Nghiên cứu ứng dụng phần mềm datamine trong tính toán trữ lượng và phục vụ quản lý hoạt động khai thác khoáng sản

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

---------------W X---------------

BÁO CÁO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DATAMINE

TRONG TÍNH TOÁN TRỮ LƯỢNG VÀ PHỤC VỤ

QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

6394 08/6/2007

HÀ NỘI – 2006

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

---------------W X---------------

Tập thể tác giả : Nguyễn Thành Long (chủ nhiệm),

Nguyễn Thị Hải Vân, Nguyễn Thị Phin, Trịnh Thị Hiền,

Đỗ Minh Hiển, Lê Quốc Hùng, Nguyễn Thị Minh Tâm,

Nguyễn Đức Thắng, Nguyễn Thị Hồng Hải, Thái Quý

Lâm, Phạm Vũ Luyến

BÁO CÁO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DATAMINE

TRONG TÍNH TOÁN TRỮ LƯỢNG VÀ PHỤC VỤ QUẢN LÝ

HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

HÀ NỘI – 2006

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO ...................................................1

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................2

CHƯƠNG I - TÍNH TRỮ LƯỢNG KHOÁNG SẢN RẮN.......................................................4

I.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRỮ LƯỢNG TRUYỀN THỐNG................................................ 4

I.1.1. Các thông số cơ bản được sử dụng để tính toán trữ lượng khoáng sản rắn..............4

I.1.1.1. Thể trọng..................................................................................................................5

I.1.1.2. Tỷ trọng....................................................................................................................5

I.1.1.3. Độ ẩm ......................................................................................................................5

I.1.1.4. Độ lỗ hổng ...............................................................................................................5

I.1.1.5. Chiều dày.................................................................................................................5

I.1.2. Các phương pháp khoanh ranh giới thân quặng để tính trữ lượng...........................6

I.1.3. Các phương pháp tính hàm lượng trung bình.............................................................8

I.1.4. Cơ sở toán học của các phương pháp tính trữ lượng truyền thống .........................10

I.1.4.1 Phương pháp trung bình số học .............................................................................10

I.1.4.2. Phương pháp khối địa chất....................................................................................11

I.1.4.3. Phương pháp khối khai thác..................................................................................11

I.1.4.4. Phương pháp mặt cắt (tuyến hoặc song song) ......................................................13

I.1.4.5. Phương pháp đa giác (hình nhiều cạnh) ...............................................................16

I.1.4.6. Phương pháp hình tam giác ..................................................................................17

I.1.4.7. Phương pháp đường đẳng cao ..............................................................................18

I.1.4.8. Phương pháp đường đẳng trị ................................................................................19

I.1.4.9. Các phương pháp tính trữ lượng khác ..................................................................20

I.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRỮ LƯỢNG BẰNG PHẦN MỀM DATAMINE................... 20

I.2.1 Quy trình tính toán trữ lượng trong phần mềm Datamine ........................................21

I.2.2. Cấu trúc file dữ liệu của phần mềm Datamine..........................................................22

I.2.2.1. Chuẩn bị dữ liệu đầu vào ......................................................................................22

I.2.2.2. Cấu trúc file cơ sở dữ liệu trong Datamine...........................................................24

I.2.2.2.1. File thông tin về các lỗ khoan (Drillhole file)....................................................24

I.2.2.2.2. File thông tin về các string và các đường biên (String and perimeters file) ......25

I.2.2.2.3. File thông tin về các điểm (Point file) ...............................................................25

I.2.2.2.4. File thông tin về khung dây (Wireframe file) ....................................................26

I.2.2.2.5. File thông tin về mô hình (Model Files) ............................................................27

I.2.2.2.6. File thông tin về mặt cắt (Section files) .............................................................28

I.2.3. Xây dựng mô hình khung dây (WIREFRAME MODELING) và mô hình khối

(BLOCK MODEL) cho thân quặng.....................................................................................28

I.2.4. Các phương pháp nội suy hàm lượng trong phần mềm Datamine ..........................30

I.2.4.1. Quy trình nội suy hàm lượng trong phần mềm Datamine .....................................30

I.2.4.2. Khái quát về nội suy hàm lượng............................................................................30

I.2.4.3. Khái quát về chương trình ESTIMA ......................................................................32

I.2.4.3.1. Chương trình ESTIMA ......................................................................................32

I.2.4.3.2. Một số yếu tố cần lưu ý......................................................................................33

I.2.4.4. Các phương pháp nội suy hàm lượng trong Datamine .........................................36

