地浸矿山四维资源储量动态管理方法研究

张丽丽，霍晨琛

(中核矿业科技集团有限公司，北京 101149)

矿山资源储量动态管理是通过编制矿山资源储量年报，及时反映矿山资源储量的分布、数量、质量及其变化情况，可实现矿产资源合理开采，提高资源综合利用率。自2006年全面实施矿山储量动态管理制度以来，形成了一些典型经验；同时也发现了诸多问题，如矿山储量年报数据可靠性不足[1]，数据整理任务繁重，管理和技术人员欠缺[2]，人员衔接性不够等。另外，由于地浸开采方式的特殊性，目前对其资源储量动态管理的研究尚少。

目前矿山储量管理主要是采用制图软件(AutoCAD、ArcGIS、MapGIS等)制作储量计算图件，再单独建立包含储量计算数据和结果的文件，储量计算图件与储量计算数据之间是互相分离的[3]，无法实现管理结果与数据和图件之间的联动和动态更新。部分矿山在储量动态管理的过程中借助矿业三维软件，相比传统二维制图模式有一定的先进性、直观性[4]；但模型和数据依然是分离状态，不同阶段的模型无法直接进行实时资源储量的动态计算和管理，仍需技术人员对资源储量数据进行分析、统计、汇总，才能达到动态管理的年报要求。

金属矿山的开采常采用露天开采和地下开采方式，这2种方式都会产生矿石的位移，形成采空区，因此开采量实质上是通过测量采空区体积和采场内部品位的变化情况，计算得到的[5]。原地浸出采铀是通过钻孔工程，借助化学试剂，从天然埋藏条件下把矿石中的铀溶解出来，而不使矿石产生位移的集采、选、冶于一体的铀矿开采方法；是对可地浸砂岩型铀矿按一定网度布置工艺钻孔，从注液孔注入溶浸剂，使溶浸剂与铀进行充分反应，经抽液孔将浸出液提出地表，并在地表工厂进行铀萃取的过程[6]。

原地浸出采铀方法与传统采矿方法不同，地浸开采矿山不会产生采空区，其开采量计算方式不同于露天开采和地下开采。在原地浸出采铀方法中，开采量是通过测量抽注液量和浓度，计算得到的。

地浸矿山四维资源储量动态管理方法，是基于自主研发的四维资源储量动态评价系统，在三维空间上引入时间概念，充分利用B/S架构，结合资源储量动态管理要求和地浸开采特点，建立的地浸开采矿山四维资源储量动态管理方法。用户可以分部门上传和管理基础数据库，建立矿体及生产模型，及时了解资源储量保有情况，各相关时间节点间的模型可自动运算，使矿山生产过程中的模型及数据信息形成一部“连续剧”，从而得到满足资源储量年报要求的报表。

1 地浸矿山四维资源储量动态管理内容

地浸矿山储量动态管理的主要内容:累计查明资源储量；重算增减资源储量；勘查增减资源储量；计算开采量和保有资源储量[7]。

累计查明资源储量是经过相关的地质勘探工作验证的资源储量，累计查明资源储量等于期初查明资源储量、重算增减、勘查增减三者之和。

保有资源储量是指累计查明资源储量扣除开采量和损失量后的资源储量，即保有资源储量等于期初保有资源储量、重算增减、勘查增减三者之和，再扣除开采量和损失量。

2 地浸矿山四维资源储量动态管理方法

2.1 动态数据管理

基础数据是矿山资源储量动态管理的根本，建立矿山资源储量动态评价数据库是提高矿山储量年报数据可靠性的途径，四维资源储量动态管理方法中基础数据管理的特点体现在数据的分权限和分阶段上传与管理。

2.1.1 数据分权限管理

地浸矿山四维资源储量动态管理基础数据包括地质勘查信息、地表数据、生产探矿信息、开采数据、成本数据等，矿山企业可根据不同部门的职责，赋予不同部门相匹配的权限，实现数据的实时分权限上传与管理。

2.1.2 数据分阶段管理

四维资源储量动态管理是在三维模型基础上引入时间概念，随着时间的推移，矿山生产过程中的工程数据、生产数据、资源数据和成本数据等都不断递增；将数据按照不同阶段进行动态管理，可还原矿山每一个阶段的勘探和生产情况。

动态数据的分权限和分阶段管理如图1所示。

图1 动态数据管理架构

2.2 勘查增减资源储量

勘查增减资源储量是由于地质勘查和生产探矿等活动引起的资源储量增减；是四维资源储量动态管理通过工程信息更新、剖面更新、三维矿体模型更新、资源储量重估，得到变化量的过程。

2.2.1 工程数据更新

实时导入当前管理阶段的地质勘查钻孔和生产探矿钻孔的信息，包含位置与类型信息、测斜信息、样品信息、岩性信息。数据信息组合后得到生产钻孔的三维模型(图2)，不同阶段下工程信息的更新情况、工程数量及见矿信息的不同，势必会造成矿体模型的改变。

