楊 濤，段敬陶，張登敏

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 研究的意義

都龍礦區(qū)自2012年引入3Dmine軟件，并對(duì)礦區(qū)進(jìn)行3Dmine地質(zhì)建模。建模過程中，為了使各種尺寸、形態(tài)的地質(zhì)實(shí)體模型內(nèi)部充填的小塊體模型能夠較為精準(zhǔn)的表現(xiàn)出礦體的基本信息，讓礦體的品位、礦量更趨于真實(shí)值，因此同一實(shí)體內(nèi)所包含的小塊體越多，小塊體尺寸則越小，所表現(xiàn)的信息則越真實(shí)。當(dāng)然塊體尺寸的選擇也不是小塊體越小越精細(xì)就越好用，此刻還需考慮計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存運(yùn)算能力，當(dāng)小塊體數(shù)量越多時(shí)，塊體模型的占用內(nèi)存也會(huì)增大，塊體內(nèi)存超過一定范圍，則會(huì)造成計(jì)算機(jī)運(yùn)行3Dmine時(shí)出現(xiàn)報(bào)量、賦值及保存等卡頓死機(jī)現(xiàn)象。因此針對(duì)都龍礦區(qū)礦體特征及生產(chǎn)需求，研究選擇適合的塊體尺寸，對(duì)礦山數(shù)字化生產(chǎn)建設(shè)意義深遠(yuǎn)。

2 塊體模型的概念

3Dmine地質(zhì)模型包括實(shí)體模型及塊體模型，3Dmine塊體模型可以說是3Dmine地質(zhì)模型的信息儲(chǔ)備中心，它是由無數(shù)個(gè)小塊體組成的大塊體。當(dāng)前礦業(yè)軟件中引入塊體模型概念是在空間上，在一定的范圍內(nèi)，確定一定尺寸的空間塊體，相對(duì)應(yīng)的塊體都有一個(gè)質(zhì)心點(diǎn)，這樣，在質(zhì)心點(diǎn)上可以存儲(chǔ)所有屬性；同時(shí)，引進(jìn)次級(jí)模塊的概念，則是保證礦體邊緣的塊體盡可能地與礦體界線（曲面）相一致，從而得到準(zhǔn)確的報(bào)告值。與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)品位分布進(jìn)行估值，是塊體模型的重要特點(diǎn)之一。由于品位分布是在資源中受地質(zhì)因素控制而明顯存在的，從而形成一定約束條件下的品位模型。 在資源儲(chǔ)量估算中，利用塊體模型可以準(zhǔn)確地進(jìn)行資源量和品級(jí)報(bào)告。

圖1 塊體模型及質(zhì)心點(diǎn)三維展示圖

3 礦區(qū)礦體特征

都龍礦區(qū)礦床屬于接觸膠帶變質(zhì)礦床，其中矽卡巖體是礦體的主要賦存巖體。礦體形態(tài)復(fù)雜、礦化不均勻、礦種變化是都龍礦區(qū)礦體的主要三大特征。其中礦體總體向南延伸，向西傾斜，傾角總體約40°，礦體規(guī)模不等，走向長(zhǎng)一般為幾十米到200余米，最大長(zhǎng)度達(dá)3600m；厚度一般為數(shù)米至十余米，最大厚度73m，水平寬度幾十米至300余米。同一礦體內(nèi)，鋅錫銅含量差異甚大，有的地段形成富厚工業(yè)礦體，有的地段則品位較低，故礦種變化也較大，同一礦體內(nèi)在不同地段礦種可能也會(huì)發(fā)生較大變化；礦體與大理巖、片巖及矽卡巖等圍巖互層，沿走向和傾斜均有膨脹收縮、分枝復(fù)合等現(xiàn)象，其形態(tài)有似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睢⒛覡?、條帶狀，局部呈脈狀；礦體與礦體之間整體呈疊瓦狀展布。

