馬云鵬

（首鋼欒南馬城礦業(yè)有限責(zé)任公司）

馬城鐵礦在礦山初步設(shè)計(jì)階段已應(yīng)用3DMine礦業(yè)工程軟件，依據(jù)勘探線剖面圖建立了礦體實(shí)體模型，但是此礦體實(shí)體模型中存在大量的自相交與開放邊，無(wú)法正常參與計(jì)算。檢查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中缺失了馬城鐵礦20 世紀(jì)70 年代普勘時(shí)期鉆孔樣品mFe 數(shù)據(jù)，在前期模型的計(jì)算過(guò)程中此部分?jǐn)?shù)據(jù)被全部默認(rèn)為0值，導(dǎo)致了塊體模型局部數(shù)據(jù)失真。部分勘探線剖面圖之間的走向跨度間距超過(guò)400 m，導(dǎo)致形成的礦體實(shí)體模型棱角分明，與礦體的實(shí)際賦存情況差距較大?；谝陨显颍捌谝罁?jù)勘探線剖面形成的礦體實(shí)體模型僅能用作展示，無(wú)法用于指導(dǎo)礦山實(shí)際建設(shè)和生產(chǎn)工作。在梳理馬城鐵礦采選工程初步設(shè)計(jì)及地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)資料的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)依據(jù)解譯后的平面地質(zhì)圖生成的礦體實(shí)體模型比較符合礦體實(shí)際形態(tài)，并且通過(guò)物相分析法補(bǔ)全鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)缺失的mFe 數(shù)據(jù)樣品點(diǎn)，塊體模型數(shù)據(jù)也更符合礦體實(shí)際情況。現(xiàn)根據(jù)解譯的各水平平面地質(zhì)圖，重新建立馬城鐵礦鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)和礦區(qū)內(nèi)17 個(gè)礦體三維地質(zhì)模型，使其更加符合礦體賦存形態(tài)，且形成的塊體模型可以用于計(jì)算，直接應(yīng)用于礦山建設(shè)與生產(chǎn)［1］。

1 馬城鐵礦概況

馬城鐵礦位于河北省灤南縣東北方向20 km 的馬城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)。礦區(qū)北距離首鋼股份公司遷安鋼鐵公司58 km，南距離首鋼京唐公司78 km，礦區(qū)西側(cè)有平青大省級(jí)公路，礦區(qū)周邊道路通暢，交通便利。馬城鐵礦位于灤河沖洪積扇，地形開闊平坦，地勢(shì)北高南低，礦區(qū)內(nèi)地面海拔標(biāo)高15～20 m。馬城鐵礦采用先進(jìn)成熟的采選生產(chǎn)工藝技術(shù)，將建設(shè)成為年采、選綜合處理能力2 200 萬(wàn)t 鐵礦石的大型智能化綠色礦山。

1.1 地質(zhì)概況

馬城鐵礦區(qū)域構(gòu)造位于陰山—天山緯向構(gòu)造帶東段——燕山南亞帶山海關(guān)臺(tái)拱的西南邊緣位置，礦床賦存于司家營(yíng)—馬城—長(zhǎng)凝復(fù)式褶皺帶中。礦區(qū)內(nèi)地層為二元結(jié)構(gòu)，上覆第四系地層，厚度60～170 m，厚度由北至南逐漸增加，主要由黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)土及砂礫卵石層等組成，其中砂礫卵石層厚度大，連續(xù)性好，透水性強(qiáng)。基底為太古界單塔子群白廟子組變質(zhì)巖地層，基巖為混合巖化變質(zhì)巖，礦體為磁鐵石英巖，賦礦圍巖主要為混合花崗巖、黑云變粒巖、黑云片麻巖及角閃變粒巖等［2-3］。

馬城鐵礦均為隱伏礦體，地表無(wú)露頭。產(chǎn)狀總體呈NNW 走向，走向長(zhǎng)約6 km，傾向NW 或SW，傾角39°～56°，主要礦體在空間上大致互相平行。礦體呈層狀-似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，各礦體淺部具有較多夾石，品位相對(duì)較低，具分支、復(fù)合、膨脹、狹縮及尖滅的現(xiàn)象。礦體深部呈規(guī)則厚板狀，夾石較少，品位逐漸提高［4］。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育顯著，根據(jù)勘查探明有F1、F2、F3 3 條斷裂，對(duì)礦體產(chǎn)狀影響較大，I、II、III、V、XVI、XVII 6 個(gè)設(shè)計(jì)開采礦體全部被F2 斷裂切割，其中II 號(hào)礦體被破壞最為嚴(yán)重，3 條斷裂呈環(huán)狀包圍切割I(lǐng)I號(hào)礦體。