I.2.4.4.1. Người láng giềng gần nhất.................................................................................36

I.2.4.4.2. Nghịch đảo khoảng cách mũ (IPD)....................................................................37

I.2.4.4.3. Kriging ...............................................................................................................39

I.2.4.4.4. Ước lượng Sichel T............................................................................................43

I.2.4.5. Một số yếu tố nội suy hàm lượng khác trong Datamine........................................43

I.2.4.5.1. Nội suy cell mẹ .................................................................................................43

I.2.4.5.2. Phép phân tán cell ..............................................................................................44

I.2.4.5.3. Số lượng tối thiểu các điểm ...............................................................................44

I.2.4.5.4. Sao chép giá trị các trường ...............................................................................45

I.2.4.5.5. Cập nhật khối thể tích ........................................................................................45

I.2.4.5.6. Nội suy tại chỗ ...................................................................................................45

I.2.4.5.7. Các phương pháp nội suy bổ sung .....................................................................46

I.2.4.5.8. Vấn đề tối ưu hóa thời gian xử lý trong các phép nội suy .................................46

I.2.4.5.9. Tìm kiếm mẫu (Sample search) ........................................................................46

I.2.4.5.10. Các đa biến số (Multiple variables) .................................................................46

I.2.4.5.11. Các điểm phân tán trong cell ...........................................................................46

I.2.4.5.12. Số lượng mẫu ..................................................................................................47

I.2.4.5.13. Kriging variance...............................................................................................47

I.2.4.5.14. Tham số @FVALTYPE..................................................................................47

I.2.4.5.15. Tham số @FSTEP ...........................................................................................48

I.2.4.6. Khái quát về cấu trúc dữ liệu sử dụng cho ESTIMA để nội suy hàm lượng..........48

I.2.4.6.1. File Mô hình nguyên mẫu ..................................................................................48

I.2.4.6.2. File dữ liệu mẫu .................................................................................................49

I.2.4.6.3. File các tham số khối thể tích tìm kiếm .............................................................49

I.2.4.6.4. File các tham số nội suy.....................................................................................55

I.2.4.6.5. File mô hình cho những thân quặng đặc biệt.....................................................64

I.3. ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG QUẶNG...................................................................................... 68

I.3.1. Đánh giá trữ lượng của mô hình khối mỏ trong giới hạn của 1 string....................68

I.3.2. Đánh giá trữ lượng của mô hình khối mỏ trong giới hạn của 1 cặp strings ...........70

I.3.3. Đánh giá trữ lượng của mô hình khối mỏ trong giới hạn của tất cả các strings.....71

I.3.4. Đánh giá trữ lượng của mô hình khối mỏ trong giới hạn một wireframe ...............71

CHƯƠNG II - TÍNH TRỮ LƯỢNG MỎ BAUXIT TÂN RAI - LÂM ĐỒNG VÀ ĐỐI

SÁNH KẾT QUẢ ........................................................................................................................73

II.1. KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC MỎ BAUXIT TÂN RAI..................................................... 73

II.1.1. Vị trí địa lý..................................................................................................................73

II.1.2. Đặc điểm địa hình, khí hậu và thực vật....................................................................73

II.1.2.1. Đặc điểm địa hình ................................................................................................73

II.1.2.2. Đặc điểm khí hậu..................................................................................................73

II.1.2.3. Đặc điểm thảm thực vật tự nhiên .........................................................................74

II.1.3. Đặc điểm hệ thống thủy văn......................................................................................74

II.1.4. Đặc điểm giao thông..................................................................................................74

II.1.5. Đặc điểm kinh tế nhân văn .......................................................................................74

II.1.6. Lịch sử nghiên cứu địa chất......................................................................................74

II.1.6.1. Giai đoạn trước 30 tháng 4 năm 1975.................................................................74

II.1.6.2. Giai đoạn sau 30 tháng 4 năm 1975 ....................................................................75

II.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG TÂN RAI, BẢO LỘC..................................................77

II.2.1. Địa tầng......................................................................................................................77

II.2.1.1. Hệ tầng La Ngà (J2 ln)..........................................................................................77

II.2.1.2. Hệ tầng Di Linh (N1

3

- N2

1

dl)..............................................................................77

II.2.1.3. Hệ tầng Đại Nga (βN2 đn)....................................................................................78

II.2.1.4. Hệ tầng Tân Rai (βN2

1-2 tr) ..................................................................................78

II.2.2. Các thành tạo xâm nhập ...........................................................................................78

II.2.3. Địa mạo ......................................................................................................................78

