固体矿产虚拟仿真平台教学资源

本平台主要依托国家级“固体矿产勘查实验教学示范中心”,利用ABAQUS、QuantyMines、SURPAC等矿产勘查领域先进软件,涉及的本科专业主要为资源勘查工程专业,设计课程包括了该专业教学计划中设计的主要专业主干课程和专业选修课程,主要包括矿床学、矿石学、矿田构造学、矿产勘查理论与方法、矿产综合勘查技术、GIS及其在矿床勘查中的应用、资源信息系统等课程。目前该平台已开展和拟开展的虚拟仿真实验项目设置充分体现了“虚实结合、相互补充、能实不虚”的基本原则。

(1)本平台已开展的虚拟仿真实验项目

本平台已开展的虚拟仿真实验共6项,具体如表2-1所示。

表2-1固体矿产虚拟仿真实验平台已开设的实验项目

序号 实验项目 实验内容 实验类型
1 矿床形成过程模拟 对矿床的形成过程进行模拟,包括斑岩型矿床、岩浆结晶分异矿床、岩浆 专业实验
熔离矿床、矽卡岩型(钨锡)矿床、石英脉型钨矿床、砂岩型铜矿、海底喷流
型铅锌矿床、风化型铝土矿、风化型铁锰矿、微细浸染型金矿等,揭示成矿
地质条件,并展示矿床特征。
2 矿田构造应力场模拟 对矿田范围内的地质体进行三维立体建模,输入相关地质体的材料属性,并给定 专业实验
应力空间产状,模拟矿田不同空间部位的应力状态,分析矿床、矿体与应力作用的
对应关系,展示模拟结果。
3 矿山虚拟勘查设计 对一个虚拟矿山做勘查设计,尝试调整不同的勘探线布置方式和不同的勘查间距, 综合性实验
直观了解勘探工程的不同布置方式对矿体的控制程度,展示设计结果。
4 三维矿体圈定 对一个虚拟的矿化体,根据工业指标,动态合理圈定不同类型矿体的边界。 综合性实验
5 模拟真实矿山储量估算 对一个虚拟的矿山,使用试验系统中储量计算系统,运用固体矿产资源地质统计 综合性实验
学法估算储量。
6 矿山开采方案虚拟设计 对一个虚拟矿山做开采设计,尝试采用露天开采和地下开采不同方案设计, 综合性实验
直观了解不同开采设计方案,对同一矿山的开采时间,开采成本,收益等的不
同结果,并展示设计结果。
 

实验项目1:矿床形成过程模拟

(1)实验内容

采用Flash软件对矿床的形成过程进行模拟,包括斑岩型矿床、岩浆结晶分异矿床、岩浆熔离矿床、矽卡岩型(钨锡)矿床、石英脉型钨矿床、砂岩型铜矿、海底喷流型铅锌矿床、风化型铝土矿、风化型铁锰矿、微细浸染型金矿等,展示成矿地质条件和矿床特点。具体包括:

①对斑岩型矿床、岩浆结晶分异矿床、岩浆熔离矿床、矽卡岩型(钨锡)矿床等内生矿床形成过程的模拟,包括大地构造背景、岩浆性质、成矿作用方式、矿体产状、矿石结构等;

②对砂岩型铜矿、风化型铝土矿、风化型锰矿等外生矿床形成过程的模拟,包括原岩建造、古气候条件、古岩相条件、成矿作用方式、矿体产状、矿石结构;

③对微细浸染型金矿等变质矿床形成过程的模拟,包括构造背景、原岩建造、变质流体、温压条件、成矿作用方式、矿体产状、矿石结构等;

(2)实验功能与效果

         在学习矿床的形成过程理论之后,通过试验可以直观理解矿床形成过程,掌握矿床类型、及其主要成矿作用和主要特征。

图2-2 斑岩型铜(钼)矿床的形成过程模拟及效果

实验项目2:矿田构造应力场模拟

(1)实验内容

采用ABAQUS软件对矿田范围内的地质体进行三维立体建模,输入相关地质体的材料属性(即受力参数),并给定应力空间产状,由软件智能计算,并模拟矿田不同空间部位的应力状态,尤其是张性空间和压性空间易发育的部位,分析其对成矿的影响。具体包括:

