兰坪铅锌矿北厂矿段三维数学模型的构建及应用.pdf

第 6 8 卷第4 期 有 色 金 属( 矿山部分) 2 0 1 6 年7 月 d o i： 1 0 3 9 6 9 l J i s s n 1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 6 0 4 0 0 8 兰坪铅锌矿北厂矿段三维数学模型的构建及应用 李雨健 ， 李文昌 ， 燕永锋 ， 倪春 中 ( 1 昆明理工 大 学 ， 昆明 6 5 0 0 9 3 ； 2 云 南 省地质 调查 局 ， 昆明 6 5 0 0 5 1 ) 摘要 ： 通 过对 兰坪铅锌矿的北厂矿段各类数据进行分析研究 ， 运用地质统计 学原理 ， 采用 自行 编制 的矿山数 字化信息系统软件包 ， 完成了原始资料数据库建立 、 样品统计分析 、 岩性 模型建立 、 变异 函数 构造 ， 以及 品位模 型建 立等研究 内容 ， 最后在矿床数学模型 的基础上 ， 建立 了矿体 的三维立 体空 间模 型 。实 现了矿 山三维可 视化 和生产 的动态管理 ， 对 指导资源优化合理开发起到 了重要作用 。 关键词 ： 三维数学模型 ； 地 质统计 学 ； 北厂矿段 ； 兰坪铅锌矿 中图分类 号： T D 6 7 文献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 卜4 1 7 2 ( 2 0 1 6 ) 0 4 0 0 3 0 0 4 Th r e e - d ime n s io n a l ma t h e ma t ic mo d e 1 e s t a b l is h me n t a n d a p p l ic a t io n o f Be ic h a n g o r e b l o c k in La n p in g Pb Z n M in e L I Yu j ia n ，LI We n c h a n g ， YAN Yo n g f e n g ，NI C h u n z h o n g ( 1 Kunming Unive r s it y o f Sc ie nc e a n d Te c hn ol og y，Ku nmin g 6 50 09 3，Ch in a； 2Yun na n Ge o l o gic a l Sur ve y，Ku nming 65 00 51，China ) Ab s t r a c t ：On t h e b a s is o f s y s t e ma t ic a n a l y s is a n d s t u d y o n Be ic h a n g o r e b l o c k in L a n p in g P b Z n Min e ，wit h t h e t h e o r y o f g e o s t a t is t ic s a n d t h e d ig it iz e d in f o r ma t io n s y s t e m o f min e ，a l o t o f r e s e a r c h h a v e b e e n c o mp l e t e d in I a n p in g Pb Zn M in e ，s u c h a s t h e e s t a b l is h m e n t o f t h r e e d ime n s io n a l m a t h e ma t ic mo d e l o f t h e d e p o s it ，s t a t is t ic a l a n a l y s is o f s a mpl e s，r oc k c h ar a c t e r mo de l c ons t r uc t in g， va r iab il it y f unc t io n c ompu t in g， a n d o r e v a l u e mo de l c o ns t r uc t io n Ac c o r d in g t O t he mine ma t he ma t ic a l mod e l ， a t hr e e dime ns io na l d e po s it mod e l is a l s o c ons t r uc t e d f or mining p r odu c t ion dy na mic ma n a ge me nt ，whic h pl a y e d a n im p o r t a nt r o l e in r e s our c e op t imiz a t ion a nd r at io na l de ve l op me nt Ke y wo r d s ：t h r e e d ime n s io n a l ma t h e ma t ic mo d e l ；g e o s t a t is t ic s ；B e ib c h a n g o r e b l o c k；La n p in g P b Z n M in e 兰坪铅 锌 矿位 于兰 坪县金 顶 镇东 3 5 k m， 是 我 国 最 大 的 铅 锌 矿 床_ 】 ，占 中 国 铅 锌 储 量 的 1 4 2 ， 为世界上著名的超大型铅锌矿 ， 具有巨大的 潜 在 经济 价值 。