平行断面法矿产资源储量估算的计算机实现与应用

黄应才，冯兴隆

（1.玉溪矿业有限公司，云南玉溪653100）

（2.玉溪矿业矿山研究院，云南玉溪653100）

传统的矿产储量估算方法是我国矿山在勘查和开采阶段普遍采用的储量估算方法［1］。传统储量计算方法从引入中国到1977年间，在理论研究的深度上和方法本身的创新上发展缓慢，但是地质统计学储量估算方法的出现，打破了传统估算方法长期不变的格局，传统储量计算方法受到挑战，在这一背景下，传统储量计算方法的应用与发展进一步深化，广泛运用计算机手段代替人工计算，计算方法呈现多样性［2－6］。1995年至今，为适应生产的需要，传统储量计算方法相继开发研制并推出了一些适合国内生产的软件［6］。

DIMINE数字矿山软件系统是在中南大学古德生院士及王李管教授领导下、由中南大学数字矿山研究中心的矿业及软件专家们，在全面研究了国内外数字矿山相关软件和国内矿业企业实际需求的基础上，经过多年的艰苦努力，研究开发出的新一版基于数字化矿山整体解决方案的矿山数字化软件系统，达到了国际领先水平。该系统主要适用于矿业企业的地质、测量、采矿专业的技术人员及技术管理人员，全面实现了从矿床三维地质建模、储量计算与动态管理、测量验收及数据的快速成图；地下矿开采系统设计与开采单体设计、回采爆破设计、生产计划编制、矿井通风系统网络解算与优化；露天矿开采境界优化、露天采场设计、采剥顺序优化与计划编制到各种工程图表的快速生成等工作的可视化、数字化与智能化，是各矿业企业进行数字化矿山建设最佳的软件平台。在地质方面根据国内储量计算的现状和地质勘查报告、资源储量评审的实际需求，在软件中集成了传统储量计算方法（块段法、断面法）和国际通用的地质统计学储量计算方法。因此本文以DIMINE三维矿业软件为平台，对平行断面法储量估算计算机实现进行探讨，并应用此方法对某铜矿的储量进行了估算。

1 平行断面法储量估算系统原理

平行断面法是常用的传统储量估算方法，它把形状复杂的矿体转化为与其体积大致相等的若干个块段，并将矿化复杂状态变为在影响范围内的均匀化状态，通过对组成矿体块段的相邻两矿体剖面面积大小进行比较，然后抽象为规则的几何体进行体积计算；平行断面法间的矿体块段如图1所示。

图1 平行剖面间的块段

平行断面法矿产储量估算以勘探线剖面图为计算底图，其储量估算的一般过程如图2所示，主要步骤为：

图2 平行断面法储量估算过程

（1）创建勘探线剖面，并把钻孔数据库的数据投影到勘探线剖面上；

（2）在投影数据的基础上，圈定工程样段和矿体剖面，绘制勘探线剖面图；

（3）添加边界线计算所需字段，计算剖面平均品位；

（3）建立矿体块段，并根据矿体块段对应的两相邻勘探线上矿体剖面面积，估算矿体块段体积；

（4）估算相邻两剖面间矿体块段的矿石量、金属量；

（5）估算整个矿体的体积、矿石量及金属量，进行储量汇总。

下面具体介绍矿块的体积（V）、储量（Q）、有用成分储量（P）的计算方法。

1.1 矿块体积计算

实际生产中，由于地质形状的复杂性，矿块的形状各异，例如梯形、楔形、锥形等。因此软件根据两断面矿体面积变化情况，设置了不同的体积计算方法。

假设相邻两截面上矿体的面积分别为S1和S2。

①当（S1－S2）/S1＜40％时（其中S1＞S2），即相邻两断面上矿体的相对面积差小于40％时，用梯形公式计算矿块的体积［7－8］，计算公式如式1：

式中：V—块段矿体体积（m3）；L—两断面之间距（m）；S1、S2—各断面上矿体的面积（m2）。

②当相邻两断面上矿体的相对面积差（S1－S2）/S1＞40％时，用截锥体公式计算体积，其公式［7，8］见式2。

③当仅有一个断面出现时（如矿体尖灭的两端），则根据矿体的形状选用公式。例如，当矿体尖灭成一楔子状时，则用楔子形公式计算其体积［7，8］，见式3。

④当矿体尖灭成一锥形时，则用锥形公式计算其体积［7，8］，见式4。

1.2 矿块的矿石储量Q计算

矿块的矿石储量等于矿块的体积乘以矿石的平均体重，即由式5计算。

式中：Q—矿块的矿石重量（t）；V—矿块的矿体体积（m3）；D—矿块的矿石的平均体重（t/m3）。

其中，D用两剖面体重之算术平均值代替。

矿块的有用成分储量P等于矿块的矿石重量Q乘以矿块的矿石平均品位C。其中块段内的矿石平均品位 C，是由该两剖面的平均品位再平均而得［7，8］，由公式6计算。

2 平行断面法矿产资源储量估算在DIMINE软件中的实现

下面将通过一个某铜矿山实例，介绍在DI-MINE软件中如何应用平行断面法进行品位估计及资源量计算的过程。

2.1 地质数据库

地质数据库就是将不同的地质数据信息按照一定的关系有机地组合在一起，共同表示钻孔完整信息的数据集合［9，10］。地质数据库主要包含的信息有：孔口位置、测斜信息、样品品位信息。地质钻孔数据库是进行品位推估的重要基础，在应用DIMINE矿业软件进行平行断面法矿产资源储量估算时，首先要建立矿山的地质数据库。

