露天礦山礦床地質(zhì)特征及礦床模型構(gòu)建分析

鐘 銳

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和變化，我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)所頒布的政策、發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃等方面都有了巨大的改變[1]。傳統(tǒng)的計(jì)量采礦技術(shù)管理方法和人工操作中的分步驟處理方式，早就滿(mǎn)足不了露天礦山開(kāi)采的速度和發(fā)展的需要，無(wú)法解決礦山高質(zhì)量、大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)劃問(wèn)題，在科研中，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家創(chuàng)建了模型方法，嘗試使用模型的建立來(lái)展示所研究的對(duì)象，并進(jìn)行模型的逐步改進(jìn)和完善，使所呈現(xiàn)的內(nèi)容更向?qū)嵮袑?duì)象看齊[2]。當(dāng)下設(shè)計(jì)模型的方法在研究復(fù)雜系統(tǒng)中被廣泛使用，其結(jié)果事半功倍。它方便從各個(gè)層面以及活動(dòng)動(dòng)態(tài)等許多方面來(lái)構(gòu)建相互之間的關(guān)系，用來(lái)描述和把握一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[3]。本文將利用Surpac系統(tǒng)建立礦床模型，研究露天礦礦床地質(zhì)特征，分析礦床構(gòu)造。

1 露天礦山礦床地質(zhì)特征及礦床模型構(gòu)建分析的方法

1.1 露天礦山礦床地質(zhì)特征及方法的研究流程

我國(guó)礦山工程軟件技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚。以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和方法為基礎(chǔ)的可視化三維采礦軟件的研究與開(kāi)發(fā)目前還沒(méi)有得到大范圍的應(yīng)用，它實(shí)際運(yùn)用在工作中的程度也還不夠頻繁。幸運(yùn)的是，許多國(guó)內(nèi)致力于學(xué)習(xí)研究礦業(yè)的同行專(zhuān)家也在努力于礦業(yè)工作的軟件研究及推廣，這也使得階段性成績(jī)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，研究人員制作了各種系統(tǒng)軟件，相比較而言，其中相對(duì)成熟的軟件要屬數(shù)學(xué)經(jīng)濟(jì)“儲(chǔ)存包”模型，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量核算審核系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)、三維地質(zhì)建模采礦軟件系統(tǒng)系列等。國(guó)內(nèi)也有很多學(xué)者對(duì)三維可視化技術(shù)進(jìn)行了研究，但研究較為零散，主要集中在三維數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面。成熟的研究主要集中在地形的三維可視化方面。

1.2 基于Surpac系統(tǒng)功能特點(diǎn)的礦山建模過(guò)程

作為一個(gè)巨大的集成系統(tǒng)，Surpac可以最大強(qiáng)度的增加測(cè)繪工程師和地質(zhì)工程師、建模工程師的技術(shù)信息。其系統(tǒng)特點(diǎn)如下：1，被引用在各個(gè)領(lǐng)域，其范圍十分廣泛；2，圖形生成用戶(hù)界面很有新意，畫(huà)面也毫無(wú)卡頓；3，最大程度上的實(shí)現(xiàn)了三維圖形系統(tǒng)的意義所在；4，建模時(shí)資源準(zhǔn)確無(wú)誤；5，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)在不斷汲取多用戶(hù)開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的好處及優(yōu)點(diǎn)；6，實(shí)體模型在學(xué)習(xí)和使用上特別的方便簡(jiǎn)潔；7，塊模型功能強(qiáng)大、靈活；8，采石場(chǎng)與露天礦廠規(guī)劃清晰，二者之間的交互設(shè)計(jì)強(qiáng)；9，地下開(kāi)采設(shè)計(jì)優(yōu)越；10，流線型的測(cè)量的應(yīng)用；11，強(qiáng)大的測(cè)量控制數(shù)據(jù)庫(kù)；12，其他應(yīng)用可以主動(dòng)整合等一系列優(yōu)勢(shì)。

對(duì)地質(zhì)有一個(gè)全方位的認(rèn)識(shí)是礦山建模的重中之重。以豐富的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，根據(jù)建模要求合理運(yùn)用采礦軟件的各項(xiàng)功能。用地質(zhì)建模數(shù)據(jù)搭建出一個(gè)完整的地形建模以及礦床工程系統(tǒng)的建立等，都可以劃分為三維礦山模型構(gòu)建的主要內(nèi)容。因此，可開(kāi)展選礦方法、應(yīng)力場(chǎng)模型、優(yōu)化采礦計(jì)劃、優(yōu)化計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)等一系列任務(wù)。

地質(zhì)實(shí)體模型的構(gòu)建般包括以下部分：首先，解釋地質(zhì)。根據(jù)鉆孔隧道的數(shù)據(jù)和已有的地質(zhì)平面及剖面，在三維立體建模下給出解釋?zhuān)?guī)定礦體的構(gòu)造邊界，一般是規(guī)定剖面。其次，勾勒出有等級(jí)的具體模型。在實(shí)體模型之上建立塊模型和元素品模型，使用元素的分布規(guī)律得出隧道的有用數(shù)據(jù)，融合礦體塊模型來(lái)建立整體模型。在品位賦值之前一定要分析初始化數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出最根本的變量，如礦石厚度、礦石品位的百分比、金屬礦石重量分布等，確定尺寸賦值，選擇最合適的賦值方式。

