矿化模型与矿山CAD系统（1）.pdf

矿化模 矿 I I i CAD 系统 北 京科技 、 ‘ ’ 侯运 炳童光煦 提 要 小艾l 叫 颢 J 。 砷化饪r 的演。 J | 】 ⋯ ’ AD 境L 1 l I 1 1 现，J } 什 r 简单词 ‘ 述．着 介绍 j - 利朋 CAD技求 迅 复 f lr体t 化幢 l L 十 最』 刈 rl 竹1 f 璀称状等簸杂矿 体 的矿 化模 和 AD 羲统 的卅 究提 】一 L 1 f 一 矿 化摸 型曲演≮ l 、块段模型 摄初用来描述矿体的矿化模型是d 】 地州的 立方块体 构成 的二维 或三维块 段模型 。这种模 型方法是在 6 0年代初期由美国的 Ke n n e c o t t 铜业 公 司首 先公 布 的 ⋯ 三 维块 段模 型是过 去也是 当前 应 用摄 为广泛 的模 型，尤 其适 ⋯ j 地质特征变 化均匀 的大型块状矿体 。 这种模 型方法 的主要优点是 规律忤强 稃 序编制简单；便于应刚地质统计学俩算块段的 品位和其它特征值；适宜于进行露天矿境 的 优化；容易修改。其明显 的缺点是灵活性差， 且对复杂的矿体，难 取得理想的模拟做粜。 后 ，Ax e l s o n“ 在 第 q 确 P COM 会 议上首 次 提 出 了一个 可变 尺寸 一维 块段模 型 ， 用 于 描 述 地质 构 造 和 考 虑 采 ‘ 设 备性 能 的影 响 ，J a n s s a n等 为描 述 具 有 明 碾 的矿 “和 岩石接触面的板状 傩，给出了呵变尺 寸 维 块段模型的另一个应用实例。啊变尺寸块段模 型的发展增加 r模型舶灵活竹- ．摆脱 了固定J t 寸的限制，能够较好地模拟矿体的地质结构。 块 段模型 的另一重 犬进 步是 采用 r数攒J 乍 技术来管 理模型文 件，管 序也不 断得到改 进。在 目前的一 高级软件系统里，块段摸J 不仅能表示品位的细致变化 还能处理较 杂 的地质结构，如英国 业 汁算有限公司 研 制 的 DAT AM I NE系统 2 ．一些特殊 类型的模 型 在块 段模型 发展的I 刮川 ， ni J ； 『 - 此 ’ J 一 2 2 均 矿体豉 些 优化算法 ， 一 些特 殊类 型的 模 也相继 H ； 玑 汁算机 协会 ” 首 创 r 一 种 网格模 ， } I 求描述 比较 缓 的层状 矿体 。网格模 就是 在矿层 划分二 维平 面网格 ，在 网格 的垂 直柱体 方向用定 位的方法 确定矿体 的位 置 因 此 ，矿层 的垂 尺 寸是可变 的 Ch a r l e s wo r t h 等 人曾应 H { 这种 技术构造 了具 有 严重 褶皱 和断 层的矿体的 化模型，巧妙地将矿体的轮廓线 仔 层状 闭格文件里 实践 表明 网格 模型用 来描述-淹状 矿体是 比较方便 的。 一 种模 型是 断面模型 。这种模 型方法是 基于矿体的平面圈或剖面图的地质信息建立模 ．因而能发挥人的智慧，具有灵活性。加拿 人铁 矿公 司 曾研究 了这样 一种模 型 、用于 矿 山规划 和设计 该 模型 的独 特之处 是通过数 j 化仪将矿体地质 、r 阿图读人计算机，作 为构 造模 的基础信 息。在建 立地质构 造复杂 的急 倾斜矿化模型时．断面模型是值得借鉴的 一种 竟1 构造 多层 多断裂矿 体 的矿化模 是一 个比 较 困 堆的 n d 题 ，骆 中训等人 应崩 地质界 线 法进 行 r谴柑 尝试。模 璎 疗法 的主要思想是 在 平商和剖 而 f 拟 合矿体比较明显的断层线和矿 层线 然所进行矿 l _记他的分析。这种作法与 传统的人 } 作法是相似的，值得进 一步探} 于 瞠有 文献 给 出 了条块状 模 型在 露天矿 规划 J 巾的I,,b tl j 裹侧。