DIMINE礦業(yè)軟件在普朗銅礦8～20線生產(chǎn)綜合研究中的應(yīng)用

羊勁松，吳維虎，董橋峰，尹 俊，李志鵬

(1. 云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674400；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

普朗銅礦一期采選工程已進(jìn)入生產(chǎn)階段，正在沖刺采選礦石量1250萬(wàn)噸/a、年產(chǎn)精礦含銅5萬(wàn)噸的目標(biāo)。初步設(shè)計(jì)一期采選工程范圍為7～20線3720 m以上礦體，目前首采礦塊為7～8線，8～20線為后續(xù)采場(chǎng)[1]。目前，8～20線3720 m范圍生產(chǎn)探礦工作已結(jié)束，開(kāi)展生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究，是為精確了解礦體、夾石的三維空間形態(tài)、產(chǎn)狀、品位和分布規(guī)律，系統(tǒng)總結(jié)地質(zhì)規(guī)律，為采礦設(shè)計(jì)、放礦計(jì)劃編制、四級(jí)礦量計(jì)算、損失貧化管理等工作提供依據(jù)。

本文以DIMINE數(shù)字礦山軟件為平臺(tái)和工具，更新普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建8～20線第四系模型、礦體模型和塊段模型，結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)功能，估算8～20線3720 m標(biāo)高以上礦體資源儲(chǔ)量，展現(xiàn)伴生元素空間分布形態(tài)特征，系統(tǒng)分析損失貧化，為采礦設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)礦山達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，保障持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。

1 普朗銅礦8～20線生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究

1.1 生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究

生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究是指在采掘生產(chǎn)過(guò)程中，隨著生產(chǎn)發(fā)展，緊密結(jié)合生產(chǎn)地質(zhì)工作進(jìn)一步查明礦區(qū)及采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件和礦體產(chǎn)狀、形狀特征，直接指導(dǎo)采掘生產(chǎn)、提高地質(zhì)工作質(zhì)量。不斷總結(jié)礦體空間賦存及內(nèi)外部變化特征，建立礦床定性或定量模型，為勘探、開(kāi)采的規(guī)劃與決策，為勘探方法選擇提供依據(jù)[2]。

1.2 8～20線生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究

8～20線生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究的主要工作內(nèi)容包括：研究礦體特征，總結(jié)地質(zhì)規(guī)律；采用DIMINE三維礦業(yè)軟件開(kāi)展地質(zhì)建模工作，估算主、伴生元素資源儲(chǔ)量，研究伴生元素分布規(guī)律，分析地質(zhì)可靠程度，為采礦設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為后期放礦計(jì)劃編制、四級(jí)礦量計(jì)算、采礦損失貧化管理等生產(chǎn)技術(shù)工作提供支撐和平臺(tái)。

2 礦床地質(zhì)特征

普朗銅礦是我國(guó)知名的印支期超大型斑巖銅礦。礦床具典型的“斑巖型”蝕變分帶，全巖礦化，成礦元素以銅為主，伴有Au、Ag、Mo、S等關(guān)鍵金屬。礦體呈大透鏡狀，NW向展布，平面上為一不規(guī)則“多節(jié)葫蘆”形，在剖面上呈筒狀。顯示中部礦體厚大、品位高，向四周厚度逐漸變薄、銅品位逐漸變低特征。礦體頂、底板與含礦巖石一致，主要為石英二長(zhǎng)斑巖，其次為石英閃長(zhǎng)玢巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖。礦石工業(yè)類型以石英二長(zhǎng)斑巖型銅礦石為主，主要為硫化礦?？刂频V體垂深2.23 m～1193.35 m，銅品位0.20%～3.63%，平均0.40%，品位變化系數(shù)65.78%，屬較均勻型[3-6]。

具有礦石儲(chǔ)量較大、品位低，物質(zhì)成分簡(jiǎn)單，礦化均勻；礦體厚大、埋藏較淺、傾角較陡，圍巖穩(wěn)固，適宜采用自然崩落采礦法低成本開(kāi)采、礦石易選等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)[1]。

