3DMine软件在石灰石矿建立三维模型的应用

3DMine软件在石灰石矿建立三维模型的应用

张金园

山西太钢鑫磊资源有限公司030000

摘要：本文介绍了利用3Dmine矿业工程软件，整理了山西太钢鑫磊资源有限公司石灰矿钻孔数据，建立了地质数据库；进而构建了地形模型、矿体模型、块体模型等；用距离幂次反比法进行估值，建立了品位模型；实现了地质模型的动态显示与基本三维分析功能，总结了建立三维地质模型的方式方法。

关键词：地质数据库矿体模型三维3Dmine

随着科学技术的不断进步，二维（平面）向三维（立体）的转化已成趋势。传统的以平面图和剖面图为主的地质信息的模拟与表达难以满足现代矿山信息化、数字化建设的需求。只有通过三维平台对钻孔、勘探、测量、设计等数据进行过滤和集成，建立三维矿体模型，才能完整准确地表述各种地质现象，快速直观地展现地质空间分布及相互关系并为矿山动态管理和合理利用资源提供依据。

本文以3Dmine矿业软件在山西太钢鑫磊资源有限公司石灰石矿建模过程的应用为例，总结了建立三维地质模型的方式方法。

1地质概况

1.1矿体特征

鑫磊公司石灰石矿区矿体赋存于奥陶系中上马家沟组一段和下马家沟组地层中。矿体呈层状，产状与地层产状基本一致，矿岩互层，矿层厚度变化较大，总体倾向西南或西北，倾角2°～11°，呈宽缓的波状起伏。

上马家沟组一段地层中可分为两个含矿组，编号为一矿组和二矿组，共计7个矿层。

一矿组有四个矿层，二矿组有三个矿层。

一矿组矿层编号为：KⅠ、KⅡ、KⅢ、KⅣ，

二矿组矿层编号为：KⅤ、KⅥ、KⅧ。

各矿层情况详叙述如下：

一矿组赋存于上马家沟组一段三层（O2s1-3）：

KⅠ：厚度3.48～13.90m，呈层状产出，呈条带状分布于山体的顶部，在山体的阳面出露比较好，出露长度约为4000m。

KⅡ：厚度4.26～10.85m，呈层状产出，平均厚度7.64m，厚度变化系数为31.92％。出露长度约为4000m。

KⅢ：厚度0～14.79m，出露长度约为3500m。KⅢ矿层在12线以西断续分布和尖灭。

KⅣ：厚度0～15.90m，矿层呈层状产出，在山体的阳面出露比较好，出露长度约为3000m。在10线以西该矿层断续分布和尖灭。

二矿组赋存于上马家沟组一段二层（O2s1-2）：

KⅤ：厚度0～13.91m，该矿层主要分布于02线～15线之间，出露长度约为4000m。该矿层在12线以西有变厚的趋势。

KⅥ：厚度0～15.00m，该矿层在全矿区均有分布出露长度约为4000m。

KⅦ：厚度8.20～20.45m，该矿层在全矿区均有分布，出露长度约为4000m。

1.2矿石类型

KⅠ—KⅦ七层矿主要由泥晶灰岩组成。

CaO在矿石中以泥晶方解石和亮晶方解石的形式存在。

MgO主要以独立矿物白云石形式存在，少量以类质同象形式赋存于方解石中，98％以上的Mg分布于矿石中粉、微、泥晶白云石和细晶白云石中，极少部分的Mg分布于方解石中。

SiO2主要分布于矿层粘土矿物中，以独立矿物石英形式存在。

全矿区矿石平均品位CaO52.79%，MgO1.594%，SiO21.76%。全矿区122b+333+334？资源量9251.74万吨，其中122b资源量1023.54万吨。

23DMine矿业工程软件简介

3DMine矿业工程软件是一套重点服务于矿山地质、测量、采矿与技术管理工作的三维软件系统，广泛应用于煤炭、金属、建材等固体矿产的地质勘探数据管理、矿床地质模型、构造模型、矿量计算、露天及地下矿山采矿设计、生产进度计划、露天境界优化及生产设施数据的三维可视化管理。

3DMine矿业软件的基本特点：二维和三维界面技术的整合、结合AutoCAD通用技术，方便实用的右键功能、快速编辑和提取相关信息、剪贴板技术应用。使Excel、Word以及dat格式数据与图形的直接转换、快速采掘带实体生成算法以及采掘量动态调整、区域台阶工程量精确计算、多种全站仪的数据导入和南方Cass的无缝兼容等。

3建立矿山地质数据库

3.1钻孔、探槽数据整理

3.1.1图形坐标转换

通过分析鑫磊公司石灰石矿各剖面图及分层平面图可知，剖面图上的Z坐标及分层平面图上的X、Y坐标在正确坐标位置，其余均不在正确坐标位置。因此需将其导入3DMine软件进行坐标转换。具体步骤：

（1）将153Om分层平面图导入3DMine中，赋Z值为1530。

（2）将0～15号勘探线剖面图导入3DMine中，对YZ坐标调换，将剖面团立体化。

（3）以鑫磊公司石灰石矿1530m平面图为标准，选取各勘探线与X坐标相交的2点XY坐标作为转换后的新坐标，读取各勘探线剖面图上相应两点的XY坐标作为转换前的旧坐标进行坐标转换。以2#勘探线为例如图1所示。

