Опыт применения компьютерных технологий подготовки геологических материалов для проектирования открытой разработки рудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© С.С. Серый, В.Д. Дунаев, В.М. Никулин,

Ю.Д. Волобуев, 2007

УДК 622.271

С.С. Серый, В.А. Дунаев, В.М. Никулин,

Ю.А. Волобуев

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДГОТОВКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 1

Геологической основой проектирования открытой разработки рудных месторождений являются обычно материалы их детальной разведки с подсчетом запасов. Поскольку, как правило, месторождение разведывается системой профилей, подсчет запасов выполняется методом вертикальных разрезов, редко- методом геологических блоков. При этом в составе графических приложений дается всего 1-3 геологических пого-ризонтных плана.

Для проектирования открытой разработки рудных месторождений в современных рыночных условиях этого явно недостаточно. Необходимо, в соответствии с системой отработки месторождения горизонтальными слоями (уступами) выполнить подсчет запасов руд и объемов вскрышных пород по уступам будущего карьера и для каждого уступа построить погори-зонтные геологические планы. При этом, как правило, требуется несколько вариантов подсчета запасов руд и объемов вскрышных пород в различных проектных границах карьера.

Осуществить такой большой объем работ немыслимо без применения компьютерных технологий и цифрового моделирования горно-геоло-

гических объектов. Отдел геологии и геоинформатики ФГУП ВИОГЕМ в 2003-2005 гг. на базе авторской гео-информационной системы «ГЕОМИКС» [1], выполнил для ОАО «Ков-дорский ГОК» подготовку геологических материалов для проектирования реконструкции карьера рудника «Железный», отрабатывающего месторождение бадделеит-апатит-магнетитовых руд. Тем самым накоплен ценный опыт предпроектной подготовки геологических материалов, который, по нашему мнению, будет полезен как разработчикам геоинформационных технологий в горно-геологической области и проектировщикам, так и недропользователям.

Ковдорское бадделеит-апатит-маг-нетитовое месторождение относится к карбонатитовому типу. Оно представлено субвертикальной трубообразной рудной залежью, разведанной на глубину около 700м. Залежь сложена двумя промышленными типами руд: бадделеит-апатит-магнетитовыми (БАМР) и маложелезистыми апатитовыми (МЖАР). Оконтуривание руд первого типа осуществлялось по бортовому содержанию Ре общ. 15 %, а второго типа - по бортовому содержанию Р205 3 %. БАМР делятся на

ЮЗ

Схематический разрез через центральную часть Ковдорского месторождения: 1 -

рудная залежь, 2 - вмещающие породы, 3 - линия рельефа, 4-6 - контуры карьера: 4 - текущий, 5 - проектный, 6 - перспективный

природные разновидности: апатит-

форстерит-магнетитовые (АФМ), фор-стерит-магнетитовые (ФМ), апатит-кальцит-магнетитовые (АКМ), кальцит-форстерит-магнетитовые (КФМ), а МЖАР - на силикатно-апатит-форсте-ритовые (АФ) и карбонатные, представленные апатит-форстеритовыми (АФК) и апатитовыми (АК) карбонати-тами. По действующему проекту разработки месторождения конечная отметка днища карьера - 350 м. В настоящее время карьер достиг отметки -110 м. По проекту реконструкции карьера намечается его углубление до отметки - 660 м (рисунок).

Согласно техническому заданию требовалось сформировать базу геологоразведочных данных по месторождению, включая данные эксплуатационной разведки и доразведки (всего 25 геологических разрезов, 960 скважин и 40 000 проб на Реобщ., Р2О5, 2г02 и С02), создать цифровую модель месторождения, построить

геологические планы горизонтов через 12 м (от поверхности до +70 м), 15 м (от +70 до -450 м) и 60 м (от -450 до -660 м) т.е. всего 52 плана; подсчитать запасы в горизонтальных слоях по категориям разведанности, типам и природным разновидностям руд в геологических границах месторождения и в контуре проектного (до -350 м) и перспективного (до -660 м) карьера. Кроме того, в контуре того и другого карьера необходимо было подсчитать объемы вскрышных пород.

