3DMine矿业软件在某铁矿初步设计中的应用

3DMine矿业软件在某铁矿初步设计中的应用李栓柱刘志中赵婷钰杨景华(北京首矿工程技术有限公司河北迁安064404)联系人：李栓柱地址：河北省迁安市滨河村首钢矿业公司设计研究院Email：[e-mail]联系电话：[phone]摘要：对于一个新建矿山来说，初步设计的质量对矿山的后续生产有很大的影响，因此，为了提高某铁矿的初步设计质量，引进了三维矿业软件：3DMine。本文主要介绍了3DMine矿业软件在该铁矿初步设计当中的地质应用和采矿应用。关键词：3DMine矿业软件；初步设计；地质应用；采矿应用13DMine矿业软件简介[1]3DMine矿业软件是由北京三地曼矿业软件科技有限公司研究并开发的拥有自主知识产权、采用国际上先进的三维引擎技术、全中文操作的国产化矿业软件系统，是在多年来应用推广、总结分析国外主流软件结构的基础上，开发符合中国矿业行业规范和技术要求的全新三维矿业软件系统。3DMine广泛应用于地质、测量、采矿和生产管理等方面，主要为固体矿产的地质勘探数据处理、矿床地质模型、构造模型、传统和现代地质储量计算、露天及地下矿山采矿设计、露天短期进度计划以及生产设施数据、规划目标数据建立实用三维可视化基础平台，为矿山资源管理、资源开采效率管理和生产数据管理提供技术支持服务。2某铁矿概况该铁矿为超贫磁铁矿，赋存于辉石角闪石岩中，属于岩浆岩型钒钛磁铁矿矿床。该铁矿一共有2个采区，分别是西沟采区和铁马采区。西沟采区分布的铁矿体有Fe6-1、Fe6-2、Fe6-3、Fe6-4号矿体，铁马采区分布的铁矿体有Fe2、Fe3、Fe4-1、Fe4-2、Fe4-3号矿体。矿体主要以带状、不规则透镜状为主，走向70-90°，倾向160-180°，倾角58-82°。其中Fe6-1和Fe4-1矿体为该铁矿的主要矿体，出露在地表，适合露天开采。该铁矿总的资源储量（332+333类）177444万t。其中，西沟采区（332+333类）的资源储量为43281万t，平均品位TFe16.06%，mFe8.62%，V2O50.38%，TiO21.49%，P2O52.59%；铁马采区（332+333类）的资源储量为134163万t，平均品位TFe16.46%，mFe7.07%，V2O50.11%，TiO22.32%，P2O51.55%。该铁矿的设计规模为年产矿石2500万t。无论从资源储量上看，还是从年产矿石量上看，该铁矿均属于特大型矿山，所以，初步设计的质量对矿山的后续生产影响很大。为了做好初步设计，除了应用CAD之外，还应用了矿业三维软件：3DMine。由于西沟采区和铁马采区是两个相互独立的采区，所以下面将以西沟采区为例，介绍一下3DMine在该矿初步设计当中的应用——地质应用和采矿应用。3地质应用3DMine矿业软件在该矿初步设计当中的地质应用主要包括三个方面：矿体模型的建立、钻孔数据库的建立和块体模型的建立。下面将一一叙述。3.1矿体模型的建立矿体模型的建立需要一些放在实际位置的剖面图，而西沟采区所有的勘探线剖面图都是二维平面图，所以，在建立西沟采区的矿体模型之前，需要对所有的剖面图进行坐标转换，使其处在正确的实际位置上，这样圈出的矿体模型才能满足设计的要求。坐标转换是构建三维矿体模型的关键步骤之一，所以，必须确保坐标转换的准确性，《3DMine矿业工程软件基础教程》（以下简称教程）一书中介绍了坐标转换的方法，该法很好的保证了坐标转换的准确性。由于3DMine是完全兼容DWG格式文件的，所以下面介绍的这种方法是完全在CAD（2004）当中完成的。为了更好的叙述这种坐标转换方法，将对实际的剖面图作一简化处理，下面将以西沟采区38号勘探线剖面图的坐标转换为例。第一步，在剖面图上标出矿体范围、地表线，同时选择一条参照线（L1），如图1（a）中黑实线所示。从参考线L1上，可以看出矿体的标高信息和X坐标信息（X1=4558600）。