張小華,王建國,郭延輝,劉國寅,李鵬飛
(1.云南錫業(yè)研究院有限公司, 云南 個(gè)舊市 661000; 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 云南 昆明 650201; 3.昆明坤澤礦業(yè)技術(shù)有限責(zé)任公司, 云南 昆明 650224;4.云南省國防科技工業(yè)局研究設(shè)計(jì)院, 云南 昆明 650034)
基于SURPAC的三維數(shù)字礦床模型構(gòu)建與應(yīng)用*
張小華1,王建國2,郭延輝2,劉國寅3,李鵬飛4
(1.云南錫業(yè)研究院有限公司, 云南 個(gè)舊市 661000; 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 云南 昆明 650201; 3.昆明坤澤礦業(yè)技術(shù)有限責(zé)任公司, 云南 昆明 650224;4.云南省國防科技工業(yè)局研究設(shè)計(jì)院, 云南 昆明 650034)
通過收集該礦區(qū)地質(zhì)勘探報(bào)告、綜合平面圖、地表地形圖、礦體單體設(shè)計(jì)說明書、研究區(qū)范圍各中段平面圖等工程資料,利用Surpac三維建模軟件建立了云錫集團(tuán)老廠分公司13-8#礦體的三維數(shù)字化礦床模型。該模型能夠直觀反映礦體產(chǎn)狀、地表地形、中段工程以及地質(zhì)構(gòu)造;通過礦體實(shí)體模型與數(shù)據(jù)庫相交,可提取所有位于礦體內(nèi)部的勘探樣品;與塊體模型結(jié)合,可進(jìn)行礦體礦量、金屬量的計(jì)算。該方法為采礦工程設(shè)計(jì)提供三維壞境,實(shí)現(xiàn)了礦山的可視化,為后續(xù)的采區(qū)穩(wěn)定性分析及開采方法模擬研究提供了依據(jù)。
Surpac;數(shù)字化礦床模型;三維建模;礦山可視化;儲(chǔ)量估算
數(shù)字化礦床模型[1]是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制、生產(chǎn)管理及采礦過程虛擬仿真的基礎(chǔ)。建立真三維的地質(zhì)礦床模型,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維采礦設(shè)計(jì),可以很方便的自動(dòng)成圖和繪制大量的任意剖切面圖形,并實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)化和地質(zhì)采礦數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、實(shí)時(shí)、在線修改和管理,從而保證采礦工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率,使采礦設(shè)計(jì)工作不再滯后于生產(chǎn)需要[2-3]。同時(shí),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析,可以為礦山的生產(chǎn)管理和決策者提供重要的決策依據(jù),因此對(duì)礦床可視化模擬及其三維采礦設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
塊體模型是礦床品位估算與儲(chǔ)量計(jì)算的基礎(chǔ)[4-5],塊體模型的基本思想是將礦床在三維空間內(nèi)按照一定的尺寸劃分為許多的單元塊,然后根據(jù)己知的地質(zhì)勘探樣品的品位數(shù)據(jù)及其空間變異特征對(duì)填滿整個(gè)礦床范圍內(nèi)的單元塊的品位進(jìn)行推算,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算[6]。礦床模型的構(gòu)建及應(yīng)用流程見圖1。
2.1礦群實(shí)體模型建模數(shù)據(jù)來源及分析處理
圖1 礦床建模與開采設(shè)計(jì)應(yīng)用基本流程
根據(jù)礦山提供的云錫集團(tuán)老廠分公司地質(zhì)勘探報(bào)告、綜合平面圖、地表地形圖、13-8#礦體的單體設(shè)計(jì)說明書、研究區(qū)范圍各中段平面圖、各勘探線剖面圖,首先用礦業(yè)工程軟件[7]對(duì)所有的CAD文件進(jìn)行處理,將礦體圈定線擺放到正確的坐標(biāo)位置。由于礦方提供的資料兩個(gè)方向都有圈定線,所以充分利用兩個(gè)方向的圈定范圍,相互印證,盡量使礦體跟實(shí)際吻合。圈定線空間位置關(guān)系見圖2。
圖2 老廠13-8#礦體地質(zhì)剖面圈定線
由于礦群呈層狀分布,從上至下共7層,圍巖以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、大理巖和變玄武巖為主,在礦群的開采過程中,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖對(duì)工程施工和采場(chǎng)作業(yè)的安全影響較大,故對(duì)13-8#礦群設(shè)計(jì)范圍內(nèi)花崗巖地質(zhì)圈定線進(jìn)行了處理,將圈定線放到正確的空間位置,并進(jìn)行DTM面處理,具體見圖3、圖4。礦山研究范圍的地表地形圖經(jīng)過處理后繪制成DTM面,見圖5。