馬城鐵礦屬于特大型鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，勘探期間共劃分15 個(gè)礦體，經(jīng)過(guò)補(bǔ)勘工作，新增XVI、XVII 2個(gè)礦體，現(xiàn)全區(qū)劃分為17個(gè)礦體，其中I、II、III、V、XVI、XVII 為設(shè)計(jì)開采礦體。

1.2 更新地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

首先根據(jù)已有勘探鉆孔資料及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)勘探資料，重新形成地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)。將井下已施工的鉆孔和探槽視為鉆孔工程，采用曲線軌跡，坡度向下時(shí)取負(fù)值，傾角在坡度向上時(shí)取正值，整理探礦工程的樣品分析成果。數(shù)據(jù)整理完成后，形成Excel 表格，錄入3DMine軟件中，更新地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)更新檢查與處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)馬城鐵礦于20 世紀(jì)70 年代普勘礦石樣品，由于歷史原因未分析mFe（%，下同），僅做SFe（%，下同）分析；在后期賦值的過(guò)程中，若不做處理，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)其mFe 值為0，礦體局部屬性缺失，因此，需根據(jù)實(shí)際情況處理無(wú)mFe品位的樣品點(diǎn)。

通過(guò)詳勘的物相分析，求出以往基本分析樣品中mFe 的近似值。理論上全鐵（TFe（%，下同））減去硅酸鐵（SiFe（%，下同））稱之為可溶鐵（SFe（%，下同）），即SFe=TFe-SiFe?，F(xiàn)用詳勘樣品物相分析中mFe、TFe、SiFe 求出mFe 與SFe 比值，詳勘樣品中的mFe 之和除以TFe 減SiFe 之和，即∑mFe/∑（TFe-SiFe）=814.47/935.96=0.87，由此可得mFe/SFe=0.87。以此得出20世紀(jì)70年代該礦樣品點(diǎn)的mFe近似值。

數(shù)據(jù)全部處理完畢后，連接鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，同時(shí)根據(jù)品位（TFe≥20，mFe≥15）為鉆孔數(shù)據(jù)上色，將已有勘探線剖面導(dǎo)入，按開采水平60 m 一個(gè)中段進(jìn)行劃分，分水平進(jìn)行圈礦操作，確定礦體輪廓線及構(gòu)造線后，形成解譯后的各水平平面地質(zhì)圖。

2 優(yōu)化礦體建模

礦體實(shí)體模型是根據(jù)礦體輪廓線所構(gòu)建的三角網(wǎng)形成的封閉體，在實(shí)體模型構(gòu)建時(shí)，需要結(jié)合成礦理論，整合鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)、勘探線剖面圖、各水平平面地質(zhì)圖對(duì)礦體線、構(gòu)造線等地質(zhì)界線進(jìn)行解譯及圈定，確定礦體、斷層等地質(zhì)邊界線后，再形成礦體實(shí)體模型［5］。

3DMine礦業(yè)工程軟件通過(guò)平面地質(zhì)圖或勘探線剖面圖都可以建立礦體實(shí)體模型。馬城鐵礦前期形成的礦體實(shí)體模型僅參考了相鄰各勘探線礦體剖面，并由勘探線剖面圖礦體線直接相連形成模型，此操作雖然簡(jiǎn)便，但是也造成了礦體實(shí)體模型中存在大量的自相交與開放邊，導(dǎo)致此礦體實(shí)體模型無(wú)法參與計(jì)算，也無(wú)法用于實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)及建設(shè)工作。且勘探線剖面圖在走向上跨度間距過(guò)大，形成的礦體實(shí)體模型棱角分明，不符合礦體的實(shí)際賦存形態(tài)。馬城鐵礦巷道及勘探工程均分布在各水平平面地質(zhì)圖內(nèi)，各水平平面地質(zhì)圖可以隨著巷道及勘探工程的推進(jìn)做到實(shí)時(shí)更新，礦體實(shí)體模型也可以隨之更新，而勘探線剖面圖在詳勘工作完成之后，基本不會(huì)再有大的變化，礦體實(shí)體模型也無(wú)法依據(jù)勘探線剖面圖再進(jìn)行更新。因此，采用解譯的平面地質(zhì)圖進(jìn)行礦體實(shí)體模型更新與優(yōu)化更加合理。

