三维矿业软件在采矿行业当中的应用研究

刘小东 班峻魁 刘博

摘 要：以三维采矿软件的综合实际应用技术作为起点，从矿产资源储量估算、矿床动态管理、地下采矿方案设计以及矿场爆破设计等各个方面对三维采矿软件的应用技术进行了探讨和研究。矿业生产中要善于充分发挥软件技术的优势，科学合理地使用三维采矿软件不仅可以提高采矿业的生产设计水平，而且可以为企业管理决策提供强有力的支撑。

关键词：三维矿业软件;储量估算;采矿设计

当下一系列采矿技术革命正在进行中，例如将传统采矿技术转变为高科技和信息技术，以及创建数字化矿山模型。三维矿业地质仿真是地质学、物理学、GIS等多学科交叉而成的新学科，是加拿大的西蒙？W？霍丁于1993年首次提出的。经过多年的研究，这一学科被普遍认为是使用现代空间信息理论及技术来重构和解析地质现象和相关人为工程的技术，并在与计算机等技术融合后发展出了一系列三维矿业软件应用。三维采矿软件的投入使用为采矿业带来了工作和管理模型的巨大变化，并已成为采矿开发的强大技术工具。

一、三维矿山模型

1.1三维模型构建技术

该技术主要涵盖了线框模型、块模型、地质变量估算等技术。三维线框模型技术是形成矿山实体模型组的主要技术;块模型技术是估算矿床资源储量的基本技术。当前，规则块和可变块技术被广泛使用。地质变量估算方法目前广泛用于多种估计方法中，包括多边形法、距离幂反比法和地质统计学。

1.2三维矿山基础模型群

矿床模型是基于三维地质数据库，根据地质解释原理建立起三维矿床模型，再加上对利用矿体物理模型建立的块体模型做出的准确高效的估算，进而创立成的矿床三维模型和块模型的整合，可以体现出矿床物理特性及变化特征。根据创建程序的不同可将三维矿山模型组分为地质数据库、矿床模型、结构模型和数字地质模型，只有在建立这些模型的基础上，才能对模型进行全面的应用。

二、资源储量估算及动态管理

2.1资源储量模型

目前，采礦软件通常使用块模型作为资源储量模型，并估算和评估资源储量。块模型是矿床品位估算和储量估算的基础。创建块模型的基础原理是在三维空间中根据一定的大小把待采矿床分解为大量的单元块，根据计算结果计算填充整个矿床面积所需的单元块，以此来估计矿床的资源储量。

2.2资源储量估算

在资源储量估算过程中，主要的研究需求是合理的资源储量分类、合理的单位块大小选择、变异函数分析和评价方法研究等。

2.2.1资源储量级别划分研究

该研究以三维立体模型为基础，根据距离幂反比、地质统计学等技术方法对矿床品位进行插值。在插值块模型中，新创建了“搜索椭球半径”和“样品数”字段以记录和划分不同级别的资源储备，对应不同的地质资源可靠程度。在这项研究中，估计的资源储量水平是基于由矿床勘探规范确定的勘探类型和勘探项目之间的距离，然后基于样本点的搜索半径以及该项目涉及的钻孔或样品的数量来划分。通常情况下，搜索范围半径位于勘探网度及以下且区域内钻孔工程>=2，每个钻孔最多选取2-3个样品，将估计已探明的矿产资源储量。搜索范围半径位于勘探网度-2倍网度之间且区域内钻孔工程>=2， 每个钻孔最多选取2-3个样品，将估计控制的矿产资源储量。搜索范围半径位于勘探网度的2-4倍之间且区域内样品数≥1时，将估计推断的资产储量。

2.2.2合理的单元块尺寸研究

合理的单元块尺寸要求不仅可以满足品位和储量估算的准确性，还可以满足在计算机上快速计算和显示块模型的要求。有人错误地认为，单位区块越小，品位和储量的估算结果就越准确。但是，根据地统计学理论，在已知数据的某些条件下（即样本数和空间中样本的分布），单位块越小，会产生平滑效应，其等级的估计误差就越大。小尺寸单元块更有利于零星小矿体的划定，以及资源评价和回收。在边界处理方面，三维矿业软件一般采用块变换技术，即在构建块模型的过程中，根据各个方向设置的块变换参数对其进行细分和优化，软件自动执行块选择（根据约束范围内进行取舍，超出范围的会被去掉）。这种方式下的处理结果更接近矿体实体模型的边界。

2.2.3变异函数分析与估值方法研究。

该研究要求地质学家以综合掌握矿体产矿规则和对已有探矿数据进行统计分析和样本变异函数分析为前提，对变异函数估值模型进行确定。将估值模型与储量分类要求结合后再确定最终估值方案，并进行合理的品位估计。另外要注意，在拟合了理论变异函数之后，必须对其进行交叉验证才能用作估计的基础，同时所确定的估值参数要符合地质规律。

2.3资源储量模型更新及动态管理

资源储备模型的建立不是一劳永逸的，而是需要不断更新，以更好指导实际生产。更新的主要内容是：开采成本及市场价格的变化，导致矿体边界的变化进而导致矿体形态的变化;新增加的勘探数据的更新;主要控矿构造位置和形态变化的更新;实验变异函数及理论变异函数的拟合和交叉验证。建立矿山资源储量模型后，可以随时按固定的生产规模快速计算矿山的保有资源储量、消耗的资源储量和生产服务年限，从而实现矿山资源的动态管理。

三、地下采矿系统再现及爆破设计

3.1开拓系统模型建立

三维矿业软件具有构建三维矿山项目仿真模型的优势，并能按照现实要求或工程设计的布局、断面规格和尺寸来再现项目实体构型，虚拟开采作业。

3.2采切工程系统构模

三维矿业软件具有创建采矿和切割工程系统模型的功能，而且软件的性能更趋于成熟，能够进行自主的参数化来构建采矿及切割系统模型，例如采场、矿井结构和凿岩道等。

3.3中深孔爆破设计

三维采矿工程软件主要为扇形中深孔和平行钻孔提供爆破设计。爆破设计方案是以制定钻孔孔径尺寸、钻孔点位、起钻及终止角度、钻孔用药种类及密度等多种实际参数为参考来设计的。设计完成后的爆破方案能够供应采矿工程在三维爆破及钻探施工模型、爆破规模预估计算等方面的需要。

四、结语

通过对上述各种三维矿业软件在采矿工程中实际应用价值的研究讨论，能够得到以下共识：（1）合理有效的采矿软件应用程序可以快速、高效、准确地为矿山的决策、设计和管理提供有力的技术支持。使用采矿软件来解决矿山生产和管理中的相关问题已是大势所趋。（2）三维采矿软件用于模型构建技术和资源储量估算在动态管理、地下采矿设计、爆破设计和露天优化等诸多方面的成熟性的基础上，应进一步注重开发矿山实用功能的运用，完善矿山投资决策、生产管理、生产进度控制等各个方面，这样三维矿业软件的功能才能真正被充分挖掘使用和普及。

参考文献：

[1]朱小云.三维矿业软件在矿山生产探矿工作中的应用[J].铜业工程，2019（03）：27-28.

[2]银开州，杨兆林，徐彬.我国矿业企业三维矿业软件普及的管理制度创新[J].黄金科学技术，2018，26（01）：98-104.

[3]陈明贵.基于三维矿业软件的资源储量动态管理系统应用与研究[A].云南铜业（集团）有限公司、云南省有色金属学会：云南省科学技术协会，2016：10.