Мазуров А.К., Гаврилов Р.Ю. Основы подсчета запасов рудных месторождений с использованием современных компьютерных технологий

Подождите немного. Документ загружается.

Простейший тип трехмерной модели месторождения – это прямо-

угольная пространственная решетка, где каждая ячейка имеет одинако-

вую ориентацию и содержит единственную характеристику для каждой

переменной. Это наиболее общий тип модели, используемый в боль-

шинстве горных систем, потому что его структура наиболее удобна для

эффективного применения в компьютерных расчетах. Поэтому в

Datamine используется

именно этот тип модели. На рис. 6.1 показан

один уровень (горизонтальный слой) такой модели.

Для того, чтобы добиться точного описания геологических границ,

включающих такие особенности, как дайки, сбросы и, конечно, топо-

графию, все ячейки модели должны быть достаточно малы. Поэтому в

Datamine (в отличие от большинства других систем) используется мо-

дель с

подъячейками, которые получаются делением основных блоков

(ячеек) модели на маленькие пространственные объемы, каждый из ко-

торых содержит полный набор информации, как и основная (родитель-

ская) ячейка (рис. 5.1). Datamine предусматривает деление ячеек на

подъячейки и по вертикали, и по горизонтали.

Рис. 6.1. Один слой блочной модели Datamine

Структура модели внутри Datamine является файлом базы данных

(таблицей, матрицей), подобным другим файлам системы. Это позволяет

использовать для манипуляций с моделью любые фильтры и критерии.

Может быть задано нужное количество подъячеек внутри любой

ячейки в модели. Хотя все подъячейки имеют форму параллелепипеда,

каждая из них может отличаться от любой другой, а

каждая ячейка мо-

жет иметь различный набор подъячеек. Это позволяет модели иметь

произвольную комплексную форму (если это необходимо) для того,

чтобы с максимальной точностью описать геологические границы. Та-

ким образом, внутри одной и той же структуры может быть создан

практически любой тип модели: от пласта до жильной залежи и, нако-

нец, модель массивного месторождения. Здесь нет ограничения в дета-

лизации, так как в процессе моделирования одна и та же ячейка может

быть разделена на подъячейки любым возможным способом.

При этом компьютерная память минимизируется за счет того, что

информация сохраняется только для ячеек внутри рудного тела (хотя,

конечно, можно моделировать и участки пустых пород, если необходи-

мо), а также потому, что на однородных участках создаются большие

ячейки, если по геологическим соображениям отсутствует

необходи-

мость деления их на субъячейки.

Этот метод моделирования имеет много важных преимуществ:

• Так как все типы блочных моделей представлены в Datamine

одинаковой структурой, то можно комбинировать (объединять) внутри

нее различные модели (например, литологии и рудных тел). Одно из

практических приложений этого – обособленное моделирование каждой

составляющей структуры, которая может характеризоваться специфич

ной формой, размерами, параметрами и характеристиками. Полученные

модели можно затем объединить, используя процесс ADDMOD, кото-

рый позволяет создать общую модель, содержащую все детали состав-

ляющих.

• Другой важный аспект комбинирования моделей связан с пере-

записыванием информации в ячейках первой объединяемой модели зна-

чениями, содержащимися в тех же полях второй модели. Это

очень по-

лезно, например, при наложении моделей даек на модели рудных тел,

при обновлении модели полученной новой информацией и т. д.

• Блочная модель может быть обрезана любым каркасом, т. е. Вы

можете легко выбрать и сохранить ту часть блоков, которые находятся

над/под/внутри/снаружи каркаса или каркасов.

•

Модели могут быть объединены только в том случае, если они

имеют одинаковый прототип, т. е. одни и те же границы и размеры ос-

новных ячеек.

