一种矿山地质资源储量管理方法与流程

本发明涉及一种数字化管理领域，具体是一种矿山地质资源储量管理方法。

背景技术：

矿产资源是不可再生资源，矿产资源如何能够得到合理、科学的利用是坚持矿产资源可持续发展的必要条件。 由于地质变量并总是纯粹的随机变量，因此用传统的统计方法进行储量资源管理，不能够解决复杂的地质问题。

传统的地质资源储量管理方法不能满足矿山资源储量管理的需要，不能实时动态的进行储量管理。

为实现矿产资源安全、高效开采及合理利用，快速准确地获得地质资源信息，及时掌握地质资源储量的增减情况，掌握矿山现有资源储量的空间分布情况、数量、品位以及可靠程度。为矿山资源储量保有及变化情况，提供依据，是矿山合理利用矿产资源的有力保障。

在矿山的生产过程中，随着矿床开采的不断深入以及生产过程中的生产勘探，矿产资源储量是不断发生变化的，为了实现矿产资源综合利用的目的，地质资源管理是基础，因为地质资源的种类和数量影响着矿山的生产规模和服务年限，而矿产资源的质量决定了矿山生产工艺水平和技术经济指标的高低，直接影响到矿山企业的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿山地质资源储量管理方法，包括初始储量的计算、矿体的结构或内部品位变化造成储量的变化估算，建立三维矿体模型，在此基础上进行地质储量计算，实现了矿山生产过程中与储量有关的数据计算，输出各种报表，为矿山和国家有关部门决策提供了准确的依据，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿山地质资源储量管理方法，包括以下步骤：

（1）根据地质勘探数据把钻孔的孔口文件、测斜文件、岩性文件以及品位数据等导入到三维矿业软件中，生成钻孔数据库；

（2）数据库建立之后，利用矿业软件强大的三维图形显示功能，在三维空间显示地质数据，包括钻孔的轨迹线、品位值、岩性及代码，并能进行数据的编辑、查询、更新、统计分析及钻孔三维可视化显示操作；

（3）样品组合：样品组合长度等于平均样品区间长度，组合采用加权平均法，最小组合长度等于组合长度的一半；

（4）再把地质剖面图和开采现状平面图导入到软件中，最终建立矿体的实体模型和块体模型；

（5）采用地质统计学的方法，充分考虑样品品位的空间变异性以及矿化的强弱在空间分布的特征；

（6）通过对区域化变量进行变异函数计算并且拟合出理论变异函数，根据变异函数的特征和性质，了解区域化变量在各个方向的细微变化；进行结构分析，结构分析是构造一个套合变异函数模型，对全部有效结构信息作定量化的概括，以表示区域化变量的主要特征；

（7）在得到变异函数结构模型后，做交叉验证确立最佳估值参数；

（8）在矿体内部建立块体模型，进行品位估值；

（9）计算矿块储量及储量分级。

作为本发明进一步的方案：步骤（4）中矿体的实体模型的建立过程是实体拓扑关系的建立，反应这些关系的基本要素是点、线、面以及体之间的关系，而储量计算是依据于空间模型的正确合理的拓扑关系进行。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中的块体模型是由多个立方体单元构成的，对所述立方体进行插值计算，对落在此单元块为中心的影响范围内的样品的品位进行加权平均，求得单元块的品位。

作为本发明再进一步的方案：步骤（6）中结构分析的方法是套合结构，是把分别出现在不同距离上和不同方向上同时起作用的变异性组合起来代表整个矿体的变异结构。

作为本发明再进一步的方案：步骤（7）中交叉验证是检验所得到的搜索椭球体方位和变异函数结构模型各参数是否正确、是否符合实际。

作为本发明再进一步的方案：步骤（7）中交叉验证的过程是移除一个已知原始数据并使用周围的原始数据来估算被移走的值，然后将该真值同估算值进行比较得出估计误差，对所有数据重复这一操作，计算出误差的均值和方差以及克立格估计方差，通过不断地调整搜索椭球体方位和变异函数参数，重新计算误差的均值和方差以及克立格估计方差。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中所述实体模型是指在构造三维实体中，采用一系列三角面描述实体的轮廓或表面而构成的完整实体的面或壳。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中所述实体模型的三维实体建模分为三步：第一步根据数据库，就可以生成矿区钻孔平面图；第二步生成勘探线剖面图，在每个勘探线剖面上，在各单工程上圈连矿体完成对地质信息的解释，用线连接绘制代表矿体边界的线串，外推原则是向外平推勘探线间距的四分之一，并按前述的工程间距进行资源储量分级；第三步连接实体，生成矿体。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中所述块体模型是矿床品位估计及资源储量估算的基础，建立块体模型的基本思想是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为一定的单元块，然后对整个矿床范围内的单元块的品位根据已知的样品进行估计，并在此基础上进行资源储量估算。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中所述块体模型块段大小的选取依据以下参数：勘探工程间距的大小、品位变化程度、采矿设计的最小开采单元、最终模型大小。

