3DMine三维矿业软件在矿山地质中的应用

王博雄,吕九辉,孙 加

(1.山东金软科技股份有限公司; 2.招金矿业股份有限公司夏甸金矿)

引 言

近几年,随着三维矿业软件快速发展,国产三维矿业软件也迅速崛起。其中,DIMINE与3DMine等国产软件现已通过自然资源部储量司评审认定,可用于国内矿山资源储量估算[1-2]。矿山企业也逐渐重视三维矿业软件的应用,利用三维矿业软件建立三维模型实现矿产资源可视化,指导矿山生产,同时给中国矿业的可持续发展添加了科技动力[3-4]。

3DMine三维矿业软件是一套重点服务于矿山地质、测量、采矿与技术管理工作的三维软件系统[5],能够将二维和三维界面完美整合,结合Office、Auto-CAD通用技术,其方便实用的右键功能、支持选择集的概念,能快速编辑和提取相关信息,使AutoCAD、Excel、Word及Text数据与图形直接转换,快速构建矿体模型,利用实体模型建立块体模型,并根据数据库中品位数据对块体模型赋值进行储量计算。

本文以夏甸金矿为研究对象,利用3DMine三维矿业软件建立三维模型,实现矿产资源可视化,指导矿山生产,为矿山后续探矿工作提供模型数据依据。

1 工程地质概况

夏甸金矿位于招远市夏甸镇西芝下村,矿区地处胶东西部低缓丘陵地带,地势西北高,东南低,海拔106～185.114 m,地势起伏不大。周围矿山分布较密集,东邻姜家窑金矿,向北沿招平断裂有曹家洼金矿、大尹格庄金矿及金亭岭金矿等。矿体均赋存于招平断裂下盘及其次级构造蚀变带内,矿体产状严格受断裂控制。Ⅶ号矿体为夏甸金矿主矿体,走向为NE 45°,倾向SE 45°,倾角40°～45°,主要由黄铁绢英岩化碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩组成,并夹有少量绢英岩化碎裂岩及糜棱岩等。矿化特点以浸染状、细脉状为主,可见网脉状、星点状及团块状矿化。

2 矿体模型构建及储量估算

2.1 数据库整理

利用3DMine三维矿业软件建立数据库,通常利用定位表、测斜表、品位表和岩性表4个表格对数据进行统计。定位表与测斜表确定钻孔在三维空间中具体位置及轨迹;品位表与岩性表区分岩性,确定矿化带及矿体具体位置。前期将钻孔相关数据整理到Excel表中,随后能够快速将Excel数据导入到钻孔数据库(见图1),数据导入过程中软件可以自动筛选差错,确保数据准确性。

图1 钻孔数据库Fig.1 Drill hole database

2.2 矿体圈定及模型构建

2.2.1 矿体圈定

将钻孔数据库与勘探线数据进行显示,利用3DMine三维矿业软件“创建→剖面→切割剖面”功能切制勘探线剖面图,剖面图面前面后距离均设置为10,确保偏离勘探线的钻孔数据可以在剖面图中显示。利用钻孔显示风格对不同品位区间数据采用不同颜色进行显示,区分高低品位,以便快速对矿体位置进行确定。利用钻孔数据库中的数据,结合现场编录的岩性构造,手工圈定工业矿体块段后,同一剖面图中相邻工程矿体块段采用多段线圈连矿体轮廓,矿体块段及矿体轮廓圈定原则按照勘探规范要求,结合矿山相关工业指标进行圈定,以夏甸金矿574勘探线(见图2)为例:揭露相邻工程均见矿并大致与矿体的倾角一致时直接进行连接,573/ZK2与574/ZK5间距大于勘探网度且未见矿,按照勘探网度1/2尖推(80 m)。

图2 夏甸金矿574勘探线剖面图Fig.2 Section of Exploration Line 574 in Xiadian Gold Mine

2.2.2 矿体模型构建

在3DMine三维矿业软件中单独显示各勘探线圈连矿体轮廓,对矿体轮廓线进行整理后创建实体模型,利用“实体→连接三角网→扩展外推线/体”进行矿体建模[6-8]。在矿体对接时,遇到比较复杂矿体可通过添加控制线、分区线的方法解决矿体分支问题,相邻剖面未见矿时按照规范要求外推,同一矿体连接完成后合并为一个封闭的矿体模型;矿体中存在夹石时,按照构建矿体模型的方法单独进行构建,唯独外推时外推距离取相邻剖面工程间距3/4尖推。

2.3 矿体赋存情况

通过构建矿体模型,将矿体在三维空间中以比较直观的几何形态显示出来,反映现阶段揭露矿体标高-200～-1 200 m,走向长度约1 800 m,倾角40°～45°,同时可以利用模型绘制纵投影图直观掌握矿体侧伏规律为NE倾(见图3),为下一步探矿方向奠定了基础。

图3 矿体赋存情况Fig.3 Orebody occurrence state

2.4 资源储量估算情况

2.4.1 块体建模

利用探矿权边界拐点确定块体模型范围,因为矿体没有大变动不会对块体模型进行更改,旋转的方位角为矿体走向;矿块尺寸依据矿床类型,按照矿体规模、形态变化程度、厚度稳定程度、矿体受构造及脉岩影响程度进行确定,标准块体尺寸设置x轴方向一般为矿体水平厚度的1/5,本次设置为5;y轴方向一般为勘探工程间距的1/4,本次设置为5;z轴方向一般为正常回采一分层的采高,本次设置为3;次级块取标准块的1/2。标准块尺寸设置过大,对矿体厚度比较小的区域很难进行估值,且计算出的储量误差较大;标准块设置尺寸较小,实际矿体规模较大,计算机运行内存很难达到目标需求,同时也不利于日常操作。

