吉學文，潘張偉

(大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司，黑龍江 大興安嶺 165000)

隨著信息化數(shù)字化智能化礦山的發(fā)展，三維地質(zhì)模型在礦山規(guī)劃建設、生產(chǎn)管控、運營策劃過程中越來越重要。大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司利用3DMine軟件建立三維模型，應用于礦山的規(guī)劃建設，取得了較好的效果。

1 礦山概況

大興安嶺金欣礦業(yè)有限公司位于大興安嶺松嶺區(qū)，為云南馳宏鋅鍺股份有限公司的下屬礦山。目前正在開發(fā)建設岔路口鉬鉛鋅多金屬礦，該礦體儲量巨大，為特大型鉬礦床，規(guī)劃建設生產(chǎn)規(guī)模為5萬t/d，1 650萬t/a，礦山服務年限80 a。采用膠帶斜井—豎井開拓方式，大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法。

2012年礦床勘探完畢，從地表采用鉆孔進行礦床勘探，剖面線間距100 m，最深鉆孔1 500 m。岔路口鉬鉛鋅多金屬礦為斑巖型礦床，主要圍巖是花崗斑巖、石英斑巖、閃長玢巖。鉬礦體呈拉長的穹窿狀，主體隱伏。主礦體頂板埋深200～400 m。已控制礦體長2 600 m，寬360～1 260 m。礦體延深大于1 500 m，垂直厚度200～900 m。在平面上，不同標高礦體形態(tài)、規(guī)模不同。地表至300 m標高，礦體呈北東向的寬帶狀。隨深度增加，礦體寬度增大。300～0 m標高漸變?yōu)楸睎|向的橢圓狀。0～-400 m標高，礦體進一步擴大，呈東西向拉長的橢圓形，長軸1 840 m，短軸1 400 m。

該礦體礦石品位分布不均勻，總體上為上貧下富。剖面上礦體呈穹窿狀，垂向上礦體分三層結(jié)構(gòu)，上部以薄層狀低品位礦為主，中部為厚層狀，下部為巨厚層狀富礦。

2 礦體三維模型建立

2.1 地表模型建立

地表模型屬于表面建模(Surface Modeling)，在3DMine軟件中使用優(yōu)化的三角形法創(chuàng)建三維線框文件，它屬于目前三維軟件兩大流行建模方法之一的Polygon建模方式[1]。

本課題研究中，利用了測量成果——等高線、高程控制點完成地表三維模型的建立。建模過程中發(fā)現(xiàn)，3DMine軟件針對傳統(tǒng)的二維圖紙圖形開發(fā)了獨特的處理技術(shù)，可提取二維圖紙標注的等高線高程文字信息，實現(xiàn)快速為等高線賦高程，得到三維等高線，之后一步即可完成三維地表模型建立[2-6]。同時將地質(zhì)信息、地貌特征以及與工程、礦體的空間關(guān)系充分展現(xiàn)出來，便于對礦區(qū)的總體設計，礦區(qū)地表模型見圖1。

圖1 礦區(qū)地表模型 Fig.1 Mining area surface model

2.2 礦體模型建立

1)圈礦工業(yè)指標

針對礦床地質(zhì)特征、礦種與礦產(chǎn)品用途、開采技術(shù)條件、采礦工藝及礦石加工選冶技術(shù)性能等選擇確定采用礦塊指標體系進行礦體圈定。

礦塊指標體系：論證的工業(yè)指標通常以邊際品位為主，兼顧其他因素。通常在地質(zhì)統(tǒng)計學法、距離冪次反比法等估算資源儲量時采用。一般根據(jù)地質(zhì)礦化規(guī)律采用某一個品位界線(一般介于地質(zhì)上的礦化品位與工程指標體系中的邊界品位之間)圈出一個比較完整的礦化域，在礦化域內(nèi)按照一定的大小劃分估計品位的單元塊，繼而對單元塊進行品位估值，再采用邊際品位界定單元塊是礦石還是廢石，然后統(tǒng)計資源儲量，在單元塊中用邊際品位來圈定礦塊，其中起關(guān)鍵作用的是邊際品位及最小開采單元大小。單元塊(估值單元塊)是品位估值對象的礦塊，其大小應考慮礦床開采方式、采礦工藝及炮孔間距、礦體復雜程度、礦體規(guī)模，一般應大于礦床開采基本(最小)單元；最小開采單元是實際可采的最小的體積和形狀，即一次采礦(打孔放炮)的最小體積。

2)礦化域空間解譯

按照斑巖型礦床的特點，可以采用軟邊界即礦體與圍巖的界線采用品位確定的方式，也可通過巖性帶或蝕變帶范圍圈定礦化域。

本礦體研究中，主要采用蝕變帶圈定礦化域，結(jié)合三維空間剖面功能，大大提升了地質(zhì)空間解譯的可靠性以及礦化域圈定的合理性。

在實際地質(zhì)空間解譯和礦體圈連的過程中，結(jié)合工程數(shù)據(jù)庫的空間關(guān)系，形成一系列的剖面(見圖2)。

3)礦化域及夾石模型

根據(jù)本礦區(qū)一系列剖面解譯結(jié)果，包括礦化域邊界線和明確界定的夾石范圍，通過3DMine軟件的實體建模功能分別完成礦化域模型和夾石模型的建立。根據(jù)此模型確定品位和相關(guān)屬性估值范圍和約束條件，為下一步利用邊際品位確定礦體奠定基礎。

