系统工程矿山开采优化方法.docVIP

第七章 矿床模型及采矿优化设计方法 7.1 矿床模型 所谓矿床模型就是矿体赋存状态信息的计算机模型表示方法，矿床模型是应用计算机管理矿床地质信息以及研究和优化采矿设计、规划、生产计划等诸多问题的基础。矿床模型既要能够有效地表示矿床的有关地质信息，同时要便于计算机管理、处理和应用。构造矿床模型，就是要充分利用已有的地质资料（如勘探钻孔、探槽、炮孔、勘探坑道中的矿床地质信息，或矿床平、剖面图、地形测绘图），并采取相关的信息处理方法对原始地质资料进行处理，得到矿床地质有效信息，再将这些信息通过一定的数据结构组织起来。 矿床模型有多种形式，其中块段模型和实体模型是两种主要的模型类型。 7.1.1 块段模型 块段模型通常是指三维块段模型，如图7-1所示。在这种模型中，矿床可视为许多小六面体块段的集合。每一个块段，用坐标（x，y，z）表示其中心的空间位置。进一步，赋予每个块段以矿岩类型、各自的数量、品位及金属量（或发热量、灰分、煤量）等地质参数。最后，根据每一块段的空间位置、地质特征以及开采技术条件，计算出各块段的经济价值。通常，矿石块段开采后可盈利，其经济价值为正值，而岩石块段的经济价值为负值。这样，以块段为单位，矿床的空间形态、矿石品位分布和开采后的经济效益都能清楚地表示出来。在使用时，只要给出空间坐标（x，y，z），就能找到相应的块段，并能提取该块段相应的地质信息。 在实际使用中，各块段的尺寸通常都是一样的，因此，只要通过某块段在在x、y、z三个方向上的序号就可以确定该块段的空间几何位置，这样就可用C（I，J，K）表示块段的地质参数，其中I、J、K分别是块段在x、y、z三个方向上的序号，而C表示某种地质参数。 块段的尺寸取决于矿床的赋存条件、勘探的控制程度、矿床开采工艺技术要求和模型的用途等因素。在露天矿中，块段的高度通常为台阶的高度。块段在三个方向上的尺寸可以相同也可以不相同。根据需要，有时也会建立二维块段模型。 建立矿床模型的一般步骤为： ⑴ 收集、整理地质勘探数据； ⑵ 确定模型区域范围； ⑶ 输入原始地质勘探数据； ⑷ 建立模型坐标系和进行块段划分； ⑸ 产生“估值模型”，对各种地质变量进行估值； ⑹ 产生“处理构造模型”，模拟和处理各种地质构造； ⑺ 进行三维模块组装，形成三维矿床模型； ⑻ 建立矿石数量及质量文件和有关绘图数据文件等。 7.1.2 块段模型的估值方法 所谓估值，是指根据已有的地质资料来估计块段的各种地质参数（如品位等）。矿床模型的建立，实质上是解决如何利用已有取样资料，准确有效地对各种地质变量进行空间估值计算的问题。可应用的估值方法有地质界限法、多边形法、三角形法、趋势面分析法、距离幂次反比法、地质统计学方法（通常称之为克里金法）等，其中常用的方法是距离幂次反比法和克里金法。下面以品位估值为例，介绍距离幂次反比法。在5.2中将介绍地质统计学估值方法。 矿体中矿石品位的变化情况，可以通过块段模型中每个块段的品位来表示。现在的问题是，如何根据钻孔等勘探工程中样本的品位来估算块段的品位。 设在待估块段周围有m个钻孔，如图7-2所示。距离幂次反比法认为块段的品位与其周围邻近的钻孔样本品位有关系，而且认为这种关系与钻孔到块段中心点的距离的n次幂成反比。 距离幂次反比法的计算公式为： （7-1） 式中，G为所估块段的估计品位；gi为块段周围钻孔等勘探工程的样本i的品位；λi为样本i的权系数；di为块段中心至样本i的距离；m为参与估值的样本数目。 在实际应用中，通常取n=1或n=2，这样距离幂次反比法就成为距离反比法或距离平方反比法。 使用距离幂次反比法时，应首先确定合理的计算影响半径。所谓计算影响半径，是指参与估计块段品位的样本的范围。由于是和距离幂次方成反比，因此距离较远的样本的影响力将显著下降。 其次，还应剔除影响范围内个别不适用的样本。在统计样本过程中，如遇到两个样本与块段中心连线间的夹角小于30°时，则认为这两个样本基本属于同一方向，这时应舍去较远的样本，用较近的样本代表这个方向上的品位分布。还有，当地质界线明显时，位于岩石区域内的样本也不能参加估值运算。 7.1.3 矿体实体模型 20世纪80年代末期，随着计算机几何造型和CAD技术的发展，出现了三维实体矿体模型。实体的概念引自计算机几何造型学的术语，其通俗含义是指自然界可能存在的物体。实体矿体模型就是应用计算机几何造型技术建立的能够逼真描述矿体及其地质结构的空间几何形态的模型。 几何造型技术是用计算机及其图形系统来表示、控制、分析和输出三维形体的技术，它是CAD系统的核心技术，也是模拟仿真、计算机艺术、机器人、虚拟现实等领域的技术基础。 计算机几何造型系统通常具有以下几个方面的功能： ⑴ 形体的输入，即把形体从用户格式变成计算机内部格