實體模型可以做到實時更新。兩者建立步驟基本一致，建立一個合格的實體模型須經以下幾步：剖面圖或平面圖二維轉三維-礦體線處理-連接三角網-合并三角網-實體驗證。三角網的連接是建立實體模型最關鍵的部分，要按照礦體的趨勢、所處構造來連接三角網，以反映真實的礦體產狀。（圖1）

4 塊體模型的建立與更新

塊體模型是由數量極多的單個小塊體組成，單個塊體是組成塊體模型的最小單位，每個完成賦值的單個小塊體都儲存有它本身的地質信息，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小塊體賦屬性的過程。首先打開實體模型，在實體模型的界面上新建一個塊體模型，單個塊體尺寸一般設置為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，礦巖類型是根據實體模型進行單一賦值，將被礦體的實體模型包裹的塊體屬性設為礦，其余設為巖，然后用單一賦值功能分別賦值礦石比重和巖石比重，再單獨對礦進行TFe和FeO進行估值，最后對原生礦和氧化礦進行劃分，完成后即得到一個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，針對此礦區品位分布的特點，我們選用國內礦山通用的距離冪次反比法，原生礦和氧化礦的劃分需運用屬性數學計算功能，將TFe/FeO≥3.5的礦巖屬性設為氧化礦，TFe/FeO<3.5設為原生礦。

5 資源量估算可靠性分析

隨著平面圖修圖工作及探槽、炮孔化驗數據的積累，實現了帶礦部位品位數據全覆蓋，借助3DMine軟件的運算能力，已經具備進行準確預測的基本條件。為了檢測塊體模型預測礦石量及礦石質量的準確度，特進行本次可靠性驗證。以某年12月份數據對比為例，選定對比位置為12月實際采動區域，對比的對象為：

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

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

計算結果為：

（1）預測量：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%）。

計算結果的分析：

預測量與實際量一致，其中實際礦量比預測礦量中礦量增加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：預測礦量中原生礦與氧化礦比值為1：2.46，實際礦量中原生礦與氧化礦比值為1：2.26。依靠采場生產勘探數據的積累以及日常修圖工作的進行，模型對礦石量及礦石質量預測的結果可靠性高。

6 結束語

應用3DMine工程軟件建立的三維模型是數字礦山的形式之一，建立起的各類地質體模型及塊體模型可以直觀的展示礦體、地質構造的展布及品位的分布特點，采用距離冪次反比法估值的結果可靠性高，建立的塊體模型對資源量的估算和預測準確可靠，充分發揮了計算機在設計制圖、建模計算、數據管理等方面的優勢，將采礦設計人員和礦山管理人員從粗略的估算與繁瑣的計算中解放出來，把更多的時間與精力用于專業思考上，從而以最有效率的方式制定出合理的設計與生產方案。

目前該軟件的應用已推廣到采礦設計、境界優化、生產計劃、生產調度和指揮等各個生產環節的各項設計、計劃與管理。該軟件強大的計算能力、友好的界面、可視化的三維環境將極大地帶動我國礦山企業實現數字化礦山的進程。

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