6.2. Прототип блочной модели

Прежде чем Вы создадите модель, Вы должны определить ее прото-

тип (процесс PROTOM), т. е. задать прямоугольное пространство моде-

ли и размер основных

блоков. Параллелепипед модели (рис. 5.2) ориен-

тирован строго вдоль координатных осей X, Y, Z используемой Вами

системы координат. Кроме того, необходимо указать, будут ли в даль-

нейшем блоки модели делиться на подъячейки, а также понадобится ли

Вам в будущем поле MINED для использования модели в процессах

планировании горных работ. Рекомендуется на 2 последних вопроса от-

ветить YES. Вид основного диалога процесса PROTOM показан ниже.

>>> PLEASE SUPPLY COORDINATES OF MODEL ORIGIN (Вве-

дите координаты начала модели)

X >

Y >

Z >

>>> PLEASE SUPPLY CELL DIMENSIONS (Введите размеры ячейки)

X >

Y >

Z >

>>> NUMBERS OF CELLS IN EACH DIRECTION (Введите количество

ячеек в каждом направлении)

X >

Y >

Z >

Границы модели задаются 2-мя параметрами (

рис. 6.2):

• координатами X, Y, Z начала модели (левый нижний угол про-

странственного параллелепипеда);

• количеством основных ячеек вдоль каждой оси координат.

X(Y,Z)ORIG

Начало

модели

X(Y,Z)INK

Размеры

блока

Число блоков

по оси X

Число блоков

по оси Z

Число блоков

по оси Y

Рис. 6.2. Схема, поясняющая процесс создания прототипа блочной модели

X(Y, Z)ORIG

X(Y, Z)INK

При задании границ пространственного параллелепипеда необхо-

димо учитывать следующее:

• Если в будущем предполагается объединение нескольких от-

дельно создаваемых моделей, то все они должны иметь один и тот же

прототип. Таким образом, он должен подходить и к самой маленькой, и

к самой большой (модель литологии) составляющей модели.

• Если месторождение предполагается

отрабатывать карьером, то

прототип должен быть рассчитан так, чтобы он полностью вмещал са-

мый большой возможный карьер.

• Если ведется доразведка залежи на глубину или по площади, то

желательно зарезервировать пространство в составляемой сейчас моде-

ли для возможных будущих рудных тел или зон.

Расширяя пространство модели, не следует бояться ее

большого

объема, т. к. в памяти компьютера хранится только информация о дейст-

вительных ячейках – блоках, содержащих какие-то данные. Зарезервиро-

ванное пространство не будет занимать место в памяти до тех пор, пока

оно не будет заполнено ячейками с появившейся новой информацией.

Размер основного блока – очень важная деталь прототипа. Преж-

де чем

Вы выберите его, подумайте о следующих моментах:

• Форма блока должна соответствовать структуре моделируемого

объекта и характеру его анизотропии. Если эллипсоид анизотропии раз-

вернут относительно системы координат, то иногда ПОЛЕЗНО перед

моделированием развернуть систему координат в соответствии с анизо-

тропией, а все дальнейшие работы вести в новой системе.

• Размеры

блока должны быть связаны с размерами разведочной се-

ти. В геостатистике есть аксиома, что для получения несмещенной оценки

кригинга (геостатистический метод интерполяции) размер оцениваемых

основных блоков не должен быть меньше половины среднего расстояния

между пробами в данном направлении. Чем меньше будет размер блока,

тем большее смещение средней оценки мы должны ожидать

. КСТАТИ,

это относится и к интерполяции методом обратных расстояний. Несмотря

на это, многие эксперты принимают минимальный размер блоков модели,

равный 25–30 % от среднего размера разведочной сети.

6.3. Заполнение каркасов ячейками

Существует несколько способов создания блочных моделей. Пер-

вый из них не требует предварительного конструирования каких-либо

каркасов и имеет 2 разновидности.

1. Пространство,

заявленное прототипом, полностью заполняется

ячейками. По ним проводится интерполяция требуемых показателей и

параметров, а затем на эту модель накладывается созданная модель

«воздуха», в блоках которой содержится координата Z топографии по-

верхности.