区域位 于三 江褶 皱 系 中段 紧密 收敛 部位 ， 兰坪思茅中生代坳陷的北端 ， 矿区为一北 北 东 向 延 伸 的 穹 隆构 造 ， 长 约 4 k m， 宽 约 2 5 k m。 形 成 的时 间在 古 新 世末 ， 始 新 世初 。整 个 矿 区 由北 厂、 跑 马坪、 蜂子山等六个矿段组成 ， 其 中北厂矿段 为其最重要的矿段 。随着计算机技术 的发展 ， 该矿 山的信息化管理在不 断加强 ， 但与发达 国家的矿山 数字化信息建设有很 大差距 ， 从 资源 的战略角度出 发 ， 对该矿山进 行数字化是相 当必要的。本文在对 该矿段地质特征进行充分分析 的基础上， 结合地质 统计学的理论方法 ， 运用实验室研制 的矿 山数字化 作者简介 ： 李雨健( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 讲师 ， 博士 ， 矿 产普查 与勘探专业 ， 主 要研究方 向为区域成矿学。 信息系统 ， 对其建立三维数学模型， 为进一步矿山数 字化 的深 入奠 定 了基础 。 1 矿 山数 字化信 息 系统 简介 矿 山数字 化信 息 系统软 件包 是一 种用 于建 立矿 山数字化信息系统的综合软件包 。该系统主要 由昆 明理 大 学 国土资 源 工程 学 院矿 产 地 质研 究所 开 发 ， 有计 算 机 、 地 质 、 采矿 、 测量 等相 关专 业人 员参 加 ， 经 过多年研 制而成 。软件包 是 以 Win d o ws 2 0 0 0 、 XP 或更高 系统为操作平台 ， 采用 Vis u a l B a s ic 6 0和 Ma t l a b 7 1 可视化编程语言 以及 s QI S e v e r 2 0 0 0数 据库为开发工具 ， 结合矿山具体生产实际情况开发 而成 。系统具有地质数据 的录入 、 样 品组合 、 数据 的统计分析 、 地形建模 、 岩性建模、 变异函数计算 、 品 位建模 、 储量计算、 图形绘制、 三维立体显示等功能。 只要将相关原始 的数据录入完毕 ， 该软件其他功能 第 4 期 李 雨健 等 ： 兰坪铅锌矿北 厂矿段三维数学模型 的构建及应用 都可以通过命令操作完成 ， 特别是对于建模 的各项 参数的计算 有其独特 的优 越性 ， 计 算准确 ， 操作简 单 ， 使用方便 ， 自动化程度较高 。具体的建模过程见 图 1 。 模型基本信息( 模型范围，原点坐标 ，单元块尺寸 ) ，建立用户坐标系 建立数据库结构 ： 包括原始数据库结构、组合样数据库结构、结果数据库结构 ) 录入化验工程数据 录入地形数据 转换为用户坐标 生成单元块 转换为用户坐标 1 r _ _ _ _ 输出工程 单样统计分析 生成组合样 1 r 分布平剖面图 地形建模 I 镎 出 兽 I 转 换 为 用 户 坐 标 岩 性 建 模 I 笙 i 十 坌 析I 输出地形等 l直方图 l 组合样统 计算实验 I 输出岩性 高线图 计分析 变异函数 1 分布平剖 l衄浏 r 1 输出组合 用球状模型 样统计分 拟合理论 品位建模 输出品位分布平剖面图 析直方图 变异函数 。 输出品位等值线平剖面B 。 输 出 储 量 报 表 储 量 计 算 I 一 一 一 I 矿 床 经 1 鬟 H鲁 喜 结 黝 析 I 济 评 价 l 图 1 矿 山数 字化信息系统流程 图 Fig 1 Flo w cha r t o f t he dig it iz e d in f o r m at io n s y s t e m o f m ine 2 原始数据 的处理 与分析 2 1 原 始数 据库 的建 立 本研究的基础数据主要来源于矿床详勘 以及生 产探 矿过程 中采集样品的地 质化验数据 ， 收集 了 1 至 2 6勘探线 ( 2 6条 ) 共计 1 9 1个工程的相关 数据， 这 些化 验数 据包 括 Z n的 2 0 9 5 4件 和 P b的 1 8 9 0 7 件。这些数据包含样号、 三维坐标 、 侧斜 、 方位角 、 岩 性数据 、 化验数据等属性 ， 运用矿山数字化信息系统 对 数据 进行 转换 、 查错 等处 理 后 入 库 。