三维模型在采矿中的应用.pdf

⑩ ； ， I6 ／ 番 g ￡ ／ 三 阵 ， 霹 枕幺 c 三维模型在采矿中的应用 T D 句 法] Fa br i e e DEVERL Y r ’ F G abri el CO V R RIO VK 庇 【 擒蓦】 大 多 数 地质特 征， 例 如 断屡 和 褶皱 都 具有 复杂 时几 何 形特 。 通常． 对它 们的 认识 只局限 于所测定的有限的教据 而在勘探或采矿中，为了强酬地质现象和矿石储量 ．连续的三锥楗型则是十分 重要的．由法E NS G、Na n e y GO C AD 软件解决了这个地质问题．G OC AD的功能在个 三维 地质模型和一十露天矿模型中得到证实．该项工作清楚地表明该软件对地磺而言是台适的．但也指出了 一 些有关采矿拓扑关系方面必须改进盼地方。 l 前 言 对 于大多数 采矿和地质工程来说 ，在 勘 探储量计算、作业计划和开采中必须了解地 质 特征。地质 媒体和采矿媒体通 常有 复杂 的 几何形 状。而对 于地质人 员来说 ；只 掌握 在 空 间上分布 不规 则 、数量 有 限的一些 有效数 据 。为 了进～步 了解它们 的几何形态，必 须 从这些 由基本 点数据组 成 的信息中重建象 地 质体这样的三维几何模 型。这个工作通常 由 计算机完成，并且称为 “ 几何模型”。为了 达 到这个 目的，必 须使 用 图形交 互式模型软 件。一般机械工程应 用的标 准C AD软件并不 能满意地解决 地质 问题 ，这样 的C AD软件有 助 于设计 原来并不存在 的一般 的 几 何 复合 体。然而 ，地质CA D必须根据 一部分质量上 不匀、分布不规则的数据来重建 已存在 的几 何形 状相当复 杂 的物体 。 基于 这个观点，我们 由几 何模 型上 测试 丁由法 国E NS G Na n c y 研 制的GOC AD软 件 ， 该软件特别适 合于地质 体。 由于几 乎所 有 的 地质体都存在断层，所 以我们主要集中在断 层模型的问题上，并且在作矿体几何模型之 前就要求知道断层的几何形 状。进 一 步 而 言，当 优化开采矿体 时，更需要断层 的确切 位 置 。 本文使用了三个 实例，两个 地质 实例 和 一 个开采实 例，测试和 讨 论了c OC AD软件 的能力 。这些实例是 模 拟岩层 和断层，模 拟复 杂褶皱和有断层 的矿体 j 以及模 拟一个 开采项 目。 2 GOCAD软 件 GO C AD 是 由Na n c y 地质学院 Ma l l e t ， 1 9 8 S 研 制的 地质造型 软件 。直 线用来描绘 一 维 图形 即几组相邻的段 ，面是用 来描 叙二 维图形 即几组 相邻 的三角 形。使 用 DS I 的插 直软件 Ma l l e t ，i s 8 9 来计算三维图形中 线段 或三角形 的节 点位置 ，该 软件 将线 或面 的租糙度 降封最低。DS I 帮助 考虑许多 类型 的地质数据 ，例如 精 确 的或 粗略 的表 面位 置 、局 部倾角 、断层 的相对 移动 、约束 一 个表面 沿着 另一 个表 面的滑动 。 一 组人 机交 互工具使 得用户可 以在 三维 空间上产生 或修改线段 和表面。在确 定约束 和应用 D S I 之前 ，用户可 以 建 造 初 始表 面 即三条直线 比较靠近 的三角形 和均值 的 表面分离和改进表 面三角网的操作是非常 有 效的，也可 以对两个表 面进行 拓扑操作 ， 这类 似于使两个平 面相 交。 G O C A D 是 在U n i x 和X --w i n d o w ／ Mo t i f 系统下用 c 语言写成的 。三维带 阴影显 形要 求有图形处理器。 目前所做的工作 是在S i l i C O i l G r a p h i c s I RI s 一 4 D 工 作站上 完 成的 。 一 5 6一 有 色矿 l 0 9 4 ． s 维普资讯 2 ． 1 S OUL TZ 的断层 和岩层 在A l s a c e 的S o u l t z - ／ e s F o r e t s ，手 ] ‘ 了很 深 的地热研究 钻孔 ，需要 解决的阔题是建立 三维 断层 和岩层表 面模 型系统 。数据 由 5个 从地震资料 得来的地质 剖面 图和7 8 个钻孔资 料组成。近似水平的地层面被倾斜的断层面 挫断 。这 个 问 题C h i l e s e t a l 1 9 9 2 已进 行 了全面 的说 明。 本 例中所使用 的方 法是 由 下 列 步 骤组 成 首先将各个 剖面中的断层位置连接 起来 重建断层系统，然后考虑断层模型再重建岩 层模型 。