2. По каждому из слоев блочной модели (вертикальному или гори-

зонтальному) производится (по данным опробования) интерактивное

оконтуривание нужных зон с помощью замкнутых периметров. Затем

процессом PERF1L производится заполнение этих периметров блоками

в соответствии с указанным прототипом. Одновременно при необходи-

мости создаются подъячейки,

и модель оптимизируется с целью сокра-

щения ее размера. Каждому полученному объему присваивается иден-

тификатор зоны для последующего использования фильтров или крите-

риев выборки. После заполнения всех периметров блоками производит-

ся интерполяция по ним показателей качества и других параметров.

Однако, самый распространенный метод создания блочных моде-

лей – заполнение каркасов ячейками. Существуют

следующие основные

разновидности блочных моделей:

• модель рудных тел и зон минерализации;

• модель литологии.

Иногда удобно работать только с первой моделью, например для

подсчета запасов руды, а время от времени нужна совмещенная модель,

например для оптимизации и проектирования карьера или подземного

рудника.

6.3.1. Модель рудных тел

Эта модель создается заполнением ячейками и подъячейками замк-

нутых (как правило) каркасов минерализованных зон, по которым пред-

полагается проводить интерполяцию содержаний полезных компонен-

тов. Эта операция в Datamine выполняется процессами WIREFILL или

TRIFIL. Первый процесс более универсальный и позволяет выполнять

некоторые дополнительные операции. Для запуска этого процесса Вы

должны ввести следующие исходные данные

1. Файлы:

• прототип модели – это может быть как специальный файл (см. п. 6.2),

так и любой файл модели, из которого будут использованы только нуж-

ные поля:

• два файла (точек и треугольников) каркасной модели;

• имя файла выходной блочной модели.

2. Поля:

• поле, которое существует в файле треугольников карка-

са/каркасов и определяет зональный контроль. Значения этого поля (но-

мера рудных тел, зон и т. д.) будут перенесены в файл блочной модели.

3. Параметры:

• ZCODE – если поле зонального контроля в каркасах не сущест-

вует, то можно ввести номер зоны блочной модели с помощью этого

параметра;

• WIRETYPE – способ заполнения каркаса ячейками:

1: замкнутый каркас – создать ячейки внутри.

2: поверхность – создать ячейки ниже;

3: поверхность – создать ячейки выше;

4: поверхность – создать ячейки с севера;

5: поверхность

– создать ячейки с юга;

6: поверхность – создать ячейки с запада;

7: поверхность – создать ячейки с востока;

• CELLX (Y, Z) MIN – минимальный размер подъячеек в направ-

лениях X, Y, Z. Если в одном из этих направлений установлено значе-

ние 0, то здесь будет использовано заполнение, характерное для пла-

стов, когда для него границами ячейки будут являться границы

каркас-

ной модели, а разбиения ячеек на подъячейки производиться не будет.

Только одно из направлений может иметь значение этого параметра =0;

• CELLX (Y, Z) МАХ – размер основной ячейки модели в на-

правлениях X, Y, Z. Этот параметр можно не устанавливать, если име-

ется входной файл – прототип модели.

Установка минимального размера подъячейки связана с размерами

формой рудных тел. Если они очень узкие или сильно изменчивые по

мощности, то этот размер должен быть уменьшен в направлении вкрест

простирания. И наоборот, в направлениях с малой изменчивостью не

следует сильно занижать этот параметр.

После того как процесс отработал и модель создана, рекомендуется

тщательно проверить, как она заполнила «родной» каркас

. Для этого

надо вызвать эту модель и соответствующий каркас/каркасы в окно

проектирования и (отключив показ каркаса и включив показ его сечения

плоскостью изображения) просмотреть их, двигаясь небольшими шага-

ми в направлении наибольшей протяженности рудной зоны. Каркас

должен быть полностью заполнен блоками. Если это не так, то следует

найти причину

такого события и, устранив ее, снова запустить процесс

WIREFILL (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Пример неполного заполнения каркаса ячейками из-за неправильного

определения минимальной границы модели по вертикали

Часто в границы рудных тел попадают массивы пустых пород или

пустоты в виде карстов, подземных выработок и т. п.