2.4.2 属性赋值

块体模型进行资源储量估算是通过建立不同属性并赋值,按照属性值约束快速估算不同条件下的资源储量,相应的属性字段有:矿体编号、矿石密度、金品位、资源储量级别等[9],后期随着工程投入还可以继续添加其他相应属性,如开采程度及计划开采时间等相关属性。

1)单一赋值。矿体编号、矿石密度、资源储量级别可以采用矿体模型、闭合多段线等约束方式对约束条件下显示的块体进行赋值。

2)距离幂次反比法。金品位赋值采用距离幂次反比法对块体进行赋值,首先利用矿体模型提取估值样品点数据,利用“钻孔→组合样品→组合样品点”功能从钻孔数据库中提取样品点,对样品进行基本数学统计分析,软件自动计算样品点平均值、中值、方差、变异系数、样品点数、最小值与最大值[10]等相关信息(见图4)。

图4 样品点数据统计Fig.4 Statistics of sample points

按照勘探规范要求,需要对样品点进行特高品位处理,根据品位变化系数,取平均品位的6～8倍为特高品位下限,利用“工具→属性数学计算”,采用剔除特高品位公式:if(属性1>6～8倍平均值,平均值,属性1)对提取的估值样品点中特高品位进行处理(见图5)。

图5 特高品位处理Fig.5 Ultra-high grade processing

其次,通过矿体类型、产状等因素确定估值参数,本次估算主要估值参数设置为:主轴搜索半径为勘探网度的2～3倍,设置为300;主轴方位角为矿体走向,设置为42;主轴/次轴为矿体走向长度/倾向长度,设置为1;主轴/短轴为走向长度/矿体的真厚度,设置为3;次轴倾角为矿体倾角,设置为-45(见图6)。

图6 创建搜索椭球体参数Fig.6 Creating spheroid parameter search

2.4.3 资源储量估算结果

块体模型[11]报告资源储量可依据相关报表格式要求进行报量,如按照需求可根据矿体编号、品位区间、标高区域、储量级别、资源利用情况、年度计划回采区间等方式进行报告。需要注意的是,在设置一点区间报量时,必须在“分类范围”英文输入法利用“;”进行间隔(见图7)

图7 资源储量报告Fig.7 Resources reserve report

3 3DMine三维矿业软件的应用

3DMine三维矿业软件建立的三维矿体模型能够真实地反映矿体空间位置及赋存情况,在矿山探矿设计及生产管理方面应用效果显著。钻孔设计可以比较直观反应设计孔轨迹等相关参数及预期想要达到的设计目的;同时,利用测量数据进行采空区及工程建模,寻找可盘活资源区域以提高资源利用率。

3.1 探矿钻孔设计

结合三维矿体模型,利用3DMine三维矿业软件快速切勘探线剖面图,按照矿体倾向及侧伏规律设计钻孔轨迹,依据相关规定钻孔设计穿过预测矿体往下施工30 m,坑内钻设计穿过预测矿体继续施工10 m,以此来确定钻孔的深度。利用3DMine三维矿业软件“钻孔→编辑钻孔→录入单孔”弹出对话框填写钻孔编号,随后点击“选择线条计算轨迹”可以快速提取钻孔开孔坐标、孔深及倾角相关参数;钻孔布置仍遵循由已知到未知、由浅入深、由稀到密、由简单到复杂的原则。以夏甸金矿574勘探线574/ZK5钻孔(见图8)为例,利用3DMine三维矿业软件切剖面图进行探矿钻孔设计,根据施工结果,钻孔数据揭露情况同设计见矿位置、见矿情况基本相吻合,符合招平断裂带中段深部金矿成矿理论观点。

图8 574/ZK5钻孔Fig.8 Drill hole of 574/ZK5

3.2 矿体二次圈定

利用测量数据对以往已回采区域的采场及巷道工程进行建模,按照勘探线、标高任意切剖面图,快速查找未回采区段,可以结合当前黄金价格确定是否存在可利用价值,并结合现有的工程巷道进行合理工程布置,以最小投入获得更多的收益。以夏甸金矿488勘探线为例,利用3DMine三维矿业软件对矿体、采空区模型执行切剖面图操作,以查找未采区域并确定范围。经过核实,488勘探线在-435 m水平存在走向长度约12 m、段高约8.5 m可利用区域,随后布置工程掘进对矿石二次回收,提高资源利用率(见图9、图10)。

图9 488勘探线剖面图Fig.9 Section of Exploration Line 488

4 结 论

1)利用3DMine三维矿业软件可以直观、具体、全方位地展现设计工程的具体位置及其与相邻工程的三维空间关系,有效给出了工程设计所需参数,同时极简单、直观地给出工程设计的合理性,从根本上杜绝了设计之外贯通的可能性。

2)结合实际回采情况,利用3DMine三维矿业软件建立回采矿量的三维建模,可以准确计算出矿石贫化率、采矿损失率;同时,可以直观地反映出探采对比情况。不仅有利于矿石贫化率、采矿损失率控制和后期探矿指导,并且会极大提升工作效率。

3)安全方面,三维巷道模型可以以直观、易懂的方式展现所处工作位置,同时更容易获取并掌握所处位置的避灾线路;同时辅以后期矿山建设的智能机械,能从空间上体现设备布设、人员分布,更加有利于信息实时反馈和劳动力投入。

4)定期对数据库、矿体及相应工程进行完善,利用软件按照不同需求快速形成资源储量报表,满足当前生产需求及其相关数据的提取。