三維礦業軟件在采礦行業當中的應用研究

劉小東 班峻魁 劉博

摘 要：以三維采礦軟件的綜合實際應用技術作為起點，從礦產資源儲量估算、礦床動態管理、地下采礦方案設計以及礦場爆破設計等各個方面對三維采礦軟件的應用技術進行了探討和研究。礦業生產中要善于充分發揮軟件技術的優勢，科學合理地使用三維采礦軟件不僅可以提高采礦業的生產設計水平，而且可以為企業管理決策提供強有力的支撐。

關鍵詞：三維礦業軟件;儲量估算;采礦設計

當下一系列采礦技術革命正在進行中，例如將傳統采礦技術轉變為高科技和信息技術，以及創建數字化礦山模型。三維礦業地質仿真是地質學、物理學、GIS等多學科交叉而成的新學科，是加拿大的西蒙？W？霍丁于1993年首次提出的。經過多年的研究，這一學科被普遍認為是使用現代空間信息理論及技術來重構和解析地質現象和相關人為工程的技術，并在與計算機等技術融合后發展出了一系列三維礦業軟件應用。三維采礦軟件的投入使用為采礦業帶來了工作和管理模型的巨大變化，并已成為采礦開發的強大技術工具。

一、三維礦山模型

1.1三維模型構建技術

該技術主要涵蓋了線框模型、塊模型、地質變量估算等技術。三維線框模型技術是形成礦山實體模型組的主要技術;塊模型技術是估算礦床資源儲量的基本技術。當前，規則塊和可變塊技術被廣泛使用。地質變量估算方法目前廣泛用于多種估計方法中，包括多邊形法、距離冪反比法和地質統計學。

1.2三維礦山基礎模型群

礦床模型是基于三維地質數據庫，根據地質解釋原理建立起三維礦床模型，再加上對利用礦體物理模型建立的塊體模型做出的準確高效的估算，進而創立成的礦床三維模型和塊模型的整合，可以體現出礦床物理特性及變化特征。根據創建程序的不同可將三維礦山模型組分為地質數據庫、礦床模型、結構模型和數字地質模型，只有在建立這些模型的基礎上，才能對模型進行全面的應用。

二、資源儲量估算及動態管理

2.1資源儲量模型

目前，采礦軟件通常使用塊模型作為資源儲量模型，并估算和評估資源儲量。塊模型是礦床品位估算和儲量估算的基礎。創建塊模型的基礎原理是在三維空間中根據一定的大小把待采礦床分解為大量的單元塊，根據計算結果計算填充整個礦床面積所需的單元塊，以此來估計礦床的資源儲量。

2.2資源儲量估算

在資源儲量估算過程中，主要的研究需求是合理的資源儲量分類、合理的單位塊大小選擇、變異函數分析和評價方法研究等。

2.2.1資源儲量級別劃分研究

該研究以三維立體模型為基礎，根據距離冪反比、地質統計學等技術方法對礦床品位進行插值。在插值塊模型中，新創建了“搜索橢球半徑”和“樣品數”字段以記錄和劃分不同級別的資源儲備，對應不同的地質資源可靠程度。在這項研究中，估計的資源儲量水平是基于由礦床勘探規范確定的勘探類型和勘探項目之間的距離，然后基于樣本點的搜索半徑以及該項目涉及的鉆孔或樣品的數量來劃分。通常情況下，搜索范圍半徑位于勘探網度及以下且區域內鉆孔工程>=2，每個鉆孔最多選取2-3個樣品，將估計已探明的礦產資源儲量。搜索范圍半徑位于勘探網度-2倍網度之間且區域內鉆孔工程>=2， 每個鉆孔最多選取2-3個樣品，將估計控制的礦產資源儲量。搜索范圍半徑位于勘探網度的2-4倍之間且區域內樣品數≥1時，將估計推斷的資產儲量。