第二步，把图1（a）中3条黑实线以X1点为基点复制到图1（b），如图1（b）。其中m点为38号勘探线与坐标网格线（X=4558600）的交点，直线L2为过m点的38号勘探线的垂线。第三步，平面旋转。在图1（b）中，旋转矿体线、地表线和直线L1，使直线L1和L2重合，便得到图1（c）.第四步，三维旋转。在图1（c）中，选择CAD（2004）命令“修改”→“三维操作”→“三维旋转”，选择矿体线、地表线和直线L1作为旋转对象，以38号勘探线为旋转轴旋转-90°，便得到图1（d），到此便完成了38号勘探线剖面图的坐标转换。a.b.c.d.图138号勘探线剖面图坐标转换图通过上面所述的坐标转换方法，把西沟采区的16个勘探线剖面图进行坐标转换后，便得到西沟采区勘探线剖面图的三维组合图，如图2所示。在进行坐标转换时，一定要采用统一的标高，看准方位角。图2西沟采区勘探线剖面图三维组合图有了西沟采区的勘探线剖面图的三维组合图，按照教程中实体模型的建立方法，通过3DMine矿业软件，我们就可以建立西沟采区的矿体模型了，如图3所示。如图3西沟采区矿体模型3.2钻孔数据库的建立矿山地质数据一般是通过探矿工程的编录，包括样品分析成果等。探矿工程主要包括：钻探、坑探和槽探等，钻孔数据库则是将这些编录的的信息按照指定的格式存入数据库中。在3DMine软件中使用的数据库是MicrosoftAccess数据库，用户可以将地质数据以文本或Excel表的形式导入到数据库中，通过3DMine软件将数字形式的勘探资料用三维图形来管理和应用。在建立西沟采区钻孔数据库前，首先要根据西沟采区的地质资料，用Excel表格建立4个数据表，分别是：定位表、测斜表、岩性表和化验表。其中定位表和测斜表表现了钻孔的空间形态变化，岩性表记录了钻孔样品各段岩性的变化，化验表记录了钻孔样品中可利用矿物品位的变化，各数据表结构见表1。表1钻孔数据库数据表结构表名字段定位表工程号开孔坐标E开孔坐标N开孔坐标R最大深度测斜表工程号深度方位角倾角岩性表工程号从至样品编号岩性化验表工程号从至样品编号品位有了上面四个数据表，借助于3DMine软件，我们就可以建立钻孔数据库，并且可以显示钻孔形态，如图4。有了钻孔数据库，通过3DMine可以进一步进行组合样品处理。组合样品的过程是将品位信息通过长度加权的方法提取到若干点上，这些点存储的品位信息用来为以后的块体模型估值。本次西沟采区的钻孔数据库采用的组合样品方法为：按圈矿指标组合。图4西沟采区钻孔位置图3.3块体模型的建立矿体模型反映了矿体的空间形态，但是无法表现出矿体局部品位和岩性及其分布情况，也无法估算出储量。而块体模型是指用一系列小的长方体单元来填充地质体或矿体形成的模型，这些长方体单元含有矿岩类型、比重、品位等多种属性，从而比较准确地表达地质体或矿体的内部性质。所以必须建立矿体的块体模型。块体模型实际上是一个内容全面的数据库，利用块体模型可以准确地进行资源量和品级报告。通过前面建好的矿体模型，我们可以确定块体模型的尺寸；通过前面建好的钻孔数据库，我们可以对块体模型进行赋值。西沟采区块体模型的块体尺寸为30×30×15,次级模块大小为15×15×7.5，如图5所示。图5西沟采区块体模型4采矿应用由于西沟采区的矿体出露于地表，适合露天开采，为了取得最大的经济效益，就必须对露天开采进行境界优化。3DMine矿业软件在该矿初步设计当中的采矿应用主要包括三个方面：露天开采境界优化、露天采场设计和排土场设计。下面将分别作一叙述。4.1露天开采境界优化从充分利用矿物的角度来看，最终开采境界应包括尽可能多的地质储量。但是，由于几何约束的存在，开采某部分的矿石，必须剥离该部分矿石上面一定的岩石。剥离岩石本身不会带来经济的收入，只能带来资金的消耗。因此，从经济学角度来看，存在一个使矿山企业的总经济效益最佳的最终开采境界。