3DMine三維礦業(yè)軟件在礦山地質(zhì)中的應(yīng)用

王博雄,呂九輝,孫 加

(1.山東金軟科技股份有限公司; 2.招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦)

引 言

近幾年,隨著三維礦業(yè)軟件快速發(fā)展,國(guó)產(chǎn)三維礦業(yè)軟件也迅速崛起。其中,DIMINE與3DMine等國(guó)產(chǎn)軟件現(xiàn)已通過(guò)自然資源部?jī)?chǔ)量司評(píng)審認(rèn)定,可用于國(guó)內(nèi)礦山資源儲(chǔ)量估算[1-2]。礦山企業(yè)也逐漸重視三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用,利用三維礦業(yè)軟件建立三維模型實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源可視化,指導(dǎo)礦山生產(chǎn),同時(shí)給中國(guó)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展添加了科技動(dòng)力[3-4]。

3DMine三維礦業(yè)軟件是一套重點(diǎn)服務(wù)于礦山地質(zhì)、測(cè)量、采礦與技術(shù)管理工作的三維軟件系統(tǒng)[5],能夠?qū)⒍S和三維界面完美整合,結(jié)合Office、Auto-CAD通用技術(shù),其方便實(shí)用的右鍵功能、支持選擇集的概念,能快速編輯和提取相關(guān)信息,使AutoCAD、Excel、Word及Text數(shù)據(jù)與圖形直接轉(zhuǎn)換,快速構(gòu)建礦體模型,利用實(shí)體模型建立塊體模型,并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中品位數(shù)據(jù)對(duì)塊體模型賦值進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。

本文以夏甸金礦為研究對(duì)象,利用3DMine三維礦業(yè)軟件建立三維模型,實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源可視化,指導(dǎo)礦山生產(chǎn),為礦山后續(xù)探礦工作提供模型數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況

夏甸金礦位于招遠(yuǎn)市夏甸鎮(zhèn)西芝下村,礦區(qū)地處膠東西部低緩丘陵地帶,地勢(shì)西北高,東南低,海拔106～185.114 m,地勢(shì)起伏不大。周?chē)V山分布較密集,東鄰姜家窯金礦,向北沿招平斷裂有曹家洼金礦、大尹格莊金礦及金亭嶺金礦等。礦體均賦存于招平斷裂下盤(pán)及其次級(jí)構(gòu)造蝕變帶內(nèi),礦體產(chǎn)狀嚴(yán)格受斷裂控制。Ⅶ號(hào)礦體為夏甸金礦主礦體,走向?yàn)镹E 45°,傾向SE 45°,傾角40°～45°,主要由黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖組成,并夾有少量絹英巖化碎裂巖及糜棱巖等。礦化特點(diǎn)以浸染狀、細(xì)脈狀為主,可見(jiàn)網(wǎng)脈狀、星點(diǎn)狀及團(tuán)塊狀礦化。

2 礦體模型構(gòu)建及儲(chǔ)量估算

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)整理

利用3DMine三維礦業(yè)軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù),通常利用定位表、測(cè)斜表、品位表和巖性表4個(gè)表格對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。定位表與測(cè)斜表確定鉆孔在三維空間中具體位置及軌跡;品位表與巖性表區(qū)分巖性,確定礦化帶及礦體具體位置。前期將鉆孔相關(guān)數(shù)據(jù)整理到Excel表中,隨后能夠快速將Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入到鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)(見(jiàn)圖1),數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程中軟件可以自動(dòng)篩選差錯(cuò),確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖1 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)Fig.1 Drill hole database

