基于DIMINE三维可视化技术在矿床地质中的应用.pdf

SerialNo . 495 July . 2010 现 代 矿 业 MORDEN M I NI NG 总 第 495期 2010年 7月第 7期 蒋渊和 1975- , 男, 工程师, 副科长, 237464安徽省霍邱县。 数字矿山 基于 DIM INE三维可视化技术在矿床地质中的应用 蒋渊和 1 陈忠强2, 3 王李管 2, 3 1. 安徽霍邱诺普矿业有限公司; 2. 中南大学数字矿山研究中心; 3. 中南大学资源与安全工程学院 摘 要 基于三维可视化技术的地质编录优化以及利用地质统计学进行的矿床储量统计分析, 可以较准确的反映矿床资源状况。结合 DI M I NE软件技术在安徽霍邱吴集铁矿的应用, 介绍了三 维可视化建模技术在矿床地质资料分析与优化工作中的应用与发展。 关键词 地质数据库; 地质编录; 地质统计学; 三维可视化 中图分类号 P628 文献标识码 A 文章编号 1674 6082 2010 07 005104 Application of 3D V isualization Technology in DepositGeology based on DIM INE Jiang Yuanhe 1 Chen Zhongqiang2 , 3 Wang L iguan2, 3 1 . AnhuiHuoqiu Nuopo M ining Co . ,Ltd;2 . DigitalM ine Research Center of Central South University ;3 . The School ofResources and Safety Engineering of Central South University Abstract Geological logging opti m ization based on 3D visualization technology and deposit reserves statistics and analysis which by using geological statistics could relatively accurate reflect deposit re sources status . Combine w ith the application ofDI M INE soft ware technology atWuji iron ore inHuoqiu, Anhui province ,the application and develop ment of 3D visualizationmodeling technology in deposit geo logical data analysis andwork opti m ization are introduced . Keywords Geological database ; Geological logging ; Geological statistics; 3D visualization 矿床地质资料是随着生产的不断进行而逐步完 善的, 这其中需要投入大量工作去更新或重新诠释 地质赋存。三维可视化技术可以为地质诠释的更新 与优化提供一个更加稳定、 快速的平台, 且基于地质 统计学的储量估算分析, 可以在更新的基础上较准 确反映资源状况。三维地质模型的建立能够很好地 反映出矿体与周边岩体的相互关系及各地质体的赋 存状态, 为以后的采矿设计工作提供方便 [ 1]。笔者 以安徽霍邱吴集铁矿为例, 介绍了基于 DI MINE的 矿床三维可视化建模技术在地质可视化诠释以及地 质资料计算机分析与优化的应用, 阐述了数字技术 对于矿床地质工作的意义。 1 区域地质概况 该铁矿床位于安徽霍邱县境内, 矿床处在淮河 II级阶地区, 阶面平坦, 海拔高度 40 57m。西部为 剥蚀构造丘陵区, 自南东向北西延展, 丘陵顶面南高 北低, 标高一般为 70 150m, 最高点达 419 . 41m。 矿床所在范围内的地表均为第四系所覆盖, 其下分 布有上太古界霍邱群、 上元古界青白口系、 中生界侏 罗系等地层。矿体分布范围南北长约 3 200m, 东西 宽 50 300m, 平均 150m, 矿体埋深 - 36 665m, 赋 存标高 - 33 - 663m, 沿倾向延深 170 550m, 平 均 360m 左右。矿体形态呈似层状及透镜状产出, 沿走向、 倾向矿体时见膨胀、 收缩、 分叉、 复合现象, 并有尖灭、 再现等特征, 尤其受成矿后的构造运动使 矿体形态更为复杂, 矿体一般浅部厚, 沿倾向到深部 变薄, 局部有增厚的趋势。 