条块状模 的优点是 有 色 矿山 一1 9 8 9 5 维普资讯 结 构简 要 求 计算机存储 最小．但 模拟能 』 较差 在作露天 艮朗规划和可行性分析时 有 时可考 虑乘 』 这种横 锉 二、复杂矿体 矿化谟型 与 C AD技 术 地下矿矿体。特别是金矿之类的贵金属矿 体其地质结梅和空哪形鑫太都很短杂。地 l卜 矿 矿化模型，不仅要具有准确地模拟这些矿体复 杂的地质 结构 和空 间跨态 的能力 还要 能在模 型 中布置各种地下开挖工程，考虑 它们的影 响，以便进行 采矿设计、 计划优化和采 过程 模拟。前进的备种矿化模型，大多仅适用于露 天矿，难以满足地下矿的要求。块段模型虽然 不便十给出地 F矿体雕麟砖边界形态 但它对 于品垃插值运算，特别是克立格方法是极为方 便的，这是它魄一个显著优点。,t r 6 外，由 芭 的规范性，以块段模型为基础建立别的模型也 是容易办到舶 因此 块段模 型一直受到 枣 视，并借助于 C A D 技术和其它模型相结 合， 应甩予复杂的地下 体。 ， 挪 威 Gr o n g／Gt u b e r A／S公 司 的一 座地下铜锌硫化矿 矿体厚度 倾角和形状极 不规则。为 _『 应用计算机进行 I 程设 计和制定 生产计划．该公 司利用训算机作【娴技术研制 lr 一 个能使设谜者不断利J _} { 生产反馈信息更新矿 石储量翔儡位 及矿体 轮廓线 的动态矿化模 型。模型系统由金刷 石钻孔数据库，矿体上、 下盘辛 仑 廓线数据库提供 体妁基本地质信息， 在计算机屏幕上蛾翩矿体平面图、副面图【丛 及 采场布置g 撮据数据库提供m 信息和上述图 彤圈定的遗界，计算矿再储量和晶位 这种方 法灵活、直观，以交互式方式建立梧评价矿化 模型。模型考 虑 _斤挖 E 程1和矿体形态 影 响，便于利用 AD技 术进行工程设计和生产 汁划优化．这是适 合我周 曰前计 辑机应 用水 、 触得很好 发展 种力法 有 也矿 山一t 9 8 9 5 加 拿 人 GE OMI N 算 机服 务公 司 “ 。 对 模制技术州十地质和采矿设计的多年经验进行 J 总结 最近研究 l厂 一种用于地质、地质统计 学以及矿【 I _ 儿何结构的三维模型方法。这一方 法提供全套综合模型手段，用三维块段模型进 仃地质统 汁学品位估值遥算 以实体模型表示 地质尊元的表面形状 结构和体积，并以实体 模型为基础，构造矿体的地质模型以及描述矿 山开挖 1 程几何结构的矿山几何模型 模型系 统还有组合各模型的能 力，并可快速确定相应 的断可 、体织等。 这种方法是模型技术的一大进步。它除了 具有块段模型的优点外，还能模拟边界 比较复 杂的薄矿体。多种模型的组台不仅消除了地质 边 界处 模 拟品 位 的贫 化觋 象 ， 而且 为开 发 C AD 系统提供了比较完备的基础。此外，三 维图形显示，可使用户较为真实地评价模型的 连续性和整体性，评价采矿工程布置方案的优 劣 缺点是系统结构复杂，模型庞大。 英国矿业计 算有艰公 司 “ 新近开 发的 DAr A MI NE矿 山设计 和计 划软件系统 ，采 用了更为简明的模型方法。该系统综合应用了 块段模型和线框模型 块段模型在这里已得到 改造，根据需要可随时将块段沿任意方向划分 成 子块，丽且这些子块在形状和尺寸上可 以彼 此不同。线框模型是以线作模型的棱条，以实 形 状 模 拟 的方 法 。DA TAMI NE系 统利 用 线框模 型描述地质结构 、地下开捞苍道和硐 窀，根据金刚石钻孔断面图或 和井 _ F 图件 豳定矿体的边界，然后以线条把这些边界连接 起来就构成线榧模型 线框模型和块段模型还 可以互相 转化 。 