融合CAD面模型与Excel计算插件的储量估算方法

魏 铮 王 明 徐新显

(1.北京矿冶研究总院；2.广东云浮广业硫铁矿集团有限公司；3.海南省资源环境调查院)



融合CAD面模型与Excel计算插件的储量估算方法

魏 铮1王 明2徐新显3

(1.北京矿冶研究总院；2.广东云浮广业硫铁矿集团有限公司；3.海南省资源环境调查院)

平行断面法作为一种应用较广泛的储量估算方法，尽管计算公式简单，但耗时较多。为此，对其进行了改进，提出了一种融合CAD面模型与Excel计算插件的储量估算方法。CAD面模型是实现该方法的基础，是断面中具有块段号、面积、品位、级别、矿石类型等属性的充填面域集合。该方法利用VAB编程语言对Excel软件、AutoCAD软件进行二次开发，形成能从CAD面模型中自动提取原始数据，并能自动分析、计算和统计出表的Excel计算插件。某硫铁矿储量估算结果表明，该方法原理简单，可在提高估算精度的同时，大幅度降低耗时，有一定的实用价值。

储量估算 平行断面法 CAD面模型 Excel计算插件

长期以来，储量估算的主流方法是传统几何法(包括块段法、断面法等)，该方法以二维投影面为基础，将复杂的矿体形态转化为简单的几何体，将矿化不均匀状态简化为匀化状态，从而进行储量估算。该方法尽管原理简单，但计算繁琐，数亿吨的矿床储量估算耗时甚至长达数月。随着计算机技术和地质统计学理论的发展，Micromine[1-3]、Dimine[4]等矿体三维建模、储量估算软件不断涌现，储量估算方法逐渐从二维平面过渡至三维立体空间，该类方法主要利用矿体线框模型和块模型进行估算，充分考虑了矿体空间特征，效率较高，但对于一些复杂矿体模型的构建过程较复杂。为此，本研究将CAD面模型与Excel计算插件相结合，对平行断面法进行改进。

1 平行断面法估算原理

平行断面法分为垂直断面法和水平断面法2种，是利用勘探线剖面或水平断面将矿体截为若干个块段，根据各断面的取样资料分别估算各块段储量，从而得到矿体总储量。该方法实现步骤如下：

(1)划分块段、确定块段面积。垂直断面法和水平断面法一般是以相邻剖面为垂直界面，计算水平为水平界面，根据矿石级别确定块段。垂直断面法采用垂直界面的块段面积进行计算，水平断面法则根据水平界面的块段面积进行计算。面积由求积仪量测或绘图软件的对象查询功能获得。

(2)块段体积计算。块段体积计算一般采用圆锥体公式:

(1)

式中，V为块段体积，m3；S1、S2为块段的2个计算面面积，m2；H为块段2个计算面间距，m。

(3)块段内不同品级或级别的分块体积计算。块段内分块体积的计算公式为

(2)

式中，Vf为第f个分块体积，m3；V0为分块所在的块段体积，m3；Kf为第f个分块的面积率；S1、S2为第f个分块的2个计算面面积，m2；S1i、S2i为第i个分块的2个计算面面积，m2；n为块段数目。

(4)矿床储量估算。公式为

(3)

式中，Q0为矿床储量，t；Qi为第i个矿体储量，t；Qik为第i个矿体第k个块段的储量,t;Qikf为第i个矿体、第k个块段、第f个分块段的储量，t；Vikf为第i个矿体、第k个块段、第f个分块段的体积，m3；dikf为第i个矿体、第k个块段、第f个分块段的密度，t/m3。

(4)分块段密度。分块段密度由分块段的平均品位根据“品位-密度”关系获得。

平行断面法的计算关键是块段选取和块段内分块的2个计算面对应关系的确定。平行断面法将工程的取样品位加权至线上，然后将线上的品位加权至面上，最后将面上的品位加权至体积上，是一个匀化的过程，存在外延性误差。