礦體實(shí)體模型更新流程：解譯各水平平面地質(zhì)圖—處理礦體線和構(gòu)造線—清理冗余點(diǎn)—連接三角網(wǎng)—閉合三角網(wǎng)—驗(yàn)證實(shí)體—處理自相交與開放邊—復(fù)核勘探線剖面圖與鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，各水平平面地質(zhì)圖要按照礦體的走向、傾向、傾角、延伸情況及構(gòu)造發(fā)育情況來(lái)進(jìn)行解譯，之后形成的礦體實(shí)體模型才能反映真實(shí)的礦體賦存狀態(tài)［6］。如圖1、圖2所示，經(jīng)解譯后的平面地質(zhì)圖生成的礦體三維模型更加符合礦體實(shí)際形態(tài)。目前馬城鐵礦最新礦體實(shí)體模型均用解譯后的平面地質(zhì)圖重新制作生成。

3 更新塊體建模

塊體模型中的單個(gè)塊體可以進(jìn)行礦巖屬性、密度、品位等地質(zhì)信息賦值，帶有地質(zhì)信息的單個(gè)塊體共同組成塊體模型。賦值后的塊體模型可以直接參與礦體數(shù)據(jù)的計(jì)算，用于指導(dǎo)礦山實(shí)際生產(chǎn)及建設(shè)工程。

在實(shí)體模型更新完成后，首先根據(jù)更新的礦體實(shí)體模型約束并提取礦體內(nèi)部的樣品點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成礦體組合樣，為塊體模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后新建塊體模型，根據(jù)馬城鐵礦的采選工程設(shè)計(jì)，選擇單個(gè)塊體尺寸為4×4×4，次級(jí)塊體尺寸為2×2×2，可以保證塊體屬性相對(duì)精確且不對(duì)電腦造成過(guò)重負(fù)擔(dān)。之后為塊體新增礦巖屬性、密度、TFe、mFe 4 種新屬性。接下來(lái)對(duì)塊體模型內(nèi)礦石、巖石的屬性、密度（巖石2.7 t/m3，礦石3.56 t/m3）分別進(jìn)行賦值，賦值完成后對(duì)塊體模型進(jìn)行TFe、mFe 估值，估值后完成塊體模型的更新，見(jiàn)圖3。

目前3DMine軟件中礦體品位的賦值方式有距離冪次反比、最近距離法、普通克里格法、簡(jiǎn)單克里格法、泛克里格法、指示克里格法等，鑒于馬城鐵礦礦體連續(xù)性較好，礦體品位變化系數(shù)較小的賦存特點(diǎn)，現(xiàn)采用距離冪次反比法進(jìn)行估算［7］，設(shè)置冪次位為2，依據(jù)磁鐵礦礦石邊界品位20%的原則，將TFe≥20%，mFe≥15%設(shè)為礦石，使用屬性數(shù)學(xué)計(jì)算功能為塊體賦值［8］。

采用3DMine 計(jì)算，經(jīng)解譯平面地質(zhì)圖生成礦體實(shí)體模型，計(jì)算礦體儲(chǔ)量與補(bǔ)勘報(bào)告基本一致，3DMine生成礦體實(shí)體模型儲(chǔ)量計(jì)算值與補(bǔ)勘報(bào)告儲(chǔ)量單個(gè)礦體最小差值為0.78%，最大差值為4.48%，且礦體實(shí)體模型更加符合礦體實(shí)際形態(tài)。經(jīng)對(duì)缺失mFe數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，大型礦體品位估值與勘探報(bào)告基本一致。結(jié)果表明，3DMine 可以相對(duì)準(zhǔn)確地對(duì)礦體儲(chǔ)量及品位進(jìn)行估值，后期正式生產(chǎn)后也可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)對(duì)礦體儲(chǔ)量及品位進(jìn)行修正。

4 結(jié) 論

3DMine可以根據(jù)勘探線剖面圖或者平面地質(zhì)圖來(lái)生成三維模型，其中依據(jù)勘探線剖面圖生成的三維模型更加簡(jiǎn)便，但是問(wèn)題也更多，根據(jù)解譯后的平面地質(zhì)圖生成的礦體實(shí)體模型更加符合礦體實(shí)際形態(tài)，進(jìn)行品位估算、儲(chǔ)量計(jì)算等，數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確。其品位估算和礦石儲(chǔ)量計(jì)算的結(jié)果完全可以作為采場(chǎng)礦石回采、供配礦以及計(jì)算損失率貧化率的基礎(chǔ)資料，輔助指導(dǎo)日常生產(chǎn)。更新優(yōu)化后的礦體實(shí)體模型及塊體模型將有效提升礦山建設(shè)水平，提高施工及生產(chǎn)效率，推動(dòng)馬城鐵礦實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山進(jìn)程。