II.2.4. Khoáng sản ................................................................................................................79

II.2.4.1. Quặng bauxit........................................................................................................79

II.2.4.2. Các loại khoáng sản khác ....................................................................................79

II.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MỎ ...........................................................................................79

II.3.1. Địa tầng......................................................................................................................79

II.3.1.1. Hệ tầng La Ngà (J2 ln) .........................................................................................80

II.3.1.2. Hệ tầng Tân Rai (β N2

1-2tr) .................................................................................80

II.3.1.3. Hệ Đệ Tứ (Q)........................................................................................................80

II.3.2. Kiến tạo ......................................................................................................................80

II.3.2.1. Đặc điểm của cấu trúc kiến tạo............................................................................80

II.3.2.2. Các đứt gãy ..........................................................................................................81

II.3.3. Địa mạo ......................................................................................................................81

II.3.4. Đặc điểm vỏ phong hóa bauxit laterit.......................................................................81

II.3.4.1. Đặc điểm vỏ phong hóa khu tây mỏ Tân Rai .......................................................83

II.3.4.2. Đặc điểm phân bố của bauxit trong vỏ phong hoá ..............................................84

II.3.5. Đặc điểm địa chất các thân quặng............................................................................85

II.4. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG QUẶNG............................................................................85

II.4.1. Thành phần vật chất và tính chất vật lý của quặng.................................................85

II.4.1.1 Đặc điểm tự nhiên của quặng bauxit ....................................................................85

II.4.1.2. Thành phần khoáng vật quặng.............................................................................85

II.4.1.3. Thành phần hoá học của quặng bauxit ................................................................86

II.4.1.4. Đặc điểm thành phần độ hạt ................................................................................86

II.4.1.5. Các tính chất cơ lý của quặng..............................................................................87

II.4.2. Kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin .....................................................87

II.5. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DATAMINE VÀO TÍNH TOÁN TRỮ LƯỢNG BAUXIT

KHU TÂY MỎ BAUXIT TÂN RAI LÂM ĐỒNG .................................................................88

II.5.1. Chỉ tiêu tính trữ lượng ..............................................................................................88

II.5.2. Phương pháp tính trữ lượng.....................................................................................88

II.5.2.1. Phương pháp tính trữ lượng trong phần mềm Datamine.....................................88

II.5.2.2. Công thức tính trữ lượng......................................................................................88

II.5.3. Tính toán trữ lượng bauxit khu tây mỏ Bauxit Tân Rai bằng phần mềm Datamine............89

II.5.3.1. Chuẩn bị số liệu tính toán trữ lượng bauxit.........................................................89

II.5.3.2. Xây dựng cấu trúc và mô phỏng các giếng khoan trong không gian 3 chiều ......92

II.5.3.3. Xây dựng mặt cắt song song của các thân quặng ................................................93

II.5.3.4. Xây dựng mô hình khung dây (WIREFRAME MODELING) cho thân quặng .....93

II.5.3.5. Xây dựng mô hình khối (BLOCK MODEL) các thân bauxit................................94

II.5.3.6. Nội suy hàm lượng bauxit trong BLOCK MODEL của các thân quặng..............96

II.5.4. Kết quả tính trữ lượng bauxit ...................................................................................98

II.5.5. Đánh giá và so sánh kết quả tính trữ lượng.............................................................99

II.5.6. Đánh giá và so sánh quá trình thiết kế thân quặng.................................................99

II.5.6.1. Thiết kế mặt cắt đứng qua các thân quặng ..........................................................99

II.5.6.2. Mô phỏng thân quặng ........................................................................................100

II.5.7. Đánh giá và so sánh phương pháp nội suy hàm lượng và phương pháp tính toán

trữ lượng quặng..................................................................................................................101

II.5.8. So sánh kết quả tính toán trữ luợng quặng............................................................102

CHƯƠNG III - TÍNH TRỮ LƯỢNG MỎ SẮT QUÝ XA - LAO CAI................................107

III.1. KHÁI QUÁT VỀ MỎ SẮT QUÝ XA...........................................................................107

III.1.1. Vị trí ........................................................................................................................107

III.1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên........................................................................................107

III.1.3. Đặc điểm địa chất...................................................................................................108

III.1.4. Đặc điểm cấu trúc và chất lượng quặng ...............................................................108

III.2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DATAMINE VÀO TÍNH TOÁN TRỮ LƯỢNG MỎ SẮT

QUÝ XA..................................................................................................................................110

III.2.1. Sơ lược về mỏ sắt Quý Xa......................................................................................110