DAT AMI NE 系 统 提 供 了地 质 模 型 与 C A D 系统相联系的一种 自然的手段，但对于 多断层和透镜状矿体，用线榧模型表示矿体的 结 构 面就 此 较 困难 了，DATAMI N￡ 系统 解 决这个问题 的办法是用 块段模型 来处 理这种地 质结构 ～ 2 3 维普资讯 法 国 N ’Ch e i ma n o ff等 ⋯ j独辟 蹊 径 ， 建立了一 一 种新颖的脉状矿体矿化模型。该模型 综合 厂 地质描述的平面图、地质统计结果和矿 化 带 的 几何 形 态 知 识 ，首 先 根 据 地 质统 计结 果，把高 下边界 品值 的矿打方块 迭加起 来，参 考地质、 F 面图提供的矿化轮廓，圈定地喷模型 截 [訇， 然后根据矿体 的儿何形 态资料 ，应用 决策树方法，以⋯个 由许多模截面组成的椭球 体为参考依据，修改井最终确定矿体的几何形 态和李问值 置。此模型 目前还不够 成熟 ，但其 建模思想是 值得借 鉴的。 卜 述的各类模型 都是利用 CA D技术构 造的。C AD技术能够 通过计算机图形功能 ， 精确地模拟矿体 的边界和其复杂的地质结构 ， 因而 成 为构 造矿 化 摸型 的有效 手段 。 实际 上、 在块段 模 型表示 品位 分 布的 基础 E，利 用 CAD 技 术模 拟矿 化地 质结 构和 几何 形态 已成 为模 型技术 的发 展趋 势 三、矿 山 C AD系统 利用计算机图形功能，在矿化模型上布置 采矿工 程 并模拟 开采过 程，即计算 机辅助设计 和计划，是当今计算机应用的一个重要研究方 向，国外在 7 0年代就进行 了这方面的开发工 作，到 了 8 0年代 ，H { 现 了许多 功能 齐全 的 加拿大莱特公司 ” ”近年开发的计算机辅 助设计 系统 ，功能更 为齐全 。该系统 的露天设 汁系统可在屏幕上显示不同水平的矿石方块矩 阵、地质构造信息和方块的开采收益值。用户 可在屏幕上通过人机对话设计不同边界品位和 边坡角的露天境界，并作出生产进度计划。地 下矿设计系统，借助灵活的矿化模型，可以设 计地 F 巷道以及整个地下开采系统，可从任何 剖面和角度来观察矿体形状与开拓采准情况。 G A F e r g u s o n⋯ 对计算机辅助设计 进行 了总结，他提出模块化结构有助于矿山综 台设计系统的步展和使用，同时设想这种系统 应包括建立矿岩模型、计算矿石储量、设计及 布置开挖工程、优选设备和编制计划五个子系 统。由此也可 以看出，矿化模型在矿 山 CA D 系统起着十分重要的作用。 近来，一批微机 C AD 系统得到开发，文 献 1 8 介绍 了一些功 能较好 的软件 系统 。 由 于微机容量的限制，微机 C AD 系统通常是针 对某些具体情况建立的．或对矿山设计的某一 部分进行评价。随着系统的不断改进和 CA D 硬件设备的发展，矿山微机 C AD 系统将得到 更广泛 的应用 。 四、结论和展望 CA D 软件系统。 从文献可以看出， 目前计算机建立矿化模 D Ha r t l e y 等 人 研制 的地下矿设计 型和辅助设计应用 比较成功的是大型露天矿和 软件，建 了一个采矿工程图形库，根据需 比较规则的地下矿，对于形状和构造复杂的地 要，可组合、安装这些图形，完成采场的设计 下矿尚不成熟，特别是脉状矿体的模拟，还投 并可给 出设计结果 的立体 图和投影 图。T 有很理想的解决办法。我国的贵金属矿大多是 M ‘ B a r c z a k 应用动画技术开发的模拟软 脉状 矿体 ，开展 脉 状矿 体矿 化 模型 和微 机 件能在房柱断面屏幕图上动态地显示各种 回采 C AD 系统的研究是十分必要的，这对于评价 设备的运 动，模拟回采过程 。C Ha y c o c k s 矿体可采性，评价开拓采准布置方式以及确定 等开发的房柱法模拟软件，可用来编制计划， 矿块开采范围，选择合理的采矿方法及参数， 洋价 和改进采矿作 业的效率 s L B a r a d 优化生产计划，降低矿石损失和贫化等都具有 等人 ”把优化模型引入 C AD系统，协调处 重要意义。 