3 礦床三維地質(zhì)建模

3.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建

本次研究在原有數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，補(bǔ)錄了8～20線范圍內(nèi)45個(gè)生產(chǎn)探礦鉆孔原始數(shù)據(jù)及8787.7 m的坑道數(shù)據(jù)，更新后的普朗銅礦KT1礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)共計(jì)661個(gè)勘查工程，其中鉆孔290個(gè)，坑道296條，探槽及剝土75條，樣品數(shù)為58 365件，其中0.3%>銅品位≥0.2% 的樣品為11 498件，銅品位≥0.3%的樣品為18 210件，應(yīng)用DIMINE軟件創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1)。此次工作所使用的數(shù)據(jù)類型齊全、相互匹配，能夠滿足資源儲(chǔ)量核實(shí)估算的需要。

圖1 普朗銅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Figure 1 Geological database of Pulang Copper Mine

3.2 地質(zhì)模型創(chuàng)建

3.2.1 礦體模型

本次創(chuàng)建礦體實(shí)體模型以8～20線生產(chǎn)探礦總結(jié)報(bào)告編制的AutoCAD地質(zhì)平剖圖件為基礎(chǔ)，將圖件導(dǎo)入DIMINE軟件[7]。先進(jìn)行地質(zhì)解譯，圈定礦體輪廓線之后，依據(jù)礦床成礦規(guī)律，按照地質(zhì)勘查規(guī)范，利用DIMINE軟件的連線框?qū)嶓w工具，建立普朗銅礦8～20線礦體實(shí)體模型。

3.2.2 礦體模型與地表模型的布爾運(yùn)算

導(dǎo)入已知測(cè)量資料建立地表模型，利用DIMINE軟件布爾運(yùn)算功能，對(duì)地表模型和實(shí)體模型進(jìn)行實(shí)體運(yùn)算，將超過(guò)地表以上的部分實(shí)體模型切掉。

3.2.3 地質(zhì)模型創(chuàng)建結(jié)果

調(diào)入數(shù)據(jù)庫(kù)文件和三維地質(zhì)模型之后的三維可視化表達(dá)，可直觀、清晰的揭示礦體、地層、構(gòu)造等地質(zhì)體與礦山實(shí)際生產(chǎn)(工程模型、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)拓系統(tǒng))的空間關(guān)系(圖2 )。

(a) 俯視圖

3.3 礦床塊段模型創(chuàng)建與品位估值

塊段建模是在三維結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，利用采集到的空間屬性信息，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，完成三維屬性建模，主要表現(xiàn)實(shí)體內(nèi)部屬性。據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，確定單元塊尺寸為8 m×8 m×5 m，在空塊模型中導(dǎo)入構(gòu)建好的礦體實(shí)體模型，利用普通克里格法進(jìn)行品位估值。由于礦體總體形態(tài)較簡(jiǎn)單且以鉆探工程揭露為主，于7～8線之間勘探網(wǎng)度設(shè)為80 m×60 m，沿走向、傾向及厚度方向依次按照740 m、400 m、50 m為搜索半徑進(jìn)行賦值，同時(shí)依據(jù)勘查類型及控制工程的疏密劃分相應(yīng)的儲(chǔ)量級(jí)別，綜合確定80 m×60 m、160 m×120 m及320 m×240 m工程間距為探明的、控制的、推斷的資源儲(chǔ)量。

4 DIMINE軟件在生產(chǎn)地質(zhì)綜合研究中的應(yīng)用

4.1 資源儲(chǔ)量估算與評(píng)價(jià)

4.1.1 資源儲(chǔ)量估算

利用樣品組合文件和確定的Cu元素理論變異函數(shù)，采用DIMINE軟件中的普通克里格法對(duì)塊段模型進(jìn)行Cu元素的品位估值，采用距離冪法對(duì)Au、Ag、Mo、S元素品位估值。利用品位估值后的屬性模型，運(yùn)用DIMINE軟件對(duì)資源儲(chǔ)量估算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

本次資源儲(chǔ)量估算范圍內(nèi)(8～20線3720 m標(biāo)高至地表)，KT1礦體共估算得銅礦石量11 399.59萬(wàn)t，Cu金屬量372 605 t，平均品位0.33%。具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 DIMINE軟件普通克里格法估算銅資源/儲(chǔ)量匯總表

4.1.2 資源儲(chǔ)量估算結(jié)果評(píng)價(jià)

