某铁矿山地质数据三维综合分析技术与应用研究论文

 

　　关键词：生产勘探,磁铁矿,内业处理,资源量估算,3DMine,矿岩识别

 

　　在开拓系统掘进阶段，生产勘探工作主要有巷道素描取样、超前钻孔素描取样，该部分地质工作对提前搞好施工组织及施工方案优化管理有重要作用，是实现提前主动控制投资的管理目标的重要基础数据，根据揭露的岩石及矿岩变化情况及时对开拓系统进行优化。开拓系统是根据矿体空间分布形态及位置而确定，特别是地下开采中采掘巷道、溜井、硐室等具体巷道工程，更是要在查清矿体的空间展布具体位置后，再来调整工程位置，防止造成巷道压矿而使矿石采不出，也防止开拓工程布置过多而造成浪费，这样才能达到充分采掘矿石资源并且降低地下开采的建设成本，提升矿山建成后的生存力与竞争力。在生产阶段，生产勘探工作主要是对矿房中深孔和扇形孔炮孔进行素描取样，素描数据用于矿体三维模型的修正，提高矿体模型准确度和精度，为矿房开采提供基础数据，同时提高两率指标计算的精度。目前用三维技术，能最大程度利用地质工作数据，使矿体、夹岩、断层、含水裂隙、巷道的空间形态以三维形态显示，综合考虑上下矿体的空间位置关系及巷道与矿体、夹岩、断层、含水裂隙的空间位置关系，高效的进行数据处理，在采场地质构造分析、进度计划编制、月末验收算量、日常供配矿、数字化矿山建设等方面均发挥了重要作用。

 

 

 

　　巷道素描取样是矿山勘探工作中基础性的工作，也是非常重要的一步，涉及到在不同位置进行素描取样，包括但不限于沿脉巷、穿脉巷、凿岩硐室、拉底巷。这些位置的选择是基于地质特征和矿体分布来确定。通过素描取样，能够对地质平面图中的矿体进行圈定，对地质现象进行标定，并建立品位数据库。首先，沿脉巷位于矿体附近，对它进行素描取样工作能更准确地掌握矿体延伸方向及其变化规律，防止矿岩界限变化后，巷道距矿体距离过近，甚至穿过矿体，造成巷道压矿，矿石无法回采。在沿脉巷道进行素描取样时，需要注意矿岩界限的变化、赋矿状况以及与周围岩石之间的接触关系。通过素描取样能够详细记录下脉况的变化，并进一步判断矿体在区域内的分布情况。其次，穿脉巷横穿矿体，在穿脉巷进行素描取样时，需要注意矿脉的节理组构以及矿石与围岩之间的接触关系，通过素描取样更精细的确定矿脉的赋矿特征和矿石的分布情况，并据此指导后续的开采工作。最后，凿岩硐室、拉底巷分布在矿房的正上方和正下方，是空间位置距矿房最近的巷道，进行素描取样时，重点关注特殊地质构造、矿岩界限位置和品位分布情况，能够全面掌握矿房矿石质量分布及不良地质构造情况，有助于制定合理的矿石回采方案并安全顺利地运出矿区。

 

 

　　井下超前钻孔素描取样是矿山勘探工作中常用的一种方法。在这种方法中，矿山通常采用潜孔钻机进行探矿，不进行岩心取样，而是收集岩粉或矿粉进行分析。这种方法具有探矿费用低、机动灵活、随时可开展工作等优点，能够满足水平方向探矿的需求。而在其他方向上，超前钻孔采用岩芯钻进行岩芯取样，用于进一步摸清矿体的空间赋存形态，并进行二次圈定矿体。采样化验数据会按照固定格式整理并导入品位数据库。

 

　　对于井下超前钻孔中的潜孔钻机探矿，它常用于水平方向的探矿工作。通过选择合适的探矿位置，设计钻孔进行探矿，并收集岩粉或矿粉样品。在收集样品的过程中，需要采用合理的方式进行判断和化验，以确定样品中的矿物成分及其含量。这些数据的获取具有较低的成本，同时机动灵活，可随时根据需要展开探矿工作。这种探矿方法对于水平方向的矿体探测具有较大的适用性。在其他方向上，超前钻孔则采用岩芯钻来进行取样。岩芯钻通常通过采集岩石的岩芯样品来进行矿体勘探。岩芯钻孔能够提供更直观、准确的岩石特性信息，对于矿体的详细描述和分析非常有帮助。通过岩芯的取样，能够观察岩石的结构、颜色、质地等特征，进一步摸清矿体的空间赋存形态，并进行二次圈定矿体。这些岩芯样品也可以进行化验，获取矿物成分和含量的数据。在采样化验数据方面，需要将各个样品的数据整理成固定的格式，并导入品位数据库中。通过建立品位数据库，可以对数据进行科学统计和分析，进一步评估矿体的质量和潜力。这对于指导后续的矿石开采和资源管理非常重要。品位数据库中的数据可以帮助矿山决策者制定合理的开采策略，提高矿石回收率和资源利用效率。

