劉益良

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830092）

隨著時代的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)已經(jīng)逐步走向各行各業(yè)，地質(zhì)行業(yè)也不斷朝信息化與數(shù)字化發(fā)展，Dimine 軟件是由國內(nèi)長沙迪邁數(shù)碼科技有限公司自主研發(fā)的地質(zhì)三維建模軟件及應(yīng)用軟件之一；可用于地表建模、地質(zhì)體建模、資源量估算、露天礦設(shè)計及工程出圖等方面。

托克遜縣科克薩特石灰?guī)r礦的礦體形態(tài)復(fù)雜，規(guī)模較大，傾角變化大，礦體呈單斜產(chǎn)出，以此礦為例，通過Dimine 進(jìn)行三維化，能較好地體現(xiàn)出三維建模軟件在數(shù)據(jù)可視化、信息整合化、效率提升化上的優(yōu)越性與前瞻性。

1 礦區(qū)及礦體簡介

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于塔里木古板塊天山加里東湖盆那拉提—庫米什S島弧中北部。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，巖漿活動較弱。礦區(qū)范圍內(nèi)出露地層簡單，主要為上泥盆統(tǒng)天格爾組第二亞組（D3tb）、下石炭統(tǒng)雅滿蘇組（C1y）和第四系上更新—全新統(tǒng)洪積堆積（Q3-4pl）。

礦區(qū)地層呈單斜產(chǎn)出，在礦區(qū)內(nèi)未見斷層和褶皺構(gòu)造，構(gòu)造形態(tài)簡單，未見巖漿巖出露。

礦區(qū)內(nèi)礦體規(guī)模巨大，石灰?guī)r礦體均產(chǎn)于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組（C1y）地層中，礦區(qū)內(nèi)主要出露1號礦體，東西出露2.7km，南北1.7km，礦體規(guī)模巨大，礦體裸露，基本無覆蓋，結(jié)合收集到地質(zhì)資料及勘探區(qū)范圍，本次地質(zhì)建模只針對1號礦體南部進(jìn)行。石灰?guī)r呈單斜層狀產(chǎn)出，182°～215°∠21°～60°。該礦體由薄層—厚層狀含生物碎屑粉—細(xì)晶石灰?guī)r構(gòu)成，以厚層狀為主，礦石類型單一，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。

2 建模部分軟件操作及使用

2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

Dimine 軟件提供了多種數(shù)據(jù)導(dǎo)入的格式，涵蓋不同種類圖形軟件，礦業(yè)軟件的接口，實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)的共享與交換，支持的主要導(dǎo)入與導(dǎo)出格式軟件為：CAD、Surpac、MicroMine、Mapgis 等，Dimine 軟件同時支持一些特別格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入，例如：.xls、.xlsx、.txt、.csv等格式，主要運用于測量工作的測點文件、樣品數(shù)據(jù)文件并支持直接在Dimine軟件中進(jìn)行表格相關(guān)操作。

2.2 地表DTM模型建模

2.2.1 地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入

在Dimine 軟件中，地表建模稱之為DTM模型，主要作用為在空間中表現(xiàn)地形數(shù)據(jù)，DTM模型主要由空間上具有坐標(biāo)屬性的點線組成，用三角面將點線連接，即可生成地表DTM 模型；地形數(shù)據(jù)的導(dǎo)入支持Mapgis 格式、CAD 格式地形，也可以利用“測量”欄的“導(dǎo)入”功能導(dǎo)入.csv格式測點。

2.2.2 地表模型的創(chuàng)建

在導(dǎo)入收集到的地形數(shù)據(jù)后，應(yīng)對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，利用“線編輯”工具欄中的對應(yīng)功能可對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

