吉學(xué)文，潘張偉

(大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司，黑龍江 大興安嶺 165000)

隨著信息化數(shù)字化智能化礦山的發(fā)展，三維地質(zhì)模型在礦山規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)管控、運(yùn)營(yíng)策劃過(guò)程中越來(lái)越重要。大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司利用3DMine軟件建立三維模型，應(yīng)用于礦山的規(guī)劃建設(shè)，取得了較好的效果。

1 礦山概況

大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司位于大興安嶺松嶺區(qū)，為云南馳宏鋅鍺股份有限公司的下屬礦山。目前正在開發(fā)建設(shè)岔路口鉬鉛鋅多金屬礦，該礦體儲(chǔ)量巨大，為特大型鉬礦床，規(guī)劃建設(shè)生產(chǎn)規(guī)模為5萬(wàn)t/d，1 650萬(wàn)t/a，礦山服務(wù)年限80 a。采用膠帶斜井—豎井開拓方式，大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。

2012年礦床勘探完畢，從地表采用鉆孔進(jìn)行礦床勘探，剖面線間距100 m，最深鉆孔1 500 m。岔路口鉬鉛鋅多金屬礦為斑巖型礦床，主要圍巖是花崗斑巖、石英斑巖、閃長(zhǎng)玢巖。鉬礦體呈拉長(zhǎng)的穹窿狀，主體隱伏。主礦體頂板埋深200～400 m。已控制礦體長(zhǎng)2 600 m，寬360～1 260 m。礦體延深大于1 500 m，垂直厚度200～900 m。在平面上，不同標(biāo)高礦體形態(tài)、規(guī)模不同。地表至300 m標(biāo)高，礦體呈北東向的寬帶狀。隨深度增加，礦體寬度增大。300～0 m標(biāo)高漸變?yōu)楸睎|向的橢圓狀。0～-400 m標(biāo)高，礦體進(jìn)一步擴(kuò)大，呈東西向拉長(zhǎng)的橢圓形，長(zhǎng)軸1 840 m，短軸1 400 m。

該礦體礦石品位分布不均勻，總體上為上貧下富。剖面上礦體呈穹窿狀，垂向上礦體分三層結(jié)構(gòu)，上部以薄層狀低品位礦為主，中部為厚層狀，下部為巨厚層狀富礦。

2 礦體三維模型建立

2.1 地表模型建立

地表模型屬于表面建模(Surface Modeling)，在3DMine軟件中使用優(yōu)化的三角形法創(chuàng)建三維線框文件，它屬于目前三維軟件兩大流行建模方法之一的Polygon建模方式[1]。

本課題研究中，利用了測(cè)量成果——等高線、高程控制點(diǎn)完成地表三維模型的建立。建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，3DMine軟件針對(duì)傳統(tǒng)的二維圖紙圖形開發(fā)了獨(dú)特的處理技術(shù)，可提取二維圖紙標(biāo)注的等高線高程文字信息，實(shí)現(xiàn)快速為等高線賦高程，得到三維等高線，之后一步即可完成三維地表模型建立[2-6]。同時(shí)將地質(zhì)信息、地貌特征以及與工程、礦體的空間關(guān)系充分展現(xiàn)出來(lái)，便于對(duì)礦區(qū)的總體設(shè)計(jì)，礦區(qū)地表模型見圖1。

圖1 礦區(qū)地表模型 Fig.1 Mining area surface model

2.2 礦體模型建立

1)圈礦工業(yè)指標(biāo)

針對(duì)礦床地質(zhì)特征、礦種與礦產(chǎn)品用途、開采技術(shù)條件、采礦工藝及礦石加工選冶技術(shù)性能等選擇確定采用礦塊指標(biāo)體系進(jìn)行礦體圈定。

