馬城鐵礦礦體實體模型3DMine軟件的優化

馬云鵬

（首鋼欒南馬城礦業有限責任公司）

馬城鐵礦在礦山初步設計階段已應用3DMine礦業工程軟件，依據勘探線剖面圖建立了礦體實體模型，但是此礦體實體模型中存在大量的自相交與開放邊，無法正常參與計算。檢查基礎數據時發現，鉆孔數據庫中缺失了馬城鐵礦20 世紀70 年代普勘時期鉆孔樣品mFe 數據，在前期模型的計算過程中此部分數據被全部默認為0值，導致了塊體模型局部數據失真。部分勘探線剖面圖之間的走向跨度間距超過400 m，導致形成的礦體實體模型棱角分明，與礦體的實際賦存情況差距較大。基于以上原因，前期依據勘探線剖面形成的礦體實體模型僅能用作展示，無法用于指導礦山實際建設和生產工作。在梳理馬城鐵礦采選工程初步設計及地質勘探數據資料的過程中，發現依據解譯后的平面地質圖生成的礦體實體模型比較符合礦體實際形態，并且通過物相分析法補全鉆孔數據庫缺失的mFe 數據樣品點，塊體模型數據也更符合礦體實際情況。現根據解譯的各水平平面地質圖，重新建立馬城鐵礦鉆孔數據庫和礦區內17 個礦體三維地質模型，使其更加符合礦體賦存形態，且形成的塊體模型可以用于計算，直接應用于礦山建設與生產［1］。

1 馬城鐵礦概況

馬城鐵礦位于河北省灤南縣東北方向20 km 的馬城鎮區域內。礦區北距離首鋼股份公司遷安鋼鐵公司58 km，南距離首鋼京唐公司78 km，礦區西側有平青大省級公路，礦區周邊道路通暢，交通便利。馬城鐵礦位于灤河沖洪積扇，地形開闊平坦，地勢北高南低，礦區內地面海拔標高15～20 m。馬城鐵礦采用先進成熟的采選生產工藝技術，將建設成為年采、選綜合處理能力2 200 萬t 鐵礦石的大型智能化綠色礦山。

1.1 地質概況

馬城鐵礦區域構造位于陰山—天山緯向構造帶東段——燕山南亞帶山海關臺拱的西南邊緣位置，礦床賦存于司家營—馬城—長凝復式褶皺帶中。礦區內地層為二元結構，上覆第四系地層，厚度60～170 m，厚度由北至南逐漸增加，主要由黏土、粉質黏土、粉土、淤泥質土及砂礫卵石層等組成，其中砂礫卵石層厚度大，連續性好，透水性強。基底為太古界單塔子群白廟子組變質巖地層，基巖為混合巖化變質巖，礦體為磁鐵石英巖，賦礦圍巖主要為混合花崗巖、黑云變粒巖、黑云片麻巖及角閃變粒巖等［2-3］。

馬城鐵礦均為隱伏礦體，地表無露頭。產狀總體呈NNW 走向，走向長約6 km，傾向NW 或SW，傾角39°～56°，主要礦體在空間上大致互相平行。礦體呈層狀-似層狀、透鏡狀產出，各礦體淺部具有較多夾石，品位相對較低，具分支、復合、膨脹、狹縮及尖滅的現象。礦體深部呈規則厚板狀，夾石較少，品位逐漸提高［4］。

礦區內斷裂構造發育顯著，根據勘查探明有F1、F2、F3 3 條斷裂，對礦體產狀影響較大，I、II、III、V、XVI、XVII 6 個設計開采礦體全部被F2 斷裂切割，其中II 號礦體被破壞最為嚴重，3 條斷裂呈環狀包圍切割II號礦體。

馬城鐵礦屬于特大型鞍山式沉積變質鐵礦床，勘探期間共劃分15 個礦體，經過補勘工作，新增XVI、XVII 2個礦體，現全區劃分為17個礦體，其中I、II、III、V、XVI、XVII 為設計開采礦體。

1.2 更新地質數據庫

首先根據已有勘探鉆孔資料及現場生產勘探資料，重新形成地質鉆孔數據庫。將井下已施工的鉆孔和探槽視為鉆孔工程，采用曲線軌跡，坡度向下時取負值，傾角在坡度向上時取正值，整理探礦工程的樣品分析成果。數據整理完成后，形成Excel 表格，錄入3DMine軟件中，更新地質鉆孔數據庫。

在進行數據更新檢查與處理時，發現馬城鐵礦于20 世紀70 年代普勘礦石樣品，由于歷史原因未分析mFe（%，下同），僅做SFe（%，下同）分析；在后期賦值的過程中，若不做處理，系統會默認其mFe 值為0，礦體局部屬性缺失，因此，需根據實際情況處理無mFe品位的樣品點。

通過詳勘的物相分析，求出以往基本分析樣品中mFe 的近似值。理論上全鐵（TFe（%，下同））減去硅酸鐵（SiFe（%，下同））稱之為可溶鐵（SFe（%，下同）），即SFe=TFe-SiFe。現用詳勘樣品物相分析中mFe、TFe、SiFe 求出mFe 與SFe 比值，詳勘樣品中的mFe 之和除以TFe 減SiFe 之和，即∑mFe/∑（TFe-SiFe）=814.47/935.96=0.87，由此可得mFe/SFe=0.87。以此得出20世紀70年代該礦樣品點的mFe近似值。