“線編輯”工具欄中在修正地形中常用的功能主要為“修整”中的第二行第一功能按鈕，該功能主要為檢查線完整性、是否彎折、是否出現(xiàn)重合線等；“連接”中的“多線”按鈕可將斷線在整圖范圍內(nèi)相連接為完整的線，“高程”中功能按鈕多為確實高程屬性的地形線或地形碎布點賦高程屬性，其他欄目功能與CAD、Mapgis等線處理軟件類似，此處不做贅述。

在對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行修正完畢后即可進(jìn)行地表DTM模型的建模，利用“實體建?！睓谥械摹罢w”-“地形線建模”或“無約束”即可生成地表DTM 模型，托克遜縣科克薩特石灰?guī)r礦地表DTM 模型生成如圖1 所示。

圖1 科克薩特石灰?guī)r礦地表DTM模型

2.2.3 DTM模型的優(yōu)化與美化

生成DTM 模型后需對模型進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，發(fā)現(xiàn)其存在的問題之后，修改對應(yīng)的地形線以及測量碎步點至正確，后繼續(xù)重復(fù)以上步驟直至修改完美為止；結(jié)合礦區(qū)現(xiàn)有情況，如道路、礦區(qū)、生活區(qū)等對地表DTM進(jìn)行精細(xì)建模。

為增加DTM 的空間立體性，突出其表現(xiàn)效果，可對地表模型進(jìn)行DTM 著色，利用“實體建?！睓谥小芭渖惫δ?，將地表模型按測量數(shù)據(jù)中“Z”值進(jìn)行配色可實現(xiàn)更好的展示效果，美化后地表DTM模型及配色后模型見圖2、圖3等。

圖2 配色后地表模型

圖3 美化后地表模型

2.3 礦體建模及鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立

2.3.1 礦體建模

勘探線及地質(zhì)剖面的導(dǎo)入。礦體模型的建立需要地質(zhì)剖面及勘探線剖面的資料在空間中的表現(xiàn)，主要需要導(dǎo)入勘探線和剖面相關(guān)資料。

在導(dǎo)入勘探線剖面及地質(zhì)剖面后，在空間上利用“多段線”連接對應(yīng)的礦體界線，同時劃分不同圖層為以后準(zhǔn)備，一般將圖層區(qū)分為“礦體”、“剝離體”和“夾層”，分圖層之后，在連接線及圖層均劃分完畢后利用“實體建?！睓凇熬€框”功能圈定礦體，邊側(cè)勘探線使用“外推”功能外推至礦體邊界；圈定完原始礦體后，利用已經(jīng)建立的地表的DTM 模型對已做的礦體進(jìn)行布爾運算，選擇“表面下實體”類型的布爾運算，如夾層在礦體內(nèi)部，則利用“A-B”類型布爾運算即可得到排除夾層部分的礦體，所有運算結(jié)束后即可生成貼合地表又除去夾層等的礦體及剝離體。

在礦體模型制作完畢點擊右鍵選擇“實體有效性檢測”功能即可對所做礦體進(jìn)行檢測，從而修補可能出現(xiàn)的實體缺失、實體相互擠壓等現(xiàn)象；檢測結(jié)果如有三角形封閉或無效邊，則在該處利用“提取開口線”功能后使用“封閉為面”功能將該處封閉，在所有的錯誤處都封閉完畢之后，利用“實體合并”功能合并實體則可得到最終礦體模型，礦體模型圈連部分步驟及最終礦體如圖4所示。

圖4 地表約束后礦體及剝離體

2.3.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立

鉆孔數(shù)據(jù)庫為三維建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，后期品位模型的制作及工程出圖等模塊均需要使用鉆孔數(shù)據(jù)庫。在Dimine軟件中鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立主要依靠原始鉆孔相關(guān)資料，利用原始資料建立至少4張Dimne數(shù)據(jù)庫格式表格（開口表、測斜表、巖性表、樣品表），其中開口表用來統(tǒng)計鉆孔及探槽等工程的坐標(biāo)信息、勘探線號、鉆孔深度及工程類型等；測斜表統(tǒng)計測斜深度、方位角及鉆孔傾角的信息；巖性表統(tǒng)計鉆孔的分層情況，主要字段為：自（某段巖性起始位置）、至（某段巖性終止位置）、巖性描述、層位信息（地層代號）、巖性（巖石名稱）和層號等；樣品表統(tǒng)計探槽及鉆孔取樣情況，主要字段有：樣品編號、自（樣品起始位置）、至（樣品終止位置）、樣長及各類化驗數(shù)據(jù)等。

