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庐江沙溪铜矿三维软件优化地质统计管理探究

2022-11-22

中国金属通报 2022年10期
关键词:沙溪铜矿储量

丁 力

矿山地质具有多元性、隐秘性、结构不稳定性的基础特性,矿体的地质形态复杂多变,很难用规则的几何体来描述。我们的矿山工程项目开采便是要在地质环境下展开有关生产制造。在勘查工程施工全过程中,必须对矿山矿体的各种信息内容充分了解,这样才能将这种复杂的信息内容以更为栩栩如生、精确的方式呈现在技术工作人员的眼前,这就必须我们运用一种新的技术才能进而完成。

庐江的沙溪铜矿的矿体低品级多、规模大、埋藏深度较深的特点。矿体几乎从地表延伸至-1000m 以下,并且矿体呈不规则的层状、似层状、透镜状,矿体头部和尾部经常有分叉现象,夹石剔除难度较大,矿体低品级与工业品级互层而生,后期的地质统计管理工作比较繁琐。现阶段在我国的矿山工程项目关键还是以工程图纸、文本的呈现方式展开有关数据信息的呈现,这类方法针对勘查中后期的建筑工程设计改动及材料查询很不方便,也有这种信息内容材料大多数是大数字形状,或点线面的关联,对立体式形象化的物品没法妥当的反映,不利地质工作人员观察地质环境,针对恰当的明确提出开采提议、降低勘查风险性是十分不好的。随着三维软件在国内广泛运用的大环境下,矿业公司推广运用Dimine 软件,建立矿体的不规则三维几何模型,可以发挥三维矿体模型可视化、便捷的特点,可以直观的展示物体空间状态,可将矿体产状、储量、钻探工程、开拓系统、等信息直观、准确地展示出来,还可利用其快速便捷的计算功能,使复杂的工作更简单,并运用到实际地质统计管理工作中去,取得了显著效果,大大提高了工作效率。

1 地质概况

庐江县沙溪矿床位于长江中下游成矿带庐枞火山岩盆地外围、郯庐断裂带内,地处扬子板块的北缘,大别造山带东侧,是郯庐断裂带、黄坡断裂带、滁河断裂的复合部位,并受到其西侧磨子潭晓天断裂,东侧的罗河断裂以及蜀山-缺口断裂的共同制约。沙溪铜矿区为斑岩型铜矿床,矿体赋存在菖蒲山~盛桥复式背斜西南端,凤台山~菖蒲山背斜的核部及其附近。自南而北依次划分为龙头山、断龙颈、铜泉山及凤台山四个矿段,其中铜泉山及凤台山矿段是已知矿体相对集中的地区。沙溪铜矿的铜矿体主要赋存在石英闪长斑岩中,少量赋存在侏罗系、志留系粉砂岩、页岩中,矿体与围岩的界线不清晰,绝大多数呈渐变关系。主要矿体的顶底板围岩主要为石英闪长斑岩,少量为砂页岩。矿体走向分布范围长约1000m,平均宽度约600m,矿体主要赋存于石英闪长斑岩岩体内,少量赋存于岩体接触带的高家边组砂岩裂隙中。矿体呈现较复杂的形态,有不规则似层状、透镜状,矿体的头部和尾部经常有分叉现象,纵剖面上及水平中段呈哑铃状。矿体总体走向18°~45°,倾角多在24°~65°左右,局部有夹石存在。

2 三维模型建立

2.1 地表模型建立

三维软件构建的三维模型是立体状态,拖动鼠标可以从空间任意角度观察所建立的模型,井下储藏的矿体可以非常直观的展现在面前,旋转、缩放、转动等操作方式非常方便。地表模型是能反映矿区地形起伏及地表构置物相对布置的图件,它能够直观形象地展现矿区范围内地表及地下各工程钻孔的布置情况以及地下各矿体,工程巷道之间的三维模型位置关系。为后期地表以及地下工程的施工布置设计提供更直观形象的地质基础资料信息,同时也能为后续地表开挖方量的计算提供便捷。也可以为后期制作其他的地质图件提供便利。