①对矿田构造应力场进行模拟,包括三维立体建模、地质体材料属性赋值、应力空间产状给定等,分析构造应力场、构造演化对矿化富集的控制作用;

②对勘探线剖面构造应力场进行模拟,包括三维立体建模、地质体材料属性赋值、应力空间产状给定等,分析构造应力场、构造演化对矿化富集的控制作用;

(2)实验功能与效果

模拟矿田构造应力场的分布状态及不同地质体在应变上的响应,可直观了解构造应力场、构造演化对矿化富集的控制作用,掌握构造控矿机制和构造控矿规律。

2-3 勘探线剖面构造应力模拟及效果

2-4 矿田构造应力模拟及效果

 

实验项目3:矿山虚拟勘查设计

(1)实验内容

采用QuantyMines软件对一个虚拟矿山做勘查设计,尝试调整不同的勘探线布置方式和不同的勘查间距,直观了解勘探工程的不同布置方式对矿体的控制程度,并展示设计结果,具体包括:

①对虚拟矿山做矿山普查阶段的勘查设计,包括化探采样,物探布点,大比例尺地面填图路线设计,勘探线设计,槽探工程设计,取样设计;

②对虚拟矿山做矿山详查阶段的勘查设计,包括勘探线加密,槽探加密,钻孔设计,坑探工程设计,取样设计;

③对虚拟矿山做矿山勘探阶段的勘查设计,包括勘探线加密,槽探加密,钻孔加密设计,坑探工程设计,取样设计。

(2)实验功能与效果

    在虚拟的计算机三维环境中,练习对虚拟矿山不同勘查阶段的勘查设计。通过试验可以直观掌握勘查设计的方法和步骤,掌握普查、详查、勘探等不同阶段勘查设计的技术手段。

2-5 在勘探线上设计钻孔

 

 2-6 钻孔设计后的效果

2-7 穿过矿体的钻孔部分

 

实验项目4:三维矿体圈定

(1)实验内容

采用SURPAC软件对一个矿化体进行三维矿体圈定,使用矿床工业指标动态合理圈定不同类型矿体的边界,具体包括:

①根据现行矿床工业指标确定边界品位、最低工业品位、最小可采厚度、最大夹石厚度等矿体圈定过程中用到的工业指标;

②练习矿体圈定的程序,在三维虚拟环境下进行三维矿体的不同类型边界的圈定。

(2)实验功能与效果

    在虚拟的计算机三维环境中,通过实验操作深入理解掌握矿床工业指标的含义和应用,掌握根据矿产工业指标动态合理圈定不同类型矿体边界的方法与程序。

2-8  勘探线中矿体边界圈定

2-9  矿体三维边界圈定

实验项目5:模拟真实矿山储量估算

(1)实验内容

采用QuantyMines软件对虚拟矿山进行储量估算,练习使用试验系统中储量计算系统,采用固体矿产资源地质统计学法估算储量,具体包括:

①根据试验系统数据库中钻孔样品数据,在系统中绘制剖面图,并按一定边界品位圈定矿体边界,形成矿体边界线框;

②用圈定好的矿体边界线框,在系统中生成三维的矿体的边界模型,并根据地质准则外推矿体;

③提取钻孔数据,组合样品,创建矿体三维矿体模型,用普通克里格方法计算矿体储量,报表输出结果。

(2)实验功能与效果

    在虚拟的计算机三维环境中,试验对矿山储量进行估算。学习不同边界品位和最低工业品位下三维矿体模型的建立及可视化,掌握资源储量估算流程和方法。

2-10 插值结果块体显示示意图

2-11 块体模型Excel储量报告

 

