基于SURPAC的三维数字矿床模型构建与应用*

张小华，王建国，郭延辉，刘国寅，李鹏飞

(1.云南锡业研究院有限公司， 云南 个旧市 661000； 2.云南农业大学 建筑工程学院， 云南 昆明 650201； 3.昆明坤泽矿业技术有限责任公司， 云南 昆明 650224；4.云南省国防科技工业局研究设计院， 云南 昆明 650034)

基于SURPAC的三维数字矿床模型构建与应用*

张小华1，王建国2，郭延辉2，刘国寅3，李鹏飞4

(1.云南锡业研究院有限公司， 云南 个旧市 661000； 2.云南农业大学 建筑工程学院， 云南 昆明 650201； 3.昆明坤泽矿业技术有限责任公司， 云南 昆明 650224；4.云南省国防科技工业局研究设计院， 云南 昆明 650034)

通过收集该矿区地质勘探报告、综合平面图、地表地形图、矿体单体设计说明书、研究区范围各中段平面图等工程资料，利用Surpac三维建模软件建立了云锡集团老厂分公司13-8#矿体的三维数字化矿床模型。该模型能够直观反映矿体产状、地表地形、中段工程以及地质构造；通过矿体实体模型与数据库相交，可提取所有位于矿体内部的勘探样品；与块体模型结合，可进行矿体矿量、金属量的计算。该方法为采矿工程设计提供三维坏境，实现了矿山的可视化，为后续的采区稳定性分析及开采方法模拟研究提供了依据。

Surpac；数字化矿床模型；三维建模；矿山可视化；储量估算

数字化矿床模型[1]是实现储量计算、计算机辅助设计、生产进度计划编制、生产管理及采矿过程虚拟仿真的基础。建立真三维的地质矿床模型，在此基础上进行三维采矿设计，可以很方便的自动成图和绘制大量的任意剖切面图形，并实现地质数据的计算机化和地质采矿数据的统一、实时、在线修改和管理，从而保证采矿工程设计的质量和效率，使采矿设计工作不再滞后于生产需要[2-3]。同时，在此基础上进行经济分析，可以为矿山的生产管理和决策者提供重要的决策依据，因此对矿床可视化模拟及其三维采矿设计技术进行研究具有重要的理论和现实意义。

1 矿床模型建模流程

块体模型是矿床品位估算与储量计算的基础[4-5]，块体模型的基本思想是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为许多的单元块，然后根据己知的地质勘探样品的品位数据及其空间变异特征对填满整个矿床范围内的单元块的品位进行推算，并在此基础上进行储量计算[6]。矿床模型的构建及应用流程见图1。

2 矿群实体建模及工程应用

2.1矿群实体模型建模数据来源及分析处理

图1 矿床建模与开采设计应用基本流程

根据矿山提供的云锡集团老厂分公司地质勘探报告、综合平面图、地表地形图、13-8#矿体的单体设计说明书、研究区范围各中段平面图、各勘探线剖面图，首先用矿业工程软件[7]对所有的CAD文件进行处理，将矿体圈定线摆放到正确的坐标位置。由于矿方提供的资料两个方向都有圈定线，所以充分利用两个方向的圈定范围，相互印证，尽量使矿体跟实际吻合。圈定线空间位置关系见图2。

图2 老厂13-8#矿体地质剖面圈定线

由于矿群呈层状分布，从上至下共7层，围岩以强风化花岗岩、大理岩和变玄武岩为主，在矿群的开采过程中，强风化花岗岩对工程施工和采场作业的安全影响较大，故对13-8#矿群设计范围内花岗岩地质圈定线进行了处理，将圈定线放到正确的空间位置，并进行DTM面处理，具体见图3、图4。矿山研究范围的地表地形图经过处理后绘制成DTM面，见图5。

