基于SURPAC的三維數字礦床模型構建與應用*

張小華，王建國，郭延輝，劉國寅，李鵬飛

(1.云南錫業研究院有限公司， 云南 個舊市 661000； 2.云南農業大學 建筑工程學院， 云南 昆明 650201； 3.昆明坤澤礦業技術有限責任公司， 云南 昆明 650224；4.云南省國防科技工業局研究設計院， 云南 昆明 650034)

基于SURPAC的三維數字礦床模型構建與應用*

張小華1，王建國2，郭延輝2，劉國寅3，李鵬飛4

(1.云南錫業研究院有限公司， 云南 個舊市 661000； 2.云南農業大學 建筑工程學院， 云南 昆明 650201； 3.昆明坤澤礦業技術有限責任公司， 云南 昆明 650224；4.云南省國防科技工業局研究設計院， 云南 昆明 650034)

通過收集該礦區地質勘探報告、綜合平面圖、地表地形圖、礦體單體設計說明書、研究區范圍各中段平面圖等工程資料，利用Surpac三維建模軟件建立了云錫集團老廠分公司13-8#礦體的三維數字化礦床模型。該模型能夠直觀反映礦體產狀、地表地形、中段工程以及地質構造；通過礦體實體模型與數據庫相交，可提取所有位于礦體內部的勘探樣品；與塊體模型結合，可進行礦體礦量、金屬量的計算。該方法為采礦工程設計提供三維壞境，實現了礦山的可視化，為后續的采區穩定性分析及開采方法模擬研究提供了依據。

Surpac；數字化礦床模型；三維建模；礦山可視化；儲量估算

數字化礦床模型[1]是實現儲量計算、計算機輔助設計、生產進度計劃編制、生產管理及采礦過程虛擬仿真的基礎。建立真三維的地質礦床模型，在此基礎上進行三維采礦設計，可以很方便的自動成圖和繪制大量的任意剖切面圖形，并實現地質數據的計算機化和地質采礦數據的統一、實時、在線修改和管理，從而保證采礦工程設計的質量和效率，使采礦設計工作不再滯后于生產需要[2-3]。同時，在此基礎上進行經濟分析，可以為礦山的生產管理和決策者提供重要的決策依據，因此對礦床可視化模擬及其三維采礦設計技術進行研究具有重要的理論和現實意義。

1 礦床模型建模流程

塊體模型是礦床品位估算與儲量計算的基礎[4-5]，塊體模型的基本思想是將礦床在三維空間內按照一定的尺寸劃分為許多的單元塊，然后根據己知的地質勘探樣品的品位數據及其空間變異特征對填滿整個礦床范圍內的單元塊的品位進行推算，并在此基礎上進行儲量計算[6]。礦床模型的構建及應用流程見圖1。

2 礦群實體建模及工程應用

2.1礦群實體模型建模數據來源及分析處理

圖1 礦床建模與開采設計應用基本流程

根據礦山提供的云錫集團老廠分公司地質勘探報告、綜合平面圖、地表地形圖、13-8#礦體的單體設計說明書、研究區范圍各中段平面圖、各勘探線剖面圖，首先用礦業工程軟件[7]對所有的CAD文件進行處理，將礦體圈定線擺放到正確的坐標位置。由于礦方提供的資料兩個方向都有圈定線，所以充分利用兩個方向的圈定范圍，相互印證，盡量使礦體跟實際吻合。圈定線空間位置關系見圖2。

圖2 老廠13-8#礦體地質剖面圈定線

由于礦群呈層狀分布，從上至下共7層，圍巖以強風化花崗巖、大理巖和變玄武巖為主，在礦群的開采過程中，強風化花崗巖對工程施工和采場作業的安全影響較大，故對13-8#礦群設計范圍內花崗巖地質圈定線進行了處理，將圈定線放到正確的空間位置，并進行DTM面處理，具體見圖3、圖4。礦山研究范圍的地表地形圖經過處理后繪制成DTM面，見圖5。