理 配矿 要求和 开采几何约束 的关 系。 一 2 4一 下转第 1 8页 有 色 矿 山一1 9 8 9 5 维普资讯 回采以后，均麻增 I Ij I 】 l 乏 锚索 芰护， 4 茁0 j f 难 以保证 ，矿量损失 增大． 8 、保 持 采充 平衡 和持 续稳 定 { I 的 条件 较多 ，管理要 求严格 特 4 是 t l I 采 l H } 法 的 比例 减 少 ， 充填 料 采 源 更 紧 ii ,J ‘h 下 1 。 9 、长锚索和短铺 杆联 合的护顺技 术需 递 一 步巩周完善 严格拇柞 规秤 做 循环 瓮 替 ，建立一套完 整 的科学 管理体制和 可靠 的壮 ‘ 接第 2 4页 建立复杂矿体的矿化模型，笔者认为办 采用地质特征值估计和几何结构模拟分形进j 。 的方法。非参数地质统计学对于估 } F 复杂矿体 的地质特征值是一种有潜 力的方法存矿休过 于复杂 以致 j 士 【 I ￡ 质统计学 啦以毒敬 的_{ l l 候 “ 1 立足于 C AD技 术． 用 法愆 ” 步J 汇集矿体地 贡理论、震l圹 m地腰 擘家ft4j 虢I j { 识，研究矿体模拟的] 一 能系统别 。 坝删 体 的地 质 结 构 和 几何 信 ． 将 是 稿． 试。 上接第 6 8 砸 座位 于拉 岜靳县科 罗拉 多 洲 尔 的矿⋯，,Ii l 笱 年限将增加 l ～3年，1 9 8 ． 年露 投产I IJ 鹎 预计 铜石矿 的服 务 限约 为 6年 该坑 内 矿储 嚣为 l 1 0 短 吨 ， 金 品化 为 O ． 8盎 司 ／短吨 。 初期 露 天矿 储 鳍 j 讣 为 5 8 1 万 短 吨 金 品 位为 0 ． 0 8盎 司 ，短 吨。 划 地 下 开采 年 出 矿量 为 3 0 0 ． 0 0 0糖 吨 。埘 】 选 矿 该公 司将利用现 有的铜 石 矿没施．其 中彳 j 。 造 i 和碳浆设 备。 一 l 8 洲 予艇 提 高旋 r质 景 ，确 f 人 身和 f 1 、 I k 安 。 的柯 牝．牧似点 拄刊的耀砂 水平分 联充 填法 代矿 多 l 的吏践麻 川 I I下喝对 保 护 【 一 矿林地采 墩H ] 河流譬成 功的 存类 似凤 “I t r f ， ， 和 r 采技 术条件 下 疑济敢 稿传f 怊葡 法 ； { _r疑旧损 失 目前f 然偏大 ，需 进一 步加 强护 顶 管理 ，研究 和 JJ 目 强 矿柞f 充 和来 亍 E 的 网f ] 作 H 的 CAD 系统主 要是通过方 案 此较 和 事产模拟作 为解决 问题 的手段 笔者认 为、 住 开发 CAD 系统时 ， 弧I 能结 合 县体 问题，将 优 化系统 ， 如 { 产规划 和进 度t f - t 优化模 型．技 术经济分析横 ，蒙 矿方滋选择 专家系统等引 人 C AD系境，使地藤梭 CA P技 术和优 化 系统融为一体 ，将 能 为 l J l ／ 1 提 f l } 更 J 的 错 m 参考文献 略 口前 ， 浚矿 府 l 0 0名工 人， 其 中 5 5凡 [ E 露 灭 工 { 1 ； 4 5凡 塞 漓 踏 氟 】 j 已 的 f 因增 加 J 坑 内矿，将 再增 加 7 0名寐 尻，约 6 3 人是在抗 内矿 作 塞浦 路斯公 司至 今在 泼矿 投 资． 计 1 5 0 0万美 元，计 划再 投 资 1 0 0 0万 美儿 开发坑 内矿 ．绞公 司尽力使坑 内矿接近于 2 0 0 麦 ／ 盎 d 的露开 采成本 ， 李 _彳 { 余摘 降 自 E ＆MJ ， 1 9 8 8 、 1 2 ， 5 9 ～∽ 维普资讯