3DMine软件在司家营铁矿的应用

王月军　李富平　王建华　张　端

(1.华北理工大学矿业工程学院；2.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)



3DMine软件在司家营铁矿的应用

王月军1,2李富平1王建华2张端2

(1.华北理工大学矿业工程学院；2.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)

摘要司家营铁矿运用3DMine软件建立了地质数据库，构建了地表模型、实体模型及块体模型，并广泛应用于编制生产计划、爆破设计、供配矿管理及采剥量核算等工作，提高了司家营铁矿生产管理效率。应用3DGPS模块实现了矿山生产设备的动态掌控及合理调配，矿山效益显著提升。分别对司家营铁矿上述应用成果进行详细分析，供类似矿山参考。

关键词3DMine三维地质模型生产计划爆破设计供配矿采剥量

运用矿业工程软件建立的三维模型能够完整准确地表述各类地质现象，快速直观地展现地质体空间分布及相互关系，可为矿山动态管理和合理利用资源提供依据[1-3]。本研究以司家营铁矿为例，详细分析3DMine软件在该矿山三维地质模型构建、生产动态管理等方面的应用成果，为类似矿山提供参考。

1司家营铁矿概况

司家营铁矿位于河北省唐山市滦县境内，是我国大型露采金属矿山之一，隶属于河北钢铁集团矿业有限公司，2007年10月正式投产，设计年产矿石600万t。司家营铁矿采用大型机械化生产，主体铲装设备为WK-10型10 m3电铲，运输设备采用130、180 t别拉斯矿车，目前有9个台阶同时作业，生产管理组织复杂。司家营铁矿属鞍山式沉积变质性铁矿床，矿体呈层状、似层状、透镜状产出，矿体厚度一般数米至数十米，最厚约80 m。矿体赋存情况复杂多变，沿走向有明显的膨缩现象，受构造及侵入岩影响，矿体形态复杂，分支复合状况较多。

23DMine应用成果

2.1地质数据库构建

根据地质数据库建立要求对司家营铁矿历次勘探的钻孔资料进行整理，按一定格式分别录入钻孔定位表、测斜表、品位表和岩性表，对数据校验无误后，导入3DMine软件，建立钻孔数据库。司家营铁矿钻孔数据库包括121个钻孔定位信息、944条测斜记录、2 361条岩性数据、8 235个品位信息。按照相同录入原则，将日常生产炮孔的位置、品位等信息进行整理，建立岩粉数据库，该类数据库更加贴合生产实际，广泛用于实体模型和块体模型的更新工作。

2.2三维地质模型构建

2.2.1地表模型

地表模型一般由若干地形线和散点生成。采用CAD软件绘制的地形图，除高程点外，其余图元均不包含高程信息，因此在导入3DMine软件后，应对线条赋予高程信息。对线条赋值时，首先剔除示坡线、线杆、管道等无用线条，保留坡顶坡底线，通过搜索参考高程点，给坡顶坡底线赋予高程信息；然后利用坡顶坡底线及高程点生成DTM面即地表模型，此外，应用3DMine软件的实体建模功能也可建立矿区建筑物模型。司家营铁矿地表模型见图1。

图1　司家营铁矿地表模型

2.2.2矿体实体模型

实体模型是由一系列在依附点上的三角片封闭形成空心体，通过中段图、平面图或剖面图都可建立矿体实体模型。以勘探线剖面图为依据建立的矿体三维模型，因其在走向上跨度较长，连接后的实体往往棱角分明，与矿体的实际情况可能有所出入。平面图、中段图由于已经过地质解译，并且在连接实体时纵向上仅有1个台阶高度，利用其建立的矿体实体模型较贴近实际，矿山生产中多采用该类模型，司家营铁矿矿体实体模型见图2。

图2　矿体实体模型

实体模型构建时应首先进行矿体、断层等地质界线解译及圈定。地质界线解译应按照成矿理论对照钻孔资料逐剖面、平面对矿体、地质构造进行地质解译，并圈定矿体、夹石、断层等地质边界线。在此过程中，须参考相邻剖面(平面)，便于下一步顺利相连形成模型。为确保实体模型真实反映矿体的延伸情况，可适当添加点和一些控制线。

2.2.3块体模型

为提高块体报量的准确性，司家营铁矿块体尺寸定为4 m×4 m×2 m，次级块尺寸2 m×2 m×1 m，主要属性有矿岩属性、TFe、FeO、矿体号及密度等。在进行矿块估值时需进行变异函数的计算和分析，针对不同的方向分别进行估值。3DMine软件提供了地质统计模块可用于确定相关参数。在进行各方向的变异函数计算分析时，一般将分布于某个方向一定范围内的样品点参与该方向的变异函数计算。利用3DMine软件提供的“按属性着色”命令可对块体模型的品位或其他字段配色，可直观地浏览块体的品位分布及需突出显示的信息。在利用块体报储量时，通过添加逻辑约束，可按台阶、矿岩属性等条件分别报告相应的储量及品位。

