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基于surpacmae的某金銅礦床三維模型動(dòng)態(tài)品位優(yōu)化

0提高礦產(chǎn)資源的利用率三維開采模型是數(shù)字開采的基礎(chǔ)。利用三維可視化技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)軟件,建立了基于三維可視化技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)的采礦三維模型。它可以生動(dòng)地展示礦山內(nèi)部和外部形狀的空間變化,進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和資源合理利用,減少礦區(qū)開采和開采成本,提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。為此,本文利用澳大利亞礦業(yè)軟件SURPAC建立了某礦區(qū)的三維模型,包括地形模型,礦床實(shí)體模型,品位塊體模型,空區(qū)模型,巷道模型,并進(jìn)一步探討了基于該模型之上的儲(chǔ)量計(jì)算、品位優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等方面的應(yīng)用。1礦床賦存特征該金銅礦床屬巖漿巖后高中溫?zé)嵋航佑|交代型以銅為主的銅金鐵共生礦床。礦床受大理巖捕虜體及其與石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖接觸帶控制,屬隱伏礦床。捕虜體與侵入巖接觸帶為礦床主要賦存部分,也是本礦床礦體連接的主要依據(jù)。礦床由35個(gè)大小不等的礦體組成,集中分布11-18勘探線間,長(zhǎng)750m,寬57~260m的范圍內(nèi),賦存標(biāo)高為7~830m。礦體總體分布受北東向隱伏背斜控制,各礦體延伸方向與其基本一致,為10~35°。各礦體在剖面上成雁行式平行排列,平面上則相互疊置。礦體傾向北西,傾角在40~80。之間。2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)是礦床三維建模的基礎(chǔ),礦體模型和品位塊體模型的構(gòu)建、鉆孔數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、品位模型估值和儲(chǔ)量計(jì)算以及平剖面圖繪制都離不開地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。2.1初始刻槽數(shù)據(jù)分析為建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù),共收集和整理了12條勘探線上的57個(gè)鉆孔數(shù)據(jù),以及-220m至-470m之間的17個(gè)主要中段的318條刻槽數(shù)據(jù),共4571個(gè)樣品。按照Surpac軟件要求的格式,建立鉆孔孔口(刻槽起點(diǎn))表collar,測(cè)斜表survey,樣品品位表sample,并進(jìn)行了有效性檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。2.2組合樣線的形成由于品位特異值的存在會(huì)嚴(yán)重影響變異函數(shù)的結(jié)構(gòu)性,所以需要根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行特高值處理,在本研究中將大于或等于6倍平均值的品位等于平均值,然后以1m的等樣長(zhǎng)組合,得到組合樣線文件。通過(guò)對(duì)組合樣品品位數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析,得到的的結(jié)果顯示金、銅元素的品位分布基本上服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,故可采用克立格法對(duì)塊體進(jìn)行估值。3空心體定義實(shí)體模型,通常也叫外框圖,廣泛應(yīng)用在地層帶、礦體、工程設(shè)計(jì)中。實(shí)體模型是一個(gè)三維的數(shù)據(jù)三角網(wǎng),應(yīng)用多邊形聯(lián)結(jié)來(lái)定義一個(gè)實(shí)體或空心體。所產(chǎn)生的形體可形象的展現(xiàn)礦體的幾何空間形態(tài)、還可用于體積計(jì)算、在任意方向上產(chǎn)生剖面,以及通過(guò)與來(lái)自地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)相交,為品位塊體模型的建立奠定基礎(chǔ)。3.1實(shí)體建模方法礦體建模通常采用以下兩種方法:(1)在地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上組合各地質(zhì)鉆孔,根據(jù)品位、巖石性質(zhì)等重新地質(zhì)解譯各剖面的的礦體范圍和各地質(zhì)界線;(2)根據(jù)礦山已有的勘探線橫剖面圖及平面圖中圈定的各地質(zhì)界線圈定的礦體范圍生成礦體的實(shí)體模型。鑒于該生產(chǎn)礦山已有完整的各類圖紙,本研究主要采取第二種方法,綜合應(yīng)用了根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)繪制的勘探線剖面圖和根據(jù)刻槽數(shù)據(jù)繪制的中段平面圖兩類圖紙,以平面圖為主,剖面圖為輔。利用平面圖進(jìn)行實(shí)體建模的具體步驟如下:(1)在AutoCAD中打開平面圖,在世界坐標(biāo)系下,經(jīng)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng),使各點(diǎn)坐標(biāo)為大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。(2)將dxf格式的各平面圖導(dǎo)入SurpacVision中。(3)只保留礦體邊界線,賦真實(shí)標(biāo)高值,另存為線文件。(4)處理線串及線段,包括線串統(tǒng)一編號(hào)、連接線段、去除重復(fù)點(diǎn)及鄰近點(diǎn)(距離小于0.05m)、去掉交叉部分等。按照上述步驟處理所有平面圖后,采用多種礦體連接方法將相鄰水平屬性、編號(hào)相同的礦體進(jìn)行連接;最后經(jīng)過(guò)驗(yàn)證及渲染實(shí)體,生成的礦體模型如圖1所示。