2.2 礦體圈定及模型構(gòu)建

2.2.1 礦體圈定

將鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)與勘探線數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,利用3DMine三維礦業(yè)軟件“創(chuàng)建→剖面→切割剖面”功能切制勘探線剖面圖,剖面圖面前面后距離均設(shè)置為10,確保偏離勘探線的鉆孔數(shù)據(jù)可以在剖面圖中顯示。利用鉆孔顯示風(fēng)格對(duì)不同品位區(qū)間數(shù)據(jù)采用不同顏色進(jìn)行顯示,區(qū)分高低品位,以便快速對(duì)礦體位置進(jìn)行確定。利用鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)編錄的巖性構(gòu)造,手工圈定工業(yè)礦體塊段后,同一剖面圖中相鄰工程礦體塊段采用多段線圈連礦體輪廓,礦體塊段及礦體輪廓圈定原則按照勘探規(guī)范要求,結(jié)合礦山相關(guān)工業(yè)指標(biāo)進(jìn)行圈定,以夏甸金礦574勘探線(見(jiàn)圖2)為例:揭露相鄰工程均見(jiàn)礦并大致與礦體的傾角一致時(shí)直接進(jìn)行連接,573/ZK2與574/ZK5間距大于勘探網(wǎng)度且未見(jiàn)礦,按照勘探網(wǎng)度1/2尖推(80 m)。

圖2 夏甸金礦574勘探線剖面圖Fig.2 Section of Exploration Line 574 in Xiadian Gold Mine

2.2.2 礦體模型構(gòu)建

在3DMine三維礦業(yè)軟件中單獨(dú)顯示各勘探線圈連礦體輪廓,對(duì)礦體輪廓線進(jìn)行整理后創(chuàng)建實(shí)體模型,利用“實(shí)體→連接三角網(wǎng)→擴(kuò)展外推線/體”進(jìn)行礦體建模[6-8]。在礦體對(duì)接時(shí),遇到比較復(fù)雜礦體可通過(guò)添加控制線、分區(qū)線的方法解決礦體分支問(wèn)題,相鄰剖面未見(jiàn)礦時(shí)按照規(guī)范要求外推,同一礦體連接完成后合并為一個(gè)封閉的礦體模型;礦體中存在夾石時(shí),按照構(gòu)建礦體模型的方法單獨(dú)進(jìn)行構(gòu)建,唯獨(dú)外推時(shí)外推距離取相鄰剖面工程間距3/4尖推。

2.3 礦體賦存情況

通過(guò)構(gòu)建礦體模型,將礦體在三維空間中以比較直觀的幾何形態(tài)顯示出來(lái),反映現(xiàn)階段揭露礦體標(biāo)高-200～-1 200 m,走向長(zhǎng)度約1 800 m,傾角40°～45°,同時(shí)可以利用模型繪制縱投影圖直觀掌握礦體側(cè)伏規(guī)律為NE傾(見(jiàn)圖3),為下一步探礦方向奠定了基礎(chǔ)。

圖3 礦體賦存情況Fig.3 Orebody occurrence state

2.4 資源儲(chǔ)量估算情況

2.4.1 塊體建模

利用探礦權(quán)邊界拐點(diǎn)確定塊體模型范圍,因?yàn)榈V體沒(méi)有大變動(dòng)不會(huì)對(duì)塊體模型進(jìn)行更改,旋轉(zhuǎn)的方位角為礦體走向;礦塊尺寸依據(jù)礦床類(lèi)型,按照礦體規(guī)模、形態(tài)變化程度、厚度穩(wěn)定程度、礦體受構(gòu)造及脈巖影響程度進(jìn)行確定,標(biāo)準(zhǔn)塊體尺寸設(shè)置x軸方向一般為礦體水平厚度的1/5,本次設(shè)置為5;y軸方向一般為勘探工程間距的1/4,本次設(shè)置為5;z軸方向一般為正常回采一分層的采高,本次設(shè)置為3;次級(jí)塊取標(biāo)準(zhǔn)塊的1/2。標(biāo)準(zhǔn)塊尺寸設(shè)置過(guò)大,對(duì)礦體厚度比較小的區(qū)域很難進(jìn)行估值,且計(jì)算出的儲(chǔ)量誤差較大;標(biāo)準(zhǔn)塊設(shè)置尺寸較小,實(shí)際礦體規(guī)模較大,計(jì)算機(jī)運(yùn)行內(nèi)存很難達(dá)到目標(biāo)需求,同時(shí)也不利于日常操作。