為確保地質(zhì)模型準(zhǔn)確、資源儲(chǔ)量估算結(jié)果可信，將本次估算結(jié)果的體積、礦石量、品位金屬量與普朗銅礦2020年度補(bǔ)充生產(chǎn)探礦總結(jié)報(bào)告中的傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法計(jì)算的各個(gè)值作對(duì)比(表2 )[7]。

從表2中可以看出，普通克里格法與傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法估算的Cu元素在體積、礦石量、平均品位和金屬量上的相對(duì)差分別為4.89%、4.89%、-2.75%和2.15%，相對(duì)差的各個(gè)數(shù)值均在5%左右。說(shuō)明普通克里格法所擬合的理論變異函數(shù)參數(shù)與礦床的礦化規(guī)律相吻合，普通克里格法所估算的Cu元素資源儲(chǔ)量準(zhǔn)確可靠，可作為礦山下一步地質(zhì)工作及采礦設(shè)計(jì)的依據(jù)。

4.2 伴生元素分布規(guī)律研究

4.2.1 普朗銅礦伴生元素特征

普朗中酸性斑(玢)巖體具典型的“斑巖型”礦化：巖體中心部位強(qiáng)硅化帶—鉀化硅化帶—絹英巖化帶(內(nèi)側(cè))，節(jié)理密集發(fā)育，產(chǎn)生“面型”銅礦化；邊部的絹英巖化帶，具“線型”礦化；外緣的青盤(pán)巖化帶，僅見(jiàn)星點(diǎn)狀的黃鐵礦產(chǎn)出。從主要微量元素的分布來(lái)看，巖石中含Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn、W、Bi等元素，具有以復(fù)式中酸性斑(玢)巖體為中心的對(duì)稱環(huán)帶狀分帶特點(diǎn)，Mo、W、Bi在內(nèi)帶，Cu、Au等貫通巖體和圍巖，Ag、Pb、Zn等在外接觸帶。成礦元素以銅為主，伴有Au、Ag、Mo、S等多種有用組分[8-9]。

表2 Cu元素普通克里格法與傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法估算資源儲(chǔ)量對(duì)比表

4.2.2 8～20線伴生元素分布規(guī)律

普朗銅礦8～20線礦體伴生元素?cái)?shù)據(jù)相對(duì)較少，且相關(guān)性較差，根據(jù)以往估值經(jīng)驗(yàn)，采用距離冪法估值。距離冪法估值的塊段模型中，各塊段含有Au、Ag、Mo、S伴生元素的地質(zhì)屬性。用礦體最大外包分別對(duì)各元素進(jìn)行塊段約束，根據(jù)各伴生元素品位值，劃分不同品位區(qū)間(及屬性配色)，即可生成該元素分布的三維實(shí)體塊段模型圖。各元素品位分布見(jiàn)圖3，分布規(guī)律敘述如下：

(1)Au元素總體在8～20線品位集中在0.05～0.1 g/t區(qū)間，該區(qū)間在整個(gè)礦體分布；0.1～0.2 g/t區(qū)間品位分布次之，呈稀疏分布，兩側(cè)較中間分布高，且西南側(cè)相對(duì)較多。

(2)Ag元素在8～20線的品位集中于0.5～3 g/t區(qū)間，0.5～1 g/t品位分布最多，其次是2～3 g/t，之后依次為1～2 g/t、3～5 g/t，Ag品位從南向北逐漸變高。

(3)Mo元素在8～20線的大多數(shù)品位在0.005～0.01%之間，該區(qū)間在整個(gè)礦體分布；0.01～0.02%區(qū)間品位分布次之，南、北側(cè)偶見(jiàn)0.02～0.03%、0.03～0.07%的品位，礦體品位總體呈兩側(cè)分布高，中間分布低的形態(tài)。

(4)S元素在8～20線的大多數(shù)品位在0.5～1%之間，該區(qū)間在整個(gè)礦體分布，1～2%區(qū)間品位分布次之，在南北兩側(cè)稀疏分布。