数 据 库 中 的 数据可以进行修改、 补充、 删除、 查找。数据库建好 便可以绘制钻孔平面分布图， 同时可以随时调取任 意剖面的钻孔信息 ， 为矿床三维数学建模 提供基础 数 据 。 2 2 样 品组合 基本统计分析包括单样分析和组合样分析 。单 样 的统 计分 析存 在 一 定 的 缺 陷 ， 它 将 长 度 不 等 的样 品都视 为点 样 品 ， 忽 略 了单样 空 间 的支架 效应 ， 与实 际不符。考虑到样 品的支架效应， 因此将长度不等 的单样 品通 过 系统 进 行 组 合 ， 采 用 长 度 加权 法进 行 计算 ， 生成长度均为 2 m 的组合样。 2 3 数据 的统 计分 析 为了选择恰当的建模方法 ， 需要通过样品的分 布形式确定矿床的勘探类型 。首先对化验数据进行 基本的统计分析 ， 确定样 品的总数量 、 方差 、 均值、 标 准差和变化系数等相关 的参数 ， 同时生成频率分布 表 以及样品分布直方图口 。具体的分析统计结果为 P b组合样共计 1 5 9 7 9个 ， 平均品位值为 0 6 4 ， 标 准差为 1 7 0 ， 方差为 2 8 7 ； 经过对数转换 ， 平均品位 值为一0 8 2 ， 标准差值为 0 7 5 ， 方差值为 0 5 6 ， 变 化系 数 为 2 6 5 6 。Z n组 合 样 的 样 品共 计 1 7 1 7 2 个 ， 平 均品位值 为 3 9 7 ， 标 准差为 5 4 4 ， 方差 为 2 9 5 7 ； 经过对数转换后平均 品位值为 一0 1 5 ， 标 准差 为 0 8 1 ， 方 差 为 0 6 6 ， 变 化 系数 为 1 3 7 。铅 锌组合样 品位 对数统计 直方 图 ( 图 2 ) ， 均服从对数 正态 分 布 。 3 三维数 学模 型的建立 3 1 模型基本参数选取 结 合矿 体 的矿化 特 征 、 形 态特 征 、 总体 产状 等 因 素选取了建模 的基本参数。具体为模型的左下角坐 标 ( X： 2 9 2 2 5 8 0 ， Y： 5 4 1 4 0 0 ， Z： 1 9 0 0 ) ， 转 角 ( 模 型 的 行方 向的方位角) 为 3 0 0 。 ； 单元块长 1 0 m、 宽 1 0 m、 高 5 m 即 i0 m1 0 m5 m， 模 型共有 1 1 0行 ， 1 4 4 列 ， 1 9 0层 ， 即 l1 O 1 4 4 1 9 0 ， 共 有 3 0 0 9 6 0 0个 小 的单元块 。因此模 型 的空 间范 围大 小为 1 1 0 0 m ( 长) 1 4 4 0 m( 宽) 9 5 0 m( 高) 。模型范 围如示意 图( 图 3 ) 。 3 2 有 色 金 属 ( 矿山部分) 第 6 8 卷 1 、 祷 铅品位 换 、 懈 锌 品位 ， 图 2 铅 和锌组合样统计分布直方 图( 经对数转换 ) F i g 2 T h e s t a t i s t i c a l d i s t r i b u t i o n h i s t o g r a m o f Pb a n d Zn c o mp o s i t e s a mp le s( 1 o g a r i t h m t r a n s f o r ma t i o n) 图 3模 型范围示意图 Fi g 3 The s k e t c h of t h e mo de l a r e a 2 2 2 2 2 2 2 2 2 l 1 1 l l 】 l l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 l l 1 1 l l 1 l 】 l 1 1 】 l l 1 1 1 l l 1 1 l 1 1 l l 1 l l l 1 l l l l l J 1 1 l 1 1 1 1 l l l l 1 I 1 】 l 1 l 1 l l 1 1 3 l l 1 l 1 l 1 3 3 l l 1 l 1 1 3 3 3 l 1 l 1 l 1 3 3 3 2 92 4 7 0 0 2 9 2 4 6 50 1 一表内矿2 一表外矿3 一背景岩性 图 4岩 性 分 布 图 Fi g 4 The d i s t r i bu t i on o f li t h o i o g i c al c h ar a c t e r s 3 2建立 岩性 模型 根据原始数据资料 ， 运用矿山数字化信息系统 软件包通过地质解译构 建矿体 的三 维空间岩性模 型， 即对建模 的空间范围内的单元格赋予相应岩性 ( 1 代表表 内矿， 2代表表外矿 ， 3代表背景岩性) ， 在 空问上将矿与非矿 的区域进行划分 ， 相 当于矿体的 圈定。因此 ， 矿体岩性模 型限定 了品位估值空间范 围及变化情况 ， 确保 了品位估值的准确性 。