廬江沙溪銅礦三維軟件優化地質統計管理探究

丁 力

礦山地質具有多元性、隱秘性、結構不穩定性的基礎特性，礦體的地質形態復雜多變，很難用規則的幾何體來描述。我們的礦山工程項目開采便是要在地質環境下展開有關生產制造。在勘查工程施工全過程中，必須對礦山礦體的各種信息內容充分了解，這樣才能將這種復雜的信息內容以更為栩栩如生、精確的方式呈現在技術工作人員的眼前，這就必須我們運用一種新的技術才能進而完成。

廬江的沙溪銅礦的礦體低品級多、規模大、埋藏深度較深的特點。礦體幾乎從地表延伸至-1000m 以下，并且礦體呈不規則的層狀、似層狀、透鏡狀，礦體頭部和尾部經常有分叉現象，夾石剔除難度較大，礦體低品級與工業品級互層而生，后期的地質統計管理工作比較繁瑣。現階段在我國的礦山工程項目關鍵還是以工程圖紙、文本的呈現方式展開有關數據信息的呈現，這類方法針對勘查中后期的建筑工程設計改動及材料查詢很不方便，也有這種信息內容材料大多數是大數字形狀，或點線面的關聯，對立體式形象化的物品沒法妥當的反映，不利地質工作人員觀察地質環境，針對恰當的明確提出開采提議、降低勘查風險性是十分不好的。隨著三維軟件在國內廣泛運用的大環境下，礦業公司推廣運用Dimine 軟件，建立礦體的不規則三維幾何模型，可以發揮三維礦體模型可視化、便捷的特點，可以直觀的展示物體空間狀態，可將礦體產狀、儲量、鉆探工程、開拓系統、等信息直觀、準確地展示出來，還可利用其快速便捷的計算功能，使復雜的工作更簡單，并運用到實際地質統計管理工作中去，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，地處揚子板塊的北緣，大別造山帶東側，是郯廬斷裂帶、黃坡斷裂帶、滁河斷裂的復合部位，并受到其西側磨子潭曉天斷裂，東側的羅河斷裂以及蜀山-缺口斷裂的共同制約。沙溪銅礦區為斑巖型銅礦床，礦體賦存在菖蒲山～盛橋復式背斜西南端，鳳臺山～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、銅泉山及鳳臺山四個礦段，其中銅泉山及鳳臺山礦段是已知礦體相對集中的地區。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，絕大多數呈漸變關系。主要礦體的頂底板圍巖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，少量賦存于巖體接觸帶的高家邊組砂巖裂隙中。礦體呈現較復雜的形態，有不規則似層狀、透鏡狀，礦體的頭部和尾部經常有分叉現象，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

三維軟件構建的三維模型是立體狀態，拖動鼠標可以從空間任意角度觀察所建立的模型，井下儲藏的礦體可以非常直觀的展現在面前，旋轉、縮放、轉動等操作方式非常方便。地表模型是能反映礦區地形起伏及地表構置物相對布置的圖件，它能夠直觀形象地展現礦區范圍內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系。為后期地表以及地下工程的施工布置設計提供更直觀形象的地質基礎資料信息，同時也能為后續地表開挖方量的計算提供便捷。也可以為后期制作其他的地質圖件提供便利。

沙溪銅礦的地表模型的建立是以礦山地質地形圖為依據的，利用地質地形圖中的等高線以及高線的標高，并將標高按照高程值調整，然后通過軟件“創建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、電線桿等建立相對應的實體模型。

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實現地下巷道的空間分布優化分析、可視化表達，同時還能夠提高礦山生產管理水平。利用初步設計中段巷道的中心線，并按照坡度設置進而調整中心線的高程。利用軟件修改中心線的屬性并將其改為巷道文件。并設置斷面，最后運用井巷工程中的“聯通巷道”功能，從而建立沙溪銅礦三維巷道模型。模型建立后在生產過程中，也可以根據實測巷道數據對巷道模型進行修改。

2.3 鉆孔數據庫建立

數據庫的基本元素是數據，它是用來描述事物狀態的，也是信息的載體。除了常見的數值型外，還有字符型、邏輯型等。數據處理是對各種數據進行收集、存儲、分類、加工、檢索、傳輸等的過程。數據庫技術是研究如何高效的進行數據處理，且花費最小的技術。一個數據庫系統具有的特點：①冗余少，數據能共享，造成的重復不大，節省存儲空間和數據更新的開支。②共享性，數據庫系統能以最優的方式服務于多個應用程序。③獨立性，數據庫中數據存放獨立于使用它的應用程序。當由于某些原因，這些數據結構數據量改變后，使用這些數據的應用程序并不需要做大的修改和不需要進行重新調試。④安全性，保護數據，以防止不合法的使用。⑤完整性，包括數據的正確性、有效性、相容性等。數據庫具有數據結構化、最低冗余度、最高程序與數據獨立性，易于擴充、修改、容易編制各種用戶程序等。