4.3 設(shè)計(jì)損失率、貧化率計(jì)算

4.3.1 損失率、貧化率

礦石損失率、貧化率是衡量一個(gè)礦山的礦產(chǎn)資源合理開(kāi)發(fā)利用程度、開(kāi)采技術(shù)水平、礦產(chǎn)資源管理現(xiàn)狀以及間接考核礦山開(kāi)采效益的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。礦山企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)沿用的礦石損失貧化率計(jì)算方法，不但計(jì)算繁瑣，工作量巨大，而且數(shù)據(jù)采集困難。利用DINMINE三維礦業(yè)軟件分別對(duì)鉆孔、坑道數(shù)據(jù)及實(shí)測(cè)平剖面圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和三維建模，構(gòu)建空間立體模型，再用軟件的裁剪功能計(jì)算某一空間范圍的損失貧化率，不但直觀高效，計(jì)算結(jié)果也更為準(zhǔn)確。

本次設(shè)計(jì)(模擬)對(duì)8～20線3720 m水平至地表范圍礦石進(jìn)行損失、貧化率計(jì)算，所圈定的可開(kāi)采范圍輪廓線只作為參考，具體范圍由相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員圈定。在此討論，只是舉例說(shuō)明DINMINE三維礦業(yè)軟件對(duì)損失、貧化率計(jì)算具有高效、直觀、準(zhǔn)確性，可用此方法計(jì)算任意范圍的損失、貧化率。

4.3.2 開(kāi)采范圍初步圈定

根據(jù)初步設(shè)計(jì)KT1礦體7～20線3720 m以上范圍共用一個(gè)開(kāi)拓系統(tǒng)，所以損失、貧化率計(jì)算時(shí)，3720 m水平位為設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍的底部。具體操作如下：

將8～20線KT1礦體導(dǎo)入DINMINE軟件后，用切割功能在3720 m水平處切割，刪除3720 m水平以下礦體。然后根據(jù)礦體規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀，結(jié)合3720 m水平巷道設(shè)計(jì)模型，本著最大限度的回收資源、投資省、成本低的原則，綜合考慮，在3720 m水平初步確定設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍(圖4)。

4.3.3 開(kāi)采范圍最終圈定

由于地表最高點(diǎn)標(biāo)高為4179.82 m，圈定可采范圍時(shí)，在軟件中復(fù)制3720 m水平的可采范圍輪廓線，沿垂直方向上延伸至4179.82 m水平，用兩條線框建立封閉實(shí)體。之后與地表模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，確定一個(gè)新的三維實(shí)體(圖5(a))。DIMINE三維礦業(yè)軟件建立的實(shí)體模型，具有實(shí)體合并、相交、求差運(yùn)算功能，損失量采用實(shí)際地質(zhì)礦體模型與開(kāi)采范圍模型差運(yùn)算(布爾運(yùn)算)，并保留差結(jié)果的實(shí)際地質(zhì)礦體模型，所確定的范圍即為損失量，貧化量采用實(shí)際地質(zhì)礦體模型與開(kāi)采范圍模型相交運(yùn)算(布爾運(yùn)算)，并保留相交結(jié)果的實(shí)際地質(zhì)礦體模型，所確定的范圍即為貧化量。用同樣方法劃分第四系(圖5(b)～(d))。

(a)塊段模型任意三個(gè)方向視圖;(b)Ag塊段模型任意三個(gè)方向視圖;(c)Mo塊段模型任意三個(gè)方向視圖;(d)S塊段模型任意三個(gè)方向視圖

(a)礦體、設(shè)計(jì)巷道復(fù)合圖;(b)3720水平以上礦體、巷道復(fù)合圖;(c)3720水平以上礦體、巷道及開(kāi)采范圍復(fù)合圖圖4 設(shè)計(jì)開(kāi)采平面范圍示意圖Figure.4 Schematic diagram of the designed mining plane range(a)3720 m水平至第四系三維實(shí)體側(cè)視圖;(b)可開(kāi)采范圍外礦體俯視圖;(c)開(kāi)采范圍礦體俯視圖;(d)開(kāi)采范圍第四系俯視圖圖5 設(shè)計(jì)開(kāi)采、損失、貧化范圍示意圖Figure.5 Schematic diagram of the scope of design mining, loss, and dilution