圖3 花崗巖圈定線的空間位置
實(shí)體模型是三維礦床模型的基礎(chǔ)[8],計(jì)算機(jī)借此可以描述礦山信息中的礦體、巷道、地形、斷層、采場(chǎng)、巖層等的形態(tài)及其他所屬信息。Surpac中常規(guī)方法是利用一組平行剖面來連實(shí)體,在連實(shí)體過程中,兩個(gè)平行剖面間可通過控制線控制剖面間實(shí)體演變趨勢(shì),這里控制線起到了局部控制作用[9-12]。事實(shí)上,存在三維空間中正交的兩組剖面(縱方向與水平方向)分別在兩組相交的平面中控制了礦體形態(tài)。根據(jù)探礦工程的特點(diǎn),在垂直剖面上的礦體圈定結(jié)果較為客觀。因此,這里以縱剖面為主體,以水平剖面來控制縱剖面間的過渡趨勢(shì)連接實(shí)體。
圖4 處理后花崗巖DTM地質(zhì)面
以老廠13-8#礦群各地質(zhì)剖面圈定線圖為基礎(chǔ),連成該礦體的實(shí)體模型如圖6所示,由圖6可見,老廠13-8#礦群各層礦體形態(tài)簡(jiǎn)單,連續(xù)性好。
圖6 13-8#礦群實(shí)體模型
由圖6可知,該礦群埋深800 m,屬于深埋礦體,各層礦體明顯呈層狀產(chǎn)出,并且夾石厚度比較小,一側(cè)受侵蝕花崗巖影響。通過軟件的網(wǎng)格以及體積計(jì)算功能可以得出老廠138#礦體的體積、平均厚度、最大厚度等相關(guān)參數(shù)。從各礦體實(shí)體等厚統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得到各礦體的厚度及不同區(qū)段比例、各礦體體積及不同中段分布情況,見表1、表2。
從表1可以得知:
表1 各礦體厚度及不同區(qū)段比例
(1) 1#、3#、6#、6-1#礦體平均厚度小于3 m,屬于薄礦體,而2#、4#、5#、7#厚度較大,屬于中厚礦體。
(2) 經(jīng)估算,13-8#礦群總礦石量為529萬t,金屬量(Cu)54792 t,其中厚度大于10 m以上礦石量77萬t,占總礦量的15%,金屬量10573 t,占總金屬量的19%;厚5~10 m礦石量170萬t,占總礦量的32%,金屬量17098 t、占總金屬量的31%;3~5 m礦石量83萬t,占總礦量的16%,金屬量9020 t,占總金屬量的16.5%;3 m以下礦石量197萬t,占總礦量的38%,金屬量18101 t,占總金屬量的33%。
礦體最大厚度和平均厚度的計(jì)算結(jié)果與礦山提供的地質(zhì)資料基本吻合,表明所建立的礦體模型可靠。這些數(shù)據(jù)對(duì)開拓方案和采礦方案的選擇和確定,具有重要指導(dǎo)意義。
表2 各礦體體積及不同中段分布
從表2可以得知:
(1) 13-8#礦群的資源量主要集中在1400~1550 m之間,占資源總量的69%;
(2) 經(jīng)估算,資源總量為5286800 t,見表3。
將建立的礦體實(shí)體模型和初步設(shè)計(jì)的開拓工程整合在一起,得到工程實(shí)體和礦體模型整合圖,如圖7所示。
表3 各礦體儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)
圖7 工程實(shí)體和礦體模型整合圖
從圖7中花崗巖、礦體、開拓設(shè)計(jì)工程的空間位置關(guān)系可以知道:
(1) 根據(jù)礦體的產(chǎn)狀,設(shè)計(jì)布置了斜坡道、輔助斜井、溜井、平巷等工程,輔助斜井和采準(zhǔn)斜坡道選擇布置在礦體的兩端,但斜坡道的具體布置形式,還應(yīng)考慮是否壓礦,以及結(jié)合所選擇的采礦方法,并結(jié)合礦體勘探升級(jí)的情況,進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì);
(2) 溜井系統(tǒng)布置在花崗巖之外,成井條件好。
本研究應(yīng)用表明,Surpac 軟件在金屬礦山中具有較好的適用性, 用其建立的老廠13-8#礦床實(shí)體模型具有以下實(shí)際意義:
(1) 在真三維空間直觀反映礦體產(chǎn)狀、地表地形、中段工程以及地質(zhì)構(gòu)造;
(2) 通過礦體實(shí)體模型與數(shù)據(jù)庫相交,可提取所有位于礦體內(nèi)部的勘探樣品;
(3) 與塊體模型結(jié)合進(jìn)行礦體礦量、金屬量的計(jì)算;
(4) 為后續(xù)的采區(qū)穩(wěn)定性分析及開采方針模擬研究提供依據(jù);
(5) 為采礦工程設(shè)計(jì)提供三維壞境,并隨時(shí)提供任意方位的剖面等。
通過對(duì)礦山可視化三維模型的建立,能夠清楚的掌握礦體的形態(tài)以及品位分布,對(duì)以后礦山的資源合理開發(fā)、經(jīng)濟(jì)效益的提高有著非常重要的作用。
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云南省科技廳基礎(chǔ)研究青年項(xiàng)目(2016FD029);云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目(2016ZZX108)..
2017-05-25)
張小華(1986-),男,江西九江人,工程師,碩士,主要從事采礦工藝研究,Email:331249704 。