圖2 都龍礦區(qū)礦體形態(tài)剖面圖（左）及三維模型圖（右）

4 塊體尺寸選擇對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在創(chuàng)建塊體模型時(shí)需要明確的幾個(gè)概念：①塊體空間范圍：盡可能建立的塊體模型能夠包含所有礦體以及采掘的巖石范圍，以便可以計(jì)算出礦巖量，而不僅僅是礦體范圍。②塊體尺寸：通常情況下，塊體尺寸的大小取決于礦體的類型、規(guī)模和采掘方式，例如，脈狀金礦或銅礦與層狀鐵礦的塊體尺寸是不同的，并且露天開采與地下開采方式的不同，定義的塊體尺寸也是不同的。③次級(jí)模塊：每個(gè)一定體積的長(zhǎng)方體疊加構(gòu)成了塊體模型，然而，在礦體邊緣（曲面），需要對(duì)邊緣塊體進(jìn)行分割成更次一級(jí)的子塊，以期使得礦體邊緣的塊體更接近于礦體，從而保證了計(jì)算的誤差在許可范圍之內(nèi)。次級(jí)模塊的分割是幾何級(jí)數(shù)進(jìn)行，也不能太小。④估值方法：通常根據(jù)礦床類型和樣品數(shù)量來選擇不同的估值方法。對(duì)于詳查或勘探級(jí)別的礦山而言，數(shù)據(jù)量往往不多，一般采用距離冪次反比或最近距離法，對(duì)于詳細(xì)勘探和生產(chǎn)礦山來講，樣品量比較大，可以選用克里格法，但需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后才能使用。⑤約束條件：塊體模型的部分空間是塊的組成部分，每一個(gè)都和一個(gè)記錄相聯(lián)，這個(gè)記錄是以空間為參照的，每個(gè)點(diǎn)的信息可以通過空間點(diǎn)來修改而并不僅僅是取決于其精確測(cè)量，空間參照就是一些額外的操作，空間操作的方式是在某個(gè)實(shí)體的內(nèi)（外)、表面的上部或下部空間、可以按照塊體本身屬性的大小等邏輯操作。這樣便于計(jì)算出任意空間范圍的礦量和品位。

4.1 空塊體模型占用內(nèi)存對(duì)比試驗(yàn)

我們要對(duì)礦區(qū)的礦體模型建立礦體模型，首先要先建立未賦屬性的塊體模型，而塊體型的整體尺寸（空間范圍）是依據(jù)礦山開采范圍確定的固定值（如圖3），時(shí)我們需要對(duì)比的則是不同小塊體尺寸下整個(gè)塊體模型的屬性情況。

圖3 都龍礦區(qū)礦體三維塊體模型范圍形態(tài)圖

結(jié)合礦山礦體特征，這里我們選擇塊體尺寸16*16*10m（次 級(jí) 塊 體8*8*5m）8*8*5m（次 級(jí) 尺 寸4*4.2.5m）、4*4*2.5m（次級(jí)尺寸2*2.1.25m）及2*2*1.25m（次級(jí)尺寸1*1*0.63m）、1*1*0.63m（次級(jí)塊體0.5*0.5*0.31m）及0.5*0.5*0.31m（次級(jí)塊體0.25*0.25*0.15m）的6個(gè)空屬性塊體進(jìn)行內(nèi)存對(duì)比，通過對(duì)比數(shù)據(jù)（如表1），發(fā)現(xiàn)相同空間范圍內(nèi)未添加塊體屬性前的不同尺寸塊體模型，在占用內(nèi)存隨著塊體尺寸的的縮小而增大，當(dāng)塊體尺寸縮小至1*1*0.63m后，塊體占用內(nèi)存發(fā)生了一定縮小且為恒定值。

表1 不同空值塊體尺寸內(nèi)存大小對(duì)比表

4.2 賦值體模型占用內(nèi)存對(duì)比試驗(yàn)

從表中的數(shù)據(jù)我們也可以看出數(shù)據(jù)四、五、六，雖然塊體尺寸較小（能教精準(zhǔn)表現(xiàn)出礦體信息），但相比數(shù)據(jù)一、二、三，內(nèi)存大小增大倍數(shù)6~10倍，若再加入塊體賦值屬性，占用內(nèi)存大小將會(huì)變得非常巨大。而數(shù)據(jù)一中的次級(jí)尺寸為8*8*5m，其尺寸相比礦區(qū)最低礦石可采厚度1m也相差較大，因此數(shù)據(jù)一中的尺寸也不適合都龍礦區(qū)建模。數(shù)據(jù)二優(yōu)勢(shì)在于初始內(nèi)存較小，數(shù)據(jù)三初始內(nèi)存比數(shù)據(jù)二大0.73倍，優(yōu)勢(shì)在于其最小塊體尺寸（次級(jí)尺寸）較小，能相對(duì)精準(zhǔn)表達(dá)礦體信息。因此數(shù)據(jù)二、三中的尺寸則成了本次建模的兩個(gè)最優(yōu)選擇尺寸，到底哪個(gè)最優(yōu)，則需通過增加塊體賦值屬性進(jìn)行下一步對(duì)比，這里為了減少賦值的時(shí)間，我們縮小塊體空間范圍，但保證不同塊體尺寸下塊體空間范圍一致進(jìn)行對(duì)比，如表2。