4.3.4 設(shè)計(jì)損失率、貧化率計(jì)算

將設(shè)計(jì)可采范圍內(nèi)和范圍外的礦體模型分別調(diào)入DIMINE三維礦業(yè)軟件中，進(jìn)行估值運(yùn)算。工業(yè)礦、低品位礦、夾石的廢石量、品位、金屬量數(shù)值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。因普朗銅礦采用自然崩落法開(kāi)采，生產(chǎn)成本較低。在目前市場(chǎng)條件下，開(kāi)采低品位礦可以營(yíng)利，在開(kāi)采設(shè)計(jì)過(guò)程中，按礦山要求將低品位一起回采。在本次損失貧化計(jì)算過(guò)程，將低品位礦與工業(yè)礦石一并計(jì)算。實(shí)際計(jì)算結(jié)果敘述如下：

(1)設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍內(nèi)：(工業(yè)礦+低品位礦)Cu礦石量為10 803.10萬(wàn)t，平均品位0.33%，金屬量355 721 t；廢石混入量5406.83萬(wàn)t，平均品位0.12%，Cu金屬量66 297 t；設(shè)計(jì)采礦量16 209.94萬(wàn)t，平均品位0.26%，Cu金屬量422 018 t，設(shè)計(jì)貧化率為33.36%。設(shè)計(jì)出礦品位偏低，貧化率偏高，需重新優(yōu)化開(kāi)采范圍。

(2)設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍外：(工業(yè)礦+低品位礦)Cu礦石量為596.48萬(wàn)t，平均品位0.28%，金屬量16 827 t，設(shè)計(jì)損失率為4.52%。

4.4 工程出圖應(yīng)用

收集實(shí)體模型、地質(zhì)鉆孔及坑道數(shù)據(jù)庫(kù)和估值后的塊段模型，運(yùn)用DIMINE軟件工程出圖功能模塊，繪制8～20線橫剖面圖及中段地質(zhì)平面圖，可以直觀區(qū)分不同礦塊Cu品位的高低，滿足生產(chǎn)需要(圖6)。

表3 KT1礦體8-20線設(shè)計(jì)損失率、貧化率計(jì)算表

4.5 其他應(yīng)用

基于DIMINE軟件平臺(tái)三維地質(zhì)建模后，計(jì)算方法可以延伸到四級(jí)礦量計(jì)算[10]、采掘計(jì)劃編排等生產(chǎn)技術(shù)工作[11]，但本次缺少相應(yīng)資料，故不對(duì)其應(yīng)用功能進(jìn)行研究討論。

5 結(jié)論

本文以8～20線3720 m標(biāo)高以上的礦體為研究對(duì)象，用DIMINE三維礦業(yè)軟件更新普朗銅礦數(shù)據(jù)庫(kù)，建立礦體模型、第四系模型，直觀準(zhǔn)確的展現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)、礦體的空間展布形態(tài)，實(shí)現(xiàn)礦體的數(shù)字、可視化。分別用普通克里格法和距離冪反比法對(duì)礦體主元素Cu，伴生元素Au、Ag、Mo、S進(jìn)行估值，完成損失、貧化的計(jì)算和分析。根據(jù)塊段模型約束條件，展現(xiàn)伴生元素分布規(guī)律，簡(jiǎn)要描述其分布規(guī)律，對(duì)賦存條件研究有一定指導(dǎo)作用。通過(guò)建模與分析得到以下結(jié)論：

圖6 用Dimine工程出圖功能繪制的地質(zhì)平剖面圖Figure 6 Geological horizontal section drawn with Dimine project map output function

(1)建立的礦體模型，其體積與傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法體積作對(duì)比，二者相對(duì)差在允許誤差5%的范圍內(nèi)，說(shuō)明礦體真實(shí)、可靠；

(2)應(yīng)用普通克里格法估算的Cu元素，在礦石量、平均品位、資源儲(chǔ)量上與傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法對(duì)比，相對(duì)差均在5%范圍內(nèi)，說(shuō)明此次估值結(jié)果準(zhǔn)確、可靠；

(3)通過(guò)對(duì)伴生元素Au、Ag、Mo、S進(jìn)行品位推估、約束，掌握其資源儲(chǔ)量，了解其分布規(guī)律，對(duì)下步研究工作起到促進(jìn)作用；

(4)運(yùn)用塊段模型，通過(guò)實(shí)體約束，提出損失、貧化率具體計(jì)算方法，可有效提高工作效率；

(5)實(shí)現(xiàn)三維可視化的礦體，準(zhǔn)確反映出礦體的三維空間形態(tài)，為采礦設(shè)計(jì)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。