沙溪铜矿的地表模型的建立是以矿山地质地形图为依据的,利用地质地形图中的等高线以及高线的标高,并将标高按照高程值调整,然后通过软件“创建DTM 模型”生成主体的地表轮廓;将地表道路用线附着命令使其与地表轮廓贴合;地表的井架、房屋、道路、电线杆等建立相对应的实体模型。

2.2 巷道模型建立

矿山三维建模的重要组成部分是矿山地下巷道三维模型的建立。矿山三维建模的建立能够实现地下巷道的空间分布优化分析、可视化表达,同时还能够提高矿山生产管理水平。利用初步设计中段巷道的中心线,并按照坡度设置进而调整中心线的高程。利用软件修改中心线的属性并将其改为巷道文件。并设置断面,最后运用井巷工程中的“联通巷道”功能,从而建立沙溪铜矿三维巷道模型。模型建立后在生产过程中,也可以根据实测巷道数据对巷道模型进行修改。

2.3 钻孔数据库建立

数据库的基本元素是数据,它是用来描述事物状态的,也是信息的载体。除了常见的数值型外,还有字符型、逻辑型等。数据处理是对各种数据进行收集、存储、分类、加工、检索、传输等的过程。数据库技术是研究如何高效的进行数据处理,且花费最小的技术。一个数据库系统具有的特点:①冗余少,数据能共享,造成的重复不大,节省存储空间和数据更新的开支。②共享性,数据库系统能以最优的方式服务于多个应用程序。③独立性,数据库中数据存放独立于使用它的应用程序。当由于某些原因,这些数据结构数据量改变后,使用这些数据的应用程序并不需要做大的修改和不需要进行重新调试。④安全性,保护数据,以防止不合法的使用。⑤完整性,包括数据的正确性、有效性、相容性等。数据库具有数据结构化、最低冗余度、最高程序与数据独立性,易于扩充、修改、容易编制各种用户程序等。

一个完整的数据库系统由数据库管理系统和数据库管理员组成。数据库管理系统是允许用户对数据库进行建立、运行和维护的软件系统,他允许用户逻辑地、抽象地处理数据库中的数据,而不必涉及这些数据在计算机中存放的方式。数据库管理员是负责整个系统的建立、维护、协调工作的专门人员。

以钻孔数据(包括孔口数据、测斜数据、样品数据)为原始数据,通过软件自动检测,建立钻孔数据库;为了避免矿体以外样品段对矿体品位的影响,需要将矿体以外样品段过滤掉,生成过滤钻孔数据库;为了后期计算机估值方便,需要对钻孔数据进行统计分析,合理的样品长度对品位值进行组合,生成样本组合文件,为后期品位估值和储量计算提供数据。普通克里格模拟数据不理想,同时也验证了沙溪矿体受构造裂隙控制明显,后期选用距离幂反比法进行估值。

2.4 地质模型建立

三维矿体模型的建立充分利用最新地质图件,结合地质解译成果,通过不断实践完善,最终采用平剖面相结合的方法建立三维矿体模型,解决模型切平面出现锯齿状的问题。提取平剖面中圈定的矿体边界线框,将剖面矿体线框根据钻孔数据库中真实反映的矿体位置进行调整,并与平面线框进行校正,构成矿体模型的网络展布,通过连线框功能将矿体的网络建成三维模型。经过后期对矿体的模型修正检测,在勘探线上和所提供平面的中段标高上,矿体边界与CAD 图件相吻合,经过实践运用,建成的三维矿体模型满足相应勘查网度的需求,通过矿体的空间展布,提高地质认识。