利用地质统计学生成储量报告，以此作为储量管理的基础，再根据生产的动态变化统计计算地质储量、储量级别，掌握矿床已经消耗的资源量、品位及分布情况，从而计算矿山资源利用情况。为矿山的生产和资源高效合理利用提供基础数据，动态的反应地质储量保有量、开采量等，实现储量管理的数字化。

以矿床地质学、地质统计学、计算机科学为理论基础，进行矿山储量动态变化研究，通过空间特征、属性特征、空间关系特征和时间特征，对矿体进行真实的描述和表达，建立资源模型。

基于资源模型侧重于三维实体的展示，借助于剖面进行模型构建，剖面是带拓扑形式的矢量组合。

钻孔数据是资源模型建立的主要数据源，在三维情况下实现了地质体的可视化。

在已有的具体资料进行整理和分析的基础上,建立了矿床地质数据库,实现了钻孔信息可视化。

运用矿床建模软件建立了矿区的地表、地层、断层、采空区及矿体的三维模型,实现了矿区矿床及工程的三维可视化。三维可视化建模可以完整准确地表达出矿山地表、地下地质构造的空间位置关系以及相关矿岩信息,同时为矿床开采以及生产动态管理提供有效基础,为矿山提供了基于真三维空间进行采矿工程设计的环境与手段,为矿山进行科学的生产进度计划编制提供基础与依据。

运用地质统计学原理对钻孔样品数据进行了组合分析,根据组合样的统计特征,对实验变异函数进行了拟合和交叉验证,建立了合理的变异函数模型,构建起了矿体块体模型,对矿床储量空间分布特性进行了分析。

以所建立的矿床块体模型为基础,采用普通克立格法对矿床元素进行了品位推估和储量计算。

基于多种划分方式（长度加权平均、算数平均等）进行样品组合划分，基于样品直方图、概率分布方差图进行样品特高品位处理和转换。

进行变异函数计算和拟合，理论编译函数计算和拟合，搜索椭球体设置，交叉验证，克里格估值等完整的计算功能。

适应不同阶段的勘察阶段储量核查与统计要求，提供多种储量统计方式，根据不同的开采台阶，统计地质资源储量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了动态的储量信息管理，同时对矿体模型进行更新，实现了资源管理的数字化，实现储量的动态管理和品位控制，对于地质资源数储量数字化管理以及数字矿山建设具有积极的作用，建立的动态地质模型更新利用了矿体本身固有的空间属性，减少了采空区与矿体之间的布尔运算，达到提高计算速度的目的，提高了数据的可靠性。

附图说明

图1为矿山地质资源储量管理方法的流程图图。

图2为矿山地质资源储量管理方法中样品组合图。

图3为矿山地质资源储量管理方法中块体模型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为了实现地质资源信息的数字化管理，建立地质资源基础数据库是最基础的内容。地质资源基础数据库通过收集钻孔、探槽、坑道、测量等数据信息，建立、存储地质资源信息数据表。数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合，它能以最佳的方式、最少的数据冗余为多种应用服务，地质数据库是数据库技术在地质勘探和矿山工作中的实际应用，是矿山资源储量估算和采矿设计的基础。

根据地质勘探数据把钻孔的孔口文件、测斜文件、岩性文件以及品位数据等导入到三维矿业软件中，生成钻孔数据库。此次工作所使用的数据类型齐全、相互匹配，能够满足资源/储量估算的需要。由原始数据输入三维矿业软件系统，建立数据库后，经过工程的数据校验、最大值最小值检查和在三维视图中对勘查工程的数据校验，确保数据在转抄、转换和导入过程中没有错误发生。

数据库建立之后，就可以利用矿业软件强大的三维图形显示功能，在三维空间显示地质数据，包括钻孔的轨迹线、品位值、岩性及代码等，总之，几乎所有的地质信息都可以以字符、图表、图案等方式显示出来，并能进行数据的编辑、查询、更新、统计分析及钻孔三维可视化显示等操作

组合样就是将空间不等长的样长和品位量化到一些离散点上，只有在工程方向上产生均匀（即等距离）的离散点，才可用于地质统计学。因此，组合样产生的离散点，将用在矿体的块模型中，以便进行估计插值等后续操作。样品组合方法：样品组合长度等于平均样品区间长度，组合采用加权平均法，最小组合长度等于组合长度的一半，如图2所示。

再把地质剖面图和开采现状平面图导入到软件中，最终建立矿体的实体模型和块体模型。矿体的实体模型的建立过程其实就是实体拓扑关系的建立，反应这些关系的基本要素就是点、线、面以及体之间的关系，而储量计算正是依据于空间模型的正确合理的拓扑关系才能够顺利的进行。

建立的块体模型实际上是由很多的立方体单元构成的，对这些立方体进行插值计算，也就是对落在这些单元块为中心的影响范围内的样品的品位进行加权平均，求得单元块的品位。

在进行储量估算的过程中采用地质统计学的方法，这种方法不同于传统的储量估算方式，它充分的考虑了样品品位的空间变异性以及矿化的强弱在空间分布的特征，这样估算成果就更加的符合地质规律，置信度就更高。

