元寶山露天煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)的建立

1、元寶山露天煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)的建立宋子嶺 王東（遼寧阜新，遼寧工程技術大學 資源與環(huán)境工程學院，123000）摘要：介紹了應用澳大利亞VULCAN軟件經(jīng)二次開發(fā)建立元寶山露天煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)的方法和技術。VULCAN軟件系統(tǒng)是一個集處理地質(zhì)、測量、采礦、巖土工程等三維數(shù)據(jù)、建立三維立體模型于一體的大型軟件包，應用該系統(tǒng)建立元寶山露天煤礦礦床地質(zhì)模型時，由于該礦煤層分層多、尖滅點多，其估值結果不理想，為此，我們對估值方法進行了改進，提出了考慮煤礦床各向異性的改進的距離冪次反比法，提高了建模精度。運用所建地質(zhì)模型編制采礦計劃計算礦巖量時，該軟件只能計算出全礦的總量，不能計算出各個臺階上的礦巖量，無法

2、滿足我國露天礦精細的開采計劃工作的需求，因此，對該軟件進行二次開發(fā)，采用先計算露天礦坑底至某臺階頂盤的礦巖總量，再計算坑底至該臺階底盤的礦巖總量，兩者之差即為所求的辦法解決。關鍵詞：露天煤礦；地質(zhì)信息系統(tǒng)；礦床模型；估值方法0、引言露天礦地質(zhì)信息系統(tǒng)（Geological Information System）是實現(xiàn)“數(shù)字礦山”的重要組成部分，地質(zhì)信息系統(tǒng)是研究將礦山地表地形、礦床賦存狀況、地質(zhì)構造等信息數(shù)字化、建立計算機模型并實現(xiàn)可視化的一門學科。具體說就是綜合運用數(shù)字化技術、圖形技術、計算機技術等，用一定的方法建立礦床地質(zhì)模型，對某一地區(qū)的地質(zhì)地形進行準確而詳細的描述，具有對地質(zhì)地形信息存

3、貯、查詢、修改，計算地質(zhì)儲量和礦層品位，繪制地質(zhì)地形圖件，進行地質(zhì)分析等功能的信息系統(tǒng)。本文以運用Vulcan軟件系統(tǒng)建立元寶山露天煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)為例系統(tǒng)地介紹地質(zhì)信息系統(tǒng)建立的基本原理和方法。1、元寶山露天煤礦簡介元寶山露天煤礦是大型現(xiàn)代化露天礦，區(qū)地表平坦，上部為松軟的第四紀黃土，厚度20-60米，平均厚度40米。其可采煤層自上而下分為4#煤組、5#煤組、6#煤組、7#煤組，以7#底板為界，上部為露天開采，7#煤組底板以下為井工開采。元寶山露天礦煤層賦存極其復雜，分層多，馬尾狀結構。其上部黃土采用輪斗挖掘機膠帶輸送機連續(xù)工藝，下部巖石采用單斗汽車開采工藝，采煤工藝為單斗汽車半固定式破碎機

4、膠帶輸送機。設計生產(chǎn)能力為萬噸年。 元寶山露天礦礦床地質(zhì)模型的建立2.1基礎數(shù)據(jù)的準備2.1.1鉆孔數(shù)據(jù)元寶山露天礦煤層劃分原則：以1m為界限，凡大于1m厚的小夾矸單獨劃分分層，以含矸率指標描述煤分層中的小夾矸含量。在劃分煤層分層時，除考慮夾矸厚度值外，還考慮周圍鉆孔煤層劃分。依據(jù)上述原則，各煤層劃分成如下分層：4#煤組，自下而上劃分為41#，42#兩個分層；5#煤組，自下而上劃分為51#、52#、53#、54#四個分層；6#煤組，自下而上劃分為61#、62#、69#、6X#等10個分層；7#煤組，自下而上劃分為71#、72#76#六個分層。共22個煤分層。如圖1所示，經(jīng)過整理鉆孔數(shù)據(jù)文件格式

5、為：文件之一：存儲每個鉆孔的孔號、孔口坐標、孔深等信息文件格式：holeid，east，north，high，Depth 孔號， X1， Y1， Z1， D1 孔號， X， Y ， Z， D文件中第一行為注釋行，第二行起為每個鉆孔的坐標值，Xi為孔口東坐標，Yi為孔口北坐標，Zi為孔口標高，Di為鉆孔深度。文件之二：存儲每個鉆孔的各個地層頂?shù)装鍢烁撸ㄉ疃龋⒎謱拥膶用r性、煤質(zhì)指標等。文件格式：holeid， from， to， seam，litho，per，ash，qch，sulpher，density孔號1,1分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔號1,