2.2.2 矿体解译线更新

地质剖面解译是依据已建立的三维钻孔模型，按照圈定原则[8]人机交互进行矿体的圈定。地浸砂岩型铀矿只圈定赋存于可渗透砂岩中的铀矿体，当矿体中非渗透层的厚度小于1 m，并呈透镜状分布时，其上下矿段按照连续矿段处理；当非渗透层的厚度小于1 m，但呈一定规模时(走向不小于400 m，倾向不小于200 m)，其上下可渗透矿层应分开圈定。

剖面解译线分2种情况：1)当加密后勘探线与原勘探线重合时，可合并为1条勘探线，以所有钻孔为基础对原剖面解译线进行更新(图3)；当加密后勘探线与原勘探线不重合时，对相应矿体范围内的新剖面进行圈定(图4)。

图2 工程信息更新(侧视图)示意图

图3 矿体剖面解译线更新示意图

图4 矿体新剖面解译线更新示意图

2.2.3 三维矿体模型及资源储量更新

三维矿体模型是将各个相邻剖面上在同一含矿含水层中的矿体解译线相互连接，再进行矿体边界外推形成的由若干个三角片并列组成的封闭空间几何体[9]。

随着工程数量及见矿参数的增加，所掌握的矿体信息更加丰富，矿体形态必然会发生相应变化，资源储量估算参数和模型图形数据的变化则引发了资源储量的变动，如图5所示。

图5 三维矿体模型更新示意图

2.2.4 资源储量动态管理

三维矿体模型是数据的集合体，包含几何图形数据、资源储量估算信息、资源储量类型信息和资源储量动态管理信息等。资源储量动态管理是以矿体和块段为主线，当前阶段矿体或块段的资源储量可自动与上阶段同一矿体或块段的资源储量进行运算，从而得到勘查增减资源储量。

2.3 重算增减资源储量

当地质勘查报告矿块划分与开采方案不一致，或者因工业指标、资源储量估算方法等引起资源储量变化时，需要重算增减资源储量。由于块段重新划分引起的资源储量变动如图6所示，图中蓝色线条是依据生产情况(抽注单元)的块段重新划分方案。

图6 重算增减资源储量

2.4 开采资源储量

开采模型的建立主要是形成开采数据与三维模型间的关联；对已经建立好关联关系的开采模型，在历年生产过程中只需将生产数据导入，即可进行抽注单元开采量的计算。

2.4.1 开采框架搭建

开采框架搭建是依据实际生产中的抽注液孔、地下管线、集控室、水冶厂等的实际布置情况，先建立采区模型，然后在采区模型基础上建立相应采区的抽注单元模型。建立的采区与抽注单元框架模型如图7所示。

2.4.2 开采关系建立

开采关系建立主要是建立总管、采区、抽注单元、钻孔之间的关系；数据以钻孔为主导，开采关系建立之后就实现了开采框架与钻孔生产数据之间的联通，如图8所示。

图7 采区与抽注单元框架模型

图8 建立的开采关系模型

2.4.3 开采模型构建

开采模型构建是指赋予矿体模型开采属性，实现模型与生产数据的联通，使模型成为集勘查增减、重算增减、开采量、保有量为一体的数据化模型，如图9所示。

图9 建立的开采模型

2.4.4 开采量计算

地浸生产过程是抽注平衡的过程，从钻孔抽出的浸出液经过离子交换后仍含有一定量的铀，而大部分经离子交换后的溶液又作为溶浸剂注入到矿层中，从而形成抽注循环。因此在计算开采量时不仅要考虑浸出液中的铀含量，还需要扣除注入的溶浸剂中的铀含量，即地浸开采铀含量等于浸出液中的铀含量减去溶浸剂中的铀含量[10]。开采模型构建后，导入历年开采量数据，即可完成开采量的估算，如图10所示。

图10 开采量估算结果输出

3 四维资源储量动态管理模型

四维资源储量动态管理真正实现了模型与数据的联通，完整反映了地浸矿山整个生命周期中资源储量的变化情况。模型间可以自动进行数据的读取与计算，在本阶段期初可自动复制上阶段期末的资源保有模型与数据，期末保有资源储量=期初资源储量+勘查增减资源储量+重算增减资源储量-开采量。某地浸矿山5个阶段的资源储量动态管理如图11所示。

图11 资源储量动态管理示意图

4 结论

建立的适用于地浸矿山的四维资源储量动态管理方法，实现了模型与数据的联通，反映了地浸矿山从勘查到生产直至闭坑的整个生命周期中资源储量的变化情况；实现了对抽注单元的精细化管理，可为矿山生产过程中的抽注液调控及下年开采计划编制提供数据支撑。

四维资源储量动态管理模型集时间、图形数据、开采数据、勘探增减、重算增减和保有资源储量等为一体，解决了长期存在的模型与数据相互分离的问题，可直接生成并导出矿山资源储量年报，避免了资源储量管理人员重复统计。

动态数据的分权限和分阶段上传与管理模式，增强了数据的延续性和稳定性，改善了长期以来资源储量动态管理数据可靠性不足的问题，也有效地解决了由于技术人员流动性较大带来的数据遗失等问题，为资源储量动态管理提供了可靠的数据保证。