2 DI M I NE简介 DI M I NE软件是目前行业应用较多的大型矿业 专用软件之一。软件功能主要包括矿床地质建模、 储量计算、 测量数据的快速成图、 地下矿开采系统设 计与开采单体设计、 回采爆破设计、 露天矿境界优化 与开采设计、 矿井通风系统网络解算与优化到各种 工程图表的快速生成等。DI M I NE软件在工程设计 51 中的应用越来越广泛。 3 地质数据分析 矿床地质资料主要包括钻孔编录信息以及地质 储量信息等。DI M I NE地质数据分析主要内容包括 建立地质数据库、 钻孔二次编译及建立矿床模型分 析。首先要根据钻孔编录信息建立钻孔地质数据 库, 然后由 DI M I NE形成真三维钻孔轨迹模拟, 在完 成钻孔编译的基础上, 根据形成的地质平剖面图, 建 立三维可视化矿床模型。 3 . 1 地质数据编录 地质数据库就是将不同的地质数据信息按照一 定的关系有机地组合在一起, 共同表示钻孔完整信 息的数据集合 [ 2]。DI M INE 中数据库按照孔口坐 标、 测斜信息、 样品信息以及岩性记录 4个文件方式 显示钻孔轨迹于视图, 所以在数据分析前期要将钻 孔记录数据分别以 4个文件对应格式录入。通常在 建模的时候只要有钻孔孔口坐标、 测斜以及样品信 息即可完成钻孔轨迹的三维显示。本次建模没有参 考岩性记录, 3个文件格式见表 1 表 3。 表 1 钻孔孔口文件 字段名数据类型 说明 DM HOLEN /A钻孔名称 DMEASTN孔口东坐标 DM NORTHN孔口北坐标 DM RLN孔口高程 N为数值型; A 为字符型。下同 表 2 钻孔测斜文件 字段名数据类型 说明 DM HOLEN /A钻孔名称 DMDEPTHN测斜位置 DM AZI MUTHN测斜方位角 DMDIPN测斜倾角 表 3 钻孔样品文件 字段名数据类型说明 DM HOLEN /A钻孔名称 DMFROMN从孔口到样品顶端距离 DM TON从孔口到样品底端距离 DMSAM PLEI DN /A样品工程号 DM GRADEN元素品位 此次数据库模型钻孔包括勘探以及巷道工程共 272个, 原始样品 4 428 个。在完成钻孔轨迹三维可 视化后, 可以在同一视图中显示钻孔岩性、 品位、 方 位信息, 同时可以对钻孔信息进行随时更新, 为钻孔 编译提供方便。钻孔轨迹见图 1 。 3 . 2 钻孔二次编译 在生产过程中, 生产勘探往往会获取到比原始 地质设计资料更为详细的地质赋存信息。在大多数 情况下出于经济效益考虑, 工程人员会对钻孔编录 做局部修改, 或在完成坑探以及槽探基础上对控制 矿体进行更详尽的诠释。DI M I NE软件提供了在三 维环境下进行钻孔编录信息修改功能, 一方面可以 在利用数据信息将钻孔轨迹虚拟显示的基础上, 根 据对应的岩性以及矿石品位赋存二次编译控制矿体 的轮廓; 另一方面可以利用软件提供的动态品位重 组功能, 对局部不满足地质矿体圈定原则但有较大 经济效益的特高品位钻孔段进行重新编译。通过二 次编译可以将单一编录钻孔中特高品位段与低品位 段进行组合, 使得矿体可采厚度达到生产要求, 同时 组合后的平均品位满足工业开采要求。动态品位组 合见图 2 。 钻孔品位编译主要参考数据有矿石边界品位、 工业品位、 特高品位、 最小可采厚度、 夹石剔除厚度、 最低米百分率以及废石品位。钻孔品位组合, 由高 品位段向低品位段扩展时, 当前整体组合段的平均 品位以及总长度会通过计算机快速计算自动显示。 本次工程钻孔品位组合应用主要集中在少量钻孔编 录的重新优化, 基于三维视图的品位组合, 使得工程 人员可以在同时看到多个参考信息的情况下, 做出 判断并快捷设计成图。 3 . 3 矿床实体建模 在完成钻孔编录后, 根据勘探控制的矿体轮廓 建立矿 床 实体 模 型。建 模 以 T I N [ 3] 技 术 中 的 Voronoi图与 Delaunay三角形算法为原理, 该算法建 立的是一个三维空间分段线性模型, 根据区域有限 52 总第 495期 现代矿业 2010年 7月第 7期 点集将区域划分为相连的三角面网络, 区域中的任 意点落在三角面的顶点、 边上或三角形内。T I N的 数据存储方式不仅要存储每个点的高程, 还要存储 其平面坐标、 节点连接的拓扑关系, 三角形及邻接三 角形等关系。矿床实体模型见图 3 。 图 3 矿床实体模型图 图 3所示为现控制等级较高的矿体与整个矿区 矿体拟合图。由模型可以得出现有控制开采矿体与 整个矿体空间位置一致, 只有小部分区域有所不同, 在一定程度上可以反映现阶段生产开采在整个矿区 规划中所处的位置。