 

 

　　炮孔素描有凿岩硐室中深孔素描、上向扇形孔素描，该矿的矿房长宽高尺寸50m×20m×50m，矿房高度较大，虽然矿房顶部和底部的地质平面图都经过修订，但修订的依据只有巷道素描、详勘的地质钻孔、生产勘探的井下超前钻孔，巷道素描能控制住矿房顶、底的矿岩界限，但控制不了矿房内部，详勘的地质钻孔网度大，控制不住矿房矿岩界限，井下超前钻孔成本较高，一般不用作矿房内部探矿，炮孔素描无需增加生产成本也能确定矿房内矿岩分布情况，因此，炮孔素描是矿房矿岩界限控制的重要手段。

 

　　炮孔取样采用一条铲沟法取样和多点法取样。一条铲沟法取样是选择粉堆保持原状较好的部位，铲开一条贯通粉堆半径的槽沟，使其剖面完整暴露，在一侧沟壁上截取中间一段垂直“沉积层”贯穿全层采集一个样品，取样时，若炮孔里有岩粉、矿粉，只对矿粉进行取样即可，不可掺入岩粉。多点法取样是采用探管取样器在矿粉堆上进行多点法取样，取样点布置应均匀等距，取8个～12个点，合成一个样品，该法适用于全矿粉的粉堆。

 

 

　　绘制三维模型是矿体建模最重要的环节，模型的准确程度决定着模型实用价值，如果模型绘制不准确，体现不了矿体、夹岩、断层、含水层、破碎带、开拓系统、矿房、采空区等真实的分布情况，这样三维模型也就没有了利用的价值。

 

　　矿床实体模型。该矿属沉积变质型铁矿，成层分布，由于褶皱和断裂构造发育，分支复合情况严重，两个勘探线间的矿体对应连接时，为了保证模型的准确性，要考虑矿体的走向情况，不能发生重叠交叉。完成矿体模型后，随着工程的掘进，矿岩界限和断层被逐一揭露出来，为最大限度的保证矿体模型和断层模型的准确性，每次揭露出新的矿岩界限和断层后均对模型进行实时更新。

 

　　开拓系统三维模型。开拓系统是连接地面和地下而开掘的各类通道和硐室，是井下生产的动脉。由于井下巷道的复杂性和地下资源条件的不断变化，采用二维的方式显示巷道反馈速度慢，线路查看复杂，不能直观、立体、形象地描述井下巷道的空间位置情况。本次利用3Dmine软件功能，将开拓系统实测图生成巷道模型，实现了巷道二维表达向三维转化，将各采掘工程巷道与岩体之间的空间形态全方位地、可视化地展现出来，为合理的确定矿山开拓系统、优选采矿方法提供了良好基础，大大提高工程设计、分析的能力，为构建数字化矿山奠定了基础。

 

　　含水层、破碎带三维模型。含水层、破碎带三维模型是影响探治水工作最重要的因素，该模型的建立在充分利用前期地质资料的基础上，结合施工实际揭露的含水层、破碎带情况，将出水和破碎情况反映在三维图中，建立起出水点的空间联系，为探治水施工设计和巷道施工方案优化提供依据。

 

 

　　为了建立数据库并保持其实时更新，需要录入勘查钻孔信息、巷道地质素描取样信息和炮孔素描取样信息。这些信息包括钻孔的孔位、测斜数据以及取样点的坐标，还有矿岩的性质和品位等关键数据。为了确保数据的准确性和一致性，按照固定的格式来录入数据，并在完成后自动保存数据库。对于每一个勘查钻孔，需要记录其孔位的精确坐标，并在必要时包括钻孔的深度、直径等参数。此外，测斜数据也非常重要。测斜数据反映了钻孔的倾角和方位角变化情况，更好地理解地层结构和储量分布规律。这些数据需要按照规定的格式录入数据库。对于每个取样点，需要确保记录其准确的坐标位置，通常使用X、Y、Z三维坐标来表示。此外，还需要记录取样点对应的地质描述，包括矿岩的性质、岩性、构造特征等信息。此外，品位数据至关重要，它通过距离幂次反比法为矿体模型内部的每个空间位置进行品位赋值，可以准确显示矿体质量分布情况，也是评估矿体价值的关键指标之一。

 

　　完成数据库的录入后，需要进行实时更新，以保证基础数据具备最新最全的信息。随着生产勘探取样工作的推进，新的数据会不断产生。为了实现实时更新，需要建立合适的数据管理系统，设立专门的数据录入人员，使得新增数据能够及时被录入到数据库中。

 

 