III.2.2. Chỉ tiêu thăm dò tính trữ lượng quặng.................................................................111

III.2.2.1. Chỉ tiêu thăm dò tính trữ lượng loại tinh quặng...............................................111

III.2.2.2. Chỉ tiêu thăm dò tính trữ lượng loại bẩn quặng. ..............................................112

III.2.3. Phương pháp tính trữ lượng .................................................................................112

III.2.3.1. Tính trữ lượng theo phương pháp thủ công......................................................112

III.2.3.2. Tính trữ lượng trong phần mềm Datamine.......................................................113

III.2.4. Tính toán trữ lượng mỏ sắt Quý Xa bằng phần mềm Datamine .........................114

III.2.4.1. Chuẩn bị số liệu tính toán trữ lượng................................................................114

III.2.4.2. Xây dựng cấu trúc và mô phỏng các giếng khoan trong không gian 3 chiều...116

III.2.4.3. Xây dựng mặt cắt song song của các thân quặng.............................................116

III.2.4.4. Xây dựng mô hình khung dây (WIREFRAME MODELING) cho thân quặng..117

III.2.4.5. Xây dựng mô hình khối (BLOCK MODEL) các thân quặng ............................119

III.2.4.6. Nội suy hàm lượng các yếu tố thành phần trong BLOCK MODEL của các thân

quặng................................................................................................................................120

III.3. Kết quả tính trữ lượng mỏ sắt Quý Xa.....................................................................122

KẾT LUẬN................................................................................................................................124

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................125

PHỤ LỤC KÈM THEO............................................................................................................126

PHỤ LỤC 1- MẶT CẮT TUYẾN 35 đến 45 – KHỐI TRỮ LƯỢNG CẤP B, KHU TÂY,

MỎ BAUXIT TÂN RAI, LÂM ĐỒNG..............................................................................127

PHỤ LỤC 2 - MẶT CẮT TUYẾN 1 - 69 – KHỐI TRỮ LƯỢNG CẤP C1, KHU TÂY, MỎ

BAUXIT TÂN RAI, LÂM ĐỒNG .....................................................................................139

PHỤ LỤC 3- MẶT CẮT ĐỨNG THÂN QUẶNG THEO CÁC TUYẾN +08, +06, +04,

+02, 00, -02, -04 MỎ SẮT QUÝ XA, LÀO CAI.................................................................175

PHỤ LỤC 4 - MẶT CẮT ĐỨNG THÂN QUẶNG THEO CÁC TUYẾN -04, -08, -12, -16,

-20, -24 MỎ SẮT QUÝ XA, LÀO CAI ...............................................................................183

PHỤ LỤC 5 - BÁO CÁO KINH TẾ...................................................................................183

1

CÁC THUẬT NGỮ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO

Thuật ngữ sử dụng

trong báo cáo

Thuật ngữ tiếng

Anh tương ứng

Giải thích

điểm point Một dạng mô phỏng 1 thực thể không gian đơn giản nhất, mang đầy đủ các thuộc

tính cả về tọa độ không gian cũng như các đặc tính khác mà điểm đó mô phỏng.

đường line, polyline Bao gồm một tập hợp các điểm liên tục cùng nằm trong một mặt phẳng.

contour đường đẳng trị,

đường giới hạn,

đường contour

Được tạo nên từ các đường đóng kín, gồm một tập hợp các điểm có thể mang

một giá trị đồng nhất của một thuộc tính nào đó.

polygon vùng Là một vùng, một diện tích được giới hạn bởi các đường đóng kín hoặc bởi một

đường contour.

string contour Bao gồm một tập hợp các đường đóng kín không nằm trên cùng một mặt phẳng.

Trong mô hình khối mỏ, string có thể là các đường gờ, rìa khối.

vành đai,

perimeter

perimeter Là một diện tích được giới hạn bởi một tập hợp các string đóng kín, tạo nên các

vành đai phân chia giữa các khối mỏ.

cell cell Có nhiều dạng khối hình học có thể được sử dụng để mô phỏng một thực thể nào

đó trong không gian. Tuy nhiên, dạng khối đơn giản nhất thể hiện được trong

không gian ba chiều là một khối chữ nhật, hay còn gọi là cell. Tập hợp các cell đó

sắp xếp trong không gian theo một mạng các ô lưới. Đây cũng là dạng khối được

sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng các mô hình khối bởi tính hiệu quả của

chúng khi xử lý bằng máy tính.