礦塊指標(biāo)體系：論證的工業(yè)指標(biāo)通常以邊際品位為主，兼顧其他因素。通常在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法、距離冪次反比法等估算資源儲(chǔ)量時(shí)采用。一般根據(jù)地質(zhì)礦化規(guī)律采用某一個(gè)品位界線(一般介于地質(zhì)上的礦化品位與工程指標(biāo)體系中的邊界品位之間)圈出一個(gè)比較完整的礦化域，在礦化域內(nèi)按照一定的大小劃分估計(jì)品位的單元塊，繼而對(duì)單元塊進(jìn)行品位估值，再采用邊際品位界定單元塊是礦石還是廢石，然后統(tǒng)計(jì)資源儲(chǔ)量，在單元塊中用邊際品位來(lái)圈定礦塊，其中起關(guān)鍵作用的是邊際品位及最小開采單元大小。單元塊(估值單元塊)是品位估值對(duì)象的礦塊，其大小應(yīng)考慮礦床開采方式、采礦工藝及炮孔間距、礦體復(fù)雜程度、礦體規(guī)模，一般應(yīng)大于礦床開采基本(最小)單元；最小開采單元是實(shí)際可采的最小的體積和形狀，即一次采礦(打孔放炮)的最小體積。

2)礦化域空間解譯

按照斑巖型礦床的特點(diǎn)，可以采用軟邊界即礦體與圍巖的界線采用品位確定的方式，也可通過(guò)巖性帶或蝕變帶范圍圈定礦化域。

本礦體研究中，主要采用蝕變帶圈定礦化域，結(jié)合三維空間剖面功能，大大提升了地質(zhì)空間解譯的可靠性以及礦化域圈定的合理性。

在實(shí)際地質(zhì)空間解譯和礦體圈連的過(guò)程中，結(jié)合工程數(shù)據(jù)庫(kù)的空間關(guān)系，形成一系列的剖面(見圖2)。

3)礦化域及夾石模型

根據(jù)本礦區(qū)一系列剖面解譯結(jié)果，包括礦化域邊界線和明確界定的夾石范圍，通過(guò)3DMine軟件的實(shí)體建模功能分別完成礦化域模型和夾石模型的建立。根據(jù)此模型確定品位和相關(guān)屬性估值范圍和約束條件，為下一步利用邊際品位確定礦體奠定基礎(chǔ)。

通過(guò)三維建模完成的礦化域和夾石模型如圖3所示。

圖2 礦區(qū)剖面示意圖 Fig.2 Sketch of mining area profile

圖3 礦化域和夾石模型Fig.3 Mineralization domain and the stone band model

2.3 品位模型

塊體模型是用規(guī)則的塊體(一定尺寸的長(zhǎng)方體或立方體)充填不規(guī)則的礦化域，同時(shí)采用次級(jí)分塊技術(shù)，確保邊部塊體與礦巖界線盡可能趨于近似，從而得到礦體資源儲(chǔ)量的合理性和準(zhǔn)確性。

塊體模型的屬性特別是主礦產(chǎn)品位，是通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行插值，根據(jù)一定的估值和搜索參數(shù)，從而得到每個(gè)搜到范圍內(nèi)的塊體均有相應(yīng)的品位值。

具體估值參數(shù)有：

1)組合樣

通過(guò)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，按照2 m等長(zhǎng)樣品進(jìn)行Mo品位組合，有效長(zhǎng)度為1 m，選擇可采長(zhǎng)度為2 m，夾石剔除厚度為3 m，缺失樣品按0計(jì)算，形成的組合樣文件，其中屬性1為Mo品位，屬性2為組合長(zhǎng)度，屬性3為工程號(hào)(如圖4所示)。

2)特高品位處理

結(jié)合地質(zhì)勘探報(bào)告，選取品位0.482%為特高品位值，從而對(duì)原始的組合樣文件進(jìn)行屬性計(jì)算，將其中的高品位按照0.482%代替，從而形成了處理后的組合樣文件。

圖4 估值組合樣品對(duì)比圖Fig.4 The comparison of portfolio valuation sample

3)變異函數(shù)分析

通過(guò)對(duì)上述組合樣的普通分析和變異函數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)組合樣品點(diǎn)數(shù)據(jù)只是在一個(gè)方向(即走向或傾向)有很好的連續(xù)性，但沒(méi)有基臺(tái)和塊金值，在另一個(gè)方向則沒(méi)有連續(xù)性，因而采用距離冪次(平方)反比法進(jìn)行估值。同時(shí)將礦帶分為北西側(cè)和東南側(cè)，其中，北西側(cè)選取走向60°，傾角16°。東南側(cè)傾角為8°，長(zhǎng)軸/次軸=2，長(zhǎng)軸/短軸=10，最少3個(gè)樣品，最多12個(gè)樣品，并限定每個(gè)工程不多于5個(gè)樣品進(jìn)行插值計(jì)算。