四張表為基本表格，不可缺少，也可增加附加表格，如鉆孔回次表，組合樣品分析表等。在統(tǒng)計完四張表格后，使用“統(tǒng)計地質(zhì)學(xué)”欄中的鉆孔功能在校驗完畢后即可生成鉆孔及探槽數(shù)據(jù)庫，使用鉆孔數(shù)據(jù)庫的風(fēng)格功能，可實現(xiàn)不同的展示風(fēng)格。

利用勘探線剖面圈定礦體及在鉆孔數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建是礦山三維建模的關(guān)鍵步驟，與之后礦塊模型的建模及礦體賦值制作礦體品位分布特征圖息息相關(guān)。

2.4 礦塊模型建立與礦體資源量估算

在礦體模型及鉆孔數(shù)據(jù)庫均建立完畢后則可進(jìn)行礦塊模型的建立，礦塊模型是礦床品位推估及儲量計算的基礎(chǔ)，其基本思想是將礦體在立體層面上按一定尺寸分割成礦塊，后將所有礦塊根據(jù)在鉆孔數(shù)據(jù)庫中的已知品位進(jìn)行估算；在Dimine 軟件中采用礦塊模型與礦體模型套合的辦法，在礦體邊界處利用變塊技術(shù)使得邊界處礦塊大小自動劃分以保證與礦體模型盡可能地貼合。

礦塊模型取礦體模型XYZ 值的最大最小值生成立方體礦塊，后按照礦體形態(tài)為約束條件即可建立礦塊模型；在經(jīng)過樣長統(tǒng)計分析生成一致的樣長組合文件，剔除特高品位，建立過濾地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，建立貼合主礦體的走向及傾向的橢球體后，可對礦塊模型進(jìn)行距離冪反比法進(jìn)行估值，賦值完成后“配色”即可觀察礦體品位特征，右鍵礦體點擊“計算模型內(nèi)儲量”即可進(jìn)行儲量計算，其部分過程及結(jié)果及生成資源量報表見圖5。

讀者權(quán)利在《公共文化服務(wù)保障法》中也有明確的規(guī)范，比如服務(wù)保障：第九條 各級人民政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)未成年人、老年人、殘疾人和流動人口等群體的特點與需求，提供相應(yīng)的公共文化服務(wù)；硬件保障：第四二條 ?國家推動公共圖書館、博物館、文化館等公共文化設(shè)施管理單位根據(jù)其功能定位建立健全法人治理結(jié)構(gòu)……主要包括圖書館、博物館、文化館(站)、美術(shù)館、科技館、紀(jì)念館、體育場館、工人文化宮、青少年宮、婦女兒童活動中心、老年人活動中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)和村(社區(qū))基層綜合性文化服務(wù)中心、農(nóng)家(職工)書屋、公共閱報欄(屏)、廣播電視播出傳輸覆蓋設(shè)施、公共數(shù)字文化服務(wù)點等。讀者權(quán)益在國家公共文化服務(wù)保障法中有了相應(yīng)的規(guī)范。

圖5 生成資源量報表

3 露天境界優(yōu)化與采坑設(shè)計

3.1 露天境界優(yōu)化

進(jìn)行露天境界優(yōu)化的目的是圈定經(jīng)濟(jì)合理的露天開采境界，露天開采境界的圈定的基本原則是境界采剝比小于或者等于經(jīng)濟(jì)合理采剝比，及在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，最大限度地提高礦產(chǎn)資源利用率。