本次建模主要包括矿区小钻控 制的 1 52线共 29个剖面, 以及有大线 16 48线 的 1、 2、 3以及零星矿体共 14个剖面, 矿体揭 露深度在 - 250m 左右。建立的矿体模型与地质报 告中所诠释的基本一致, 三维矿体实体模型能反映 矿体的成矿规律, 利用三维可视化技术实现对地质 实体的计算机诠释, 从一定程度上实现了地质资料 的计算机化存储, 且在生产勘探不断获取地质资料 的同时, 实现地质资源的动态更新与管理。 4 地质储量统计分析 随着计算机技术的不断发展, 基于地质统计学 理论的地质储量估算逐渐受到重视并广泛应用。其 根本的宗旨是根据已知勘探控制工程, 建立地质体 中元素变异分布数学模型, 利用计算机快捷、 精确的 计算实现对未知区域矿体参量的估计。目前, 应用 较为广泛的是距离幂次反比法以及地质统计方法。 本次工程分别以两种方法估值并将结果进行了简单 比较。 4 . 1 统计原理简介 距离幂次反比法 [ 4] 的本质是一种以空间距离 为参量的内插值方法, 基于在计算插值点取值时按 距离越近权重值越大的原则, 用若干临近点的线性 加权来拟合估计点的值。距离幂次反比法的幂次不 同, 则有不同的适用范围和估值效果。 相对于距离幂次反比法, 基于地质统计学 [ 5]的 储量估算又名克立格法经过了长期的发展和完善, 克立格法可以定量评价区域化变量的空间结构性, 通过定义变异函数数学模型对未取样位置处的区域 化变量进行估值。地质统计学法通常被认为是一种 较好的储量估值方法, 尤其适用于品位变化大, 矿岩 界线由品位控制的矿床。 在估值过程当中, 统计方法的实现是建立在块 段模型 [ 6] 基础上的。所谓块段模型其实质是采用 一系列相同尺寸的立方块来表达矿体。块段模型的 品位信息存储在块段的中心点, 这样在整个矿床中, 地质品位分布成为以每个块段中心为基础单元的样 品点集合。为了更好地拟合矿体边界, 在初始定义 块段的基础上, 可以建立尺寸更小的次分变块模型。 矿床块段模型见图 4 。 图 4 矿体块段模型 统计方法本身并不能增加已知信息量, 品位与 矿量估算的准确程度主要取决于已知信息量的大 小。所以, 在对矿床进行初步评价或是数据量不足 时, 估值选用较简单的方法如距离幂反比法, 当有了 足够的控制数据, 对矿床进行正式可行性评价时, 选 用地质统计估算。 4 . 2 地质储量评估 本次储量估值中块段模型原型在 X、 Y、 Z 三个 方向的尺寸为 636 、 1585、 235m。单元块尺寸选择主 要依据矿床规模和空间形态、 勘探网度和拟采用的 开采方式。根据矿体的空间产状特点和探矿工程控 制情况, 此次单块模型尺寸选用 8m ∀ 4m ∀ 4m, 边界 次分 4m ∀ 2m ∀ 2m。在统计生产控制矿床地质储量 时, 按照不同的边界品位进行全面的统计分析, 同 时, 因为统计方法的多样性, 本次估值采用克里格方 法与距离幂估值对比进行。地质储量估算结果见表 4 。 边际品位与矿量以及平均品位的关系见图 5 、 图 6 。 由表 4以及边际品位对比图可以看出, 估值结 果基本上是比较准确的, 各品位分布规律也是比较 符合实际的, 但由于两种方法在进行估值时遵循的 规则以及适应情况不同, 导致结果有较小的差异。 本次估值中利用地质统计法估算的结果更符合矿体 赋存状况, 在品位分布上更能细节化表达矿体变化, 故采用地质统计估算结果, 矿体整体估算储量 10 023 . 72万 , t 平均品位 28 . 3 。与原始地质报告 53 蒋渊和 陈忠强等 基于 DI M I NE三维可视化技术在矿床地质中的应用 2010年 7月第 7期 相比, 其中平均品位误差均保持在 3 以内, 储量估 算误差在 5 以内, 估算结果与原始地质报告基本 一致, 可以成为工程设计重要参考依据。 表 4 不同的边际品位统计矿床地质储量 边际 品位 / 克立格法 矿量 /万 t 平均品位 / 金属量 /t 距离幂反比法 矿量 /万 t 平均品位 / 金属量 / t 边际 品位 / 克立格法 矿量 /万 t 平均品位 / 金属量 / t 距离幂反比法 矿量 /万 t 平均品位 / 金属量 /t 20310228 . 3467487932173105. 32 28. 397988818469 213098 . 68 28 . 3551887863743105. 27 28. 398088818382 223094 . 84 28 . 3636387780903101. 31 28. 406738809789 233088 . 37 28 . 3758187635233066. 62 28. 472138731332 243063 . 128 . 