cell mẹ, cell chính parent cell Cell lớn nhất trong một mô hình, có các đơn vị kích thước được lưu giữ như

những giá trị mặc định. Khái niệm về "cell mẹ" phần lớn mang tính chất mô tả.

cell con, cell phụ subcell Cell được sử dụng để phân chia kích thước cell mẹ ra thành các cells nhỏ hơn

cho phù hợp với các kích thước trong các wireframes. Sự phân chia càng nhỏ

càng làm cho sự phù hợp đó lớn hơn. Một cell tương ứng với một bản ghi, vậy

nên sự phân chia qua giới hạn các cell phụ không chắc sẽ nâng cao được kết quả

cuối cùng, mà lại có thể làm đầy bộ nhớ một cách không cần thiết!!!

mô hình khối block model Mục đích của công tác xây dựng một mô hình địa chất là thể hiện một cách chính

xác không những về hàm lượng của một khối mỏ mà còn cả về các đường ranh

giới và các cấu trúc nội tại của khối mỏ đó nữa. Một mô hình khối địa chất trong

Datamine bao gồm các khối chữ nhật, hay còn gọi là các cell có cùng các kích

đơn vị, trong đó mỗi cell đều phải mang các giá trị thuộc tính của khối mỏ tại điểm

đó (ví dụ như các thuộc tính về tọa độ không gian, các giá trị về hàm lượng, các

kiểu đá mẹ,...)

khung dây,

wireframe

wireframe Là một sự liên kết giữa các string theo một mạng ô lưới hình tam giác tạo nên

một "bộ khung" mô phỏng cho một mô hình khối mỏ.

khối tìm kiếm 1/8

ellipsoid

octant

khối thể tích tìm kiếm search volume

khối thể tích tìm

kiếm động

dynamic search

volume

phương pháp nội

suy

nterpolation

method

Variogram variogram Một dạng biểu đồ mô tả các đặc tính liên tục hoặc gián đoạn của một tập hợp mẫu

trong không gian.

hệ số Nugget nugget

ngưỡng sill

phương sai variance

hiệp phương sai covariance

không đẳng

hướng khu vực

zonal anisotropy

uốn, uốn nếp unfolding Là phương pháp khôi phục lại hệ tọa độ của thân quặng nằm trong trầm tích bị

uốn nếp về hệ tọa độ ban đầu trước khi chúng bị uốn nếp

mô hình quay rotated model

2

MỞ ĐẦU

Ngày nay công nghệ thông tin ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học khác

nhau, và nó đang dần dần trở thành công cụ phục vụ không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của đời sống

kinh tế xã hội. Sự phát minh ra máy tính đã và đang hỗ trợ hết sức mạnh mẽ cho người sử dụng trong

quá trình xử lý thông tin cũng như các ứng dụng phục vụ nghiên cứu chuyên ngành.

Trong khoa học địa chất và tìm kiếm đánh giá khoáng sản rắn nói riêng, với sự hỗ trợ của các

công cụ máy tính, phần mềm, các thuật toán địa thống kê ngày càng được hoàn thiện giúp cho

các nhà nghiên cứu đánh giá chính xác hơn tài nguyên khoáng sản, mô hình hoá tỉ mỉ các thân

quặng sát với thực tế nhất... Bên cạnh đó các thông tin được cung cấp, xử lý đa chiều cũng đem

lại mức độ chính xác cao hơn trước đây.

Công nghệ phần mềm cũng từng bước cũng phát triển song song với sự phát triển của công nghệ

thông tin, từ xử lý các bài toán chuyên ngành đơn giản đến việc xử lý các lớp bài toán đa ngành,

tích hợp và liên kết với nhiều chương trình khác nhau nhằm tạo ra những phần mềm tiện ích,

mạnh - dễ sử dụng - dễ giao tiếp, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của con người trong cuộc sống

và thực tiễn sản xuất. Ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực nghiên cứu địa chất - tài

nguyên - khoáng sản - môi trường cũng không ngoài mục tiêu tăng cường năng lực nghiên cứu,

phục vụ tốt cho công tác quản lý của cấp trên về kiểm chứng trữ lượng khoáng sản của các đơn

vị địa chất, đảm bảo kế hoạch và tiến độ trong nghiên cứu và sản xuất.

Tại Việt Nam hiện nay, công tác điều tra thăm dò địa chất, đánh giá trữ lượng và khai thác mỏ

được tiến hành bởi rất nhiều công ty, đơn vị nhà nước và tư nhân. Tuy vậy, đa phần các công tác

này thường được thự hiện theo phương pháp truyền thống, mang tính chất thủ công, việc sử dụng

các công cụ máy tính, phần mềm tham gia vào tính toán là hết sức hạn chế. Chính vì vậy việc

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Datamine trong tính toán trữ lượng và phục

vụ quản lý hoạt động khai thác khoáng sản” là hết sức có ý nghĩa thực tế đối với các nhà quản lý

và các nhà nghiên cứu.