一個完整的數據庫系統由數據庫管理系統和數據庫管理員組成。數據庫管理系統是允許用戶對數據庫進行建立、運行和維護的軟件系統，他允許用戶邏輯地、抽象地處理數據庫中的數據，而不必涉及這些數據在計算機中存放的方式。數據庫管理員是負責整個系統的建立、維護、協調工作的專門人員。

以鉆孔數據（包括孔口數據、測斜數據、樣品數據）為原始數據，通過軟件自動檢測，建立鉆孔數據庫；為了避免礦體以外樣品段對礦體品位的影響，需要將礦體以外樣品段過濾掉，生成過濾鉆孔數據庫；為了后期計算機估值方便，需要對鉆孔數據進行統計分析，合理的樣品長度對品位值進行組合，生成樣本組合文件，為后期品位估值和儲量計算提供數據。普通克里格模擬數據不理想，同時也驗證了沙溪礦體受構造裂隙控制明顯，后期選用距離冪反比法進行估值。

2.4 地質模型建立

三維礦體模型的建立充分利用最新地質圖件，結合地質解譯成果，通過不斷實踐完善，最終采用平剖面相結合的方法建立三維礦體模型，解決模型切平面出現鋸齒狀的問題。提取平剖面中圈定的礦體邊界線框，將剖面礦體線框根據鉆孔數據庫中真實反映的礦體位置進行調整，并與平面線框進行校正，構成礦體模型的網絡展布，通過連線框功能將礦體的網絡建成三維模型。經過后期對礦體的模型修正檢測，在勘探線上和所提供平面的中段標高上，礦體邊界與CAD 圖件相吻合，經過實踐運用，建成的三維礦體模型滿足相應勘查網度的需求，通過礦體的空間展布，提高地質認識。

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，通過計算立方體的體積、計算礦體礦石量，品位值之后便可以進行資源量估算。通過三維礦體模型在空間的展布，建立相應的塊段模型，選擇合適的小立方塊的尺寸，結合最小可采厚度為2m，本次選擇的尺寸為2×2×2m，為了后期計算各中段儲量更方便，可以調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行資源量估算，同時也可以直觀顯示高低品位分布情況。

通過軟件對礦體三維模型計算得出的結果礦山地質報告資源量的結果對比發現三維模型計算出的資源量與傳統地質方法計算的資源量基本一致。對沙溪銅礦某一礦段資源量分別用兩種方法進行估算，用傳統地質的計算方法得到資源礦石量約為5938.8 萬噸，利用三維模型計算得出該礦段資源礦石量約為5855.8 萬噸。兩種計算方法誤差為83 萬噸，資源量的相對誤差率為-1.4%，誤差在允許誤差范圍內。實踐證明利用DIMINE 軟件建立三維模型計算儲量比較準確，誤差也在允許范圍內。通過DIMINE 軟件計算資源量的方法已經取得了儲量司的認可。

3 模型實際工作中的運用

地質工作者將前期獲得的各項地質信息參數進行整合即可搭建出單位模型，為礦山操作人員提供數據參考。建立礦床模型的目的不僅是為了進行儲量計算，更重要的是要在其上進行采礦設計、編制計劃等，這在一定程度上似乎更關心礦體的幾何形態，這就需要線框模型的構建。礦山在生產過程中，不同時期的精度要求不同，基于三維模型的實際意義來說，三維模型的建立可以適用于礦山各個生命階段，也就是礦產資源勘測、礦山結構設計、礦山開采系統建設以及閉坑四大環節。每個階段的對三維模型的精確度都在逐步提高。

3.1 指導巷道掘進施工中副產統計管理

礦體模型的構建能夠為調整巷道設計方案提供參考，地質技術人員能夠全面了解礦山的結構特性，參考地質信息和礦體模型，有效確定巷道的位置。沙溪銅礦井下掘進工程任務重，時間緊，多點開花且比較不集中，然而現實中的地質人員人手不夠，及時掌握了解巷道見礦情況以及巷道掘進情況較困難。地質技術人員可以利用三維巷道模型，跟蹤巷道掘進情況，并及時對掘進巷道進行實測完善，并利用實測數據對巷道模型進行及時更新。根據巷道模型與三維礦體模型的空間展布，能更準確的預測各掘進工程的見礦位置，技術人員結合施工進度計劃，及時跟進副產統計管理，并對掘進礦石作為副產回收統計，截止目前，共統計回收副產約40 萬噸。不斷提高了工作效率，減少冗余工作量，同時還提高了礦山的經濟效益。