2.2 定义勘探线剖面和钻孔剖面投影

根据矿山的勘探线，应用DIMINE软件提供的“勘探线剖面”命令，定义各勘探线所在平面为工作面。调入钻孔数据库，然后把钻孔数据投影到各工作面上。如图3所示。

图3 钻孔勘探线剖面投影

2.3 给矿体线添加字段

此次储量计算应用了圈定好的矿体，故没有根据投影的样品段圈定矿体。为了在计算时，使程序了解每个矿体的属性，需对圈定的矿体添加字段，添加的字段有“勘探线号”、“矿体编号”、“两端尖灭”、“矿体倾向”、“矿体倾角”和“体重”。然后根据每个矿体的性质，分别为这些字段赋上属性，如图4所示。

图4 矿体线添加字段图

2.4 计算剖面平均品位

根据投影后的钻孔文件，圈定好的矿体轮廓线（包括夹石边界线），DIMINE软件可以自动计算每个矿体的面积和平均品位，若钻孔数据库内有体重字段，则计算平均体重，若有矿体内有夹石，需勾选包含夹石选项。结果如图5所示。

图5 剖面平均品位计算结果

2.5 创建块段

打开圈定好的矿体轮廓线，选中上下对应的矿体轮廓线，设置好轮廓线之间的间距和块段级别后就可以创建一个块段。如果矿体轮廓线没有对应，或者矿体轮廓线为最外围轮廓线，创建块段是还需设置尖灭方式和外推距离；若矿体包含夹石则需设置夹石的尖灭方式和外推距离。最后创建好的所有块段会保存在一个文件内。

2.6 储量计算

根据上一节定义的块段文件和矿体轮廓线文件，DIMINE软件会自动计算整个矿山的储量，计算结果如表1所示。

表1 矿山储量计算表

3 结语

平行断面法矿产资源储量估算方法同计算机结合后，其在储量计算方面有了很大改进：

（1）既可进行总体储量和品位估值，又可进行局部估值。根据勘探资料手工计算矿体储量时，只进行大块段的储量估值，很难进行较小块段储量和品位估值。由于计算机在平行断面法计算中的应用，可以实现两剖面间任意块段大小的储量计算，满足矿山生产、矿山设计的需要。

（2）矿块间体积、面积计算更精确。传统手工计算矿体储量时，面积的测定通常采用求积仪法、曲线仪法、方格纸法，在绘制的储量基础图件上量算，计算结果不够精确。采用计算机后，减少了人为误差，提高了计算精度。在计算矿体面积的基础上，根据相关的体积公式，计算矿体的体积。传统手工计算矿体体积时，两矿段间的距离按照剖面间的距离计算，但是有时勘探剖面之间的距离不相等，且勘探工程并没有很好的分布在勘探线剖面上，如果直接按照剖面间距离计算矿体的体积，算出的结果会存在误差。因此，计算机对这种情况加以处理，使计算结果更精确。（3）矿产储量计算的自动化代替了大量复杂的手工劳动，提高了工作效率。

［1］ 陈国旭.垂直剖面法矿产资源储量估算软件实现技术及自动分类方法研究［D］.武汉：中国地质大学，2008.

［2］ 吴鸿敏，杨佳，张宝一.固体矿产储量估算系统的研究与实现［J］.地理信息世界，2007，5（1）：73－78.

［3］ 陈国旭，张夏林，陈雅淑.固体矿产储量估算系统建模研究［J］.中国矿山工程，2008，37（3）：33－37.

［4］ 李艳.矿产资源经济评价系统关键技术研究及其应用［D］.沈阳：东北大学，2005.

［5］ 陈国旭，吴冲龙，张夏林.支持多金属的矿产资源储量估算方法研究［J］.中国矿业，2009，18（4）：99－101.

［6］ 张宝一，尚建嘎，吴鸿敏，等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用［J］.地质与勘探，2007，43（2）：76－81.

［7］阳正熙.矿产资源勘查学［M］.北京：科学出版社，2006.

［8］ 侯德义，刘鹏鄂，李守义，等.矿产勘查学［M］.北京：地质出版社，1997.

［9］ 王立磊，王李管.依托DIMINE软件实现中国矿山的数字化［J］.现代矿业，2009，479（3）：23－27.

［10］房智恒，王李管，冯兴隆，等.基于DIMINE软件的采矿方法真三维设计研究与实现［J］.中国钼业，2003，32（6）：28－31.