元宝山露天煤矿地质信息系统的建立

1、元宝山露天煤矿地质信息系统的建立宋子岭 王东（辽宁阜新，辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院，123000）摘要：介绍了应用澳大利亚VULCAN软件经二次开发建立元宝山露天煤矿地质信息系统的方法和技术。VULCAN软件系统是一个集处理地质、测量、采矿、岩土工程等三维数据、建立三维立体模型于一体的大型软件包，应用该系统建立元宝山露天煤矿矿床地质模型时，由于该矿煤层分层多、尖灭点多，其估值结果不理想，为此，我们对估值方法进行了改进，提出了考虑煤矿床各向异性的改进的距离幂次反比法，提高了建模精度。运用所建地质模型编制采矿计划计算矿岩量时，该软件只能计算出全矿的总量，不能计算出各个台阶上的矿岩量，无法

2、满足我国露天矿精细的开采计划工作的需求，因此，对该软件进行二次开发，采用先计算露天矿坑底至某台阶顶盘的矿岩总量，再计算坑底至该台阶底盘的矿岩总量，两者之差即为所求的办法解决。关键词：露天煤矿；地质信息系统；矿床模型；估值方法0、引言露天矿地质信息系统（Geological Information System）是实现“数字矿山”的重要组成部分，地质信息系统是研究将矿山地表地形、矿床赋存状况、地质构造等信息数字化、建立计算机模型并实现可视化的一门学科。具体说就是综合运用数字化技术、图形技术、计算机技术等，用一定的方法建立矿床地质模型，对某一地区的地质地形进行准确而详细的描述，具有对地质地形信息存

3、贮、查询、修改，计算地质储量和矿层品位，绘制地质地形图件，进行地质分析等功能的信息系统。本文以运用Vulcan软件系统建立元宝山露天煤矿地质信息系统为例系统地介绍地质信息系统建立的基本原理和方法。1、元宝山露天煤矿简介元宝山露天煤矿是大型现代化露天矿，区地表平坦，上部为松软的第四纪黄土，厚度20-60米，平均厚度40米。其可采煤层自上而下分为4#煤组、5#煤组、6#煤组、7#煤组，以7#底板为界，上部为露天开采，7#煤组底板以下为井工开采。元宝山露天矿煤层赋存极其复杂，分层多，马尾状结构。其上部黄土采用轮斗挖掘机胶带输送机连续工艺，下部岩石采用单斗汽车开采工艺，采煤工艺为单斗汽车半固定式破碎机

4、胶带输送机。设计生产能力为万吨年。 元宝山露天矿矿床地质模型的建立2.1基础数据的准备2.1.1钻孔数据元宝山露天矿煤层划分原则：以1m为界限，凡大于1m厚的小夹矸单独划分分层，以含矸率指标描述煤分层中的小夹矸含量。在划分煤层分层时，除考虑夹矸厚度值外，还考虑周围钻孔煤层划分。依据上述原则，各煤层划分成如下分层：4#煤组，自下而上划分为41#，42#两个分层；5#煤组，自下而上划分为51#、52#、53#、54#四个分层；6#煤组，自下而上划分为61#、62#、69#、6X#等10个分层；7#煤组，自下而上划分为71#、72#76#六个分层。共22个煤分层。如图1所示，经过整理钻孔数据文件格式

5、为：文件之一：存储每个钻孔的孔号、孔口坐标、孔深等信息文件格式：holeid，east，north，high，Depth 孔号， X1， Y1， Z1， D1 孔号， X， Y ， Z， D文件中第一行为注释行，第二行起为每个钻孔的坐标值，Xi为孔口东坐标，Yi为孔口北坐标，Zi为孔口标高，Di为钻孔深度。文件之二：存储每个钻孔的各个地层顶底板标高（深度）、分层的层名、岩性、煤质指标等。文件格式：holeid， from， to， seam，litho，per，ash，qch，sulpher，density孔号1,1分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔号1,