假如最 终模 型 出现 不 台 理 现 象 的 话，则应重新考虑初始断层的模型 ，直到满 意解得 到为 止。该研 究 的主要 问题是对于所 连接 的断层 面并 非是唯一 的，所 以初始断层 模 型对最 终的岩层模型有 很大的影响。 2 ． 2 断层模型 从断层线中建立断层 网络分两个步骤进 行 1选择 由各 个剖面 中所连 接起来 的 断层线， 2建 立表面 网络，并且调 整到 选择的断层线上 。这里 ，主要 问题在 于这些 断层线有许多方法连接 ，这是由于各／ 卜 剖面 间的断层线各不相 同，事先并不知道哪条断 层线属于哪个 断层。该 问题 的一 个典型例子 由图 1说明。该例是一个相对简单的例子， 由于在一 个 网络 中每 个剖面上有 1 0 到2 0 条 界 线是常 见 的。 已经确认了几种典型的情况 1 由单条 断层线确定 的断层在 形状 上认为是椭 圆形的，必 须 给出表 面的倾 向和 倾角 。 2由几条断层线确定的单条断层， 连 接这些断层线可 以形成三角形 网的曲 面。 在 连接这些 断层线 边缘 的 包 络 线 上 ，使 用 DS I 便可 以确定断层 的延展 ，根据 地质关 系 可 以对它进行 修改。 3 与其 它断层 在y 方 向 有 断层迹 或 透镜 形的情况相交 的断层 ，在第一 阶段 要 求分 别构 造断层 ，然后 再关 连起来 。 一一 三维模型在采矿中的豇甩 法 F a b r i c e DE V E RL Y 从一 个相当筒单 的数据 来看，在三 维图 上 可 以有几种解 释 ，第一种 解释姓基于断层 在 Y 方 向是连 续为 假设的 。第 二种 和 第 三种 解释 假设存在一 个主 断层和两个 次断层 。第 二种解释假设仅有垂直位移，而第三种解释 假设有垂直 和水 平位移 的组合。 数搪 可能的解释 三 维 盥 - r 面 罔 ◇ x 7 。 ； 蛇一 El 与断层 相关闸 题的一 个例子 2 ． 3 岩层模 型 对 于每个 岩层的有 效数据是每 个剖面上 的岩层界线 和一组来 自钻孔 的离 散点数据 。 岩层界线可以是不连续的 穿过断层，交 叉 的以及几 何形 状从一个界线 到另一 个界 线 变化的。在这种情况下，界线间的面用三角 形法 表示是 困难 的。 因此，决 定先 不考虑断 层来建立一个初始面，然后再将该面调整到 一 组 有效 的数据 点上 岩层界 线和钻孔。 该表面然后与每个断层相交，每次相交产生 两个确定的边界。 使用表面约束 O n T s u r f C o n s t r a i n t ，把每 次产 生的边界独 立地 与 各 自的断层连 接起来 。最后 一点 ，再 次使用 DS I 来调整岩层表 面。这样允 许边 界滑动并 且允许沿着断层重新调整。 2 ． 4 结果 模 拟 了断层 网和 5个地质界 面，覆盖 了 一 5 7 维普资讯 83 k in的面 和3 k in的深度 。这 些界 面是 在花岗岩的顶部，早期、中期、晚期三叠纪 和侏罗纪岩石 中。考虑断层和岩石界面的总 体模型可以实时地观看和旋转 从屏幕一 h 按 有关方向看模 型的块图清楚地说明了地垒结 构，并且可以很容易看到断层的位移。 3 MI NERVOI S 地 区的 断层和褶皱 该研究 的 目的是模 拟倒转褶皱的 几何形 状。工作兴趣主要是 。 1模 拟 倒 转 表 面J 2 结合剖面和地质图数据。有效的 数据是 l 2 张平行的 由地质 图上来的 地质 ／地 形剖面图。这些剖面 已含有一定量的地质现 象解释，它们是以露头、钻孔数据和露天开 采信息为基础的。 3 ． 1 建立 模型 重建该褶皱的基本方法是用三角网连接 所有的 剖面。连 线必 须在 两个剖面问的指 定 点 转枢和背斜或向斜的翼中进行，如图 2所示 。完成该连线之后 ，为了避免两段之 闽不连续的效果，必须对表 面 进行 光滑处 理。然后 缒用 地质 图 中的数据 母 3来完 成和调整该褶皱。 1 O 0 N 2 0 0 N 设链连蹬 初嫱三角形弼表面 图2 从两个剖面中模拟 的糟皱初始表 面 在建摸中所遇到的主要问题是在一些剖 面中缺少 数据 ，这就要在这些 地方 部分 地使 一 5 8 一 籀 、 ⋯ ～ 固3 帮皱与地质图之间的关系 用地质现象来解释。例如褶皱转折点的位置 常常会丢 失，这 就要求 在剖面 图上用 补充解 释来得到协 调的资料 ，考虑了所有数据为 丁 得到更完整 的解释 ，在两 个剖面问应 加上 轮 廓线。这样就 防止了对 丢失数据剖面的多重 解释。这将是一个真正的三维解释，而不是 在 三维模型下的 二维解释 。