Dimine 軟件的境界優(yōu)化模塊采用L-G 法來進(jìn)行露天境界優(yōu)化，依靠已經(jīng)建立的品位礦塊模型和儲量計算結(jié)果，設(shè)定合適的礦塊模型范圍，再結(jié)合約束條件例如已經(jīng)建立的礦體模型、地表DTM模型、市場價格、生產(chǎn)成本、臺階高度等相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和設(shè)計參數(shù)，最終形成一合理的開采境界。

3.2 采坑設(shè)計

采坑設(shè)計的基礎(chǔ)要點在采坑內(nèi)所有礦石的價值總和，采坑設(shè)計的目的是在最大礦產(chǎn)資源利用率的前提下，在境界優(yōu)化結(jié)果體上確定最小采場及位置，后利用“露天礦設(shè)計”欄中的相關(guān)功能，逐步向上進(jìn)行擴(kuò)展，制定相應(yīng)的邊坡角、臺階高度及生產(chǎn)平臺寬度，從而生產(chǎn)采坑模型，將采坑模型進(jìn)行實體DTM 建模后，與地表模型進(jìn)行聯(lián)合布爾運算，即可得到境界優(yōu)化后的采坑的最終DTM模型。其結(jié)果見圖6。

圖6 與地表聯(lián)合運算后采坑

露天境界優(yōu)化與采坑設(shè)計使得從業(yè)者相關(guān)工作大大減輕，界面較為直觀，解放了生產(chǎn)力，對指導(dǎo)露天礦山設(shè)計部分具有重大的意義。

4 采剝計劃編制

采剝計劃是露天礦山在日常生產(chǎn)的過程中，以年、季度、月的采剝計劃推進(jìn)計劃，在Dimine中采剝計劃的推進(jìn)主要依靠在已經(jīng)建立好的虛擬采坑模型中進(jìn)行手工的繪制，主要依靠采掘帶的方式進(jìn)行實現(xiàn)。

利用在上部工作中已經(jīng)設(shè)計好的采坑利用采掘帶進(jìn)行劃定采掘量，可以自動生成采掘帶，自動生成礦量、剝離量等報表，除以上功能外，還可以實現(xiàn)以下功能：

（1）可隨時對采掘帶進(jìn)行查詢和統(tǒng)計；

（2）根據(jù)坡頂線、坡底線、推進(jìn)線對采坑現(xiàn)狀圖進(jìn)行實時跟進(jìn)修改；

（3）可以實現(xiàn)實時的中間掘溝及靠幫掘溝的開挖算量及資源量導(dǎo)出；

（4）直接輸出符合中國采剝計劃習(xí)慣的采剝計劃。

采剝計劃的制定立足于實際的指標(biāo)，良好的人機(jī)交互，系統(tǒng)優(yōu)化更加符合礦山實際，解放了從業(yè)人員繁重的手工作業(yè)，在指導(dǎo)礦山生產(chǎn)實際具有重要意義。

5 工程出圖

Dimine 軟件具有多種工程出圖功能，主要支持剖面圖、平面圖、鉆孔柱狀圖、最終境界圖等的出圖。

在“工程出圖”模塊中，通過設(shè)定不同模型的投影方式即可實現(xiàn)不同的出圖效果；例如在平面圖出圖中，鉆孔與礦體均采用投影的方式，廢石與礦塊均采用切割方式。在對應(yīng)的設(shè)置模塊設(shè)置完出圖方式后，點擊“水平”即可生成對應(yīng)條件的平面圖，點擊“剖面”即可生成對應(yīng)的剖面圖。

鉆孔柱狀圖的出圖以已經(jīng)建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，搭配自己設(shè)計的表頭可實現(xiàn)任意比例尺的出圖方式，柱狀圖表頭為.xlsx格式，其中