6、2分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔号1,K1分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔号n,分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔号n,2分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔号n,Kn分层顶板深度,底板深度,分层名,岩性,含煤率,灰分,发热量,硫分,密度孔口标高表土层底板1.1煤层顶板1.1煤层底版1.2煤层顶板1.3煤层顶板1.3煤层底板2.1煤层顶板2.1煤层底板2.2煤层顶板2.2煤层底板表土层基岩层1.1煤层1.2煤层1.3煤层2.1煤层2.2煤层

7、1.2煤层底板孔 深图1 钻孔结构示意图文件中第一行为注释行；自第二行起为各个钻孔的地层信息；holeid表示第一列数为每个钻孔的孔号；from为某个分层的顶板距孔口深度；to为某个分层的底板距孔口的深度；seam为分层的层名seam=0表示该层为表土层；seam='41'，'42'，'71'，分别表示 41#煤分层，42#煤分层等；seam='y41''y71'，分别表示相应煤层上面的独立分层的大夹矸层；Litho为相应煤层的岩性，Litho='ty'表示该层为表土层；Litho='co&

8、#39;表示该层为煤层；Litho='yy'表示该层为夹矸岩层；Ash为煤灰分值%；Qch为煤层的发热量，千卡；Density为该层的密度，Kgm3；Per为煤分层的纯煤含量百分数。2.1.2 断层信息（1）将断层面最上部边界线，即平面地形图上的断层线输入计算机，断层线由一系列三维坐标点构成；（2）量出每个断层沿断层线在各个点处的断层断距，正断层断距值取正值，逆断层取负值；（3）测出每个断层的断层面的倾角，以断层线的方向为参考，断层面向左倾斜，倾角取正值，断层面向右倾斜，则倾角取负值；（4）量出每个断层面在深度方向的垂直延伸深度或沿断层面方向的延伸深度，以确定断层面的范围；（5

9、）若同一个断层的上述参数如倾角、切断的地层等不相同时，可将一个断层按两个断层分别描述。其数据文件格式为：Fi,h （x1,y1,z1）,（x2,y2,z2）,（xn,yn,zn） h1 , h2, , ,hn其中： Fi,断层名或断层号;断层面倾角;h断层面的延深深度;（xn,yn,zn）断层线上第n个点;hn断层线上第n个点处所对应的断距。2.2 矿床地质模型的建立矿床地质模型的建立方法与步骤如下：(1) 建立钻孔数据库；(2) 形成煤层的边界范围多边形；(3) 建立二维格网矿床模型（包括地形、煤层顶、底板，煤质指标模型）；由于元宝山露天煤矿是层状矿体，具有明显的地质界限（即煤岩界面、煤层平

10、面赋存范围），煤层多、尖灭点多，直接用Vulcan软件系统所提供的方法进行估值效果不理想，因此，我们对估值方法进行了改进，提出了一种考虑煤矿床各向异性的改进的距离幂次反比法，并对该矿进行估值，提高了建模精度。改进的距离幂次反比法进行估值法的原理如下：式中：Z待估点X的参数估计值；Zi第i号样本点参数值；m幂指数，取2次；n参估样本点个数，取10；为避免分母为零而附加的很小的正数；Zi为第i号钻孔处煤层顶板或底板标高，获矿石质量指标，如矿石品位，煤发热量、灰分、硫分、水分、密度、含煤率等煤质指标；Xi为钻孔i与待估点X之间的距离在煤层走向上的分量；Yi为钻孔i与待估点X之间的距离在煤层倾向上的分

11、量；Zi为主要考虑在煤层倾向方向上可用已知点煤层顶板或底板标高及附近煤层倾角推断未知点的煤层顶板或底板标高；即：待估点X附近的矿层倾角。估值时，钻孔搜索距离取500米，趋势面指数取2，光滑指数取9。格网单元大小定义为20×20m；（4）将所形成的二维格网模型转换成三角网模型；（5） 断层处理；其处理方法如下： 输入断层线，每条断层线由一系列点连接而成，断层线上逐点坐标为（X，Y，Z，W），其中W坐标为断层在该点处的断距值（或落差值）； 根据断层面的倾角、倾向形成断层面； 根据断层面上各点处的断距（落差）值将煤层顶、底板三角网切开，并形成带有断层面的煤层顶、底板三角网。（6）用煤层边界