表2 不同空值塊體尺寸賦值后內(nèi)存大小對(duì)比表

通過表2數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：對(duì)空塊體建立屬性后塊體內(nèi)存擴(kuò)大3～5倍，但總體內(nèi)存均不超過20MB，當(dāng)對(duì)建立的屬性進(jìn)行礦體號(hào)、品位、經(jīng)濟(jì)類型及礦種賦值之后，8*8*5m塊體內(nèi)存擴(kuò)大至131MB，4*4*2.5m塊體內(nèi)存擴(kuò)大至646MB,由此可以看出8*8*5m塊體尺寸在節(jié)約內(nèi)存方面占很大優(yōu)勢(shì)，4*4*2.5m塊體也僅擴(kuò)大至646MB，相對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力，該內(nèi)存也不算太大，因此還需對(duì)模型報(bào)量的精準(zhǔn)度進(jìn)行對(duì)比研究。

4.3 賦值體模型報(bào)量準(zhǔn)確性對(duì)比試驗(yàn)

不同塊體尺寸的塊體按照常理來說，都應(yīng)該是尺寸越小的塊體模型越精準(zhǔn)，但是具體能精準(zhǔn)到什么程度，是否我們需要選擇大尺寸塊體保證計(jì)算機(jī)高速運(yùn)行，還是選擇小尺寸延長(zhǎng)一部分計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間保證報(bào)量精準(zhǔn)？這時(shí)我們則選擇對(duì)都龍礦區(qū)具有代表性的一個(gè)薄小礦體模型進(jìn)行體積報(bào)量對(duì)比試驗(yàn)（如圖4），試驗(yàn)結(jié)果如下表3。

圖4 都龍礦區(qū)X號(hào)礦體剖面形態(tài)及三維模型圖

經(jīng)過表3數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：8*8*5m尺寸級(jí)的塊體模型報(bào)出的量與礦體實(shí)際體積相差較大，相對(duì)誤差達(dá)到62%，而4*4.2.5m尺寸級(jí)的塊體模型與實(shí)際礦體模型僅誤差-4%。因此4*4*2.5尺寸級(jí)塊體模型更能精準(zhǔn)表現(xiàn)出薄小礦體的地質(zhì)信息，針對(duì)大礦體則無需論證也能滿足。

表3 不同尺寸級(jí)塊體報(bào)量對(duì)比表

5 結(jié)論

礦山地質(zhì)建模包含兩大模塊，一個(gè)是礦體實(shí)體建模，一個(gè)是塊體建模。而礦體實(shí)體模型所涵蓋的地質(zhì)信息主要是礦體的形態(tài)特征、礦種、經(jīng)濟(jì)類型等基本信息，且無法利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)量，諸如礦石的品位、礦區(qū)的儲(chǔ)量級(jí)別、境界范圍圍巖量（礦石量）則必須通過塊體模型進(jìn)行保量。塊體模型在都龍礦區(qū)已經(jīng)作為重要生產(chǎn)指導(dǎo)規(guī)劃的技術(shù)文件，而將塊體文件所涵蓋的信息合理的精細(xì)化、準(zhǔn)確化則是提高礦山生產(chǎn)技術(shù)的重要舉措。

通過一定量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，都龍礦區(qū)選擇塊體尺寸4*4*2.5m（次級(jí)塊體尺寸2*2*1.25m）的塊體模型進(jìn)行賦值建模具有較高性價(jià)比，既保證3Dmine塊體文件在軟件中能正常運(yùn)行，又能保證塊體文件所涵蓋信息的準(zhǔn)確性。本文通過此次對(duì)塊體建模尺寸進(jìn)行優(yōu)化研究，也為公司數(shù)字化礦山建設(shè)提供一定的參考依據(jù)。