　　利用三维实体模型自动为块体模型中的每个块体赋值属性的类型，类型包括矿石、岩石、破碎带、含水层、矿房名称等，再利用数据库自动为每个类型的块体赋值全铁和亚铁品位、比重等属性，还可利用属性数学计算为每个块体自动赋值磁性率等属性。制作完成块体模型后，将需要计算的地段约束出来即可计算储量信息，约束条件主要有实体约束、表面约束、闭合线约束、属性约束。根据需要采用一种或多种约束条件，可以计算包括总量、分水平、分台阶、分区域、分各号矿体等任何空间范围内的矿岩量、品位。

 

 

　　在该矿山的地下矿采场基建期，利用三维软件建立起开拓系统、矿体、地质构造等模型，在三维可视化功能下，能清楚的观察和掌握矿体、地下工程、钻孔和地质构造之间的空间位置关系，为发现问题和分析问题提供便利，为巷道设计优化提供了可靠数据，同时在硐室和溜井选位置时，能充分考虑地质情况，为基建期间的巷道设计、地质条件预测提供依据，避开不利地质条件，使工程管理更加科学、高效，施工安全、进度得到保障。井巷工程形象进度图能清楚的显示已完工程、未完工程、年度计划的情况，为工程建设进度的展示也提供了方便，有利于对工程总体的把控。

 

　　在采矿方法试验过程中，利用该技术将采矿过程中各种采切工程以真实坐标的立体形式显示出来，为采切工程布置、运输路线选择等工作提供支持，并对所有矿房矿量、品位进行计算，展示所有矿房矿体形态。

 

　　年度和月度采掘计划编制工作，利用CAD测量地质平面图中矿体的上表面和下表面，通过锥形公式、柱形公式等计算矿量，再通过算数平均法计算采剥区域矿石品位，虽然也能完成计算，但计算过程较繁琐，计算量大，计算时间长且出错率较高，计算完后，由于计划不合理等原因需要调整采剥计划时，还需要重新进行计算，经估算，每一个计划的定稿，平均需要进行3次～4次的调整，这样十分耗费精力和时间。利用三维软件做计划，所需时间短，工作量小，计算精度高，能根据需要随时对计划进行调整，解决了工作量繁重的问题，同时，计划区域内的矿岩分布情况和矿石质量情况通过立体的方式显示出来，为技术人员对采剥计划的整体规划提供了很大帮助。同时，采场月末验收时，通过同样的方法计算采剥区域内的动用地质矿量和地质品位，解决了月末验收时间短、任务重的形势下完不成计算任务的问题，又准确又快速的完成算量工作。

 

　　在爆堆铲装过程中，为实现矿岩混合场景下矿岩种类与大块快速识别和定位，以此指引司机进行矿岩分离装载，减少矿石损失和贫化，进行矿岩智能识别技术研究，主要研究基于图像识别与三维建模理论，基于图像识别及多波段光谱联合分析方法和深度学习技术，研发基于图像识别和红外光谱的矿岩自动识别技术软件，在项目的前期，利用原始地质资料建立的地质数据库、矿岩实体模型为项目的研发提供了详实的基础数据支撑。

 

　　在露天开采方式转地下开采方式过程中，为补充勘探的布置提供有力数据支撑。在露天最终境界上部有生产勘探数据，境界下部勘探网度不足的条件下，充分综合运用已有地质数据，结合上部矿床的开采经验，对境界下部的矿体进行合理地质综合评价并设计补充地质勘探工程，科学控制投资的同时提高深部矿体勘探程度，为露天转地下设计和后期开发利用提供可靠依据。同时，三维地质模型的建立，搭建了矿区地上露天开采转地下采矿过渡技术要求资源量计算平台，归纳出该地上开采资源利用的可用量。对上部露天境界、地下主体工程区以及挂帮矿开采区域按预可研方案进行了初步划分，利于确定最优过渡期的时间和空间节点。

 

　　在采场日常供配矿过程中，首先要知道每个开采区域（爆区）矿石质量情况，将不同爆区的矿石按照品位的不同，混合供矿，保证入磨矿石品位的稳定，日常地质工作中，对每个爆区、每个钻孔都进行素描、取样，运用三维软件分析爆区内矿体的产状、夹石信息、矿石品位等内容，绘制《爆区位置及矿石质量图》提供现场供配矿人员，使配矿工作准确高效，有效降低两率指标。

 

 

　　通过使用三维软件对矿山地质资料进行综合处理，在采场地质构造分析、进度计划编制、月末验收算量、日常供配矿、数字化矿山建设等方面均发挥了重要作用，成功提高了资源利用率，解决了基建及开采过程中遇到的困难和难题，使得资源的开发过程更科学合理，也提高了数字化矿山的进程，为今后能够对矿山进行实时监控，实现智能化管理提供了支持，三维软件多年的应用结果表明，其在矿山资源开采与管理方面作用巨大，随着技术的不断进步和软件功能的扩展，将在矿山行业中发挥越来越重要的作用。