12、多边形切割煤层顶底板三角网，并形成边界“墙”三角网；用布尔运算将煤层顶、底板三角网和边界“墙”三角网组装在一起，形成封闭的立体三角网，即建立起了三维立体矿床模型。图2、3、4分别为用上述方法所形成的元宝山露天煤矿61#煤层顶板、底板格网模型、61#煤层三维立体实体模型。图3 61#煤层底板网格图图2 61#煤层顶板网格图图4 61#煤层填充后的实体模型3 元宝山露天矿开采计划的编制及矿岩量计算编制露天矿开采计划的基础是矿床地质模型，计划期初的矿坑验收平面图，要求验收平面图上各点带有三维坐标，以形成三维立体矿坑图。关键是事先做好计划开采台阶的划分，形成所有台阶的顶、底平盘的格网面模型。3.1 划

13、分开采台阶，形成台阶平盘格网面(1) 根据露天开采的设计要求，设计每个台阶平盘面模型，对每个台阶平盘，输入平盘面上控制点，形成计划台阶格网模型；(2) 用已经开采形成的台阶平盘修改计划台阶平盘格网面模型。首先，用台阶上的测量验收点形成台阶的平盘范围多边形；第二，用台阶上的测量验收点及平盘范围多边形形成台阶实际平盘格网面；第三，用实际格网面修改计划台阶的平盘格网面；(3) 将最新测量验收数据调入屏幕，修改采场位置现状图，以形成最新的采场面貌图，并形成最新采场三角网模型。3.2 编制开采计划，计算剥采量等计划指标，形成计划平面图、剖面图在运用所建地质模型编制采矿计划计算矿岩量时，Vulcan软件只

14、能计算出全矿的总量，不能计算出各个台阶上的矿岩量，无法满足我国露天矿精细的开采计划工作的需求，针对此问题，对该软件进行二次开发，采用先计算露天矿坑底至某台阶顶盘的矿石总量和岩石总量，再计算坑底至该台阶底盘的矿石总量和岩石总量，两者之差即为所求的该台阶矿石计划量和岩石计划量。步骤如下：（1） 画出每个台阶坡底线的计划位置，形成计划开采区边界多边形；（2） 计算台阶计划区内的煤量及剥离量；（3） 采矿计划平面图的形成与绘制。将每个台阶上的计划线多边形投影到相应的台阶底盘格网面上；（4） 设计台阶斜坡道，并投影形成台阶的坡底线；（5） 将台阶原坡底线（或坡顶线）多边形与计划线多边形进行合并（原坡底线

15、与计划坡底线多边形合并，原坡顶线与计划坡顶线多边形合并），形成计划位置图；（6） 进行各种标注（标注文字字符及坐标：名称等）；（7） 形成与绘制地质或开采剖面图；（8） 用绘图机绘制开采计划平面图、剖面图；并输出计划指标量表。4 结 论（1） 所建立的元宝山露天矿矿床地质模型，可准确进行储量计算，用于编制生产计划等，并实现了建立三维立体显示，所建立的模型是可靠的；（2） 通过对Vulcan软件系统进行改进和二次开发，所提出的改进的距离幂次反比估值法，估值效果好，提高了模型精度；也满足了我国编制详细的露天矿开采计划的要求。参考文献1 宋子岭，魏春启，金智求，煤矿床地质算量方法改进的距离幂次估值法，阜新矿业学院学报，1997.32 宋子岭，魏春启，白润才，黑岱沟露天矿短期计划编制系统及模型建立，煤炭学报1997.12（第6期）3 宋子岭，白润才