通過三維建模完成的礦化域和夾石模型如圖3所示。

圖2 礦區(qū)剖面示意圖 Fig.2 Sketch of mining area profile

圖3 礦化域和夾石模型Fig.3 Mineralization domain and the stone band model

2.3 品位模型

塊體模型是用規(guī)則的塊體(一定尺寸的長方體或立方體)充填不規(guī)則的礦化域，同時采用次級分塊技術(shù)，確保邊部塊體與礦巖界線盡可能趨于近似，從而得到礦體資源儲量的合理性和準確性。

塊體模型的屬性特別是主礦產(chǎn)品位，是通過地質(zhì)統(tǒng)計學方法進行插值，根據(jù)一定的估值和搜索參數(shù)，從而得到每個搜到范圍內(nèi)的塊體均有相應的品位值。

具體估值參數(shù)有：

1)組合樣

通過對鉆孔數(shù)據(jù)庫的分析，按照2 m等長樣品進行Mo品位組合，有效長度為1 m，選擇可采長度為2 m，夾石剔除厚度為3 m，缺失樣品按0計算，形成的組合樣文件，其中屬性1為Mo品位，屬性2為組合長度，屬性3為工程號(如圖4所示)。

2)特高品位處理

結(jié)合地質(zhì)勘探報告，選取品位0.482%為特高品位值，從而對原始的組合樣文件進行屬性計算，將其中的高品位按照0.482%代替，從而形成了處理后的組合樣文件。

圖4 估值組合樣品對比圖Fig.4 The comparison of portfolio valuation sample

3)變異函數(shù)分析

通過對上述組合樣的普通分析和變異函數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)組合樣品點數(shù)據(jù)只是在一個方向(即走向或傾向)有很好的連續(xù)性，但沒有基臺和塊金值，在另一個方向則沒有連續(xù)性，因而采用距離冪次(平方)反比法進行估值。同時將礦帶分為北西側(cè)和東南側(cè)，其中，北西側(cè)選取走向60°，傾角16°。東南側(cè)傾角為8°，長軸/次軸=2，長軸/短軸=10，最少3個樣品，最多12個樣品，并限定每個工程不多于5個樣品進行插值計算。

本次研究中，采用普通克里格法進行估值。具體的結(jié)果如圖5所示。

圖5 塊體模型示意圖Fig.5 Sketch of the block model

3 三維模型的應用

3.1 優(yōu)化前期開采部位

建立礦體模型后，利用塊體報告，計算出各中段標高之間的不同品位儲量，根據(jù)品位儲量分布情況，選擇首采中段開采位置。從-580～550 m范圍內(nèi)，按照60 m中段高度，以鉬0.06%～0.15%為邊界品位，計算出-460～-340 m中段儲量8 000萬 t以上(大于0.1%)，見表1，據(jù)此，初步確定主要首采中段為-460 m，開采品位0.14%。另外，為保證生產(chǎn)規(guī)模，上部選擇80 m作為首采中段，補充部分產(chǎn)能，使礦山投產(chǎn)初期獲得顯著經(jīng)濟效益。

表1 鉬邊界不同品位礦石儲量分布情況

3.2 優(yōu)化礦體開采移動界限

根據(jù)建立的三維模型，確定礦體的最大開采邊界線，以最低開采位置，采用充填法，移動角度70o～75o，在每個剖面上確定地表移動點，即可圈出地表移動界限。模型中礦體投影長度為2 120 m，寬度為1 600 m，高度為840 m。

3.3 優(yōu)化主體井巷工程布置

從三維模型中，可直觀看出礦體在地下的埋藏情況，礦體與地表地形、河流及其它構(gòu)筑物的相對位置。根據(jù)地表工業(yè)場地的布置，礦體礦量的分布，選擇主要井巷的位置，使地表及井下的運輸距離最短。經(jīng)過方案比較論證，礦山采用膠帶斜井—豎井開拓方案，位于礦體的南東側(cè)，距離礦體250～350 m。礦體開采系統(tǒng)模型見圖6。

圖6 礦體開采系統(tǒng)模型Fig.6 Ore mining system model

3.4 優(yōu)化采準切割工程布置

根據(jù)首采中段的位置，從三維模型中切出中段平面圖，按照品位的分布，布置中段采準巷道。首采中段為80 m和-460 m，分別從豎井開掘聯(lián)道至礦體南側(cè)沿脈道，再選擇合理位置，開掘出礦道至計劃開采礦石品位位置。采準巷道設計效率高，選擇位置合理可行。

3.5 作采礦進度計劃

依據(jù)不同品位各中段的資源量，排出采礦進度計劃。礦石品位大于0.1%，-460～-400 m，礦石量95 466 220 t，年出礦量8 250 000 t，可開采10 a。

3.6 構(gòu)建智能化開采平臺

隨著智能化裝備及大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)的發(fā)展，礦山將逐漸實現(xiàn)智能化開采。三維礦山模型的建立，為井下人員定位、設備設施實時監(jiān)測監(jiān)控、物流導航、通風系統(tǒng)監(jiān)測等提供了技術(shù)基礎，實現(xiàn)礦山開采系統(tǒng)的真三維智能化管控。

4 結(jié)論

通過對本區(qū)三維建模和品位分布的研究，特別是采用礦塊指標體系對礦化域的圈定和估值結(jié)果，在礦山建設初期，構(gòu)建礦體三維地質(zhì)模型，對礦山規(guī)劃設計，選擇礦體首采區(qū)位置、確定礦體移動界限、優(yōu)化主體井巷工程及采準工程布置、作采礦進度計劃、智能化開采等方面取得了良好的應用效果，為生產(chǎn)過程中取得較高的經(jīng)濟效益奠定基礎。同時，地表井下相對位置形象逼真，易于審查和表述，設計效率高，井巷工程選擇位置合理經(jīng)濟。