圖3 花崗巖圈定線的空間位置

2.2 礦群實體模型建模方法

實體模型是三維礦床模型的基礎[8]，計算機借此可以描述礦山信息中的礦體、巷道、地形、斷層、采場、巖層等的形態及其他所屬信息。Surpac中常規方法是利用一組平行剖面來連實體，在連實體過程中，兩個平行剖面間可通過控制線控制剖面間實體演變趨勢，這里控制線起到了局部控制作用[9-12]。事實上，存在三維空間中正交的兩組剖面(縱方向與水平方向)分別在兩組相交的平面中控制了礦體形態。根據探礦工程的特點，在垂直剖面上的礦體圈定結果較為客觀。因此，這里以縱剖面為主體，以水平剖面來控制縱剖面間的過渡趨勢連接實體。

圖4 處理后花崗巖DTM地質面

以老廠13-8#礦群各地質剖面圈定線圖為基礎，連成該礦體的實體模型如圖6所示，由圖6可見，老廠13-8#礦群各層礦體形態簡單，連續性好。

圖6 13-8#礦群實體模型

3 礦體賦存狀態分析與體積礦量報告

由圖6可知，該礦群埋深800 m，屬于深埋礦體，各層礦體明顯呈層狀產出，并且夾石厚度比較小，一側受侵蝕花崗巖影響。通過軟件的網格以及體積計算功能可以得出老廠138#礦體的體積、平均厚度、最大厚度等相關參數。從各礦體實體等厚統計結果可以得到各礦體的厚度及不同區段比例、各礦體體積及不同中段分布情況，見表1、表2。

從表1可以得知：

表1 各礦體厚度及不同區段比例

(1) 1#、3#、6#、6-1#礦體平均厚度小于3 m，屬于薄礦體，而2#、4#、5#、7#厚度較大，屬于中厚礦體。

(2) 經估算，13-8#礦群總礦石量為529萬t，金屬量(Cu)54792 t，其中厚度大于10 m以上礦石量77萬t，占總礦量的15%，金屬量10573 t，占總金屬量的19%；厚5～10 m礦石量170萬t，占總礦量的32%，金屬量17098 t、占總金屬量的31%；3～5 m礦石量83萬t，占總礦量的16%，金屬量9020 t，占總金屬量的16.5%；3 m以下礦石量197萬t，占總礦量的38%，金屬量18101 t，占總金屬量的33%。

礦體最大厚度和平均厚度的計算結果與礦山提供的地質資料基本吻合，表明所建立的礦體模型可靠。這些數據對開拓方案和采礦方案的選擇和確定，具有重要指導意義。

表2 各礦體體積及不同中段分布

從表2可以得知：

(1) 13-8#礦群的資源量主要集中在1400～1550 m之間，占資源總量的69%；

(2) 經估算，資源總量為5286800 t，見表3。

4 工程實體與礦體模型整合

將建立的礦體實體模型和初步設計的開拓工程整合在一起，得到工程實體和礦體模型整合圖，如圖7所示。

表3 各礦體儲量統計

圖7 工程實體和礦體模型整合圖

從圖7中花崗巖、礦體、開拓設計工程的空間位置關系可以知道：

(1) 根據礦體的產狀，設計布置了斜坡道、輔助斜井、溜井、平巷等工程，輔助斜井和采準斜坡道選擇布置在礦體的兩端，但斜坡道的具體布置形式，還應考慮是否壓礦，以及結合所選擇的采礦方法，并結合礦體勘探升級的情況，進一步優化設計；

(2) 溜井系統布置在花崗巖之外，成井條件好。

5 結 論

本研究應用表明，Surpac 軟件在金屬礦山中具有較好的適用性， 用其建立的老廠13-8#礦床實體模型具有以下實際意義：

(1) 在真三維空間直觀反映礦體產狀、地表地形、中段工程以及地質構造；

(2) 通過礦體實體模型與數據庫相交，可提取所有位于礦體內部的勘探樣品；

(3) 與塊體模型結合進行礦體礦量、金屬量的計算；

(4) 為后續的采區穩定性分析及開采方針模擬研究提供依據；

(5) 為采礦工程設計提供三維壞境，并隨時提供任意方位的剖面等。

通過對礦山可視化三維模型的建立，能夠清楚的掌握礦體的形態以及品位分布，對以后礦山的資源合理開發、經濟效益的提高有著非常重要的作用。

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云南省科技廳基礎研究青年項目(2016FD029)；云南省教育廳科學研究基金項目(2016ZZX108)..

2017-05-25)

張小華(1986-)，男，江西九江人，工程師，碩士，主要從事采礦工藝研究，Email：331249704 。