Опыт использования ГИС K-MINE при подсчете запасов Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений железистых кварцитов

Ивкин В.М., Брайко Е.В. ОАО «Полтавский ГОК», г. Комсомольск, Украина

Горишне-Плавнинское и Лавриковское месторождения железистых кварцитов Кременчугской магнитной аномалии являются сырьевой базой ОАО «Полтавский горно-обогатительный комбинат» (ПГОК). Месторождения разрабатываются открытым способом с 1970 г. в пределах земельного и горного отводов в контурах промышленных запасов. На месторождениях выделяются рудные подсвиты K22 и К23. Промышленные руды принадлежат к подсвите K22 и пачкам K231 и K233. Основные полезные ископаемые - магнетитовые и куммингтонит-магнетитовые кварциты, сопутствующие - неизмененные скальные вскрышные породы (плагиограниты и мигматиты, амфиболиты). Максимальная глубина залегания кварцитов на Горишне-Плавнинском месторождении - 960 м, на Лавриковском - 540 м, средняя мощность - 150 м и 83 м, соответственно. В настоящее время комбинат производит добычу железистых кварцитов согласно требованиям кондиций и запасам, утвержденным Государственной комиссией Украины по запасам полезных ископаемых (далее ГКЗ).

В связи с активным использованием ГИС K-MINE в геологическом и техническом отделе Днепровского рудоуправления ПГОК при выполнении задач долгосрочного планирования, возникла необходимость выполнить подсчет запасов Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений железистых кварцитов по уточненной цифровой модели в формате этой системы.

В 2008 году предприятием «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» по техническому заданию ОАО «Полтавский ГОК» выполнен подсчет запасов Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений железистых кварцитов. В разрезе работы подсчитаны запасы железистых кварцитов по стратиграфическим горизонтам K22 и K233 и неизмененных пород (амфиболиты и плагиограниты), а также скальных и рыхлых вскрышных пород Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений в трех вариантах:

• методом вертикальных сечений по результатам геологоразведочных работ;
• методом вертикальных сечений на основе цифровой модели, созданной в геоинформационной системе K-MINE;
• методом блочного моделирования в программе K-MINE [1].

В завершении работы проведено сопоставление результатов подсчета запасов выполненного традиционным методом и с использованием цифровой математической модели (ЦММ), и оценена достоверность полученных результатов.

Запасы подсчитаны по тем же кондициям и представлены в тех же границах и категориях, в которых проведена апробация в ГКЗ Украины. Граница подсчета балансовых запасов по залежам подсвиты К22 пачек К231 и К233 по Горишне-Плавнинскому месторождению до профиля IX определена контуром карьера глубиной 700 м, между профилями IX и XVII - глубиной 500 м; по Лавриковскому - контуром карьера глубиной 300 м. Забалансовые запасы по залежам подсвиты К22 и пачки К231 подсчитаны за пределами контуров карьеров до глубины на Горишне-Плавнинском месторождении - 900 м (горизонт -835 м), на Лавриковском - 500 м (горизонт -435 м).

Работа выполнялась в несколько этапов.

На первом этапе выполнено создание структуры и наполнение базы данных геологических скважин, отстроены трехмерные каркасная и блочная модели. При решении поставленных задач для создания цифровой модели месторождений использованы материалы, предоставленные геологической службой комбината: результаты разведки (доразведки) прошлых лет и эксплуатационной разведки Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений в виде текстового (геологические отчеты) и графического (планы и разрезы) материалов, а также база данных по 632 разведочным скважинам (объемом 116370 пог. м). Для уточнения контуров разновидностей пород использована информация с геологических эксплуатационных разрезов (глубина - до 400 м). Для глубин ниже 400 м, информация о контурах разновидностей пород снята с графических планов подсчета запасов в ГКЗ СССР в 1976 г. Графические материалы были отсканированы, откалиброваны, векторизированы и совмещены с данными геологических эксплуатационных разрезов. При создании цифровой модели месторождений использованы 57 разведочных профилей (разрезов). Выполнено совмещение разрезов в трехмерном пространстве по линиям геологических профилей. В результате создана первичная основа для формирования каркасной структуры (рис. 1). Создание каркасных структур выполнено между смежными разрезами по одноименным породам.

Рис. 1 - Совмещенная модель вертикальных разрезов для формирования каркасных структур

На втором этапе проводились работы по уточнению подсчетных параметров и контуров рудных залежей, детализация геологической и соответственно трехмерной каркасной и блочной модели месторождений (рис. 2).

Рис. 2 - Каркасная модель рудного тела и пород сопутствующей вскрыши

На основании статистического анализа данных опробования по скважинам и созданной цифровой модели месторождений проведено разделение на пачки и сорта и уточнение контуров стратиграфических горизонтов K22 и K233. В подсвите K22 были выделены пачки K221, K222 и K223; в пачке K233 подсвиты K23 были выделены технологические разновидности (I, II, III сорта и некондиционные кварциты IV сорта). Также было проведено уточнение контуров вмещающих пород скальной вскрыши (амфиболиты, граниты, сланцы K21 (кварц-биотитовые и амфиболовые) и сланцы K24, некондиционные кварциты K231, K232 и K234, выветрелые породы Pz-Mz) и вмещающих пород рыхлой вскрыши.