通过对区域化变量进行变异函数计算并且拟合出理论变异函数，根据变异函数的特征和性质，基本上能了解区域化变量在各个方向的细微变化。为了更清晰全面地了解区域化变量的结构性和变异性，需进行结构分析，所谓结构分析就是构造一个套合变异函数模型，对全部有效结构信息作定量化的概括，以表示区域化变量的主要特征。进行结构分析可以更加了解矿床成因特点和矿体各个方向的变异性。结构分析的主要方法是套合结构，就是把分别出现在不同距离上和不同方向上同时起作用的变异性组合起来代表整个矿体的变异结构。具有几何异向性变异函数的套合方法是用一个球状模型来表征各个方向的变异性，各个方向具有相同的C₀值和基台值C而具有不同的变程值a。在矿业软件中要求只给出主轴的变程a,再给出次轴/主轴和最小轴/主轴的比值。

在得到变异函数结构模型后，还需要做交叉验证。交叉验证的目的是检验所得到的搜索椭球体方位和变异函数结构模型各参数是否正确、是否符合实际。交叉验证的过程是移除一个已知原始数据并使用周围的原始数据来估算被移走的值。然后将该真值同估算值进行比较得出估计误差，对所有数据重复这一操作，计算出误差的均值和方差以及克立格估计方差。通过不断地调整搜索椭球体方位和变异函数参数，重新计算误差的均值和方差以及克立格估计方差。直到误差的均值趋近于“0”，以及误差方差/克立格估计方差趋近于“1”，置信度达到95%及以上，变异函数的结构参数才是最优的。

实体模型是指在构造三维实体中，采用一系列三角面描述实体的轮廓或表面而构成的完整实体的面或壳，其实质是由一系列三角面集合构成的实体表面或轮廓，即实体模型是用一系列不重叠的三角形来连接多边形线串中包含的点来定义一个实体或空心体。实体模型的作用不仅在于描述矿体的轮廓，通过它还可以实现以下功能:1、可视化三维显示；2、表面积和体积计算；3、任意方向切取剖面。

三维实体建模分为三步：

第一步根据数据库，就可以生成矿区钻孔平面图。

第二步生成勘探线剖面图，在每个勘探线剖面上，在各单工程上圈连矿体完成对地质信息的解释，用线连接绘制代表矿体边界的线串，外推原则是向外平推勘探线间距的四分之一，并按前述的工程间距进行资源储量分级。

第三步连接实体，生成矿体。这一步工作的主要内容就是把矿区内相邻剖面的线串依次用三角面连接起来，形成由一系列三角面围成的复杂曲面的矿体实体模型。

块体模型是矿床品位估计及资源储量估算的基础。建立块体模型的基本思想是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为一定的单元块，然后对整个矿床范围内的单元块的品位根据已知的样品进行估计，并在此基础上进行资源储量估算。块段大小的选取应当依据以下参数：勘探工程间距的大小、品位变化程度、采矿设计的最小开采单元、最终模型大小。块段大小必须反映品位分布，能显示品位点的区域图，块不可能太大，否则品位变化就不能被显示,块也不能太小，否则数据文件太大，并且品位估值变得不可靠。为了对矿体内的点进行品位估值，在矿体内部建立块模型。如图3所示。

为了防止块模型尺寸无限外扩，程序将矿体实体模型与块模型做布尔运算，即只计算实体内的矿量。划分次级分块是在矿体实体模型边界处对矿块再进行细分，以确保块体模型能够真实的反映矿体几何形态。

本发明的成果：

矿山的生产过程是一个连续的过程，在开采过程中矿体的形态是动态变化的，这些变化就直接导致了矿床储量的动态变化，所以这就要求对矿体的三维模型进行实时修改，尽可能的详尽的描述矿体的空间形态及分布，真实的反应储量的动态变化，所以根据生产过程中的生产勘探数据及时更新钻孔数据库，对矿体进行重构，对矿体重构会使矿体更加符合实际形态，在进行矿体重构时只需要对影响部分进行重构，这样就减少了重新建模的复杂性，提高了效率，同时开采过程中会对要进行开采的矿段进行品位的化验，取得实际的品位含量，这就相当于取得了连续的加密数据，加密数据对整个矿体的影响也是局部的，所以在进行储量重新估算的时候，只需要对影响范围内的块段进行估值计算即可，块体模型更新后对矿床的储量重新进行估算，生成储量报告，实现了动态的储量信息管理，同时对矿体模型进行更新，实现了资源管理的数字化。

在块体模型的基础上，可以实时的根据矿产品的市场价格以及加工成本来计算矿床的边界品位，综合考虑各种关键因素，可以建立品位约束、矿体约束、以及实体约束等约束条件，建立不同范围内的储量品位模型，实现储量的动态管理和品位控制。

研究成果对于地质资源数储量数字化管理以及数字矿山建设具有积极的作用，建立的动态地质模型更新利用了矿体本身固有的空间属性，减少了采空区与矿体之间的布尔运算，达到提高计算速度的目的。

借助于矿业软件的储量估算与品位分布的可视化管理，将地质资源信息与矿山开采计划和储量信息更新结合在一起，提高了数据的可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。