这 样最终模 型就 有 地形和两个矿化 带 了。 3 ． 2 露 天模 型 另一 个有趣的例 子是 可 以建立 三维的露 天开采几何模型。初始数据是表示不同台阶 的 上部和下部的直 线段。首先 使 用 交 互式 GD M露天设计系 统的P I T C AD软件来 画直 线 段，该软件使用给定水平的露天轮廓线根据 用户定义的几何约束 台阶 高 度 ，边 坡 角 等来设计 露天边坡。 在 两条相关 线之间，用三 角形面建造每 一 个 面和台 阶。然 而露天轮廓 线是相当复杂 的，自动连接三角形通常会出差错。因此， 在 连线 以后 ，为 了得到协调 的和满 意的 三角 网，必须给一些强制性的特殊点。完成这些 工作 之后 ，为 了 得到 一个 完整 模型 ，将所有 初始表 面组合成一个整体 。 地形表面用上面所述的S o u l t 例子 的方 法进行建造，然后完成地形表面与露天坑之 问的交线。从模拟的结果中，可 以看出露天 坑在整个 环境 中的 实际 影响，这 也可 以取 出 开挖体 的形状。 下一 步，为 了更好 地计 划开采 ，考 虑露 有色 矿 一1 9 4 ． 5 维普资讯 ‘ 、 一 一 综合利用 ； 匀 ’口个 IJ |一 曙 } ⋯ “t 9 为 ．． ，反 国 重 力 选 矿 尾 液 再 用 安席金矿 贾升科 一 1 _ ，，一 1 前 言 两步选金法”处理 砂金矿 ，即在 采金 船上 把原矿砂租选 富集成重砂 ，然后 进到岸 上选矿厂精选 ，淘洗 、直 至冶 炼 成 合 质金 锭，具有金的实收率高，产品 包括中间产 品和整个生 产过程 便于管理等优 点， 已在 许多砂金矿 山推 广应用。然而 ，岸 上选矿厂 往往远离河流，地下水不足，正常生产有一 定 围难 。所 以， 必须 考虑水 的 充 分 利 用 问 题，才能满足生产的需要。 安康金 矿岸 上选矿厂原 设计生产用水量 为5 8 m。 ／ 1 1 ，1 9 8 5 年末对生产工艺过 程 进 行 了较大规模改 造后，实际 达 到了 1 5 0 m。 ／ h 左 右 。 原设计 的一 限水 井及 与 之 相 匹 配 的 0 O IT I 。 ／ h 离心水泵远远不能满足生产需要。 为此， 曾多 次寻找水源 ，但均末收 到较为 理想的效 果 。尔后 ，通 过实验 ，确 定将 选矿尾液 与甩 砂 自然析 离，沉淀后的上 清液 作为 补加永返 同再用 。几年来实践 证明，此 方法是切实可 行的，尾液返回再用率可这7 0 以上。 2 尾液返 回再用 的方法 图 1为 安康金矿岸 上选矿厂生 产供水联 系示 意图。 首先，清水泵从永井将地下水抽至高位 水箱，水箱蓄满后水就通过溢流管流入定砂 池 ，等 池内积水达 到一定量 时 再 流 入 沉淀 天坑 的参效 如 ；边 坡角，台 阶高度 ，应 将该 几何 模型 与初始 的地质模型结 合起来。 为 了完成这个工 作，必 须建立 能够 完成拓扑 运算的拓扑 协 调 模 型。然 而，在 这 方 面 GOC AD软 件却 无能为力 。 3 ． 3 结论 从上述的侧子中清楚地看到，对有褶皱 和断层的岩层，在 目前仅能使用一些客观真 实的数据，还没有一个基本的算法来 自动地 解决这些复杂的情况。为 了得到 正 确 的 结 果 ，地质学者必须 将 自 己的知 识 和解 释引入 进去。基于这种观点，G O C A D 软 件 对 于模 拟断层和复杂的地质界面引用地质数据和约 束方面均是强有力的工具，交互模型使得有 可能对 不同的假设进行 试验。三维视 图不仅 仅 是一 个结果 ，而且 是一个在不 同模 拟 阶段 检查 地质 解释是 否一 致性 的工 具 。 然 而 ， 最 主 要 的和并不引起重视 的问题 之 一 是G OC A D 软件能够检查数据自身的有效性。 许多 情 况，在 几何图形显示 上 ，衷 丽徽 拟可以给地质问题提供满 意 的 答 案。进一 步，可 以看到兰维模拟在嚣天 采 矿 中 的应 用 ，例如 模拟 或估计 已经清楚知 道范围的 参 数。然而，为了提供尽可能被充分利用的协 调的地质模型，该软件仍然需要改进体积楔 拟 和发展相关的 拓扑运算。 参考 文献 磅 祝建荣 、 李行 译 自 A P C O M z 4 I N T E R N ,A T I ONI AL SYM POSI UM ON TH E APPLI C ATI ON I I COM PVTERS AND OPE RATI ONS NESEARCO N THE M I NERAL I NDUS TRI ES 责任编 辑肖泽抬 重力选矿尾漱疆用贾升科 一 5 9 维普资讯