实验项目6:矿山开采方案虚拟设计

(1)实验内容

采用QuantyMines软件对一个虚拟矿山做开采设计,尝试采用露天开采和地下开采不同方案设计,直观了解不同开采设计方案,对同一矿山的开采时间,开采成本,收益等的不同结果,并展示设计结果,具体包括:

①对虚拟矿山做矿山露天开采设计,包括露采境界设计,长中短期开采台阶设计,联络道设计,卸矿点设计,尾矿坝设计,选矿厂设计等;并尝试完成采剥比最大化和矿石量最大化两种情况下的不同设计方案。

②根据矿山特点,选择合适的地下采矿方法(空场采矿法、充填法及崩落法),对虚拟矿山做矿山典型井下开采设计,包括主井设计,副井设计,通风井设计,采场设计等。

(2)实验功能与效果

    在虚拟的计算机三维环境中,练习对虚拟矿山做开采设计。通过试验可以直观掌握矿山露天开采和地下开采设计的主要内容和方法流程。

 

 2-12 露采与井采联合设计

2-13 地下开采设计

(2)本平台拟开展的虚拟仿真实验项目

本平台拟开展的虚拟仿真实验共7项,具体见表2-2所示。

表2-2固体矿产虚拟仿真实验平台拟开设的实验项目

序号 实验项目 实验内容 实验目的 实验类型
1 典型矿床实地场景模拟 选择国内较为典型的矿床,如福建紫金山金矿床,运用3DMax软件对其进行实地场景建模,客观真实地反应矿床原貌,通过操控人物行径,对矿床各个部位进行观察,记录矿床特征,并描述地质现象。 了解矿床形成的大地构造背景,正确理解并掌握矿床、矿石的概念,学会观察和描述矿石的方法,学会目估矿石品位的方法,学会观察矿体特征。 专业实验
2 矿产远景区综合预测 利用给定区域地质矿产资料,综合分析有关控矿因素和矿化信息(找矿标志),合理选择及确定找矿远景区,指出各个远景区内可能找到的矿产种类、可能的矿床类型、远景大小及其主要的地质依据。 训练并提高综合分析成矿地质问题的能力,初步学会及掌握内生、外生矿产综合预测的基本方法。 综合性实验
3 深部矿体预测 利用给定矿区资料,确定自然矿体形态、分析自然矿体产状特征、总结矿体产状变化规律,预测深部矿体存在的可能性和位置。 学会分析整理及运用某些测试资料,结合成矿规律研究和地质推断,初步掌握矿区深部矿体定位预测的一些方法。巩固所学内容,提高综合分析能力。 综合性实验
4 详查阶段矿产勘查工程设计 利用给定矿区资料,选择矿产勘探的主体地段、确定合理的勘探工程总体布置方式、确定矿床的勘探类型和勘探工程间距、选择有效的勘探工程类型进行矿产勘查工程布置,编制勘探设计剖面图和勘探工程布置平面图。 通过实习学会如何根据矿床勘查任务、矿床地质特征和地貌等因素,进行勘查地质设计。 综合性实验
5 最优开采品位模拟计算 对于给定矿山,预定不同的矿产品市场价格和探矿、采矿及选冶成本,采用该平台模拟计算最优的开采品位。 通过学习,强化矿山自然属性和经济数据的认识,掌握两者相互决定关系,学会根据市场行情,动态计算最优的矿山边界品位。 专业实验
6 采矿过程动态模拟 针对一个虚拟矿山,基于一定的采矿方法,设计出采矿方案后。在真实矿山建设和采矿前,采用本实验平台,预演和模拟采矿过程,发现采矿方案中存在的问题,为矿山建设提供决策依据。 通过学习,在实验室仿真学习采矿过程,并在模拟中发现设计中存在的瓶颈和缺陷,做出补救方案。 专业实验
7 资源储量动态监管 采用RFID传感器和矿产称重系统,监测矿产每年的采矿情况,结合三维数字矿山,精确动态监测矿山的储量变化情况。 掌握物联网技术在资源开采中的应用,学会储量动态管理。 专业实验