數據全部處理完畢后，連接鉆孔數據庫進行更新，同時根據品位（TFe≥20，mFe≥15）為鉆孔數據上色，將已有勘探線剖面導入，按開采水平60 m 一個中段進行劃分，分水平進行圈礦操作，確定礦體輪廓線及構造線后，形成解譯后的各水平平面地質圖。

2 優化礦體建模

礦體實體模型是根據礦體輪廓線所構建的三角網形成的封閉體，在實體模型構建時，需要結合成礦理論，整合鉆孔數據庫、勘探線剖面圖、各水平平面地質圖對礦體線、構造線等地質界線進行解譯及圈定，確定礦體、斷層等地質邊界線后，再形成礦體實體模型［5］。

3DMine礦業工程軟件通過平面地質圖或勘探線剖面圖都可以建立礦體實體模型。馬城鐵礦前期形成的礦體實體模型僅參考了相鄰各勘探線礦體剖面，并由勘探線剖面圖礦體線直接相連形成模型，此操作雖然簡便，但是也造成了礦體實體模型中存在大量的自相交與開放邊，導致此礦體實體模型無法參與計算，也無法用于實際指導生產及建設工作。且勘探線剖面圖在走向上跨度間距過大，形成的礦體實體模型棱角分明，不符合礦體的實際賦存形態。馬城鐵礦巷道及勘探工程均分布在各水平平面地質圖內，各水平平面地質圖可以隨著巷道及勘探工程的推進做到實時更新，礦體實體模型也可以隨之更新，而勘探線剖面圖在詳勘工作完成之后，基本不會再有大的變化，礦體實體模型也無法依據勘探線剖面圖再進行更新。因此，采用解譯的平面地質圖進行礦體實體模型更新與優化更加合理。

礦體實體模型更新流程：解譯各水平平面地質圖—處理礦體線和構造線—清理冗余點—連接三角網—閉合三角網—驗證實體—處理自相交與開放邊—復核勘探線剖面圖與鉆孔數據庫。其中，各水平平面地質圖要按照礦體的走向、傾向、傾角、延伸情況及構造發育情況來進行解譯，之后形成的礦體實體模型才能反映真實的礦體賦存狀態［6］。如圖1、圖2所示，經解譯后的平面地質圖生成的礦體三維模型更加符合礦體實際形態。目前馬城鐵礦最新礦體實體模型均用解譯后的平面地質圖重新制作生成。

3 更新塊體建模

塊體模型中的單個塊體可以進行礦巖屬性、密度、品位等地質信息賦值，帶有地質信息的單個塊體共同組成塊體模型。賦值后的塊體模型可以直接參與礦體數據的計算，用于指導礦山實際生產及建設工程。

在實體模型更新完成后，首先根據更新的礦體實體模型約束并提取礦體內部的樣品點數據，形成礦體組合樣，為塊體模型提供基礎數據。然后新建塊體模型，根據馬城鐵礦的采選工程設計，選擇單個塊體尺寸為4×4×4，次級塊體尺寸為2×2×2，可以保證塊體屬性相對精確且不對電腦造成過重負擔。之后為塊體新增礦巖屬性、密度、TFe、mFe 4 種新屬性。接下來對塊體模型內礦石、巖石的屬性、密度（巖石2.7 t/m3，礦石3.56 t/m3）分別進行賦值，賦值完成后對塊體模型進行TFe、mFe 估值，估值后完成塊體模型的更新，見圖3。

目前3DMine軟件中礦體品位的賦值方式有距離冪次反比、最近距離法、普通克里格法、簡單克里格法、泛克里格法、指示克里格法等，鑒于馬城鐵礦礦體連續性較好，礦體品位變化系數較小的賦存特點，現采用距離冪次反比法進行估算［7］，設置冪次位為2，依據磁鐵礦礦石邊界品位20%的原則，將TFe≥20%，mFe≥15%設為礦石，使用屬性數學計算功能為塊體賦值［8］。

采用3DMine 計算，經解譯平面地質圖生成礦體實體模型，計算礦體儲量與補勘報告基本一致，3DMine生成礦體實體模型儲量計算值與補勘報告儲量單個礦體最小差值為0.78%，最大差值為4.48%，且礦體實體模型更加符合礦體實際形態。經對缺失mFe數據進行處理后，大型礦體品位估值與勘探報告基本一致。結果表明，3DMine 可以相對準確地對礦體儲量及品位進行估值，后期正式生產后也可以根據實際生產勘探數據對礦體儲量及品位進行修正。

4 結 論

3DMine可以根據勘探線剖面圖或者平面地質圖來生成三維模型，其中依據勘探線剖面圖生成的三維模型更加簡便，但是問題也更多，根據解譯后的平面地質圖生成的礦體實體模型更加符合礦體實際形態，進行品位估算、儲量計算等，數據也更加準確。其品位估算和礦石儲量計算的結果完全可以作為采場礦石回采、供配礦以及計算損失率貧化率的基礎資料，輔助指導日常生產。更新優化后的礦體實體模型及塊體模型將有效提升礦山建設水平，提高施工及生產效率，推動馬城鐵礦實現數字化礦山進程。