4154287039782966. 52 28. 637538495368 252959 . 04 28 . 5519984486462731. 79 28. 986177918406 262691 . 87 28 . 8494677659022419. 829. 433577122344 272274 . 29 29 . 2744166578392070. 7729. 92536196852 281717 . 27 29 . 8435251249291656. 6530. 52725057298 291119 . 6130 . 5653634221391215 . 96 31 . 258983800976 30633 . 4731. 411989740829 . 2632 . 089392661031 31342 . 932 . 228251105121554 . 5732 . 889671823959 32158 . 5333 . 15414525581 . 7357 . 8633 . 661941204617 3379 . 7933 . 86309270198 . 2220 . 5434 . 40808758818. 8 3427 . 1634 . 6879294213 . 5125 . 4535 . 11252440496. 4 355 . 3235 . 5158418902. 3851 . 6736 . 04956186230. 3 360 . 71836 . 383932612. 65715 . 9737 . 1868559375. 2 370 . 08437 . 12949313. 66997. 3938 . 1342528188. 84 体重 3 . 3t/m3。 5 结 论 矿山数字化是对实现矿业稳定、 高效以及可持 续发展有重要意义。利用三维可视化技术可以实现 矿床地质资料数字化存储以及地质储量动态管理与 更新, 基于统计理论的储量估值方法与步骤准确、 可 靠, 可以为地质设计人员提供有效参考。随着计算 机技术在矿业的应用越来越广泛, 三维数字化软件 在矿床地质中的应用可以较大程度地提高人员设计 效率, 促进资源分析与评价, 对提高资源合理利用以 及实现企业利益最大化起到巨大的推动作用。 DI M I NE数字化软件应用也将越来越广泛。 参 考 文 献 [ 1] 郝晋会, 郝秀强. 矿床三维可视化构模技术研究及应用 [ J]. 矿 业研究与开发, 2008 , 28 1 49 51. [ 2] 易法令, 郑晓颖. TI N 的生成和存储算法 [ J]. 微机发展, 2001 3 9 11 . [ 3] 谢秋生. 矿山动态数据库的开发及应用 [ J]. 矿冶工程, 2006 2 18 20. [ 4] 王 铁, 金智求, 王志宏. 距离幂次反比法的改进及参数优选 [ J]. 中国矿业, 1994 , 13 4 47 50. [ 5] 房智恒, 王李管, 冯兴隆, 贾明涛. 基于地质统计学的矿山储量 估算 [ J]. 矿业快报, 2008, 474 10 28 31 . [ 6] 毕 林, 王李管, 陈建宏, 冯兴隆. 基于八叉树的复杂地质体块 段模型建模技术 [ J]. 中国矿业大学学报 2008, 37 4 532 537. 收稿日期 2010 0428 上接第 32页 因主要有 煤与矿物接触面积较 大, 较充分; 煤与矿物反应速率要快于煤气, ∃ 煤 气的还原是从炉内上表面矿物向底部矿物逐步进 行, 煤的还原存在于整个炉内; 采用煤既存在 C 还原反应, 又存在 C自身生成 CO, CO继续还原赤 铁矿。 4 结 论 1通过对东鞍山含碳酸盐难选矿石的菱铁矿 中矿进行还原焙烧 磁选试验, 结果表明, 煤为还原 剂时, 最终精矿指标为 磁精矿品位为 60 . 31 , 回 收率为 87 . 49 。 2还原焙烧 磁选的最佳条件为 煤做还原剂 时, 焙烧温度为 650 , 焙烧时间为 5m in , 煤占比为 3 , 磁场强度为 118kA /m, 二段弱磁磨矿细度为 - 0 . 0375mm占 75 。 参 考 文 献 [ 1] 张兆元, 吕振福, 印万忠, 韩跃新. 东鞍山铁矿石中菱铁矿对反 浮选的影响 [ J]. 金属矿山, 2008 10 52 55. [ 2] 张 明, 刘明宝, 印万忠, 韩跃新, 李艳军. 东鞍山含碳酸盐难 选铁矿石分步浮选工艺研究[ J]. 金属矿山, 2007 9 62 64 . [ 3] 张洪恩等. 红铁矿选矿 [M ]. 北京 冶金工业出版社. 1983. 收稿日期 2010 0512 54 总第 495期 现代矿业 2010年 7月第 7期