韋 松，劉燕輝，蘆 磊，袁睿棟

(1.云南錫業(yè)股份有限公司大屯錫礦，云南 蒙自 661100； 2.長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司，湖南 長沙 410083)

1 前言

隨著近些年三維礦業(yè)軟件的推廣應(yīng)用，國內(nèi)礦山企業(yè)在沉積型礦床、矽卡巖型鐵礦、斑巖型銅礦等礦體形態(tài)相對簡單的礦山，應(yīng)用比較成功。但復(fù)雜礦床應(yīng)用成功案例相對較少。

云錫大屯錫礦礦床極為復(fù)雜，以目前較成功應(yīng)用推廣模式并不能解決應(yīng)用中存在的問題。本研究在梳理復(fù)雜性和應(yīng)用難度基礎(chǔ)上，以長沙迪邁數(shù)碼科技有限公司開發(fā)的DIMINE軟件為平臺，開展地質(zhì)、測量、采礦應(yīng)用研究工作。

2 復(fù)雜性和應(yīng)用難度分析

大屯錫礦位于云南個(gè)舊礦區(qū)中部，區(qū)內(nèi)分布三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組地層，多組方向斷層呈棋盤狀交錯(cuò)，控制著深部隱伏花崗巖巖體侵入形態(tài)和礦床的產(chǎn)出[1]。礦床分為層間氧化錫鉛礦、接觸帶矽卡巖型錫銅多金屬硫化礦和蝕變花崗巖型錫礦，礦體數(shù)量在300個(gè)以上，規(guī)模小，厚度不穩(wěn)定，形態(tài)復(fù)雜，受構(gòu)造破壞嚴(yán)重，勘探類型劃分為Ⅲ類復(fù)雜型，往往在地層松散、構(gòu)造集中、巖體形成凹槽、巖舌等復(fù)雜形態(tài)的位置礦體集中產(chǎn)出[2]。因此復(fù)雜地質(zhì)體建模無論技術(shù)方法、工作量和難度都很大。另外，礦山勘探歷史悠久，所積累的大量地質(zhì)數(shù)據(jù)如何有效管理也是一個(gè)突出的問題。

大屯錫礦開采歷史悠久，井巷工程從2 125m至1 330m共分為36個(gè)開拓中段，空區(qū)遍布，工程建模量大。

隨著生產(chǎn)逐漸向深部轉(zhuǎn)移，除了礦體產(chǎn)狀復(fù)雜，還存在高地壓、富水松散環(huán)境等制約條件。在這種條件下，依靠傳統(tǒng)二維軟件平臺無法反映平(剖)面之間部分的礦巖形態(tài)復(fù)雜變化和對應(yīng)情況[3]，同時(shí)還存在計(jì)算工作量大、工作效率低、設(shè)計(jì)方案分析難等問題。

3 地質(zhì)建模

大屯錫礦“大礦床、小礦體、礦體復(fù)雜”等特點(diǎn)決定了勘探、開采以及技術(shù)管理的復(fù)雜性，也造成三維礦業(yè)軟件應(yīng)用難度較大。與簡單礦床建模流程相比，地質(zhì)建模核心體現(xiàn)于原始地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)建模與更新。

3.1 原始地質(zhì)編錄錄入

大屯錫礦大量依靠坑探揭露礦體形態(tài)，所以原始地質(zhì)編錄成果能否有效利用直接決定了地質(zhì)建模的精度。原始地質(zhì)編錄成果在矢量化后，通過DIMINE軟件“地質(zhì)編錄”功能，輸入測點(diǎn)坐標(biāo)定位，依次選擇頂板、兩壁及地質(zhì)界線，即可完成錄入工作，再使用“單孔錄入”功能自動(dòng)形成刻槽取樣數(shù)據(jù)庫。如圖1所示。

圖1 原始地質(zhì)編錄錄入過程

3.2 高精度地質(zhì)體建模

以往地質(zhì)工作中，按照相關(guān)行業(yè)規(guī)范和習(xí)慣要求，采用控制點(diǎn)(取樣位置)直線連接的方式進(jìn)行礦體建模。直線圈定礦體雖不存在儲(chǔ)量爭議、圈定簡單，但無法利用原始地質(zhì)編錄中曲線礦巖界線，造成井下工作面復(fù)雜的礦體形態(tài)和所建地質(zhì)模型不一致，在生產(chǎn)指揮和采礦設(shè)計(jì)中也難以使用。為此，地質(zhì)建模應(yīng)用中，統(tǒng)一使用DIMINE軟件曲面插值(網(wǎng)格)建模功能，按照地質(zhì)編錄描繪的礦巖形態(tài)，完成高精度地質(zhì)體模型建立。大屯錫礦在此基礎(chǔ)上建立了生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的近100個(gè)礦體模型，見圖2和圖3。并對距離冪、克里格估值結(jié)果進(jìn)行了誤差驗(yàn)證工作。通過驗(yàn)證，資源儲(chǔ)量估算結(jié)果更貼近現(xiàn)場取樣真實(shí)值，建模成果能夠適用于采礦設(shè)計(jì)以及礦山生產(chǎn)的需求。

