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；儲量估算

數(shù)字化礦床模型[1]是實(shí)現(xiàn)儲量計(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、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，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。

1 礦床模型建模流程

塊體模型是礦床品位估算與儲量計(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填滿整個礦床范圍內(nèi)的單元塊的品位進(jìn)行推算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲量計(jì)算[6]。礦床模型的構(gòu)建及應(yīng)用流程見圖1。

2 礦群實(shí)體建模及工程應(yīng)用

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方向都有圈定線，所以充分利用兩個方向的圈定范圍，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)化花崗巖對工程施工和采場作業(yè)的安全影響較大，故對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

2.2 礦群實(shí)體模型建模方法

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、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，兩個平行剖面間可通過控制線控制剖面間實(shí)體演變趨勢，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)簡單，連續(xù)性好。

圖6 13-8#礦群實(shí)體模型

3 礦體賦存狀態(tài)分析與體積礦量報(bào)告

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。

4 工程實(shí)體與礦體模型整合

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。

5 結(jié) 論

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，并隨時提供任意方位的剖面等。

通過對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。

[1]吳亞斌.基于SURPAC軟件礦山數(shù)字化的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010,26(3):66-69.

[2]劉 樂,宋傳中,任升蓮,等.姚家?guī)X銅鉛鋅礦三維地質(zhì)建模及控礦構(gòu)造分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,36 (1):88-92.

[3]馬宏斌,高建國,賈福聚.陜西樓房溝釩礦三維地質(zhì)建模及找礦預(yù)測[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用, 2014 (5):12-16.

[4]樊忠平,任 濤,王瑞廷,等.基于Surpac軟件的礦床模型構(gòu)建及礦體資源量估算[J].地質(zhì)與勘探,2010,46(5):977-984.

[5]王建衛(wèi).基于surpac的礦床三維模型構(gòu)建及儲量計(jì)算[J].銅業(yè)工程,2014 (4):60-63.

[6]吳炳生,蘇 犁.基于Surpac軟件與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的礦床資源量估算[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2015,35(1)：88-91.

[7]邵亞建,饒運(yùn)章,何少博.基于3DMine軟件的復(fù)雜礦體三維建模及儲量估算[J].有色金屬科學(xué)與工程,2016,7(4):98-102.

[8]賴傳隆.基于Surpac的三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì),2016,28(7):69-73.

[9]王 斌,劉保順,王 濤,等.基于Surpac的礦山三維可視化地質(zhì)模型的研究與應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2011,20(2)：106-109.

[10]伍楚君.Surpac軟件在佛子沖鉛鋅礦田勒寨礦段的建模應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2016,25(S1):402-404.

[11]陳仕炎.基于SURPAC的千鵝沖鉬礦三維模型構(gòu)建[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,14(2):64-66.

[12]朱春梅,李滿根,任國剛,等.Surpac軟件在巴彥烏拉鈾礦床三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017，40(1)：36-41.

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 。