3DMine三維礦業軟件在礦山地質中的應用

王博雄,呂九輝,孫 加

(1.山東金軟科技股份有限公司; 2.招金礦業股份有限公司夏甸金礦)

引 言

近幾年,隨著三維礦業軟件快速發展,國產三維礦業軟件也迅速崛起。其中,DIMINE與3DMine等國產軟件現已通過自然資源部儲量司評審認定,可用于國內礦山資源儲量估算[1-2]。礦山企業也逐漸重視三維礦業軟件的應用,利用三維礦業軟件建立三維模型實現礦產資源可視化,指導礦山生產,同時給中國礦業的可持續發展添加了科技動力[3-4]。

3DMine三維礦業軟件是一套重點服務于礦山地質、測量、采礦與技術管理工作的三維軟件系統[5],能夠將二維和三維界面完美整合,結合Office、Auto-CAD通用技術,其方便實用的右鍵功能、支持選擇集的概念,能快速編輯和提取相關信息,使AutoCAD、Excel、Word及Text數據與圖形直接轉換,快速構建礦體模型,利用實體模型建立塊體模型,并根據數據庫中品位數據對塊體模型賦值進行儲量計算。

本文以夏甸金礦為研究對象,利用3DMine三維礦業軟件建立三維模型,實現礦產資源可視化,指導礦山生產,為礦山后續探礦工作提供模型數據依據。

1 工程地質概況

夏甸金礦位于招遠市夏甸鎮西芝下村,礦區地處膠東西部低緩丘陵地帶,地勢西北高,東南低,海拔106～185.114 m,地勢起伏不大。周圍礦山分布較密集,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及其次級構造蝕變帶內,礦體產狀嚴格受斷裂控制。Ⅶ號礦體為夏甸金礦主礦體,走向為NE 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。礦化特點以浸染狀、細脈狀為主,可見網脈狀、星點狀及團塊狀礦化。

2 礦體模型構建及儲量估算

2.1 數據庫整理

利用3DMine三維礦業軟件建立數據庫,通常利用定位表、測斜表、品位表和巖性表4個表格對數據進行統計。定位表與測斜表確定鉆孔在三維空間中具體位置及軌跡;品位表與巖性表區分巖性,確定礦化帶及礦體具體位置。前期將鉆孔相關數據整理到Excel表中,隨后能夠快速將Excel數據導入到鉆孔數據庫(見圖1),數據導入過程中軟件可以自動篩選差錯,確保數據準確性。

圖1 鉆孔數據庫Fig.1 Drill hole database

2.2 礦體圈定及模型構建

2.2.1 礦體圈定

將鉆孔數據庫與勘探線數據進行顯示,利用3DMine三維礦業軟件“創建→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置為10,確保偏離勘探線的鉆孔數據可以在剖面圖中顯示。利用鉆孔顯示風格對不同品位區間數據采用不同顏色進行顯示,區分高低品位,以便快速對礦體位置進行確定。利用鉆孔數據庫中的數據,結合現場編錄的巖性構造,手工圈定工業礦體塊段后,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范要求,結合礦山相關工業指標進行圈定,以夏甸金礦574勘探線(見圖2)為例:揭露相鄰工程均見礦并大致與礦體的傾角一致時直接進行連接,573/ZK2與574/ZK5間距大于勘探網度且未見礦,按照勘探網度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 礦體模型構建

在3DMine三維礦業軟件中單獨顯示各勘探線圈連礦體輪廓,對礦體輪廓線進行整理后創建實體模型,利用“實體→連接三角網→擴展外推線/體”進行礦體建模[6-8]。在礦體對接時,遇到比較復雜礦體可通過添加控制線、分區線的方法解決礦體分支問題,相鄰剖面未見礦時按照規范要求外推,同一礦體連接完成后合并為一個封閉的礦體模型;礦體中存在夾石時,按照構建礦體模型的方法單獨進行構建,唯獨外推時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

通過構建礦體模型,將礦體在三維空間中以比較直觀的幾何形態顯示出來,反映現階段揭露礦體標高-200～-1 200 m,走向長度約1 800 m,傾角40°～45°,同時可以利用模型繪制縱投影圖直觀掌握礦體側伏規律為NE傾(見圖3),為下一步探礦方向奠定了基礎。

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

2.4 資源儲量估算情況

2.4.1 塊體建模

利用探礦權邊界拐點確定塊體模型范圍,因為礦體沒有大變動不會對塊體模型進行更改,旋轉的方位角為礦體走向;礦塊尺寸依據礦床類型,按照礦體規模、形態變化程度、厚度穩定程度、礦體受構造及脈巖影響程度進行確定,標準塊體尺寸設置x軸方向一般為礦體水平厚度的1/5,本次設置為5;y軸方向一般為勘探工程間距的1/4,本次設置為5;z軸方向一般為正?；夭梢环謱拥牟筛?本次設置為3;次級塊取標準塊的1/2。標準塊尺寸設置過大,對礦體厚度比較小的區域很難進行估值,且計算出的儲量誤差較大;標準塊設置尺寸較小,實際礦體規模較大,計算機運行內存很難達到目標需求,同時也不利于日常操作。