Báo cáo này được thành lập theo nội dung hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công

nghệ số 330/BTNMT-HĐKHCN "Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Datamine trong tính toán trữ

lượng và phục vụ quản lý hoạt động khai thác khoáng sản" giữa Bộ Tài nguyên và Môi trường và

Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản ngày 12/11/2004.

ƒ Phiếu giao việc số 99 GV/VĐKS-KH.TC ngày 22/08/2005 của Viện trưởng Viện Nghiên

cứu Địa chất và Khoáng sản giao cho Th.S Nguyễn Thành Long làm chủ nhiệm.

ƒ Văn bản bổ sung Hợp đồng số 330/ BTNMT-HĐKHCN giữa Bộ Tài nguyên và Môi

trường và Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản ngày 30/03/2006.

Các mục tiêu của đề tài là:

¾ Phần mềm Datamine là phần mềm thương mại phục vụ việc điều tra trữ lượng, đánh giá

tài nguyên khoáng sản và phục vụ đắc lực cho quản lý hoạt động khai thác khoáng sản.

Do vậy thông qua đề tài này lần đầu tiên chúng ta sẽ có được một công cụ mạnh, đầy đủ

nhất, đồng bộ nhất so từ trước tới nay trong việc đánh giá trữ lượng, tài nguyên khoáng

sản và đồng thời được đi kèm theo là sự chuyển giao công nghệ từ Hãng phần mềm một

cách đầy đủ nhất, tỉ mỉ nhất.

3

¾ Trên cơ sở nắm vững và sử dụng thành thạo phần mềm Datamine nhằm tăng cường năng

lực quản lý nhằm phục vụ nghiên cứu điều tra địa chất và khai thác mỏ của các cơ quan

quản lý Viện, Cục, Bộ, Ngành ....

ƒ Phục vụ công tác quản lý của Bộ: kiểm chứng kết quả nghiên cứu thăm dò, tính

toán trữ lượng của các đơn vị địa chất trong Bộ, các doanh nghiệp liên doanh khai

thác khoáng sản... khi có yêu cầu của cơ quan quản lý cấp Bộ.

ƒ Tiết kiệm thời gian trong nghiên cứu, điều tra địa chất, tính toán trữ lượng và thiết

kế khai thác mỏ.

¾ Nâng cao và phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong nghiên cứu điều tra địa chất -

tài nguyên - môi trường theo yêu cầu thực tiễn phát triển kinh tế xã hội. Giải quyết lớp

bài toán địa chất gắn với thiết kế, khai thác mỏ, khôi phục tài nguyên đất.

¾ Triển khai, chuyển giao và hướng dẫn sử dụng phần mềm Datamine trong tính toán trữ

lượng khoáng sản rắn cho các đơn vị nghiên cứu địa chất, điều tra, đánh giá, thăm dò

nâng cấp trữ lượng khi có yêu cầu của cơ quan quản lý cấp Cục, Bộ, Ngành…

Tuy nhiên trong quá trình triển khai nghiên cứu, kinh phí để thực hiện đề tài rất hạn chế nên việc

triển khai, chuyển giao và hướng dẫn sử dụng phần mềm Datamine trong tính toán trữ lượng khoáng

sản rắn cho các đơn vị nghiên cứu địa chất, điều tra, đánh giá, thăm dò nâng cấp trữ lượng khi có yêu

cầu của cơ quan quản lý cấp Cục, Bộ, Ngành… sẽ được tiến hành sau; và các mục tiêu đề ra của đề

tài nghiên cứu khoa học cũng bị hạn chế và chỉ tập trung vào những công việc sau đây:

ƒ Tiếp nhận đầy đủ sự chuyển giao công nghệ từ Hãng phần mềm, kết hợp với việc nghiên cứu chi

tiết về phần mềm Datamine để hoàn thành báo cáo hướng dẫn sử dụng phần mềm Datamine

cũng như các phương pháp đánh giá trữ lượng khoáng sản rắn bằng phần mềm Datamine.

ƒ Thử nghiệm tính toán trữ lượng cho mỏ bauxit Tân Rai - Lâm Đồng và đối sánh kết quả tính

trữ lượng bằng Datamine ở mỏ Bauxit Tân Rai-Lâm Đồng với các đánh giá trước đây.