本次研究中，采用普通克里格法進(jìn)行估值。具體的結(jié)果如圖5所示。

圖5 塊體模型示意圖Fig.5 Sketch of the block model

3 三維模型的應(yīng)用

3.1 優(yōu)化前期開采部位

建立礦體模型后，利用塊體報(bào)告，計(jì)算出各中段標(biāo)高之間的不同品位儲(chǔ)量，根據(jù)品位儲(chǔ)量分布情況，選擇首采中段開采位置。從-580～550 m范圍內(nèi)，按照60 m中段高度，以鉬0.06%～0.15%為邊界品位，計(jì)算出-460～-340 m中段儲(chǔ)量8 000萬(wàn) t以上(大于0.1%)，見表1，據(jù)此，初步確定主要首采中段為-460 m，開采品位0.14%。另外，為保證生產(chǎn)規(guī)模，上部選擇80 m作為首采中段，補(bǔ)充部分產(chǎn)能，使礦山投產(chǎn)初期獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。

表1 鉬邊界不同品位礦石儲(chǔ)量分布情況

3.2 優(yōu)化礦體開采移動(dòng)界限

根據(jù)建立的三維模型，確定礦體的最大開采邊界線，以最低開采位置，采用充填法，移動(dòng)角度70o～75o，在每個(gè)剖面上確定地表移動(dòng)點(diǎn)，即可圈出地表移動(dòng)界限。模型中礦體投影長(zhǎng)度為2 120 m，寬度為1 600 m，高度為840 m。

3.3 優(yōu)化主體井巷工程布置

從三維模型中，可直觀看出礦體在地下的埋藏情況，礦體與地表地形、河流及其它構(gòu)筑物的相對(duì)位置。根據(jù)地表工業(yè)場(chǎng)地的布置，礦體礦量的分布，選擇主要井巷的位置，使地表及井下的運(yùn)輸距離最短。經(jīng)過(guò)方案比較論證，礦山采用膠帶斜井—豎井開拓方案，位于礦體的南東側(cè)，距離礦體250～350 m。礦體開采系統(tǒng)模型見圖6。

圖6 礦體開采系統(tǒng)模型Fig.6 Ore mining system model

3.4 優(yōu)化采準(zhǔn)切割工程布置

根據(jù)首采中段的位置，從三維模型中切出中段平面圖，按照品位的分布，布置中段采準(zhǔn)巷道。首采中段為80 m和-460 m，分別從豎井開掘聯(lián)道至礦體南側(cè)沿脈道，再選擇合理位置，開掘出礦道至計(jì)劃開采礦石品位位置。采準(zhǔn)巷道設(shè)計(jì)效率高，選擇位置合理可行。

3.5 作采礦進(jìn)度計(jì)劃

依據(jù)不同品位各中段的資源量，排出采礦進(jìn)度計(jì)劃。礦石品位大于0.1%，-460～-400 m，礦石量95 466 220 t，年出礦量8 250 000 t，可開采10 a。

3.6 構(gòu)建智能化開采平臺(tái)

隨著智能化裝備及大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，礦山將逐漸實(shí)現(xiàn)智能化開采。三維礦山模型的建立，為井下人員定位、設(shè)備設(shè)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、物流導(dǎo)航、通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等提供了技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)礦山開采系統(tǒng)的真三維智能化管控。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)本區(qū)三維建模和品位分布的研究，特別是采用礦塊指標(biāo)體系對(duì)礦化域的圈定和估值結(jié)果，在礦山建設(shè)初期，構(gòu)建礦體三維地質(zhì)模型，對(duì)礦山規(guī)劃設(shè)計(jì)，選擇礦體首采區(qū)位置、確定礦體移動(dòng)界限、優(yōu)化主體井巷工程及采準(zhǔn)工程布置、作采礦進(jìn)度計(jì)劃、智能化開采等方面取得了良好的應(yīng)用效果，為生產(chǎn)過(guò)程中取得較高的經(jīng)濟(jì)效益奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，地表井下相對(duì)位置形象逼真，易于審查和表述，設(shè)計(jì)效率高，井巷工程選擇位置合理經(jīng)濟(jì)。