2.3采剥计划编制

编制生产计划的基本思路是确定各采剥方向和开采边界线、核算岩矿采剥比、调整矿石质量指标、确定开拓位置、采剥先后顺序等。长期计划主要是年度采剥计划，司家营铁矿运用3DMine软件编制了5 a采剥计划。利用3DMine软件创建排产模型，根据年度计划采剥量在排产模型中绘制出不同年份的回采线，并根据矿岩量、矿石品位等指标，调整采剥进度，使之满足计划要求。由于利用排产模型生成的计划线为折线，需对计划线“清理钉子角”，使之满足出图要求。中短期计划主要包括季、月、日采掘计划，司家营铁矿运用3DMine软件完成了该类计划的编制。编制中短期计划目的是指导采矿生产，对模型准确性要求较高，因此，主要依据由岩粉数据库和平面图创建的实体模型和块体模型编制中短期计划，另外，编制短期计划还需及时更新地表模型。司家营铁矿年度、月度计划分别见图3、图4。

图3　司家营铁矿某年度采剥计划

图4　司家营铁矿某月采剥计划

2.4爆破设计

首先运用3DMine软件预先模拟爆区的地质形态，在此基础上，设置孔深、孔间距、排间距等参数，布置炮孔；然后通过设置装药参数、设计装药、连接起爆网路、设置起爆点等操作模拟爆破过程(图5)，并对抛郑方向及起爆时间进行分析，进而选取最优爆破参数。

图5　某爆区模拟起爆网络

2.5供配矿

3DMine软件在配矿中的应用有3个方面：①根据采剥计划建立配矿方案；②编制炮孔图，指导铲装；③利用3DGPS模块监控、调度设备，实现入料配矿均衡。根据月、旬采剥计划，利用3DMine软件创建配矿方案，综合考虑出矿品位、日采矿量、各出矿点矿量等条件，生成各供矿点配比信息，据此指导分配铲运设备。在完成矿体实体更新后，利用建立的岩粉数据库编制爆区矿石质量分布图。爆区矿石质量分布图包括爆区三维图、平面位置图、矿石品位信息、开采建议等内容，爆区三维图可直观地展现整个爆区的矿岩分布、夹岩厚度等信息，平面位置图则精确显示爆区位置。将所有爆区按其在采场的位置汇总编制采场爆区位置图，在图上标注爆区矿量、矿石品位等信息。在铲装过程中，电铲司机可根据该类图件，对矿岩走向进行预判，从而减少矿石损失和岩石混入。

3DGPS模块可实现GPS卡调系统在三维界面的运行，能够自动演示并记录设备的运行路线，查看单个设备的类型、编号及当前所在位置的地质信息(图6)。通过导入的块体模型，可对每台设备所处位置的矿岩属性进行区分，统计矿石品位。通过3DGPS模块可实现生产或设备的实时监控和调度。

图6　司家营铁矿3DGPS实时监测系统

2.6采剥量核算

利用3DMine软件建立的表面模型，通过任意2个面或面与实体的交并布尔运算，可精确计算封闭体的体积和表面积。该模型被广泛应用于计算排土场的体积、采场填方及挖方量等方面。司家营铁矿运用较多的是每月生产设备的采剥量核算方法，该方法首先根据前后2个月地形变化圈定生产设备的作业区域；然后用该区域约束前后2个月的地表模型，计算出每个生产设备的填挖方量；最后根据矿岩密度计算出采剥矿(岩)量。

2.7尾矿库库容测算

司家营铁矿尾矿库一期工程设计服务年限为9 a，目前已接近最大服务年限，二期工程正有序建设，为确保尾矿库生产与建设的有序衔接，对尾矿库一期工程剩余库容进行测算。参考尾矿库现状及初步设计资料，选取正常库水位和干滩长度，建立尾矿库现状模型及模拟闭库模型，依据建立的模型计算尾矿库剩余库容，在此基础上，按照每月尾矿排放量测算服务期限。

3结语

详细分析了3DMine软件在司家营铁矿生产管理中的应用成果，该软件以三维的组织形式及运算方式，大幅提高了矿山生产管理的工作效率，利用该软件建立的矿山三维模型，可及时、准确地反映矿产资源的动态情况，为矿山设计、生产组织提供准确依据。

参考文献

[1]姜琳.基于3DMine软件的木塔寺油页岩矿体三维建模[J].现代矿业，2016(1)：150-151.

[2]霍根虎，刘景玉.3DMine矿业软件在马兰庄铁矿的应用[J].露天采矿技术，2008(6)：49-53

[3]胡建明.3DMine矿业软件在地勘工作中的应用[J].矿产勘查，2010(1)：78-80.

(收稿日期2015-09-22)

王月军(1987—)，男，工程师，硕士研究生，063700 河北省唐山市滦县响嘡镇。