2 CAD面模型与Excel计算插件的联合估算法

2.1 CAD面模型

平行断面法是以块段及其分块的2个计算面来计算体积、品位，因此，建立块段的计算面是该方法储量估算的基础。若将AutoCAD充填图案的实体属性对应为估算所需的属性(见表1)，便可用VBA程序[5]将其提取出，经过相关程序的分析处理，便可建立计算面之间的对应关系。CAD面模型变为若干个带有块段号、面积、品位、矿体号、矿石类型、品级和级别等属性的充填图案集合。总体来说，提取出的AutoCAD充填图案的实体面积总和应与CAD面模型的充填实体面积之和一致,避免出现面域重叠部分。

表1 CAD的充填图案的实际属性

2.2 Excel计算插件

将从CAD面模型提取出的原始数据按图1所示的Excel计算插件程序进行处理，便可得到储量估算结果。

图1 Excel计算插件处理流程

图1中，原始数据代码检查包括程序预定的代码检查、面模型数据检查和数据单元格的空值检查等，由程序自行完成，目的是防止数据错误传递给后续的计算结果。计算面配对是根据同块段、同矿体、同级别等原则建立分块对应关系，可按实际情况采用模糊配对、品位配对、品级配对或坐标配对等，配对过程也可人工调整。

3 实例分析

根据某硫铁矿床特征及储量管理要求，采用水平断面法，以勘探线划分块段，建立区段相应的CAD面模型和Excel计算插件，通过对286台阶储量估算检验本研究方法性能。286台阶的286 m、298 m水平的CAD面模型分别如图2、图3所示。286台阶储量估算结果如表2所示。储量估算表明， 500多万t储量的估算时间由一周缩短至数分钟,并能生成各种汇总表，估算速度、精度均较理想。

图2 286 m水平断面4′-4线CAD面模型

图3 298 m水平断面4′-4线CAD面模型

线号(块段号)Ⅰ～Ⅲ级矿量/tⅠ～Ⅲ级品位/%Ⅳ级矿量/tⅣ级品位/%9⁃7′6612942．4707′⁃730191742．1218829．837⁃5″23105639．0615449．865″⁃526167434．7805⁃5′25926234．8215998．575′⁃324830539．01474010．563⁃3′31002338．06520111．143′⁃131779637．638911．131⁃1′27504537．5035808．971′⁃029043136．2757148．940⁃2′33087137．427988．522′⁃237396937．9621129．142⁃4′30051736．9933429．324′⁃428815434．18212089．224⁃6′32275830．87272129．176′⁃624828926．131478310．876⁃8′16768018．64142849．878′⁃812173020．09113169．368⁃10′10962122．3790269．4910′⁃1013162722．5680369．7010⁃1221946223．4565149．8212⁃1435201922．9614⁃1610556724．22

4 讨 论

(1)融合CAD面模型与Excel计算插件的储量估算方法简单易学，前提是需构建断面的CAD面模型。该方法总体估算速度与三维块模型的估算速度相当，且整个估算过程中可人为调整估算参数。

(2)该方法CAD面模型的实质是对断面图进行了适当改进，在一定条件下可替代断面图，有效避免作图工作量的增加。

(3)由于断面法品位外延性误差的存在和块段内分块多采用面积率分配体积，故而该方法未充分考虑到矿体的空间特征，是一个匀化的计算过程，因此，可根据实际情况对块段分块的计算面进行配对。

(4)若整个开采境内的断面CAD面模型构建完毕，便可较方便地对CAD面模型进行约束调整，获得各块段的计算面，进行相应的储量估算，可在一定程度上提高矿山储量的管理水平。

[1] 王 强.基于Micromine的某锰矿储量估算方法对比分析[J].现代矿业，2015(12)：117-118.

[2] 李春章，杜登峰，宋立方，等.Micromine软件在石湖金矿探采对比分析中的应用[J].现代矿业，2016(6)：32-33.

[3] 李 朋，邹小伟，李 志.基于Micromine软件的某铜矿床资源量估算[J].现代矿业，2016(7)：193-196.

[4] 杨金富，周仕雄，薛力鹏.基于DIMINE的会理拉拉铜矿三维地质建模及储量估算[J].金属矿山，2016(8)：114-118.

[5] 曾洪飞，张 凡.Auto CAD VBA &VB.NET开发基础与实例教程[M].北京：中国电力出版社，2008.

2016-05-17)

魏 铮(1983—)，男，工程师，硕士，100160 北京市丰台区。