2.4.2 屬性賦值

塊體模型進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算是通過(guò)建立不同屬性并賦值,按照屬性值約束快速估算不同條件下的資源儲(chǔ)量,相應(yīng)的屬性字段有:礦體編號(hào)、礦石密度、金品位、資源儲(chǔ)量級(jí)別等[9],后期隨著工程投入還可以繼續(xù)添加其他相應(yīng)屬性,如開(kāi)采程度及計(jì)劃開(kāi)采時(shí)間等相關(guān)屬性。

1)單一賦值。礦體編號(hào)、礦石密度、資源儲(chǔ)量級(jí)別可以采用礦體模型、閉合多段線等約束方式對(duì)約束條件下顯示的塊體進(jìn)行賦值。

2)距離冪次反比法。金品位賦值采用距離冪次反比法對(duì)塊體進(jìn)行賦值,首先利用礦體模型提取估值樣品點(diǎn)數(shù)據(jù),利用“鉆孔→組合樣品→組合樣品點(diǎn)”功能從鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中提取樣品點(diǎn),對(duì)樣品進(jìn)行基本數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析,軟件自動(dòng)計(jì)算樣品點(diǎn)平均值、中值、方差、變異系數(shù)、樣品點(diǎn)數(shù)、最小值與最大值[10]等相關(guān)信息(見(jiàn)圖4)。

圖4 樣品點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of sample points

按照勘探規(guī)范要求,需要對(duì)樣品點(diǎn)進(jìn)行特高品位處理,根據(jù)品位變化系數(shù),取平均品位的6～8倍為特高品位下限,利用“工具→屬性數(shù)學(xué)計(jì)算”,采用剔除特高品位公式:if(屬性1>6～8倍平均值,平均值,屬性1)對(duì)提取的估值樣品點(diǎn)中特高品位進(jìn)行處理(見(jiàn)圖5)。

圖5 特高品位處理Fig.5 Ultra-high grade processing

其次,通過(guò)礦體類(lèi)型、產(chǎn)狀等因素確定估值參數(shù),本次估算主要估值參數(shù)設(shè)置為:主軸搜索半徑為勘探網(wǎng)度的2～3倍,設(shè)置為300;主軸方位角為礦體走向,設(shè)置為42;主軸/次軸為礦體走向長(zhǎng)度/傾向長(zhǎng)度,設(shè)置為1;主軸/短軸為走向長(zhǎng)度/礦體的真厚度,設(shè)置為3;次軸傾角為礦體傾角,設(shè)置為-45(見(jiàn)圖6)。

圖6 創(chuàng)建搜索橢球體參數(shù)Fig.6 Creating spheroid parameter search

2.4.3 資源儲(chǔ)量估算結(jié)果

塊體模型[11]報(bào)告資源儲(chǔ)量可依據(jù)相關(guān)報(bào)表格式要求進(jìn)行報(bào)量,如按照需求可根據(jù)礦體編號(hào)、品位區(qū)間、標(biāo)高區(qū)域、儲(chǔ)量級(jí)別、資源利用情況、年度計(jì)劃回采區(qū)間等方式進(jìn)行報(bào)告。需要注意的是,在設(shè)置一點(diǎn)區(qū)間報(bào)量時(shí),必須在“分類(lèi)范圍”英文輸入法利用“;”進(jìn)行間隔(見(jiàn)圖7)

圖7 資源儲(chǔ)量報(bào)告Fig.7 Resources reserve report

3 3DMine三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用

3DMine三維礦業(yè)軟件建立的三維礦體模型能夠真實(shí)地反映礦體空間位置及賦存情況,在礦山探礦設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理方面應(yīng)用效果顯著。鉆孔設(shè)計(jì)可以比較直觀反應(yīng)設(shè)計(jì)孔軌跡等相關(guān)參數(shù)及預(yù)期想要達(dá)到的設(shè)計(jì)目的;同時(shí),利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采空區(qū)及工程建模,尋找可盤(pán)活資源區(qū)域以提高資源利用率。

3.1 探礦鉆孔設(shè)計(jì)