岩性模 型建立后就可以绘制任意方 向的岩性图( 图 4 ) 。 3 3变 异 函数 的模拟 结合北厂矿段矿体实际形态和地质特征， 选取 计算 实验 变异 函 数 的参 数 如表 ( 表 1 ) ， 分 别 计算 铅 和锌 沿 矿体走 向 、 倾 向 以及 厚 度方 向 的实 验 变 异 函 数 。从铅 和锌 的样 品分 布 直方 图发 现铅 和锌 品位 均 服从 对数 正态 分 布 ， 运 用 之 前 通过 软 件 将 样 品进 行 组合生成 2 1 13的组合样进行对数转换后 的数据， 来 参与变异函数 的计算 。最终 ， 再运用矿 山数字化信 息 系统 矿业 软件 包 ， 在 模 拟 出 了 实验 变 异 函数 模 型 的基 础 上 ， 选 取球 状 模 型 拟 合 出 三个 方 向 的理 论 变 异 函 数模 型 I 。 ， 从 而 确 定 了 理论 变异 函数 的参 数 ( 表 2 ) 。 表 1 实验变 异函数计 算的基本参数 Tab le 1 The ba s i c pa r a m e t e r s o f e xp e r i m e nt al v a r i a t i o n f un c t i on c a lc ula t i o n 表 2 拟 合后得 到的各方向理论变异 函数参数 Ta b le 2 Th e p ar a m e t e r s o f t he or e t i c a l v a r i a t i o n f un c t i on s i n v a r i o u s di r e c t i o ns 注 ： A一变 程； C。 块 金； C拱高 ； C。+C 基 台值 。 第 4期 邢 军 等 ： 外墙泡沫保温材料 的技术 现状及用铁尾矿试制 4 9 s e p a r a t io n a f t e r ma g n e t iz in g r o a s t in g J Ha z a r d Ma t e r 2 0 1 0， 1 7 4： 7 1 7 7 2 3 陈 虎 ， 沈卫 国， 单 来 ， 等 国内外铁尾矿 排放及综合 利用状况 探 讨 J 混凝 土，2 0 1 2 ( 2 ) ： 8 8 9 2 3 肖力光 ， 伊晋宏 ， 崔正旭 国 内外铁 尾矿的综合 利用现 状 J 吉林建筑 工程学 院学报 ，2 0 1 0 ， 2 7 ( 4 ) ： 2 2 2 6 I- 4 中华人 民共和 国工业 和信 息化 部，中华 人 民共和 国科技 部 ， 中华人 民共和国国土资源部 ，中华 人 民共 和国 国家安全 监管 总局 金属尾矿综合利用专项规划( 2 0 1 0 2 0 1 5 ) N 2 0 1 0 5 3王长 龙 ， 魏 浩， 仇 夏 杰 ， 等 利 用 煤 矸 石铁 尾 矿 制 备 C a O Mg O A1 2 O s S i O2 系微 晶玻 璃 J 煤 炭 学 报 ，2 0 1 5 ， 4 0 ( 5 ) ： 1 1 81 1 1 8 7 6 邢 军 ， 李小庆 ， 孙晓刚 ， 等 外 墙泡沫保 温材料 的技术现状 及 用砂岩质煤矸石试制 J 金属矿 山，2 0 1 5 ( 3 ) ： 1 9 9 2 0 4 7 龚伦伦 基于发泡和 固化法 的硅 酸盐无机外墙保 温材料 制备 与性能研究 D 合肥 ：中国科学技术大学 ， 2 0 1 4 L 8 j AL HOMOUD M S P e r f o r ma n c e c h a r a c t e r i s t i c s a n d p r a c t i c a l a p p l ic a t io n s o f c o mmo n b u il d in g t he r ma l in s u l a t io n m a t e r ia l s J B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ，2 0 0 5 ， 4 0 ( 3 ) ： 3 5 3 3 6 6 9 鹿 晓斌 基于铁尾矿制备烧结泡沫材料 的研究 D 大连 ： 大连 理工大学 ，2 0 0 9 1 0 云 正 利用 铁矿 尾矿 制备 轻质 保温 墙体 材料 的研究 I- D 西安 ： 西安建筑科技大学 ，2 0 1 l _ 1 1 王应灿 铁尾 矿制 备轻 质 隔 热保 温 建筑 材 料 的研 究 J 金属矿 山，2 0 0 7 ( 5 ) ： 7 5 7 7 1 2 S ANJ AYAN J ，NAZ ARI A，C HEN L，e t a 1 P h y s i c a l a n d M e c h a n ic a l Pr o p e r t ie s o f Lig ht we ig h t Ae