6、2分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔號1,K1分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔號n,分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔號n,2分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔號n,Kn分層頂板深度,底板深度,分層名,巖性,含煤率,灰分,發(fā)熱量,硫分,密度孔口標高表土層底板1.1煤層頂板1.1煤層底版1.2煤層頂板1.3煤層頂板1.3煤層底板2.1煤層頂板2.1煤層底板2.2煤層頂板2.2煤層底板表土層基巖層1.1煤層1.2煤層1.3煤層2.1煤層2.2煤層

7、1.2煤層底板孔 深圖1 鉆孔結構示意圖文件中第一行為注釋行；自第二行起為各個鉆孔的地層信息；holeid表示第一列數(shù)為每個鉆孔的孔號；from為某個分層的頂板距孔口深度；to為某個分層的底板距孔口的深度；seam為分層的層名seam=0表示該層為表土層；seam='41'，'42'，'71'，分別表示 41#煤分層，42#煤分層等；seam='y41''y71'，分別表示相應煤層上面的獨立分層的大夾矸層；Litho為相應煤層的巖性，Litho='ty'表示該層為表土層；Litho='co&

8、#39;表示該層為煤層；Litho='yy'表示該層為夾矸巖層；Ash為煤灰分值%；Qch為煤層的發(fā)熱量，千卡；Density為該層的密度，Kgm3；Per為煤分層的純煤含量百分數(shù)。2.1.2 斷層信息（1）將斷層面最上部邊界線，即平面地形圖上的斷層線輸入計算機，斷層線由一系列三維坐標點構成；（2）量出每個斷層沿斷層線在各個點處的斷層斷距，正斷層斷距值取正值，逆斷層取負值；（3）測出每個斷層的斷層面的傾角，以斷層線的方向為參考，斷層面向左傾斜，傾角取正值，斷層面向右傾斜，則傾角取負值；（4）量出每個斷層面在深度方向的垂直延伸深度或沿斷層面方向的延伸深度，以確定斷層面的范圍；（5

9、）若同一個斷層的上述參數(shù)如傾角、切斷的地層等不相同時，可將一個斷層按兩個斷層分別描述。其數(shù)據(jù)文件格式為：Fi,h （x1,y1,z1）,（x2,y2,z2）,（xn,yn,zn） h1 , h2, , ,hn其中： Fi,斷層名或斷層號;斷層面傾角;h斷層面的延深深度;（xn,yn,zn）斷層線上第n個點;hn斷層線上第n個點處所對應的斷距。2.2 礦床地質(zhì)模型的建立礦床地質(zhì)模型的建立方法與步驟如下：(1) 建立鉆孔數(shù)據(jù)庫；(2) 形成煤層的邊界范圍多邊形；(3) 建立二維格網(wǎng)礦床模型（包括地形、煤層頂、底板，煤質(zhì)指標模型）；由于元寶山露天煤礦是層狀礦體，具有明顯的地質(zhì)界限（即煤巖界面、煤層平

10、面賦存范圍），煤層多、尖滅點多，直接用Vulcan軟件系統(tǒng)所提供的方法進行估值效果不理想，因此，我們對估值方法進行了改進，提出了一種考慮煤礦床各向異性的改進的距離冪次反比法，并對該礦進行估值，提高了建模精度。改進的距離冪次反比法進行估值法的原理如下：式中：Z待估點X的參數(shù)估計值；Zi第i號樣本點參數(shù)值；m冪指數(shù)，取2次；n參估樣本點個數(shù)，取10；為避免分母為零而附加的很小的正數(shù)；Zi為第i號鉆孔處煤層頂板或底板標高，獲礦石質(zhì)量指標，如礦石品位，煤發(fā)熱量、灰分、硫分、水分、密度、含煤率等煤質(zhì)指標；Xi為鉆孔i與待估點X之間的距離在煤層走向上的分量；Yi為鉆孔i與待估點X之間的距離在煤層傾向上的分

11、量；Zi為主要考慮在煤層傾向方向上可用已知點煤層頂板或底板標高及附近煤層傾角推斷未知點的煤層頂板或底板標高；即：待估點X附近的礦層傾角。估值時，鉆孔搜索距離取500米，趨勢面指數(shù)取2，光滑指數(shù)取9。格網(wǎng)單元大小定義為20×20m；（4）將所形成的二維格網(wǎng)模型轉換成三角網(wǎng)模型；（5） 斷層處理；其處理方法如下： 輸入斷層線，每條斷層線由一系列點連接而成，斷層線上逐點坐標為（X，Y，Z，W），其中W坐標為斷層在該點處的斷距值（或落差值）； 根據(jù)斷層面的傾角、傾向形成斷層面； 根據(jù)斷層面上各點處的斷距（落差）值將煤層頂、底板三角網(wǎng)切開，并形成帶有斷層面的煤層頂、底板三角網(wǎng)。（6）用煤層邊界