2.5 块段模型建立

块段模型是用小立方体模拟矿体的形态,通过计算立方体的体积、计算矿体矿石量,品位值之后便可以进行资源量估算。通过三维矿体模型在空间的展布,建立相应的块段模型,选择合适的小立方块的尺寸,结合最小可采厚度为2m,本次选择的尺寸为2×2×2m,为了后期计算各中段储量更方便,可以调整块段模型的开始高程,使得立方体的边与各开拓中段的高程一样。块段模型品位估值之后便能快捷的进行资源量估算,同时也可以直观显示高低品位分布情况。

通过软件对矿体三维模型计算得出的结果矿山地质报告资源量的结果对比发现三维模型计算出的资源量与传统地质方法计算的资源量基本一致。对沙溪铜矿某一矿段资源量分别用两种方法进行估算,用传统地质的计算方法得到资源矿石量约为5938.8 万吨,利用三维模型计算得出该矿段资源矿石量约为5855.8 万吨。两种计算方法误差为83 万吨,资源量的相对误差率为-1.4%,误差在允许误差范围内。实践证明利用DIMINE 软件建立三维模型计算储量比较准确,误差也在允许范围内。通过DIMINE 软件计算资源量的方法已经取得了储量司的认可。

3 模型实际工作中的运用

地质工作者将前期获得的各项地质信息参数进行整合即可搭建出单位模型,为矿山操作人员提供数据参考。建立矿床模型的目的不仅是为了进行储量计算,更重要的是要在其上进行采矿设计、编制计划等,这在一定程度上似乎更关心矿体的几何形态,这就需要线框模型的构建。矿山在生产过程中,不同时期的精度要求不同,基于三维模型的实际意义来说,三维模型的建立可以适用于矿山各个生命阶段,也就是矿产资源勘测、矿山结构设计、矿山开采系统建设以及闭坑四大环节。每个阶段的对三维模型的精确度都在逐步提高。

3.1 指导巷道掘进施工中副产统计管理

矿体模型的构建能够为调整巷道设计方案提供参考,地质技术人员能够全面了解矿山的结构特性,参考地质信息和矿体模型,有效确定巷道的位置。沙溪铜矿井下掘进工程任务重,时间紧,多点开花且比较不集中,然而现实中的地质人员人手不够,及时掌握了解巷道见矿情况以及巷道掘进情况较困难。地质技术人员可以利用三维巷道模型,跟踪巷道掘进情况,并及时对掘进巷道进行实测完善,并利用实测数据对巷道模型进行及时更新。根据巷道模型与三维矿体模型的空间展布,能更准确的预测各掘进工程的见矿位置,技术人员结合施工进度计划,及时跟进副产统计管理,并对掘进矿石作为副产回收统计,截止目前,共统计回收副产约40 万吨。不断提高了工作效率,减少冗余工作量,同时还提高了矿山的经济效益。

3.2 加强巷道施工中水文地质统计管理

利用矿区水文地质的实际概况进行建模,并对矿区的水文特征全面分析,能够从根本上保证矿区水文的地质评价的合理性、科学性。沙溪铜矿在掘进巷道过程中,发现由于地表钻孔未封孔未完全而涌水现象。突发涌水严重影响掘进施工进度,同时带来安全隐患。沙溪铜矿根据现有钻孔数据库与设计巷道的空间位置,对钻孔可能穿过巷道的部位做好提前预测,并提前做好排水等预防措施,减少不可预见性对掘进施工进度的影响,也提高了掘进施工的安全性。同时钻孔突发涌水量在封孔前后对矿山正常生产过程中的涌水量统计存在影响,涌水量增减影响水文地质分析,所以在日常水文管理中,及时统计钻孔涌水量,作为非正常生产涌水量在生产涌水量统计中单列,消除钻孔涌水水文地质分析的影响。通过构建可视化三维模型,对矿区的各种接触面有效进行分析,从而对巷道顶底板的安全性能进行综合地评估,确定某些突发性涌水可能影响的矿区生产作业区域,方便技术人员在短暂时间内完成预防灾害事故的紧急方案的制定,给矿山生产的顺利开展带来重要的参考信息,也能加快矿山企业现代化建设步伐。