r a t e d Ge o p o l y me r J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d in g Ma t e r i a l s ，2 0 1 5 ，7 9 ： 2 3 6 2 4 4 1 3 马鸿文 ， 杨 静 ， 任玉峰 ， 等 矿物 聚合材料 ： 研究 现状与发 展 前景 J 地学前缘 ，2 0 0 2 ， 9 ( 4 ) ： 3 9 8 4 0 7 1 4 B E NI TO P，L E ONE I L I C，VAC C AR I AGe o p o l y me r s ：a n e w a n d s ma r t wa y f o r a s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t J 1 5 1 6 1 7 2 1 8 1 9 2 1 2 1 2 2 2 3 2 4 App l ie d Cl a y S c ie n c e，2 01 3，7 3： 1 BARRI E E，CAP PU YNS V VAS S I LI EV A E Po t e n t ia l o f ino r g a nic p o l y m e r s (g e op o l y me r s ) m a d e o f h a l l o y s it e a n d v o l c a n ic g l a s s f o r t h e imm o b il is a t io n o f t a il in gs f r o m g o l d e x t r a c t i o n J Ap p l i e d C l a y S c i e n c e ， 2 0 1 5 ： 9 5 1 0 6 VAOU V ， PA N1 AS DTh e r ma l in s ul a t in g f o a my g e o p o l y me r s f r o m p e r l i t e J Mi n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ， 2 3： 1 1 4 6 1 1 51 SAMMY MNYALE，OMOTOI A OBa b a j id e，Ge a n t D Bir c h，e t a 1 S y n t h e s is a n d Ch a r a c t e “z a t i0 n o f Co a l Fl y As h b a s e d F o a me d Ge o p o l y me r J P r o c e d i a E n v i r o n me n t a l S c ie n c e s ，2 0 1 3， 1 8：7 2 2 7 3 0 FENG J J，ZHANG R F，GONG L I ，e t a 1 De v e l o p me n t o f Po r o u s Fl y As h b a s e d Ge o p o l y m e r wit h Lo w Th e r ma l C o n d u c t i v i t y J Ma t e r i a l s a n d D e s i g n ，2 0 1 5 ，6 5 ： 5 2 9 5 3 3 M AS I G ，RI CKARD W ，VI CKERS L，e t a 1 A Co m p a r is o n b e t we e n d if f e r e n t f o a m in g me t h o d s f o r t h e s y n t h e s is o f l i gh t we i g h t g e o p o l y me r s E J C e r a mi c s I n t e r n a t i o n a l ，2 0 1 4，4 0 ： 1 3 8 9 l一 1 3 9 0 2 KAM S EU E， NAI T AL1 B， BI GNOZZ I M C， e t a 1 Bu l k c o mp os it io n a n d mic r o s t r u c t u r e d e p e nd e n c e o f e f f e c t iv e t h e r ma l c o n d u c t iv it y o f p o r o us in o r g a n ic p o l y me r c e me nt s E J J E u r C e r a m S o c 2 0 1 2 ； 3 2 ( 8 ) ： 1 5 9 3 6 0 3 AL B AKRI ABDULLA