图3 花岗岩圈定线的空间位置

2.2 矿群实体模型建模方法

实体模型是三维矿床模型的基础[8]，计算机借此可以描述矿山信息中的矿体、巷道、地形、断层、采场、岩层等的形态及其他所属信息。Surpac中常规方法是利用一组平行剖面来连实体，在连实体过程中，两个平行剖面间可通过控制线控制剖面间实体演变趋势，这里控制线起到了局部控制作用[9-12]。事实上，存在三维空间中正交的两组剖面(纵方向与水平方向)分别在两组相交的平面中控制了矿体形态。根据探矿工程的特点，在垂直剖面上的矿体圈定结果较为客观。因此，这里以纵剖面为主体，以水平剖面来控制纵剖面间的过渡趋势连接实体。

图4 处理后花岗岩DTM地质面

以老厂13-8#矿群各地质剖面圈定线图为基础，连成该矿体的实体模型如图6所示，由图6可见，老厂13-8#矿群各层矿体形态简单，连续性好。

图6 13-8#矿群实体模型

3 矿体赋存状态分析与体积矿量报告

由图6可知，该矿群埋深800 m，属于深埋矿体，各层矿体明显呈层状产出，并且夹石厚度比较小，一侧受侵蚀花岗岩影响。通过软件的网格以及体积计算功能可以得出老厂138#矿体的体积、平均厚度、最大厚度等相关参数。从各矿体实体等厚统计结果可以得到各矿体的厚度及不同区段比例、各矿体体积及不同中段分布情况，见表1、表2。

从表1可以得知：

表1 各矿体厚度及不同区段比例

(1) 1#、3#、6#、6-1#矿体平均厚度小于3 m，属于薄矿体，而2#、4#、5#、7#厚度较大，属于中厚矿体。

(2) 经估算，13-8#矿群总矿石量为529万t，金属量(Cu)54792 t，其中厚度大于10 m以上矿石量77万t，占总矿量的15%，金属量10573 t，占总金属量的19%；厚5～10 m矿石量170万t，占总矿量的32%，金属量17098 t、占总金属量的31%；3～5 m矿石量83万t，占总矿量的16%，金属量9020 t，占总金属量的16.5%；3 m以下矿石量197万t，占总矿量的38%，金属量18101 t，占总金属量的33%。

矿体最大厚度和平均厚度的计算结果与矿山提供的地质资料基本吻合，表明所建立的矿体模型可靠。这些数据对开拓方案和采矿方案的选择和确定，具有重要指导意义。

表2 各矿体体积及不同中段分布

从表2可以得知：

(1) 13-8#矿群的资源量主要集中在1400～1550 m之间，占资源总量的69%；

(2) 经估算，资源总量为5286800 t，见表3。

4 工程实体与矿体模型整合

将建立的矿体实体模型和初步设计的开拓工程整合在一起，得到工程实体和矿体模型整合图，如图7所示。

表3 各矿体储量统计

图7 工程实体和矿体模型整合图

从图7中花岗岩、矿体、开拓设计工程的空间位置关系可以知道：

(1) 根据矿体的产状，设计布置了斜坡道、辅助斜井、溜井、平巷等工程，辅助斜井和采准斜坡道选择布置在矿体的两端，但斜坡道的具体布置形式，还应考虑是否压矿，以及结合所选择的采矿方法，并结合矿体勘探升级的情况，进一步优化设计；

(2) 溜井系统布置在花岗岩之外，成井条件好。

5 结 论

本研究应用表明，Surpac 软件在金属矿山中具有较好的适用性， 用其建立的老厂13-8#矿床实体模型具有以下实际意义：

(1) 在真三维空间直观反映矿体产状、地表地形、中段工程以及地质构造；

(2) 通过矿体实体模型与数据库相交，可提取所有位于矿体内部的勘探样品；

(3) 与块体模型结合进行矿体矿量、金属量的计算；

(4) 为后续的采区稳定性分析及开采方针模拟研究提供依据；

(5) 为采矿工程设计提供三维坏境，并随时提供任意方位的剖面等。

通过对矿山可视化三维模型的建立，能够清楚的掌握矿体的形态以及品位分布，对以后矿山的资源合理开发、经济效益的提高有着非常重要的作用。

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云南省科技厅基础研究青年项目(2016FD029)；云南省教育厅科学研究基金项目(2016ZZX108)..

2017-05-25)

张小华(1986-)，男，江西九江人，工程师，硕士，主要从事采矿工艺研究，Email：331249704 。