12、多邊形切割煤層頂?shù)装迦蔷W(wǎng)，并形成邊界“墻”三角網(wǎng)；用布爾運算將煤層頂、底板三角網(wǎng)和邊界“墻”三角網(wǎng)組裝在一起，形成封閉的立體三角網(wǎng)，即建立起了三維立體礦床模型。圖2、3、4分別為用上述方法所形成的元寶山露天煤礦61#煤層頂板、底板格網(wǎng)模型、61#煤層三維立體實體模型。圖3 61#煤層底板網(wǎng)格圖圖2 61#煤層頂板網(wǎng)格圖圖4 61#煤層填充后的實體模型3 元寶山露天礦開采計劃的編制及礦巖量計算編制露天礦開采計劃的基礎是礦床地質(zhì)模型，計劃期初的礦坑驗收平面圖，要求驗收平面圖上各點帶有三維坐標，以形成三維立體礦坑圖。關鍵是事先做好計劃開采臺階的劃分，形成所有臺階的頂、底平盤的格網(wǎng)面模型。3.1 劃

13、分開采臺階，形成臺階平盤格網(wǎng)面(1) 根據(jù)露天開采的設計要求，設計每個臺階平盤面模型，對每個臺階平盤，輸入平盤面上控制點，形成計劃臺階格網(wǎng)模型；(2) 用已經(jīng)開采形成的臺階平盤修改計劃臺階平盤格網(wǎng)面模型。首先，用臺階上的測量驗收點形成臺階的平盤范圍多邊形；第二，用臺階上的測量驗收點及平盤范圍多邊形形成臺階實際平盤格網(wǎng)面；第三，用實際格網(wǎng)面修改計劃臺階的平盤格網(wǎng)面；(3) 將最新測量驗收數(shù)據(jù)調(diào)入屏幕，修改采場位置現(xiàn)狀圖，以形成最新的采場面貌圖，并形成最新采場三角網(wǎng)模型。3.2 編制開采計劃，計算剝采量等計劃指標，形成計劃平面圖、剖面圖在運用所建地質(zhì)模型編制采礦計劃計算礦巖量時，Vulcan軟件只

14、能計算出全礦的總量，不能計算出各個臺階上的礦巖量，無法滿足我國露天礦精細的開采計劃工作的需求，針對此問題，對該軟件進行二次開發(fā)，采用先計算露天礦坑底至某臺階頂盤的礦石總量和巖石總量，再計算坑底至該臺階底盤的礦石總量和巖石總量，兩者之差即為所求的該臺階礦石計劃量和巖石計劃量。步驟如下：（1） 畫出每個臺階坡底線的計劃位置，形成計劃開采區(qū)邊界多邊形；（2） 計算臺階計劃區(qū)內(nèi)的煤量及剝離量；（3） 采礦計劃平面圖的形成與繪制。將每個臺階上的計劃線多邊形投影到相應的臺階底盤格網(wǎng)面上；（4） 設計臺階斜坡道，并投影形成臺階的坡底線；（5） 將臺階原坡底線（或坡頂線）多邊形與計劃線多邊形進行合并（原坡底線

15、與計劃坡底線多邊形合并，原坡頂線與計劃坡頂線多邊形合并），形成計劃位置圖；（6） 進行各種標注（標注文字字符及坐標：名稱等）；（7） 形成與繪制地質(zhì)或開采剖面圖；（8） 用繪圖機繪制開采計劃平面圖、剖面圖；并輸出計劃指標量表。4 結 論（1） 所建立的元寶山露天礦礦床地質(zhì)模型，可準確進行儲量計算，用于編制生產(chǎn)計劃等，并實現(xiàn)了建立三維立體顯示，所建立的模型是可靠的；（2） 通過對Vulcan軟件系統(tǒng)進行改進和二次開發(fā)，所提出的改進的距離冪次反比估值法，估值效果好，提高了模型精度；也滿足了我國編制詳細的露天礦開采計劃的要求。參考文獻1 宋子嶺，魏春啟，金智求，煤礦床地質(zhì)算量方法改進的距離冪次估值法，阜新礦業(yè)學院學報，1997.32 宋子嶺，魏春啟，白潤才，黑岱溝露天礦短期計劃編制系統(tǒng)及模型建立，煤炭學報1997.12（第6期）3 宋子嶺，白潤才