3.2隧道模型建立巷道及井筒等工程模型可直觀的反映礦體和工程間的空間位置關(guān)系,圖2為-320中段的巷道模型。3.3礦的開采損失量計(jì)算建立空區(qū)模型可以更好的掌握空區(qū)的基本形態(tài)、位置,便捷的計(jì)算已采礦量和保有儲(chǔ)量以及通過(guò)和礦體的對(duì)比得到開采的損失量。礦體、空區(qū)、工程模型綜合圖如圖3所示。4維產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的應(yīng)用前景三維塊狀模型是將整個(gè)礦床進(jìn)行離散化,劃分為許多尺寸相等的長(zhǎng)方體形成的離散模型,在由實(shí)體模型提供的礦體的幾何空間形態(tài)的基礎(chǔ)上,結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已知樣品點(diǎn)的品位信息,描繪出礦體內(nèi)部品位等信息的分布情況。隨著計(jì)算機(jī)在礦山的普及應(yīng)用和計(jì)算機(jī)的容量與速度的不斷提高,三維塊狀模型在國(guó)際上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。不僅被廣泛用于品位、礦量計(jì)算,也被用于露天礦最終開采境界優(yōu)化和開采計(jì)劃優(yōu)化。目前,許多優(yōu)化方法是由于三維塊狀模型的引入而產(chǎn)生的,而且當(dāng)今礦山優(yōu)化界正在進(jìn)行的各種優(yōu)化方法的研究,絕大多數(shù)以三維塊狀模型為基礎(chǔ)。在將礦床分為單元塊后,需要應(yīng)用某種方法對(duì)每一小塊的平均品位進(jìn)行估計(jì)。常用的方法有三種,即最近樣品法、距離N次方反比法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法(即克里金法)。三種方法的根本區(qū)別在于所用權(quán)值不同。在本文中僅對(duì)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行研究。4.1模型劃分及單元塊根據(jù)礦床賦存特點(diǎn)、探礦工程控制網(wǎng)度以及礦山生產(chǎn)實(shí)際,結(jié)合礦體實(shí)體模型,離散成4×4×4(m)的單元塊,整個(gè)礦區(qū)模型劃分為18540000個(gè)單元塊。4.2實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)模型礦床數(shù)學(xué)模型的建立是品位估值和儲(chǔ)量計(jì)算的基礎(chǔ),主要包括實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)的計(jì)算、理論函數(shù)的擬合和驗(yàn)證等。變異函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本工具,能反映區(qū)域化變量的基本特征,特別是能夠通過(guò)變量的隨機(jī)性來(lái)反映變量的結(jié)構(gòu)性。在本次應(yīng)用研究中,根據(jù)礦體成礦實(shí)際,確定了主軸方向、次軸方向、短軸方向,即對(duì)應(yīng)為礦體的方位角、傾伏角和傾角,選取了多個(gè)不同的搜索圓錐參數(shù),計(jì)算了多個(gè)實(shí)驗(yàn)變異函數(shù),與理論變異函數(shù)進(jìn)行擬合,選擇擬合最佳的變異函數(shù)模型,并進(jìn)行模型驗(yàn)證,結(jié)果表明,參數(shù)選擇合理實(shí)用,能用于后期儲(chǔ)量評(píng)估工作。在本文中選取的理論變異函數(shù)模型為礦山中常用的球狀模型,其公式為:式中,基臺(tái)值N反映區(qū)域變量在研究范圍內(nèi)變化的強(qiáng)度,它是最大變程的可遷性變異函數(shù)的極限值;塊金值C表示區(qū)域化變量在小于抽樣尺度時(shí)非連續(xù)變異,由區(qū)域化變量的屬性或測(cè)量誤差決定;變程表示變量的影響范圍,當(dāng)樣品距離大于變程后,區(qū)域化變量的空間相關(guān)性消失。通過(guò)計(jì)算,得到的礦體主方向的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)及其與理論變異函數(shù)的擬合圖如圖5所示。4.3克立格模型克立格法是根據(jù)代估樣本點(diǎn)(或塊段)有限鄰域內(nèi)若干已測(cè)定的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù),考慮了樣本點(diǎn)的形狀、大小和空間相互位置關(guān)系,與待估樣本點(diǎn)的相互空間位置關(guān)系,以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息,對(duì)待估樣本點(diǎn)值進(jìn)行的一種線性無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)。克立格法是一簇空間局部插值模型的總稱,包括普通克立格法、泛克立格法、對(duì)數(shù)正態(tài)克立格法、指示克立格法等,在不同的條件下應(yīng)選取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行估值。普通克立格法適用于滿足二階平穩(wěn)(或內(nèi)蘊(yùn))假設(shè)的礦床。在估值前,先新建所要估值的屬性即Au品位、Cu品位、Fe品位,然后導(dǎo)入組合樣線文件作為數(shù)據(jù)源,確定搜索橢球體內(nèi)樣品的數(shù)目范圍及橢球體的方位角等參數(shù),并導(dǎo)入存有變異函數(shù)參數(shù)的.vgm文件。其內(nèi)容見(jiàn)表1。然后在礦體實(shí)體約束內(nèi)進(jìn)行估值,估值后即可得到各塊質(zhì)心點(diǎn)的品位值,任意報(bào)告某范圍的儲(chǔ)量以及所估值的誤差即克立格方差。圖5所示為-430水平金品位分布圖,左圖為局部放大示意圖。5全礦模型的應(yīng)用應(yīng)用SurpacVision軟件建立了某礦區(qū)的三維模型,包括三維實(shí)體模型和三維塊體模型。模型真實(shí)形象地體現(xiàn)了礦體外部特征和空間分布規(guī)律,準(zhǔn)確反映了礦體內(nèi)

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