本次西沟采区的开采境界是借助于3DMine来进行优化的。在进行境界优化之前，除了需要地质阶段所建立的模型外，还需要一个价值模型，而价值模型的建立，需要一些技术经济参数。技术经济参数的选取需要结合实际生产数据，经过研究后方能确定，本次西沟采区境界优化选取的技术经济参数如下表2。表2西沟采区技术经济参数表序号项目指标单位1边坡角41°2精矿售价880元/t含税3磷精矿售价655元/t含税4mFe边界品位4%5P2O5边界品位1%6矿石比重3.28t/m37岩石比重2.7t/m38矿石回采率95%9贫化率8%10地质品位16.20%11采出品位14.85%12精矿品位65%13原矿加工成本59.40元/t.原矿全成本14选比10t/t15岩石成本14.66元/t全成本16矿石成本16.06元/m3全成本有了西沟采区的技术经济参数，就可以确定露天境界优化的参数，进而就可以利用3DMine来进行境界优化了。西沟采区优化结果见表3，优化效果图见图6。表3西沟采区境界优化结果表名称底部台阶体积矿石量岩石量矿岩总量剥采比总价值优化境界290m10341万m318029万t13084万t31113万t0.7329.1亿图6西沟采区境界优化效果图4.2露天采场设计露天采场的设计主要包括最终开采境界的圈定和开拓系统的布置。本次设计以3DMine优化的一次境界为基础，按采场技术参数，结合分水平矿体图，加入开拓运输道路，完成西沟采区露天采场设计。西沟采区露天采场设计参数如下。最小底宽：20m；台阶高度：15m；平台宽度：安全平台不小于5m，每隔4个台阶设一清扫平台，清扫平台宽度不小于10m，运输平台宽度为30m；台阶坡面角：开采终了时台阶坡面角为65°，生产时台阶坡面角为70°。根据以上设计参数，借助于3DMine软件完成了西沟采区的露天采场设计。西沟采区露天采场设计结果见表4，效果图见图7。图7西沟采区露天采场设计效果图表4西沟采区露天采场设计结果表序号项目名称单位主要指标备注1采场尺寸上口：长×宽m2902×752下口：长×宽m513×902封闭圈标高m5603露天底标高m3504境界内可利用矿石量万t16470.855采场内矿石量万t16525.136采场内矿、岩总量万t27981.777平均剥采比t/t0.698实际采出矿石量万t17007.949实际剥离岩石量万t10793.8610实际平均剥采比t/t0.634.3排土场设计露天开采的一个重要特征是必须首先剥离矿体上覆的表土与岩石，暴露出矿体，再实施矿石的开采。通常废石的剥离量要比矿石的采掘量大几倍，而剥离下的废石需运到指定场地进行堆放，也就是说需要建一个排土场。从西沟采区露天开采境界设计的结果看，西沟采区的实际剥离岩石量达到了10793.86万t,折合5996.59万m³，这就需要设计一个很大的排土场来堆放剥离的岩石。本次西沟采区的排土场设计依然采用3DMine软件。本次排土场设计选取的参数为：阶段高度为50m，阶段坡面角为38°，阶段间留不小于25m的安全平台，最终边坡角不大于31°。利用3DMine设计完排土场后，能直接计算出所设计排土场的容量，看能否满足排岩要求。本次利用3DMine软件设计的西沟采区排土场的效果图见下图8，该排土场的容量为13173.48万t，完全满足排岩要求。图8西沟采区排土场效果图5结语3DMine矿业软件是一款完全本地化的创新设计、为国内用户量身打造的三维矿业软件平台。在使用过程中，不仅感受到了该软件功能的强大，而且体会到了该软件的操作简单实用。3DMine在本次初步设计当中的应用极大的提高了设计人员的工作效率。3DMine矿业软件的特点如二维和三维界面技术的完美整合、对多种软件的兼容等，再加上该软件不断地联系实际进行的创新，相信该软件会做的做来越实用，越来越强大。参考文献1胡建明主编.3DMine矿业工程软件基础教程.北京：北京三地曼矿业科技有限公司，2012