Включения пустых пород и пустоты должны отдельно моделиро-

ваться в виде каркасов (замкнутых или поверхностей) указанным выше

способом (см. выше). После этого используется процесс SELTRI, кото-

рый выбирает из блочной модели только

те ячейки, которые находятся

снаружи каркаса породы или пустоты. В итоге мы сохраняем для даль-

нейшего использования только рудные ячейки (рис. 6.4). В дальнейшем,

при необходимости, данные по породным включениям (в виде специаль-

ной блочной модели) можно наложить на рудную модель.

Здесь можно использовать и другую технологию. Каркасы пород-

ных включений или

пустот заполняются ячейками, и им присваивается

номер зоны, отличный от аналогичного параметра руды. Далее эти мо-

дели накладываются на модель руды. Здесь происходит более точное

деление ячеек на подъячейки, чем при простом вырезании каркаса. По-

сле этого производится копирование и сохранение только тех ячеек, ко-

торые имеют «рудный» номер зоны.

Этот способ более точно сохраняет

размеры небольших пустот, таких как горные выработки.

Очень часто создают несколько каркасных моделей зон минерали-

зации по разным бортовым содержаниям или типам руды. Эти модели

могут размещаться одна в другой или пересекай, друг друга. Естествен-

но, что каждая из них должна быть заполнена «собственными» ячейка-

ми

, имеющими соответствующий номер поля ZONE. В дальнейшем ин-

терполяция содержаний по этим моделям будет производиться раздель-

но. Отбор и копирование нужных ячеек для той или иной зоны произво-

дится процессом SELTRI с использованием требуемого каркаса.

Рис. 6.4. Подземная горная выработка, вырезанная

из блочной модели рудного тела

В результате всех этих операций создается модель зон минерализа-

ции, по которой в дальнейшем будет производится интерполяция со-

держаний полезных компонентов и оценка запасов руды по месторож-

дению.

6.3.2. Модель литологии

Эта модель строится часто только в том случае, когда месторожде-

ние имеет сложную геологию и включает в себя много типов пород, руд

с различными удельными весами. Если вмещающие породы достаточно

однородны, то пространство под каркасной моделью топографической

поверхности просто заполняется ячейками, которым присваивается код

породы и значение плотности.

Имеется, по крайней

мере, 2 технологии создания моделей литоло-

гии (моделей вмещающмх пород).

1. Литологические эазности пород разделяются каркасными по-

верхностями или заключаются в замкнутые каркасы. Одной из поверх-

ностей может быть поверхность топографии. Все каркасы заполняются

ячейками (внутри, сверху, снизу или с боков). Прототип блочной моде-

ли должен быть тот же, что и

для модели зон минерализации. Каждая

часть созданной блочной модели обозначается собственным кодом по-

роды (поле ROCK) и плотностью (поле DENSITY). Далее эти части по-

парно складываются (процесс ADDMOD) в такой последовательности,

чтобы каждая следующая модель обновляла содержание ячеек преды-

дущей (см. следующий раздел). Процесс может идти как снизу вверх,

так и наоборот.

Во втором случае первой моделью будет модель топо-

графии, на которую будут последовательно накладываться все другие

модели сверху вниз.

2. Создается единая блочная модель ниже каркаса топографии.

С помощью литологических данных, содержащихся в файле опробова-

ния, по этой модели осуществляется интерполяция кодов пород мето-

дом ближайшей пробы (см. раздел 5.4.2). Таким

образом, блочная мо-

дель будет содержать информацию по литологии. Данные по плотности

дополняются в модель с помощью процессов EXTRA или GENTRA в

соответствии с кодами пород, содержащимися в ячейках модели.