图2钻孔定位表

3DMine中建立的数据库导入数据有三种方式，具体包括剪贴板导入、导入文本和导入Excel。在鑫磊公司石灰石矿的建模过程中，我们采用导入Excel的方法，根据矿区预查、普查、详查、生产地质勘探、补充地质普查勘探资料共选取37个钻孔、29条探槽的完整数据建立了地质数据库，化验表录人8895条数据记录。建立好地质数据库之后．可以在3DMine中对钻孔数据进行钻孔三维风格显示、钻孔数据提取及数据统计分析。如图3所示。

图4原始地表模型

4.2矿体模型

建立矿体模型主要有3种方法：提取勘探线剖面图矿体界线法、提取10m分层平面图矿体界线法、钻孔数据法。由于勘探线剖面图上的矿体界线信息完整、准确，形成的矿体模型符合实际，所以运用提取剖面图矿体界线法建立矿体模型。

用3DMine打开鑫磊公司石灰石矿0-15#勘探线剖面图，选取矿体线另存为矿体界线文件。对矿体线进行连接、删除多余线、2根线连接、删除重复点等操作。使每l条矿体线成为1个整体，并且按照不同颜色进行图层分层，再清理线内重复点、线间重复点及钉字角。这样就完成了分层矿体界线的提取，如图5所示。

图5提取分层矿体界线

运用闭合线之间连接三角网、闭合线到开放线连接三角网以及分区连接等工具依次连接各分层矿体界线，生成矿体实体模型，并对矿体模型进行实体验证并优化。如图6所示。

图6矿体实体模型

对于这些连接好的矿体。可对其进行编辑，例如更改矿体颜色；由于矿体是三维的而且很多矿体是无缝连接在一起，可使用透明显示功能来分辨两个矿体的交界。生成的矿体模型可以描述矿体的形态及空间位置、计算各矿体的体积和表面积、任意方位的切割剖面而且可以切割动态剖面。

4.3块体模型

4.3.1块体建模原理

矿体模型只能反映矿体的空间形态，而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，因此必须建立矿体的块体模型。该模型的建立以块段模型为基础，3Dmine采用的是可变的三维块段模型，在某一方向上块段的尺寸可变化。由于矿层较薄，太钢鑫磊公司石灰石矿所采用的块段尺寸为10m×10m×2m，边界的尺寸为5m×5m×1m。用0—15号勘探线之间的矿体，推估了该矿区开采境界内的矿石品位。

块体模型是品位估值和储量计算的基础，把矿体划分成许多小块段，根据地质资料，对块体模型矿岩类型、比重属性进行单一赋值。对矿石品位属性采用距离平方反比法估值。在三维环境中，对影响范围的样品搜索经常采用搜索椭球体来定义搜索参散，一般包括走向、倾伏角、倾角、各向异性比率参数（主、次主和次半轴相互比率）等，可以借鉴矿体实体模型的产状参数。

4.3.2块体估值

主要的赋值方法有：单一赋值、最近距离法、距离幂次反比法、普通和简单克里格法。这里采用距离幂次反比法。首先选择新建属性，然后选择采用距离幂次反比法，导人钻孔数据，设置一些参数（如最大搜索半径、最少选择样品数、最多选择样品数等），最后添加约束，也就是添加不同类型的矿石，最终形成具有属性的单元块，也就形成了具有属性的矿体。图7中显示的分别为矿层和CaO品位。实际上可添加10个以上的属性。

图8块体模型报告4.3.3块体报告

3DMme软件可以根据不同的工作需要生成不同类型的块体报告，如按当前区域量报告、接线和上下面分类报告、实体分娄报告及吨位品位分布图等．在调入矿体模型和块体模型之后直接点击工具栏，块体—块体报告—报告当前区域量即可给出矿体体积、品位信息，与传统方法相比更快捷简便。其中报告不同区域的矿体体积、重量、化验品位等信息如图8所示。

5结语

3DMine矿业软件特有的剪贴板导入技术、AutoCAD的操作风格及二维与三维的完美结合，使软件操作简化、通俗易懂、简单易学，适合国内用户的习惯。

（1通过3DMine软件以地质和钻孔资料作为构建分层模型的源数据，成功地分层建立了山西太钢鑫磊资源有限公司石灰石矿地质三维模型，实现了地质模型的动态显示与基本三维分析功能，更加直观、充分、准确地认识到矿体地质变化情况。

（23Dmine具有强大功能模块和建模工具，用来建立三维模型，不仅大大简化了采矿设计者的工作，也将对我国数字矿山的发展起推动作用。

参考文献：

【1】胡建明等，3DMine矿业工程软件基础教程[R]，北京三地曼矿业软件科技有限公司，2014

【2】柳波、陈广平，基于3DMine的贾家堡铁矿三维地质建模技术研究，金属矿山，2010

【3】刘云盖、盖俊鹏、刘颖，利用DMine软件建立矿山地质三维模型[A]，矿业工程，2009，7（5）

【4】叶海旺、王荣、韩亚民等基于3Dmine的鄂西高磷赤铁矿凉水井矿区三维建模，金属矿山，2011

【5】孙璐、戴晓江，建立矿山三维模型中3Dmine矿业软件的应用[B]，中国非金属矿工业导刊，2011

张金园，男，1986，9，13山西省翼城县人，山西太钢鑫磊资源有限公司，本科，毕业于太原理工大学，专业测绘工程，现职称助理工程师，邮编：030000，