ƒ Thử nghiệm tính toán trữ lượng cho mỏ Fe Quý Xa

Trong đó khối lượng công việc bước I (2004-2005) của đề tài đã hoàn thành:

ƒ Chuyên đề xây dựng và cập nhật CSDL của mỏ bauxit Tân Rai - Lâm Đồng.

ƒ Chuyên đề xây dựng và cập nhật CSDL của mỏ sắt Quý Xa.

ƒ Chuyên đề xây dựng và cập nhật CSDL một số khối trữ lượng của mỏ đá vôi xi măng

Tràng Đà - Tuyên Quang.

Trong đó khối lượng công việc bước II (2005-2006) của đề tài là:

ƒ Nghiên cứu các phương pháp tính trữ lượng khoáng sản rắn trong phần mềm Datamine.

ƒ Tính toán trữ lượng cho mỏ bauxit Tân Rai - Lâm Đồng.

ƒ Đối sánh kết quả tính trữ lượng bằng Datamine ở mỏ Bauxit Tân Rai-Lâm Đồng với các đánh giá

trước đây, đồng thời đánh giá những điểm mạnh và những tồn tại của các phương pháp tính

ƒ Tính toán trữ lượng cho mỏ Fe Quý Xa

Do đặc thù của đề tài là nghiên cứu có tính chất thử nghiệm, cũng như thời gian và kinh phí có

hạn nên phạm vi, số liệu và mức độ nghiên cứu cũng sẽ chỉ dừng ở mức nhất định rất mong sự

đóng góp của bạn đọc.

4

CHƯƠNG I

TÍNH TRỮ LƯỢNG KHOÁNG SẢN RẮN

I.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRỮ LƯỢNG TRUYỀN THỐNG

I.1.1. Các thông số cơ bản được sử dụng để tính toán trữ lượng khoáng sản rắn

Nhìn chung tất cả các phương pháp tính trữ lượng khoáng sản rắn đều có một điểm chung đó là

đều được mô phỏng và phát triển từ những mô hình, công thức toán học tính toán thể tích đơn

giản. Do vậy có một số yếu tố nhất định là không thể thiếu được trong mọi mô hình tính toán và

trong mọi phần mềm tính trữ lượng, và phần mềm Datamine cũng không phải là ngoại lệ.

Để tính toán trữ lượng của một mỏ khoáng sản rắn, công việc đầu tiên chúng ta cần tiến hành đó

là xác định các thông số để tính trữ lượng.

Mô hình toán học đơn giản được dùng để mô phỏng và tính toán trữ lượng khoảng sản rắn đó là:

Q = V.d (1)

Trong đó:

V-thể tích khối tính trữ lượng

d- thể trọng quặng trong lòng đất.

Thể tích trong công thức (1) được xác định khác nhau tuỳ theo phương pháp sử dụng, cũng như

các phần mềm sử dụng tính toán khác nhau. Tuy nhiên một phương pháp truyền thống hay được

các nhà địa chất sử dụng đó là:

V = S.m (2)

Trong đó:

S- diện tích;

m- chiều dày trung bình thân quặng,

Trữ lượng thành phần có ích tính theo công thức:

P = Q.c (3)

Trong đó:

P - trữ lượng thành phần có ích;

c - hàm lượng trung bình thành phần có ích trong quặng.

Nếu c tính bằng % thì:

P=Q.c/100 (4)

5

Trong bài toán ước lượng, tính toán trữ lượng khoáng sản thì các thông số cơ bản tham gia vào

tính toán thường bao gồm các thông số như thể trọng, tỷ trọng, độ ẩm, độ lỗ hổng, chiều dày thân

quặng,…

I.1.1.1. Thể trọng

Thể trọng là trọng lượng khoáng sản của một đơn vị thể tích nguyên khối ở trạng thái tự nhiên

gồm cả hang hốc, khe nứt, được xác định ngay ngoài thực địa hay trong phòng thí nghiệm.

I.1.1.2. Tỷ trọng

Tỷ trọng là trọng lượng của một đơn vị thể tích quặng được nghiền nát thành bột mịn, hoàn toàn

không còn lỗ hổng. Do vậy tỷ trọng thường lớn hơn thể trọng.

I.1.1.3. Độ ẩm

Khoáng sản ở đáy công trình luôn chứa lượng ẩm nào đó, bởi vậy khi tính trữ lượng, thể trọng

phải được điều chỉnh theo độ ẩm.