圖2 30- 22礦體建模成果

圖3 30- 22礦體建模成果(局部)

3.3 歷史數(shù)據(jù)規(guī)范管理

大屯錫礦以往使用自行開發(fā)的Access數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)量比較大，雜亂、重復(fù)、邏輯錯(cuò)誤情況較為嚴(yán)重，僅2010年至2018年經(jīng)過整理的鉆孔數(shù)據(jù)庫記錄就達(dá)22萬條之多，每年新產(chǎn)生的記錄在1萬條以上，管理困難。為此大屯錫礦按照DIMINE軟件的要求，進(jìn)行地質(zhì)數(shù)據(jù)庫格式的設(shè)計(jì)和編制，建立了MySQL數(shù)據(jù)庫，在大屯錫礦內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。并參照行業(yè)規(guī)程[4]，制作了標(biāo)準(zhǔn)模板，統(tǒng)一鉆孔數(shù)據(jù)庫的格式及繪制參數(shù)，從而得到符合規(guī)范的鉆孔柱狀圖，圖4為某鉆孔柱狀圖的部分截圖。

圖4 鉆孔柱狀圖自動(dòng)輸出(部分截圖)

4 測量建模

4.1 建模方法

DIMINE軟件支持地下礦山全站儀、經(jīng)緯儀、激光掃描儀等測量儀器所采集形成的實(shí)測數(shù)據(jù)，提供了步距法、雙線法、極坐標(biāo)法、斷面法、腰線法等方法進(jìn)行三維實(shí)測工程建模。

根據(jù)礦山測量工作特點(diǎn)，本次主要使用支距法和腰線法，腰線法實(shí)測數(shù)據(jù)建模見圖5。

圖5 腰線法實(shí)測數(shù)據(jù)建模

4.2 測量功能的驗(yàn)證

通過2016年～2018年的應(yīng)用，礦山已完成全部主干開拓巷道、斜坡道、歷史采空區(qū)以及部分當(dāng)期采場的切割、進(jìn)路等井巷工程建模工作，共計(jì)85萬m巷道工程，1 600萬m3空區(qū)建模。部分井巷工程和空區(qū)模型見圖6。

圖6 部分井巷工程和空區(qū)模型成果(90°方向)

通過上述工作，對DIMINE軟件的測量模塊進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，應(yīng)用中有效解決了頂?shù)讕投嗉s束條件下經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)精確工程建模、三維激光掃描儀空區(qū)管理等問題，經(jīng)實(shí)測符合大屯錫礦的生產(chǎn)要求。

5 采礦設(shè)計(jì)

在地質(zhì)礦體、花崗巖體、斷層模型和測量井巷工程模型的基礎(chǔ)上，開展了部分礦體的開拓和開采設(shè)計(jì)工作。根據(jù)大屯錫礦當(dāng)期生產(chǎn)的要求，研究范圍所涉及的采礦方法主要有全面法、有底柱分段空場法、上(下)向塊石膠結(jié)充填法等。采場設(shè)計(jì)見圖7和圖8。

圖7 3- 1采場下向充填法設(shè)計(jì)

圖8 5- 1采場全面法設(shè)計(jì)

在三維環(huán)境下開展開拓、采準(zhǔn)和單體設(shè)計(jì)，可以在準(zhǔn)確掌握礦床礦量、空間品位分布變化條件下進(jìn)行采場合理劃分和工程布置，并根據(jù)貧損指標(biāo)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)優(yōu)化。采礦工程設(shè)計(jì)完成后，崩落礦巖量和品位、貧損指標(biāo)、工程量等數(shù)據(jù)可以方便生成。由于各類指標(biāo)和圖件輸出方便，所以在實(shí)際開采中，可以根據(jù)工作面變化及時(shí)跟蹤和調(diào)整設(shè)計(jì)。

由于設(shè)計(jì)制圖速度的提高、各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算自動(dòng)化，多開采方案對比工作難度有所降低。在設(shè)計(jì)過程中，可以充填法按照回采進(jìn)路、全面法按照礦柱、崩落法按照每排炮孔分別計(jì)算損失貧化指標(biāo)，據(jù)此不斷調(diào)整設(shè)計(jì)，使得開采方案的優(yōu)化可以在設(shè)計(jì)過程中得以體現(xiàn)。

6 結(jié)語

經(jīng)過兩年的地質(zhì)、測量和采礦設(shè)計(jì)應(yīng)用探索和實(shí)踐，與二維制圖軟件相比，三維礦業(yè)軟件可以明顯體現(xiàn)出業(yè)務(wù)應(yīng)用優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，特別是在地質(zhì)資料三維集成化管理、原始地質(zhì)編錄快速成圖、復(fù)雜礦體精準(zhǔn)建模、高效開采設(shè)計(jì)和優(yōu)化等方面。

在復(fù)雜礦床中應(yīng)用三維礦業(yè)軟件，技術(shù)上仍有待突破，并且應(yīng)用推廣工作量大。但是實(shí)踐表明，三維礦業(yè)軟件應(yīng)用可以明顯提升礦山工作效率和技術(shù)管理水平，可以為礦山精細(xì)化管理提供幫助，有著較好的發(fā)展前景。