На третьем этапе выполнен подсчет запасов железистых кварцитов и сопутствующих полезных ископаемых Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений методом вертикальных разрезов. Объемы фигур, ограниченных вертикальными пересечениями считались по стандартной методике. При этом не были учтены качественные показатели полезного ископаемого и вскрышных пород.

На четвертом этапе выполнен подсчет запасов с использованием блочных моделей. Формирование блочных моделей выполнено с помощью специальных функций K-MINE по замкнутым каркасным моделям рудных тел и пород вскрыши. На базе каркасных моделей созданы «пустые» блочные модели для каждой разновидности и породы. Блочная структура представляет собой трехмерный динамический массив элементарных блоков заданного геометрического размера, попадающих внутрь ограничивающего каркаса. Ограничениями при формировании блочной структуры являются стенки каркаса. При этом блок считается попавшим внутрь каркаса тогда, когда его геометрический центр (центр масс) находится внутри. При формировании блочных структур размер элементарного блока был принят равным (10х10х5) метров. Объемы запасов считались суммированием блоков в пределах каждой разновидности пород. При этом не были учтены качественные аспекты полезного ископаемого и вскрышных пород.

Для подсчета запасов выполнено ограничение блочной структуры контурами подсчета (контур подсчета запасов по Горишне-Плавнинскому и Лавриковскому месторождениям, а также контуром горных работ в карьере по состоянию на 1.01.2008г. (рис. 3)).

Запасы подсчитаны с целью определения величины их достоверности по тем же кондициям и представлены в тех же границах и категориях, в которых проведена апробация в ГКЗ Украины.

На заключительном этапе выполнено сравнение результатов подсчета запасов железистых кварцитов и неизмененных пород (амфиболиты и плагиограниты), а также пород скальной и рыхлой вскрыши Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений, полученных при подсчете методом вертикальных сечений и с использованием блочной модели, с утвержденными балансовыми запасами, подсчитанными методом вертикальных разрезов и числящимися на балансе на 01.01.2008 по форме 5-ГР.

Результаты сопоставления методов подсчета балансовых запасов железистых кварцитов оценены по месторождениям Горишне-Плавнинскому и Лавриковскому отдельно и вместе. Величина определения погрешности результатов подсчета запасов находится в пределах допустимых величин (технических погрешностей) и составляет:

• при расчете методом вертикальных разрезов для железистых кварцитов Горишне-Плавнинского месторождения 7,0%; Лавриковского 0,875%, по двум месторождениям 5,130%;
• с использованием блочных моделей 2,605%, 0,774% и 2,043% соответственно.

Рис. 3 - Контур дневной поверхности карьера Днепровского рудоуправления по состоянию горных работ на 01.01.2008 г., совмещенный с блочной моделью рудных залежей и пород сопутствующей вскрыши Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений

Отклонения количества подсчитанных запасов с помощью ГИС К-MINE от количества запасов, числящихся на Государственном балансе полезных ископаемых (данные формы 5-ГР) объясняются:

• деформациями и низким качеством графических материалов, являющихся основой для создания геологических моделей месторождений и подсчета запасов в К-MINE;
• использованием для формирования моделей уточнений по результатам эксплуатационной разведки месторождений;
• точным аналитическим расчетом площадей и объемов;
• использованием при моделировании трехмерных структур межпрофильной геометрии для интерполяции (экстраполяции) рудных тел (призматическое и конусное выклинивание, разломы и т.д.).

Следовательно, геологическая модель месторождений, построенная в К-MINE может быть использована в задачах оперативного геологического учета, планирования, проектирования и ведения горных работ на Полтавском ГОКе.

Для уверенности дальнейшего использования ее в работе служб ОАО «ПГОК» была получена консультация в ГКЗ по вопросу возможности использования ГИС для подсчета запасов твердых полезных ископаемых. Коллегия ГКЗ, рассмотрев материалы подсчета запасов железистых кварцитов Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений, отметила, что:

• предлагаемая методика подсчета запасов на основе цифровой модели обеспечивает достаточно достоверную экстраполяцию данных геологоразведочных работ при оконтуривании рудных залежей в геологическом пространстве и надежность определения их объемов при подсчете запасов при сравнении с подсчетом запасов традиционным методом вертикальных разрезов;
• геоинформационная система обеспечивает решение задач накопления и систематизации данных геологоразведочных работ и эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых, а также их геометризации и определения объемов продуктивных залежей, и может использоваться при подсчете запасов этих полезных ископаемых;
• система имеет значительный потенциал для геометризации технологических свойств полезного ископаемого в элементарных подсчетных блоках и рентабельности его разработки с целью геолого-экономической оценки запасов месторождений и оперативного планирования эксплуатационных работ [2].

Таким образом, подсчет запасов, выполненный на основе цифровой модели в ГИС К-MINE, обеспечивает оперативность работ, предоставляет несколько вариантов решения задачи без дополнительных трудозатрат и потери качества конечного результата, позволяет подготовить весь пакет необходимой графической документации согласно действующим законодательным нормативам, в том числе в электронном виде, а также исключает возможность возникновения ошибки в результате влияния человеческого фактора.

Литература:

1. Отчет по подсчету запасов Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений железистых кварцитов на основании созданной геологической цифровой модели в ГИС K-MINE. В 2-х книгах. Кривой Рог. -2008г.
2. Протокол № 1540 засідання колегії Державної комісії по запасах корисних копалин при Міністерстві охорони навколишнього природного середовища України від 3 липня 2008 року.