2 礦床模型構(gòu)建實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

第一步是準(zhǔn)確判定塊模型的基本數(shù)據(jù)。根據(jù)露天礦區(qū)的主礦體和超基性巖體的主要形態(tài)和產(chǎn)狀特征，判斷礦區(qū)東南角的最小坐標(biāo)是主礦體塊體模型原點(diǎn)的所在地。具體坐標(biāo)為x=9284，y=8397，z=455，礦區(qū)西北方向?yàn)樽鴺?biāo)終端。巖礦體走向方向以塊體模型旋轉(zhuǎn)參數(shù)規(guī)定為321°22′，比較傾斜陡峭，勘探線方向?yàn)?5°35′。第二采區(qū)采用機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向分層水平巷道膠結(jié)充填。

充填采礦法中段高度為149.5m，中段高度為51.5m。中間一段分成若干段，每段分成層高15.5m的一層。該方法的方向?yàn)榈V體傾向方向，即礦體在自然通過(guò)礦脈時(shí)所得厚度最大值的方向。所以第一步要將母塊軸向尺寸設(shè)為計(jì)，然后結(jié)合礦區(qū)礦體形態(tài)和反復(fù)試驗(yàn)，軸向?yàn)榈V體的走向和傾斜度。

第二步，定義塊模型的屬性。在自定義狀態(tài)下數(shù)據(jù)庫(kù)的字段可先看做一樣的情況，后期操作根據(jù)對(duì)于深度的運(yùn)用來(lái)添加不同一樣的屬性。

第三步，給定義下約束。由于礦體規(guī)模總數(shù)巨大，存在很高的整體性，應(yīng)用水平目前還停留在勘探的狀態(tài)下，目前在該地區(qū)不存在限制，未來(lái)將根據(jù)所用深度做攀升。根據(jù)以上敘述正式模擬出礦體主塊模型，結(jié)果如圖1所示(僅顯示塊體模型邊界，未顯示地表)。

圖1 露天礦區(qū)主礦體的塊模型

第四步是轉(zhuǎn)入第二礦體的實(shí)體模型，包括一些不同體號(hào)的小礦體和地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。發(fā)現(xiàn)主礦體體號(hào)為8。

第五步是將樣本組合成行文件。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)樣本表中的數(shù)據(jù)。2號(hào)礦的地質(zhì)勘查資料、礦山建設(shè)資料和勘探工程資料。2個(gè)礦井，以及一些隧道取樣數(shù)據(jù)。樣本長(zhǎng)度大多為1.5m，但也有一些樣本的長(zhǎng)度為1.5m。

第六步是將地質(zhì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果拿來(lái)分析。選擇“地質(zhì)統(tǒng)計(jì)-基本統(tǒng)計(jì)”界面，彈出對(duì)話(huà)框填寫(xiě)并選擇對(duì)應(yīng)的列表進(jìn)行執(zhí)行。對(duì)執(zhí)行文件、統(tǒng)計(jì)結(jié)果、直方圖、積分頻率曲線、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、概率曲線及散點(diǎn)圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，鎳、銅單樣品的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果列于表1。

表1 基本統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

根據(jù)以上基本統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，不需要進(jìn)行超高的數(shù)據(jù)處理。露天礦區(qū)主礦體數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)自鉆孔樣品。根據(jù)隧道中提取的樣品能夠觀察出來(lái)鉆孔樣品的稀缺以及樣品空間的分布存在聚集。從表1中還可以看出，樣品中含有鎳和銅這兩種元素的模型沿直線向外簇狀擴(kuò)散，證明其分布不均。因此，使用八圓法進(jìn)行數(shù)據(jù)搜索對(duì)礦區(qū)主礦體塊體模型進(jìn)行充填評(píng)價(jià)較好。

第七步是區(qū)塊模型估值，生成等級(jí)模型。觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析鎳和銅礦體的品位數(shù)據(jù)呈非正態(tài)分布，采用對(duì)數(shù)克里格金法實(shí)施區(qū)塊模型的評(píng)估，但考慮到露天礦自這么多年以來(lái)一直采用樣本數(shù)據(jù)加權(quán)法進(jìn)行計(jì)算儲(chǔ)量，運(yùn)用數(shù)克里金法對(duì)塊模型做出估算，可能會(huì)導(dǎo)致兩者之間的差距變大，若估算精準(zhǔn)，對(duì)礦山儲(chǔ)量數(shù)據(jù)現(xiàn)有狀態(tài)的更改則不會(huì)實(shí)現(xiàn)。

建立塊體模型和品位模型后，使用相互組合模型的功能將三個(gè)模型相融合，從而構(gòu)建整體露天礦的礦床模型。由此可以看出Surpac系統(tǒng)在礦床建模中的實(shí)用性和先進(jìn)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)露天礦山礦床地質(zhì)特征及整體模型構(gòu)建做出了相關(guān)的研究和討論，提出了三維礦山模型的建立及其對(duì)于礦山礦石工作的應(yīng)用過(guò)程。從軟件Surpac系統(tǒng)的內(nèi)容和使用方法可以看出，它是一個(gè)非常好的采礦工程可視化三維軟件系統(tǒng)，它可以給到用戶(hù)全方位三維礦山的構(gòu)建，除去在此提到的功能，三維模型還可以運(yùn)用在更多的領(lǐng)域，值得深入學(xué)習(xí)參考以及應(yīng)用推廣，像比如估值各類(lèi)別的方式方法、交互編制采礦計(jì)劃、設(shè)計(jì)爆破孔、礦石配比等多樣化極強(qiáng)的操作，這都是系統(tǒng)功能的分支。