3.2 加強巷道施工中水文地質統計管理

利用礦區水文地質的實際概況進行建模，并對礦區的水文特征全面分析，能夠從根本上保證礦區水文的地質評價的合理性、科學性。沙溪銅礦在掘進巷道過程中，發現由于地表鉆孔未封孔未完全而涌水現象。突發涌水嚴重影響掘進施工進度，同時帶來安全隱患。沙溪銅礦根據現有鉆孔數據庫與設計巷道的空間位置，對鉆孔可能穿過巷道的部位做好提前預測，并提前做好排水等預防措施，減少不可預見性對掘進施工進度的影響，也提高了掘進施工的安全性。同時鉆孔突發涌水量在封孔前后對礦山正常生產過程中的涌水量統計存在影響，涌水量增減影響水文地質分析，所以在日常水文管理中，及時統計鉆孔涌水量，作為非正常生產涌水量在生產涌水量統計中單列，消除鉆孔涌水水文地質分析的影響。通過構建可視化三維模型，對礦區的各種接觸面有效進行分析，從而對巷道頂底板的安全性能進行綜合地評估，確定某些突發性涌水可能影響的礦區生產作業區域，方便技術人員在短暫時間內完成預防災害事故的緊急方案的制定，給礦山生產的順利開展帶來重要的參考信息，也能加快礦山企業現代化建設步伐。

3.3 提高采場設計與統計工作效率

沙溪銅礦礦體形態比較復雜，并且相鄰剖面礦體形態變化較大，運用傳統CAD 制圖方式，需要花費大量人力和時間完成輔助平剖面繪制，嚴重影響設計效率。目前利用三維軟件，能迅速切平剖面圖，同時可以從任意方位平面圖內了解礦體形態，優化設計方案。沙溪銅礦在后續的探礦階段，可以利用三維軟件成圖的優越性，運用三維模型作出大量的剖面圖與縱投影圖，并計算采場礦石量。在后期采準設計、采場二次圈定等，也利用這一優勢，花費少量的時間就完成大量工作任務，大大提高了工作效率，同時通過不同設計方案下，采場資源量的對比，論證采場布置合理性，取得顯著成果。截止目前完成10 個采場的采準設計、9 個采場的二次圈定工作。

3.4 儲量管理工作

礦體的自然形態是復雜的且深埋地下，各種地質因素對礦體形態的影響也多種多樣，傳統儲量估算中只能近似地用規則的幾何體來描述或代替真實礦體。沙溪銅礦礦體多，單大礦體就有7 個，還有200 多個小礦體，并且礦體形態復雜，同時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，同樣需要參與計算。所以各類儲量報表需要按要求分中段、分礦體、分類型、分類別統計各資源量時，儲量管理人員在實際工作中，有大量的儲量計算工作和統計工作，不論是各中段礦石量，還是各采場出礦量。由于數據龐大，如果用傳統方法計算的話，通常要花好幾個星期才能完成，而且計算統計過程中還可能出現差錯及返工的事情發生。在礦體三維模型建立后，三維軟件可以根據地質技術人員的指令來交互式地劃分礦段，礦段體積計算和儲量估算都可以由軟件完成。沙溪銅礦利用三維模型計算各資源儲量，方便快捷，按時按質完成各儲量報表，取得顯著效果。

利用Dimine 軟件計算各中段礦石量時，可以設置礦體的分類字段，也可設置以標高作為分類依據，這樣就可以算出各中段的低品級、工業級礦石資源量；若需要計算某采場的礦量時，也可以先建立采場三維模型，再利用塊段模型計算該模型內儲量，就能迅速計算出采場內工業級、低品級資源量及廢石，進而很快得出采準礦量與備采礦量。

計算采場出礦量時，建立各采場爆破空區模型，利用塊段模型計算模型內儲量，便能得到各采場的爆破量。沙溪銅礦在完成月度各采場臺賬時，利用這種三維建模計算方法，大大縮短了計算周期，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：工業級244859.47t，金屬量1553.81t；低品級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需要改變。由于每一個礦塊都有品位，整個礦體的礦石量、金屬量也容易計算，這樣，對礦體的經濟評價就變得比較容易。同時，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，重新計算礦體的平均品位、礦石量、金屬量，進行不同市場情況下的礦山經濟評價。

4 結論

隨著近年來計算機信息技術的快速發展，三維數字化的實用功能越來越強大，三維可視化技術在礦山開發過程中的應用也日益廣泛，數字礦山建設已逐漸成為主流趨勢。沙溪銅礦基于Dimine 三維軟件，已建立滿足實際需求的三維模型，解決礦山生產過程中遇到的各類問題，有效提高了工作效率，強化各階段地質統計管理工作，大量節約了人工成本。同時，三維軟件的直觀與多視角切換，實現了礦山的可視化，可以更加直觀形象、精確的圈定礦體邊界，揭露礦山深部地質現象的三維形態。在實際運用過程中，為施工統計管理、設計優化、儲量管理等工作提供便利，取得了顯著成效。