安徽廬江龍橋鐵礦三維礦體模型下的采場圈定

歐邦國 陳久吾 蔡永生 許 煜 潘少杰

（安徽省廬江龍橋礦業(yè)有限公司）

數(shù)字礦山已成為礦山發(fā)展的必然趨勢［1］，實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山的關(guān)鍵在于礦山的三維礦體地質(zhì)建模［2］。三維地質(zhì)模型不僅能更直觀、準(zhǔn)確地表示出地質(zhì)體的形態(tài)和空間關(guān)系，而且在挖掘地質(zhì)體內(nèi)在信息、快速制圖、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)等方面，可以為礦山企業(yè)提供更加高效的作業(yè)保障。

安徽廬江龍橋鐵礦是20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的大型高硫磁鐵礦床［3］。多年來，針對(duì)龍橋鐵礦床地質(zhì)特征、礦床成因［4］、賦礦地層的時(shí)代歸屬［5］和成礦時(shí)代等方面的研究從未間斷，成果也不勝枚舉，但從礦體三維模型構(gòu)建和應(yīng)用方面論述不多，尤其在采場圈定方面的應(yīng)用更少。隨著新技術(shù)的發(fā)展，將三維建模技術(shù)與儲(chǔ)量估算結(jié)合起來是新的發(fā)展方向，它可以更加直觀、準(zhǔn)確地對(duì)礦產(chǎn)儲(chǔ)量進(jìn)行估算［6］。

1 礦床地質(zhì)概況

龍橋鐵礦礦體組成較為單一，以Ⅰ號(hào)礦體為主，其資源儲(chǔ)量占礦床總資源儲(chǔ)量的99.75%。礦體形態(tài)相對(duì)簡單，整體呈層狀—似層狀，產(chǎn)狀較為平緩且層位穩(wěn)定。礦體全長為2 200 m，平均寬度為520 m，平均厚度為27.21 m。礦體總體走向略呈弧形變化，中部（8～l線）走向東西，傾向南；8線以西，走向?yàn)?20°，傾向南西；1線以東，走向?yàn)?0°，傾向南東；傾角變化穩(wěn)定，通常在15°～20°。

2 三維礦體模型建立

本研究基于3Dmine三維礦山軟件進(jìn)行礦體三維建模。3Dmine功能較為全面，適合國內(nèi)礦山背景和使用習(xí)慣。建模研究過程中，除收集前期地質(zhì)勘探工作的大量鉆孔數(shù)據(jù)外，還補(bǔ)充了豐富的生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)，參與建模的勘探工程974個(gè)，數(shù)據(jù)量多達(dá)20 282個(gè)。將生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)應(yīng)用到地質(zhì)建模中，使得礦體模型更加客觀、準(zhǔn)確。

2.1 礦體輪廓線三維解譯

龍橋鐵礦在三維建模時(shí)綜合考慮了二維勘探剖面圖、坑內(nèi)鉆和探礦穿脈成果，對(duì)礦體界限進(jìn)行二次圈定后（圖1），再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換導(dǎo)入3Dmine軟件，形成可以生成表面模型的礦體界限（圖2）。

2.2 三維實(shí)體模型構(gòu)建

先將三維礦體輪廓線連接成三角網(wǎng)，再利用面、體混合建立礦體三維模型，因?yàn)樵摲椒ńY(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三維地質(zhì)現(xiàn)象有效而完整的表達(dá)［7］。最后，閉合三角網(wǎng)，生成實(shí)體，通過實(shí)體驗(yàn)證，最終形成礦體三維模型（圖3）。

3 基于三維礦體模型的采場圈定

根據(jù)三維礦體模型開展采場圈定，既是對(duì)礦體二次圈定后的再驗(yàn)證，也能更真實(shí)地表達(dá)采場模型和礦體模型，降低采礦設(shè)計(jì)貧化及損失。同時(shí)，可以快速統(tǒng)計(jì)單個(gè)采場的地質(zhì)礦量、礦石品位、容重、伴生元素等，可根據(jù)實(shí)際采場劃分情況分層分單元統(tǒng)計(jì)上述信息，實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)計(jì)的精細(xì)化管理。

3.1 采場邊界的確定

采場邊界主要依據(jù)三維礦體模型，在剖面圖中先規(guī)劃出每個(gè)采場的位置，再在相應(yīng)平面圖中準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出平面位置，用此方法確定的采場平、剖面邊界線直接應(yīng)用于最終的采場圈定。

