Surpac在水泥矿山设计中的应用.pdf

58ChinaBuildingMaterialResourcesCommunication 现阶段，我国水泥矿山设计主要 根据矿山地质报告、钻孔探槽数据分 析表和平剖面地质地形图等资料，在 A u t o C A D软件中进行地质岩性判断、 元素品位分析、矿石储量计算和采矿 设计等。 但A u t o C A D 软件无法直观、 真 实地三维显示矿区地表模型和矿体地 质构造， 在进行矿石储量、 废石量和元 素品位计算时复杂、 费时且不准确。 天 津水泥工业设计研究院有限公司矿山 室在传统的水泥矿山设计中积极创新， 在同行业中首次引入了三维矿山设计 软件S u r p a c ， 实现了水泥矿山设计的三 维可视化，提高了设计效率。 1 矿区三维地形的建立 本文研究并建立地质模型的对象 是天津院与埃及军方合作的2 x 5 0 0 0 t / d 普通硅酸盐水泥生产线项目。 该项目矿 区位于西奈半岛北部， 距E I - A r i s h 城南 约6 5 k m ， E l - I s m a l i a 至A u g a 公路从南穿 过矿区。 矿区形态主要由S W - N E 走向背 斜组成， 两条总体走向近E - W 的断层分 矿区为三部分（分别命名为 b l o c k 1 、 b l o c k 2 和b l o c k 3 ） 。 通过建立矿区数字化三维地表模 型 （D i g i t a l T e r r a i n M o d e l s ） ， 可以直观、 形象地显示矿区地表地形的三维空间位 置关系。将矿区原始高程点数据或将 C A D 格式的地质地形图中的地形线文件 通过一定操作步骤导入S u r p a c 软件， 均 可形成矿区数字化三维地表模型， 如图 1 所示。 图1 中方框区域为矿山首个1 0 年开采界线 （位于矿区b l o c k 1 部分） ， 不 同的地表颜色代表不同的海拔高程。 2 地质数据库的建立 通过S u r p a c 软件中的地质数据库 模块建立矿区地质数据库，可以方便 地将地质报告中的钻孔孔口位置坐标、 钻孔空间走向、各元素品位分析等数 据在三维空间模型中显示出来。提取 地质报告中所有钻孔的孔口位置坐标、 钻孔空间走向、各元素品位分析数据 及矿区地质描述等信息，按一定格式 归纳整理成S u r p a c 软件能够 “识别” 的 数据， 分别存储于地质数据库的c o l l a r 、 s u r v e y 、 s a m p l e 和g e o l o g y 数据表中， 再 将建立的地质数据库导入S u r p a c 软件 的地质数据库 （G e o l o g i c a l D a t a b a s e ） 模 块， 即可生成矿区地质数据库， 以显示 钻孔三维空间信息， 如图2 所示。 地质 数据库建立后，可根据需要对矿区岩 石类型和钻孔元素品位进行风格设置， 图1 矿区三维地表模型 S u r p a c 软件 在水泥矿山设计中的应用 59ChinaBuildingMaterialResourcesCommunication 即根据矿区不同的岩石类型和元素品 位数据区间对钻孔进行分段，并赋以 不同的颜色， 以便于区别、 分析不同范 围的钻孔数据。 在S u r p a c 软件的显示窗口中， 可以 便捷地在三维空间中任意旋转、缩小 或放大钻孔数据，直观地表示钻孔的 空间位置及元素品位和岩石类型的变 化状态；还可以在任意平面上对自己 感兴趣的矿区部位随意地“划一条 线” ， 生成该部位的二维剖面， 以详细 显示特定钻孔的岩石类型、矿层和元 素品位等局部信息 （图3 ） 。 图3 为钻孔 L B Ⅲ- 6 和L B Ⅲ- 7 在Y - Z 平面的剖面 图，钻孔左侧数据为钻孔深度和岩石 类型，右侧数据从左到右依次为C a O 、 M g O 的分段品位，图例用不同颜色和 样式表示 C a O 、M g O 品位的分段区间。 通过对所生成的不同剖面上的钻孔数 据的变化规律进行空间分析，即可对 矿体进行地质解译工作，以圈定工业 矿体或围岩。 3矿体模型的建立和采矿设计 矿区地质数据库建立后，结合地 质报告可初步确定矿体的空间赋存范 围， 根据分析研究， 本矿山圈定图1 中 方框区域为矿山首个 1 0 年开采界线。 在圈定的矿区范围内，对地形的重要 部位在三维方向上切剖面， 分析、 编辑 各剖面上的钻孔数据，并根据 C a O 、 M g O 、C 1 -等元素的品位和岩石类型， 精确的地质解译各剖面上的矿体范围 和界线，最后将各剖面上精确圈定的 矿体范围界线连接起来，即可形成三 维矿体模型，以表达矿体的三维空间 形态，见图4 。 矿体三维空间模型建立后，即可 进行矿山三维露天采矿坑的设计和年 度采剥进度计划的编制工作。