Модель литологии может также содержать в себе природные и тех-

нологические пустоты. Надо вспомнить, что она должна иметь такие

границы, которые полностью

и с некоторым запасом включают в себя

максимально возможный карьер, который может быть спроектирован на

месторождении при благоприятном уровне цен на извлекаемые из руд

металлы.

6.4. Интерполяция содержаний и других показателей качества руды

Теперь Вы имеете модель зон минерализации месторождения, ко-

торая содержит в ячейках только информацию о номере зоны, типе ру-

ды и (может быть) плотности. Следующим очень важным шагом в про-

цессе моделирования является заполнение ячеек созданной Вами моде-

ли информацией о содержаниях в

руде полезных компонентов и других

показателях качества. Эти данные рассчитываются одним из методов

интерполяции по имеющимся в базе данных результатам опробования

месторождения.

Для интерполяции содержаний (и других параметров) в системе

Datamine Studio имеется несколько основных процессов:

• ESTIMA – интерполяция любых параметров по блочной моде-

ли с использованием разных видов кригинга, методов обратных

рас-

стояний и ближайшей пробы;

• GRADE – аналогичный процесс, но со значительно меньшими

возможностями по сравнению с ESTIMA;

• PANELEST – расчет средних содержаний в двух- и трехмерных

панелях без необходимости предварительного создания блочных моделей;

• SURFIP – интерполяция поверхностей пластов методом обрат-

ных расстояний.

6.4.1. Процесс GRADE системы Datamine

Этот процесс наиболее удобен для начального этапа освоения воз-

можностей Datamine. Он не очень сложный и. тем не менее, способен

выполнять весьма ответственные расчеты.

Список основных исходных файлов, полей и параметров приведен

ниже.

Файлы:

• входной файл – прототип блочной модели. Это должна быть мо-

дель зон минерализации, для которой требуется оценка качества

руды;

• входной файл проб.

Поля:

• имена полей координат X, Y, Z в файле проб;

• имя оцениваемого поля;

• имена полей для размещения информации о числе проб, по ко-

торым делается оценка, дисперсии кригинга, номере зоны и длине проб,

которая используется для их взвешивания (если такое взвешивание вы-

полняется).

Параметры:

• длины осей эллипсоида окрестности поиска проб (анизотропии)

по направлениям X, Y, Z;

• углы поворота осей координат для совмещения их с главными

направлениями анизотропии массива;

• минимальное число проб для оценки содержания в ячейке. Если

число проб в окрестности будет меньше, то для этой ячейки в данном

поле ставится «–» (отсутствие данных);

•

максимальное число проб для оценки содержания в ячейке. Ес-

ли число проб в окрестности будет больше, то для оценки будут исполь-

зованы ближайшие к оцениваемой ячейке пробы. Это число не может

быть более 1400;

• используемый метод интерполяции:

− 1 – ближайшая проба;

− 2 – обратные расстояния (указывается показатель степени);

− 3 – обычный кригинг

с одно- или двухструктурной сфериче-

ской моделью вариограммы (указываются параметры про-

странственной вариограммной модели – от 6 до 10 парамет-

ров);

• число октантов, в которых должны содержаться пробы для

оценки (0–8):

• минимальное и максимальное число проб в одном октанте;

• метод оценки подъячеек:

− 1 – оценивается каждая подъячейка;

− 2 – оценивается основная ячейка,

и эта оценка присваивает-

ся всем содержащимся в ней подъячейкам;

• количество точек внутри каждого блока (ячейки, подъячейки)

по каждой координатной оси, для которых будет делаться интерполя-

ция. Суммарная оценка блока будет рассчитана, как среднее оценок

всех точек. Минимальное значение параметра (для одной оси):

− для метода обратных расстояний – 1;

− для

кригинга – 2.