結(jié)合三維礦體模型,利用3DMine三維礦業(yè)軟件快速切勘探線剖面圖,按照礦體傾向及側(cè)伏規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔軌跡,依據(jù)相關(guān)規(guī)定鉆孔設(shè)計(jì)穿過(guò)預(yù)測(cè)礦體往下施工30 m,坑內(nèi)鉆設(shè)計(jì)穿過(guò)預(yù)測(cè)礦體繼續(xù)施工10 m,以此來(lái)確定鉆孔的深度。利用3DMine三維礦業(yè)軟件“鉆孔→編輯鉆孔→錄入單孔”彈出對(duì)話框填寫(xiě)鉆孔編號(hào),隨后點(diǎn)擊“選擇線條計(jì)算軌跡”可以快速提取鉆孔開(kāi)孔坐標(biāo)、孔深及傾角相關(guān)參數(shù);鉆孔布置仍遵循由已知到未知、由淺入深、由稀到密、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則。以夏甸金礦574勘探線574/ZK5鉆孔(見(jiàn)圖8)為例,利用3DMine三維礦業(yè)軟件切剖面圖進(jìn)行探礦鉆孔設(shè)計(jì),根據(jù)施工結(jié)果,鉆孔數(shù)據(jù)揭露情況同設(shè)計(jì)見(jiàn)礦位置、見(jiàn)礦情況基本相吻合,符合招平斷裂帶中段深部金礦成礦理論觀點(diǎn)。

圖8 574/ZK5鉆孔Fig.8 Drill hole of 574/ZK5

3.2 礦體二次圈定

利用測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)以往已回采區(qū)域的采場(chǎng)及巷道工程進(jìn)行建模,按照勘探線、標(biāo)高任意切剖面圖,快速查找未回采區(qū)段,可以結(jié)合當(dāng)前黃金價(jià)格確定是否存在可利用價(jià)值,并結(jié)合現(xiàn)有的工程巷道進(jìn)行合理工程布置,以最小投入獲得更多的收益。以夏甸金礦488勘探線為例,利用3DMine三維礦業(yè)軟件對(duì)礦體、采空區(qū)模型執(zhí)行切剖面圖操作,以查找未采區(qū)域并確定范圍。經(jīng)過(guò)核實(shí),488勘探線在-435 m水平存在走向長(zhǎng)度約12 m、段高約8.5 m可利用區(qū)域,隨后布置工程掘進(jìn)對(duì)礦石二次回收,提高資源利用率(見(jiàn)圖9、圖10)。

圖9 488勘探線剖面圖Fig.9 Section of Exploration Line 488

4 結(jié) 論

1)利用3DMine三維礦業(yè)軟件可以直觀、具體、全方位地展現(xiàn)設(shè)計(jì)工程的具體位置及其與相鄰工程的三維空間關(guān)系,有效給出了工程設(shè)計(jì)所需參數(shù),同時(shí)極簡(jiǎn)單、直觀地給出工程設(shè)計(jì)的合理性,從根本上杜絕了設(shè)計(jì)之外貫通的可能性。

2)結(jié)合實(shí)際回采情況,利用3DMine三維礦業(yè)軟件建立回采礦量的三維建模,可以準(zhǔn)確計(jì)算出礦石貧化率、采礦損失率;同時(shí),可以直觀地反映出探采對(duì)比情況。不僅有利于礦石貧化率、采礦損失率控制和后期探礦指導(dǎo),并且會(huì)極大提升工作效率。

3)安全方面,三維巷道模型可以以直觀、易懂的方式展現(xiàn)所處工作位置,同時(shí)更容易獲取并掌握所處位置的避災(zāi)線路;同時(shí)輔以后期礦山建設(shè)的智能機(jī)械,能從空間上體現(xiàn)設(shè)備布設(shè)、人員分布,更加有利于信息實(shí)時(shí)反饋和勞動(dòng)力投入。

4)定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、礦體及相應(yīng)工程進(jìn)行完善,利用軟件按照不同需求快速形成資源儲(chǔ)量報(bào)表,滿足當(dāng)前生產(chǎn)需求及其相關(guān)數(shù)據(jù)的提取。