本矿山 为2 5 0 0 0 t / d 水泥生产线提供矿石， 每年约需石灰石矿石4 6 0 万吨， 经过讨 论研究，本矿山采取自下而上的开采 方式， 台段高度定为2 5 m 。 使用S u r p a c 软件中的采矿设计模块，统一给定采 矿坑的台段坡面角、 台段高度、 台段宽 度等参数， 可由软件快速、 自动地生成 三维采坑布置图。针对不同矿山的具 体情况和不同用户的实际需要，也可 以通过S u r p a c 软件中的绘图模块和导 入 A u t o C A D 格式的采矿坑设计图，设 计出地质地形条件和矿床赋存条件复 杂的采坑布置图。 根据本矿山的年度采剥进度计划， 矿山1 0 年末采剥终了界线图和开拓系 统图， 如图5 所示。 1 0 年末本矿山将形 成六个 2 5 m高的生产台段（3 1 5 m 、 2 9 0 m 、2 6 5 m 、2 4 0 m 、2 1 5 m 和 1 9 0 m ） 和一个5 m 高的雨水收集台段 （1 8 5 m ） 。 R o a d 1 、R o a d 2 、R o a d 3 和R o a d 4 为主运 矿道路， R o a d B 、 R o a d F 、 R o a d G 、 R o a d L 、R o a d N 等为辅助道路。 4块体模型的建立和储量计算 通过 S u r p a c 软件中的块体模型 （B l o c kM o d e l ） 模块， 可建立对应矿体 的块体模型，以在三维空间中表达矿 体 C a O 、M g O 和 C I -等元素的品位分布 情况， 以及矿石的储量、 平均品位和废 石量。本文采用距离幂次反比法 （I n v e r s e D i s t a n c e ） 和适当的参数对块 体空间进行赋值， 建立矿体块体模型。 块体模型建立后，可根据需要用不同 颜色和图例符号来表示各元素品位区 间的空间分布情况；也可以通过约束 条件 （c o n s t r a i n t s ） 生成任意台段、 任 意区间， 矿体任意元素品位的平、 剖分 布面图，以显示矿体内部的元素品位 分布情况，为矿山开采生产的动态管 理提供科学依据。 图 6 为矿山 1 0 年末采矿坑 2 4 0 ～ 2 1 5 m 水平C a O 品位分布图， 表1 为采矿 坑 2 4 0 ～2 1 5 m水平矿石储量及 C a O 、 M g O 元素平均品位。 由图5 和表1 可知， 该台段矿石质量优良， C a O 平均品位高 达5 3 . 3 5 ％， M g O 平均品位仅有0 . 2 3 ％， 矿石品位质量属于一级品。 仅在采矿坑 台段边缘处有少数区域C a O 品位降低， 但品位降低的矿石的数量很少， C a O 平 均品位为3 2 . 4 5 ％的矿石仅有8 万余吨， C a O 平均品位4 1 . 2 9 ％的矿石也只有3 1 万余吨， 生产时可以通过科学合理的开 采方式，将其搭配后充分利用。 5结论 （1 ） 在水泥矿山设计中引入S u r p a c 软件， 通过建立矿山三维数字地形、 地 质数据库和矿体模型，可以直观地展 示矿山的空间构造，真实地反应矿体 的实际赋存状态。所建立的矿体模型 还可以在空间中任意旋转和缩放，能 使设计人员对所研究的矿山地质地形 和矿体有一个比较直观、 清楚的把握。 （2 ） 通过S u r p a c 软件中的采矿设计 模块和绘图模块，可以实现地质地形 条件和矿体赋存条件复杂的矿山设计 的三维可视化， 直观、 简洁， 简化了矿 山复杂的平面手工作图工作。 （3 ） 使用S u r p a c 软件的块体模型模 块，可以快速计算出矿山全部或任意 台段所有元素的平均品位，以及矿石 储量和废石量等信息， 计算结果准确， 大大减少了手工工作量，可辅助用于 矿山资源评估和矿山生产阶段的动态 储量管理，指导矿山企业合理高效地 利用矿产资源。 摘自水泥技术2 0 0 9 年第5 期 图6 2 4 0 ～2 1 5 m 水平C a O 品位分布 表12 4 0 ～2 1 5 m 水平矿石储量及平均品位 台段高度 2 4 0 ～2 1 5 m C a O品位， 0 . 0 ～3 5 . 0 3 5 . 0 ～4 5 . 0 4 5 . 0 ～4 8 . 0 4 8 . 0 ～5 6 . 0 合计 体积，m 3 4 2 1 8 7 . 5 1 6 2 5 0 0 . 0 1 7 6 5 6 2 . 5 7 7 4 3 7 5 0 . 0 8 1 2 5 0 0 0 . 0 重量，t 8 1 4 2 1 . 9 3 1 3 6 2 5 . 0 3 4 0 7 6 5 . 6 1 4 9 4 5 4 3 8 . 0 1 5 6 8 1 2 5 0 . 0 C a O平均品位， 3 2 . 4 5 4 1 . 2 9 4 6 . 4 9 5 3 . 8 8 5 3 . 3 5 M g O平均品位， 0 . 4 1 0 . 8 1 0 . 5 0 0 . 2 1 0 . 2 3 交流园地