2.4.2 屬性賦值

塊體模型進行資源儲量估算是通過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量,相應的屬性字段有:礦體編號、礦石密度、金品位、資源儲量級別等[9],后期隨著工程投入還可以繼續添加其他相應屬性,如開采程度及計劃開采時間等相關屬性。

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

2)距離冪次反比法。金品位賦值采用距離冪次反比法對塊體進行賦值,首先利用礦體模型提取估值樣品點數據,利用“鉆孔→組合樣品→組合樣品點”功能從鉆孔數據庫中提取樣品點,對樣品進行基本數學統計分析,軟件自動計算樣品點平均值、中值、方差、變異系數、樣品點數、最小值與最大值[10]等相關信息(見圖4)。

圖4 樣品點數據統計Fig.4 Statistics of sample points

按照勘探規范要求,需要對樣品點進行特高品位處理,根據品位變化系數,取平均品位的6～8倍為特高品位下限,利用“工具→屬性數學計算”,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)對提取的估值樣品點中特高品位進行處理(見圖5)。

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

其次,通過礦體類型、產狀等因素確定估值參數,本次估算主要估值參數設置為:主軸搜索半徑為勘探網度的2～3倍,設置為300;主軸方位角為礦體走向,設置為42;主軸/次軸為礦體走向長度/傾向長度,設置為1;主軸/短軸為走向長度/礦體的真厚度,設置為3;次軸傾角為礦體傾角,設置為-45(見圖6)。

圖6 創建搜索橢球體參數Fig.6 Creating spheroid parameter search

2.4.3 資源儲量估算結果

塊體模型[11]報告資源儲量可依據相關報表格式要求進行報量,如按照需求可根據礦體編號、品位區間、標高區域、儲量級別、資源利用情況、年度計劃回采區間等方式進行報告。需要注意的是,在設置一點區間報量時,必須在“分類范圍”英文輸入法利用“;”進行間隔(見圖7)

圖7 資源儲量報告Fig.7 Resources reserve report

3 3DMine三維礦業軟件的應用

3DMine三維礦業軟件建立的三維礦體模型能夠真實地反映礦體空間位置及賦存情況,在礦山探礦設計及生產管理方面應用效果顯著。鉆孔設計可以比較直觀反應設計孔軌跡等相關參數及預期想要達到的設計目的;同時,利用測量數據進行采空區及工程建模,尋找可盤活資源區域以提高資源利用率。

3.1 探礦鉆孔設計

結合三維礦體模型,利用3DMine三維礦業軟件快速切勘探線剖面圖,按照礦體傾向及側伏規律設計鉆孔軌跡,依據相關規定鉆孔設計穿過預測礦體往下施工30 m,坑內鉆設計穿過預測礦體繼續施工10 m,以此來確定鉆孔的深度。利用3DMine三維礦業軟件“鉆孔→編輯鉆孔→錄入單孔”彈出對話框填寫鉆孔編號,隨后點擊“選擇線條計算軌跡”可以快速提取鉆孔開孔坐標、孔深及傾角相關參數;鉆孔布置仍遵循由已知到未知、由淺入深、由稀到密、由簡單到復雜的原則。以夏甸金礦574勘探線574/ZK5鉆孔(見圖8)為例,利用3DMine三維礦業軟件切剖面圖進行探礦鉆孔設計,根據施工結果,鉆孔數據揭露情況同設計見礦位置、見礦情況基本相吻合,符合招平斷裂帶中段深部金礦成礦理論觀點。

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

3.2 礦體二次圈定

利用測量數據對以往已回采區域的采場及巷道工程進行建模,按照勘探線、標高任意切剖面圖,快速查找未回采區段,可以結合當前黃金價格確定是否存在可利用價值,并結合現有的工程巷道進行合理工程布置,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三維礦業軟件對礦體、采空區模型執行切剖面圖操作,以查找未采區域并確定范圍。經過核實,488勘探線在-435 m水平存在走向長度約12 m、段高約8.5 m可利用區域,隨后布置工程掘進對礦石二次回收,提高資源利用率(見圖9、圖10)。

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

4 結 論

1)利用3DMine三維礦業軟件可以直觀、具體、全方位地展現設計工程的具體位置及其與相鄰工程的三維空間關系,有效給出了工程設計所需參數,同時極簡單、直觀地給出工程設計的合理性,從根本上杜絕了設計之外貫通的可能性。

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

3)安全方面,三維巷道模型可以以直觀、易懂的方式展現所處工作位置,同時更容易獲取并掌握所處位置的避災線路;同時輔以后期礦山建設的智能機械,能從空間上體現設備布設、人員分布,更加有利于信息實時反饋和勞動力投入。

4)定期對數據庫、礦體及相應工程進行完善,利用軟件按照不同需求快速形成資源儲量報表,滿足當前生產需求及其相關數據的提取。