3.2 三維塊體模型構(gòu)建

根據(jù)礦體實(shí)體模型，新建一個(gè)塊體模型，選擇塊體尺寸，添加實(shí)體約束后，形成全礦塊體模型。

給塊體添加TFe、MFe、Cu、S和容重等屬性，對(duì)前期錄入樣品進(jìn)行組合，得到組合文件。屬性賦值中容重賦值導(dǎo)入原《勘探地質(zhì)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)出的容重y與全鐵品位x線性相關(guān)公式：y=2.552 913+0.032 622 06x，然后采用距離冪次反比法或普通克里格法依次對(duì)TFe、MFe、Cu和S元素進(jìn)行賦值估算。三維塊體模型的構(gòu)建可統(tǒng)計(jì)各元素在礦床中的分布特征，為礦山開采規(guī)劃提供可靠的地質(zhì)信息。

3.3 采場圈定

基于三維礦體模型的采場圈定主要過程：在三維塊體模型中按照給定的采場設(shè)計(jì)參數(shù)，確定采場的平面位置（圖4），再根據(jù)礦體厚度確定采場高度及每個(gè)采掘中段（或分層）位置，利用3Dmine軟件添加閉合線約束顯示，約束類型選“保留內(nèi)部”，方向選“XY平面”，確定后得到單個(gè)采場的三維塊體模型（圖5）。再利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行估值，選擇“塊體報(bào)告”，“報(bào)告當(dāng)前區(qū)域量”，為塊體模型添加約束條件，得到單個(gè)采場的地質(zhì)儲(chǔ)量、品位等信息（表1），直接為生產(chǎn)服務(wù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建為三維礦體建模、品位推估和儲(chǔ)量估算奠定了基礎(chǔ)［7］。

4 三維采場圈定和傳統(tǒng)二維采場圈定的比較

4.1 采場邊界位置準(zhǔn)確度比較

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采場邊界位置的圈定依賴于礦體邊界位置的確定。龍橋鐵礦礦體形態(tài)較規(guī)則，厚度相對(duì)穩(wěn)定，但對(duì)于局部礦體邊界的位置，二維剖面圈定與三維礦體模型圈定有明顯差異。二維圈定是根據(jù)勘探線剖面工程控制點(diǎn)直接相連，礦體連接對(duì)比生硬，未充分考慮相鄰剖面礦界的自然過渡關(guān)系，三維礦體模型礦界連接對(duì)比時(shí)充分考慮了這一因素。圖6中，二維礦體界限較三維礦體界限頂板高度低1～2 m，底板低3～5 m，此剖面3個(gè)采場若在二維礦體界限上設(shè)計(jì)采場，底部分層位置將下移，采場頂部又未完全覆蓋礦體，明顯不合理；圖7中，由于礦體底部界限圈定誤差，直接導(dǎo)致東南側(cè)多設(shè)計(jì)了一個(gè)采場，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，必將造成采礦工程的浪費(fèi)。而三維模式下，根據(jù)礦體模型，可迅速任意方向生成所需剖面［8］，根據(jù)剖面礦體形態(tài)及時(shí)做出調(diào)整。由此可見，基于三維礦體模型的采場邊界更準(zhǔn)確合理。

4.2 采礦貧化和損失比較

龍橋鐵礦主要采用充填法采礦，采場設(shè)計(jì)長為85 m，寬為15 m。以圖6的3個(gè)采場為例，二維圈定和三維圈定的采場設(shè)計(jì)貧化率、損失率指標(biāo)對(duì)比見表2。

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圖6中，3個(gè)采場二維圈定較三維圈定上部丟失了部分礦石，增加了損失；下部增采了無礦部分，加大了貧化。據(jù)表2計(jì)算可知：3個(gè)采場二維圈定較三維圈定貧化率分別增加了3.49%、9.67%和6.39%；損失率增加了0.79%、4.12%和3.15%。因此，三維采場圈定較二維圈定在降低采礦設(shè)計(jì)貧化和損失方面具明顯優(yōu)勢。

此外，在三維模式下，礦體采完后形成的空區(qū)，通過外部掃描設(shè)備掃描后，上傳至三維軟件中可對(duì)比設(shè)計(jì)，驗(yàn)證實(shí)際采礦效果，這是傳統(tǒng)二維采場中無法實(shí)現(xiàn)的。

5 結(jié) 論

對(duì)比龍橋鐵礦在二維狀態(tài)下的采場圈定和三維礦體模型下的采場圈定，不難發(fā)現(xiàn)基于三維礦體模型的采場圈定更有利于技術(shù)人員宏觀把握，在采場邊界位置的準(zhǔn)確性、貧化損失控制工作效率等方面，三維采場圈定都有著絕對(duì)優(yōu)勢。基于三維礦體模型的采場圈定，是礦山生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的必然趨勢。

致 謝本文修改得到了合肥工業(yè)大學(xué)張明明老師的多次悉心指導(dǎo)，在此深表感謝！感謝龍橋礦業(yè)公司同仁對(duì)文章編寫給予的大力支持。