Задача осложнялась тем, что нужно было учесть данные эксплуатационной разведки и доразведки глубоких горизонтов месторождения, полученные после утверждения в ГКЗ его запасов, т.е. по существу заново построить все геологические разрезы месторождения. Это равносильно подготовке исходных материалов для подсчета запасов по только что разведанному месторождению или для пересчета утвержденных ГКЗ запасов по новым кондициям.

Работа выполнялась по следующей методической схеме:

• выделение по скважинам кондиционных рудных интервалов, дифференцированных по типам и разновидностям руд;

• создание базы данных скважин (с учетом инклинометрии и результатов опробования керна) и геологических разрезов;

• построение геологических по-горизонтных планов;

• создание виртуальных поверхностей текущего, проектного (до -350 м) и перспективного (до -660 м) карьеров и вынос на погоризонтные планы их границ;

• создание для каждого эксплуатационного слоя, по которому необходимо подсчитать запасы, планов плотности разведочной сети для выделения участков различной категории разведанности;

• создание планов подсчета запасов с контурами подсчетных площадок и указанием категории разведанности (на основе планов плотности разведочной сети);

• создание модели блокировки запасов с присвоением индексов (номеров) подсчетным площадкам и блокам на каждом плане подсчета запасов;

• расчет на основе модели блокировки запасов площадей подсчетных блоков и средневзвешенных содержаний компонентов в них;

• присвоение значений средневзвешенных содержаний компонентов блокам, не имеющим разведочных пересечений;

• расчет доли объемов и запасов природных разновидностей в каждом подсчетном блоке;

• расчет объемов вскрышных пород в контуре проектного и перспективного карьеров;

• создание таблиц подсчета запасов для каждого эксплуатационного слоя и сводной таблиц по месторождению в целом;

• формирование отсчетных графических материалов и таблиц подсчета запасов на бумажных и магнитных носителях.

Остановимся более детально на ключевых эпизодах приведенной методической схемы: построение геологических разрезов и планов подсчета запасов, подсчет запасов.

Геологические разрезы строились на основе БД геологоразведочных скважин по профилям детальной разведки. Пробы по скважинам визуализировались на экране монитора в плоскости разреза с указанием (в соответствии с разработанной легендой) типов и природных разновидностей руд. Разрезы формировались из 4 тематических слоев: геологического (геологические границы, в том числе между типами и разновидностями руд), подсчетного (контуры подсчетных блоков с указанием категории разведанности), технического (контуры проектного и перспективного карьеров) и информационного (стволы скважин и интервалы опробования, номера проб и т.п.). Геологические границы трассировались границами проб разных типов руд и пород, а между скважинами интерполировались с применением сглаживающего сплайна. Контуры карьера (текущего, проектного и перспективного) строились для каждого разреза как след пересечения виртуальной поверхности карьера с плоскостью разреза.

Погоризонтные планы подсчета запасов строились по подошве каждого эксплуатационного слоя на основе созданной базы данных геологических разрезов с использованием алгоритма поворота графических элементов из вертикальной плоскости в горизон-

тальную. Для этого задавалась отметка горизонта и ширина полосы на разрезах, которая путем поворота приводилась в плоскость плана. Дальнейшее построение плана осуществлялось интерактивно путем интерполяции границ, контактов и контуров между линиями разрезов

Планы подсчета запасов формировались из тех же тематических слоев и составляющих их элементов, что и разрезы, с некоторыми дополнениями. В частности в информационном слое добавлялось отображение подсе-чений скважин в плоскости плана. Кроме того, категория разведанности подсчетных блоков на планах определялась путем построения промежуточных планов плотности разведочной сети. Для этого был разработан и программно реализован специальный алгоритм, в основу которого положен коэффициент плотности разведочной сети (К), рассчитываемый по формуле:

К = Са,

S

где С - количество скважин, попавших в элементарную квадратную ячейку; Б- площадь элементарной ячейки (соответствует площади ячейки при плотности сети для категории С1), м2; а - повышающий коэффициент, равный 10 000 (для удобства автоматической обработки данных).

