安徽庐江龙桥铁矿三维矿体模型下的采场圈定

欧邦国 陈久吾 蔡永生 许 煜 潘少杰

（安徽省庐江龙桥矿业有限公司）

数字矿山已成为矿山发展的必然趋势［1］，实现数字矿山的关键在于矿山的三维矿体地质建模［2］。三维地质模型不仅能更直观、准确地表示出地质体的形态和空间关系，而且在挖掘地质体内在信息、快速制图、地质统计等方面，可以为矿山企业提供更加高效的作业保障。

安徽庐江龙桥铁矿是20世纪80年代发现的大型高硫磁铁矿床［3］。多年来，针对龙桥铁矿床地质特征、矿床成因［4］、赋矿地层的时代归属［5］和成矿时代等方面的研究从未间断，成果也不胜枚举，但从矿体三维模型构建和应用方面论述不多，尤其在采场圈定方面的应用更少。随着新技术的发展，将三维建模技术与储量估算结合起来是新的发展方向，它可以更加直观、准确地对矿产储量进行估算［6］。

1 矿床地质概况

龙桥铁矿矿体组成较为单一，以Ⅰ号矿体为主，其资源储量占矿床总资源储量的99.75%。矿体形态相对简单，整体呈层状—似层状，产状较为平缓且层位稳定。矿体全长为2 200 m，平均宽度为520 m，平均厚度为27.21 m。矿体总体走向略呈弧形变化，中部（8～l线）走向东西，倾向南；8线以西，走向为320°，倾向南西；1线以东，走向为80°，倾向南东；倾角变化稳定，通常在15°～20°。

2 三维矿体模型建立

本研究基于3Dmine三维矿山软件进行矿体三维建模。3Dmine功能较为全面，适合国内矿山背景和使用习惯。建模研究过程中，除收集前期地质勘探工作的大量钻孔数据外，还补充了丰富的生产勘探数据，参与建模的勘探工程974个，数据量多达20 282个。将生产勘探数据应用到地质建模中，使得矿体模型更加客观、准确。

2.1 矿体轮廓线三维解译

龙桥铁矿在三维建模时综合考虑了二维勘探剖面图、坑内钻和探矿穿脉成果，对矿体界限进行二次圈定后（图1），再通过坐标转换导入3Dmine软件，形成可以生成表面模型的矿体界限（图2）。

2.2 三维实体模型构建

先将三维矿体轮廓线连接成三角网，再利用面、体混合建立矿体三维模型，因为该方法结合了各自的优点，能够实现对三维地质现象有效而完整的表达［7］。最后，闭合三角网，生成实体，通过实体验证，最终形成矿体三维模型（图3）。

3 基于三维矿体模型的采场圈定

根据三维矿体模型开展采场圈定，既是对矿体二次圈定后的再验证，也能更真实地表达采场模型和矿体模型，降低采矿设计贫化及损失。同时，可以快速统计单个采场的地质矿量、矿石品位、容重、伴生元素等，可根据实际采场划分情况分层分单元统计上述信息，实现采矿设计的精细化管理。

3.1 采场边界的确定

采场边界主要依据三维矿体模型，在剖面图中先规划出每个采场的位置，再在相应平面图中准确设计出平面位置，用此方法确定的采场平、剖面边界线直接应用于最终的采场圈定。

3.2 三维块体模型构建

根据矿体实体模型，新建一个块体模型，选择块体尺寸，添加实体约束后，形成全矿块体模型。

给块体添加TFe、MFe、Cu、S和容重等属性，对前期录入样品进行组合，得到组合文件。属性赋值中容重赋值导入原《勘探地质报告》统计出的容重y与全铁品位x线性相关公式：y=2.552 913+0.032 622 06x，然后采用距离幂次反比法或普通克里格法依次对TFe、MFe、Cu和S元素进行赋值估算。三维块体模型的构建可统计各元素在矿床中的分布特征，为矿山开采规划提供可靠的地质信息。

3.3 采场圈定

基于三维矿体模型的采场圈定主要过程：在三维块体模型中按照给定的采场设计参数，确定采场的平面位置（图4），再根据矿体厚度确定采场高度及每个采掘中段（或分层）位置，利用3Dmine软件添加闭合线约束显示，约束类型选“保留内部”，方向选“XY平面”，确定后得到单个采场的三维块体模型（图5）。再利用地质数据库进行估值，选择“块体报告”，“报告当前区域量”，为块体模型添加约束条件，得到单个采场的地质储量、品位等信息（表1），直接为生产服务。地质数据库的构建为三维矿体建模、品位推估和储量估算奠定了基础［7］。

4 三维采场圈定和传统二维采场圈定的比较

4.1 采场边界位置准确度比较

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采场边界位置的圈定依赖于矿体边界位置的确定。龙桥铁矿矿体形态较规则，厚度相对稳定，但对于局部矿体边界的位置，二维剖面圈定与三维矿体模型圈定有明显差异。二维圈定是根据勘探线剖面工程控制点直接相连，矿体连接对比生硬，未充分考虑相邻剖面矿界的自然过渡关系，三维矿体模型矿界连接对比时充分考虑了这一因素。图6中，二维矿体界限较三维矿体界限顶板高度低1～2 m，底板低3～5 m，此剖面3个采场若在二维矿体界限上设计采场，底部分层位置将下移，采场顶部又未完全覆盖矿体，明显不合理；图7中，由于矿体底部界限圈定误差，直接导致东南侧多设计了一个采场，若未及时发现和调整，必将造成采矿工程的浪费。而三维模式下，根据矿体模型，可迅速任意方向生成所需剖面［8］，根据剖面矿体形态及时做出调整。由此可见，基于三维矿体模型的采场边界更准确合理。

4.2 采矿贫化和损失比较

龙桥铁矿主要采用充填法采矿，采场设计长为85 m，宽为15 m。以图6的3个采场为例，二维圈定和三维圈定的采场设计贫化率、损失率指标对比见表2。

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图6中，3个采场二维圈定较三维圈定上部丢失了部分矿石，增加了损失；下部增采了无矿部分，加大了贫化。据表2计算可知：3个采场二维圈定较三维圈定贫化率分别增加了3.49%、9.67%和6.39%；损失率增加了0.79%、4.12%和3.15%。因此，三维采场圈定较二维圈定在降低采矿设计贫化和损失方面具明显优势。

此外，在三维模式下，矿体采完后形成的空区，通过外部扫描设备扫描后，上传至三维软件中可对比设计，验证实际采矿效果，这是传统二维采场中无法实现的。

5 结 论

对比龙桥铁矿在二维状态下的采场圈定和三维矿体模型下的采场圈定，不难发现基于三维矿体模型的采场圈定更有利于技术人员宏观把握，在采场边界位置的准确性、贫化损失控制工作效率等方面，三维采场圈定都有着绝对优势。基于三维矿体模型的采场圈定，是矿山生产实现精细化管理的必然趋势。

致 谢本文修改得到了合肥工业大学张明明老师的多次悉心指导，在此深表感谢！感谢龙桥矿业公司同仁对文章编写给予的大力支持。