3.3 提高采场设计与统计工作效率

沙溪铜矿矿体形态比较复杂,并且相邻剖面矿体形态变化较大,运用传统CAD 制图方式,需要花费大量人力和时间完成辅助平剖面绘制,严重影响设计效率。目前利用三维软件,能迅速切平剖面图,同时可以从任意方位平面图内了解矿体形态,优化设计方案。沙溪铜矿在后续的探矿阶段,可以利用三维软件成图的优越性,运用三维模型作出大量的剖面图与纵投影图,并计算采场矿石量。在后期采准设计、采场二次圈定等,也利用这一优势,花费少量的时间就完成大量工作任务,大大提高了工作效率,同时通过不同设计方案下,采场资源量的对比,论证采场布置合理性,取得显著成果。截止目前完成10 个采场的采准设计、9 个采场的二次圈定工作。

3.4 储量管理工作

矿体的自然形态是复杂的且深埋地下,各种地质因素对矿体形态的影响也多种多样,传统储量估算中只能近似地用规则的几何体来描述或代替真实矿体。沙溪铜矿矿体多,单大矿体就有7 个,还有200 多个小矿体,并且矿体形态复杂,同时还夹杂着低品位矿及废石。沙溪铜矿属于斑岩型铜矿床,废石也带品位,同样需要参与计算。所以各类储量报表需要按要求分中段、分矿体、分类型、分类别统计各资源量时,储量管理人员在实际工作中,有大量的储量计算工作和统计工作,不论是各中段矿石量,还是各采场出矿量。由于数据庞大,如果用传统方法计算的话,通常要花好几个星期才能完成,而且计算统计过程中还可能出现差错及返工的事情发生。在矿体三维模型建立后,三维软件可以根据地质技术人员的指令来交互式地划分矿段,矿段体积计算和储量估算都可以由软件完成。沙溪铜矿利用三维模型计算各资源储量,方便快捷,按时按质完成各储量报表,取得显著效果。

利用Dimine 软件计算各中段矿石量时,可以设置矿体的分类字段,也可设置以标高作为分类依据,这样就可以算出各中段的低品级、工业级矿石资源量;若需要计算某采场的矿量时,也可以先建立采场三维模型,再利用块段模型计算该模型内储量,就能迅速计算出采场内工业级、低品级资源量及废石,进而很快得出采准矿量与备采矿量。

计算采场出矿量时,建立各采场爆破空区模型,利用块段模型计算模型内储量,便能得到各采场的爆破量。沙溪铜矿在完成月度各采场台账时,利用这种三维建模计算方法,大大缩短了计算周期,充分突出了其快捷性,为后期工作提供便利。截止2017年末,采场爆破量276351.28t,金属量1620.77t,其中:工业级244859.47t,金属量1553.81t;低品级23301.78t,金属量59.90t;废石8190.03t。还可以利用Dimine 软件建立三维品位块模型,并且矿块的尺寸可以根据需要改变。由于每一个矿块都有品位,整个矿体的矿石量、金属量也容易计算,这样,对矿体的经济评价就变得比较容易。同时,随着市场情况的变化,可以改变矿体的边界品位,重新圈定矿体,重新计算矿体的平均品位、矿石量、金属量,进行不同市场情况下的矿山经济评价。

4 结论

随着近年来计算机信息技术的快速发展,三维数字化的实用功能越来越强大,三维可视化技术在矿山开发过程中的应用也日益广泛,数字矿山建设已逐渐成为主流趋势。沙溪铜矿基于Dimine 三维软件,已建立满足实际需求的三维模型,解决矿山生产过程中遇到的各类问题,有效提高了工作效率,强化各阶段地质统计管理工作,大量节约了人工成本。同时,三维软件的直观与多视角切换,实现了矿山的可视化,可以更加直观形象、精确的圈定矿体边界,揭露矿山深部地质现象的三维形态。在实际运用过程中,为施工统计管理、设计优化、储量管理等工作提供便利,取得了显著成效。

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