Критериальные значения «К» устанавливаются в соответствии с принятой при детальной разведке месторождения плотностью сети для каждой категории запасов. В частности, для Ковдорского бадделеит-апатит-магне-титового месторождения они составляют В>2, 2<Сх>0,5, Сх<0,5. По указанному выше алгоритму автоматически рассчитывался «К» в каждой ячейке разведочной квадратной сети и в соответствии с его критериальным значениями рудное тело на плане

геометризовался по категориям разведанности запасов.

Подсчет запасов по эксплуатационным слоям осуществлялся методом горизонтальных сечений на основе планов подсчета запасов. Подсчетные блоки в каждом слое формировались в интерактивном режиме по двум смежным планам с выбором подсчетных площадок сверху и снизу. Блоки, опиравшиеся на одну подсчет-ную площадку, выклинивались на пирамиду. На планы в автоматическом режиме из базы геологоразведочных данных выносились скважины и результаты опробования с привязкой к конкретным блокам. Всего для подсчета запасов сформировано 3778 блоков.

Для выполнения подсчета запасов в подсчетном тематическом слое автоматически заполнялись следующие информационные поля: имя эксплуатационного горизонта (подошвы уступа) и его абсолютная отметка, высота уступа, список подсчетных блоков, имя блока, категория его разведанности, высота и объем блока, средневзвешенные содержания в нем компонентов, список подсчетных площадок, принадлежащих блоку и т.д., всего 28 полей.

Основными параметрами для определения запасов в подсчетном блоке являлись его объем, объемный вес руды и среднее содержание компонентов, регламентирующих ее качество. Объем блоков определялся по известным формулам для метода горизонтальных сечений [2]. Среднее содержание компонентов в блоках вычислялось путем взвешивания на длину проб. При отсутствии в блоке проб, ему присваивалось значение средневзвешенного содержания с выше- или нижележащих блоков, принадлежащих тому же рудному телу.

Объемный вес руды в каждом блоке определялся по выведенному для Ковдорского месторождения уравнению регрессии, связывающему этот параметр со средним содержанием Ре общ. Запасы считались по подсчетным блокам, эксплуатационным слоями и по месторождению в целом, в том числе раздельно по промышленным типам и природным разновидностям руд, категориям их разведанности. Объемы вскрышных пород в контурах проектного и перспективного карьеров подсчитывали для каждого эксплуатационного слоя без блокировки по их фактическим площадям на смежных погоризонт-ных планах, раздельно по типам горных пород.

Весь комплекс работ по предпро-ектной подготовке геологических ма-

1. Дунаев В.А., Серый С. С. Разработки ФГУП ВИОГЕМ в области геоинформатики для горнопромышленной геологии и маркшейдерии. - «Черная металлургия.

териалов для реконструкции карьера рудника «Железный» был выполнен за 1,5 года группой высококвалифицированных специалистов (двух геологов, трех программистов и двух операторов), имеющих многолетний опыт совместной работы в области геоин-формационных технологий для горнопромышленной геологии. Львиная доля времени ушла на формирование баз данных, моделирование и создание компьютерной графики. На подготовку реестра скважин и проб, участвующих в подсчете запасов, и набор подсчетных блоков с их нумерацией и присвоением им категории разведанности потребовалось 3 рабочих недели. Затраты времени на непосредственно послойный подсчет запасов и генерацию отчетных таблиц составили 5 часов.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бюллетень научно-технической информации», 2005, №5.

2. Прокофьев А.П. Основы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых. - М.: Недра, 1973.

— Коротко об авторах

Серый С.С. - кандидат технических наук,

Дунаев В.А. - доктор геолого-минералогических наук, профессор, Никулин В.М., Волобуев Ю.А. -

ФГУП ВИОГЕМ.