2.2.2合理的單元塊尺寸研究

合理的單元塊尺寸要求不僅可以滿足品位和儲量估算的準確性，還可以滿足在計算機上快速計算和顯示塊模型的要求。有人錯誤地認為，單位區塊越小，品位和儲量的估算結果就越準確。但是，根據地統計學理論，在已知數據的某些條件下（即樣本數和空間中樣本的分布），單位塊越小，會產生平滑效應，其等級的估計誤差就越大。小尺寸單元塊更有利于零星小礦體的劃定，以及資源評價和回收。在邊界處理方面，三維礦業軟件一般采用塊變換技術，即在構建塊模型的過程中，根據各個方向設置的塊變換參數對其進行細分和優化，軟件自動執行塊選擇（根據約束范圍內進行取舍，超出范圍的會被去掉）。這種方式下的處理結果更接近礦體實體模型的邊界。

2.2.3變異函數分析與估值方法研究。

該研究要求地質學家以綜合掌握礦體產礦規則和對已有探礦數據進行統計分析和樣本變異函數分析為前提，對變異函數估值模型進行確定。將估值模型與儲量分類要求結合后再確定最終估值方案，并進行合理的品位估計。另外要注意，在擬合了理論變異函數之后，必須對其進行交叉驗證才能用作估計的基礎，同時所確定的估值參數要符合地質規律。

2.3資源儲量模型更新及動態管理

資源儲備模型的建立不是一勞永逸的，而是需要不斷更新，以更好指導實際生產。更新的主要內容是：開采成本及市場價格的變化，導致礦體邊界的變化進而導致礦體形態的變化;新增加的勘探數據的更新;主要控礦構造位置和形態變化的更新;實驗變異函數及理論變異函數的擬合和交叉驗證。建立礦山資源儲量模型后，可以隨時按固定的生產規模快速計算礦山的保有資源儲量、消耗的資源儲量和生產服務年限，從而實現礦山資源的動態管理。

三、地下采礦系統再現及爆破設計

3.1開拓系統模型建立

三維礦業軟件具有構建三維礦山項目仿真模型的優勢，并能按照現實要求或工程設計的布局、斷面規格和尺寸來再現項目實體構型，虛擬開采作業。

3.2采切工程系統構模

三維礦業軟件具有創建采礦和切割工程系統模型的功能，而且軟件的性能更趨于成熟，能夠進行自主的參數化來構建采礦及切割系統模型，例如采場、礦井結構和鑿巖道等。

3.3中深孔爆破設計

三維采礦工程軟件主要為扇形中深孔和平行鉆孔提供爆破設計。爆破設計方案是以制定鉆孔孔徑尺寸、鉆孔點位、起鉆及終止角度、鉆孔用藥種類及密度等多種實際參數為參考來設計的。設計完成后的爆破方案能夠供應采礦工程在三維爆破及鉆探施工模型、爆破規模預估計算等方面的需要。

四、結語

通過對上述各種三維礦業軟件在采礦工程中實際應用價值的研究討論，能夠得到以下共識：（1）合理有效的采礦軟件應用程序可以快速、高效、準確地為礦山的決策、設計和管理提供有力的技術支持。使用采礦軟件來解決礦山生產和管理中的相關問題已是大勢所趨。（2）三維采礦軟件用于模型構建技術和資源儲量估算在動態管理、地下采礦設計、爆破設計和露天優化等諸多方面的成熟性的基礎上，應進一步注重開發礦山實用功能的運用，完善礦山投資決策、生產管理、生產進度控制等各個方面，這樣三維礦業軟件的功能才能真正被充分挖掘使用和普及。

參考文獻：

[1]朱小云.三維礦業軟件在礦山生產探礦工作中的應用[J].銅業工程，2019（03）：27-28.

[2]銀開州，楊兆林，徐彬.我國礦業企業三維礦業軟件普及的管理制度創新[J].黃金科學技術，2018，26（01）：98-104.

[3]陳明貴.基于三維礦業軟件的資源儲量動態管理系統應用與研究[A].云南銅業（集團）有限公司、云南省有色金屬學會：云南省科學技術協會，2016：10.