I.1.1.4. Độ lỗ hổng

Độ lỗ hổng được xác định là tỷ số giữa thể tích của tất cả các lỗ hổng có trong mẫu cục với thể

tích chung của mẫu, tính bằng % theo công thức:

Kh = (1-d0/dt). 100 (5)

Trong đó:

do-thể trọng quặng khô

dt-tỷ trọng quặng.

I.1.1.5. Chiều dày

Để tính trữ lượng khoáng sản cần biết chiều dày thật của thân quặng trong từng điểm cắt của nó

(theo công trình khai đào, lỗ khoan), cũng như chiều dày thật trung bình của công trình, của khối

hay khu mỏ.

Xác định chiều dày trung bình của than khoáng sản được tiến hành bằng các phương pháp sau đây:

1. Phương pháp trung bình số học, nếu chiều dày từng phần đo theo từng mặt cắt của

than khoáng phân bố tương đối đều đặn trên diện tích tính trữ lượng;

2. Phương pháp cân bằng các giá trị từng phần của chiều dày với chiều dài hay diện tích

ảnh hưởng tới chúng nếu số đo chiều dày phân bố không đồng đều.

Chiều dày có giá trị. Một số than khoáng sản không khai thác được đến lúc bị vát mỏng hoàn

toàn, mà chỉ khai thác tới một độ dày tối thiểu giới hạn nào đó, dưới đó khai thác không còn lợi

nữa. Trong những trường hợp đó,.trữ lượng không tính trong ranh giới kẻ theo đường vát mỏng

hết của thân khoáng sản (ranh giới bằng không), mà tính trong đường khoanh theo chiều dày

công nghiệp tối thiểu (ranh giới chiều dày có giá trị) – chiều dày công tác. Lúc tính trữ lượng

than phải phân ra chiều dày chung, chiều dày khai thác, chiều dày có ích.

6

ƒ Chiều dày chung – Tổng chiều dày tính từ mái đến trụ vỉa than, kể tất các lớp đá kẹp;

ƒ Chiều dày khai thác – Tổng chiều dày than và các lớp đá kẹp trong phần có giá trị của vỉa.

Chiều dày khai thác có thể lớn hơn chiều dày có giá trị, nhưng không bao giờ nhỏ hơn nó;

ƒ Chiều dày có ích – Tổng chiều dày các tập than phải khai thác trong khoảng có ích của vỉa.

I.1.2. Các phương pháp khoanh ranh giới thân quặng để tính trữ lượng

Việc khoanh ranh giới thân quặng tính trữ lượng là sự xác định và giới hạn diện tích thân quặng

trên bản đồ địa hình hoặc bản đồ công trình, trên mặt cắt có các công trình thăm dò và các vết lộ

tự nhiên. Ranh giới thân quặng tính trữ lượng có thể là:

ƒ ranh giới tự nhiên của các thân khoáng sản

ƒ đường có chiều dày công nghiệp tối thiểu của các thân khoáng sản

ƒ đường số 0 của hàm lượng thành phần có ích trong thân khoáng sản

ƒ đường chia các kiểu, loại khoáng sản khác nhau

ƒ đường giới hạn các khối của than khoáng sản có trữ lượng các cấp khác nhau

ƒ đường chia các khu có điều kiện khai thác và mỏ vỉa khác nhau của mỏ.

Khi khoanh diện tích thân quặng người ta vẽ đường ranh giới trong và đường ranh giới ngoài.

Đường ranh giới trong là đường nối các công trình thăm dò biên đã phát hiện được quặng đạt chỉ

tiêu công nghiệp về hàm lượng và chiều dày. Đường ranh giới ngoài là đường vẽ ngoài các công

trình biên đã phát hiện được quặng có giá trị công nghiệp. Việc khoanh này có thể tiến hành

bằng phương pháp nội suy hay ngoại suy.

Việc khoanh ranh giới thân quặng bằng phương pháp nội suy là dựa vào các số liệu có được giữa

hai công trình liền kề với điều kiện giả thiết giữa các công trình đó chúng thay đổi từ từ.

Việc khoanh ranh giới thân quặng bằng phương pháp ngọai suy xác định chiều dày hay hàm

lượng quặng nằm ngoài phạm vi công trình thăm dò. Người ta phân biệt ngoại suy có giới hạn và

ngoại suy không giới hạn. Ngoại suy giới hạn là kẻ đường khoanh ngoài gữa công trình phát

hiện được và không phát hiện được khoáng sản. Ngoại suy không giới hạn là đường ranh giới

ngoài khoanh ngoài phạm vi giới hạn trong thân quặng mà ở đó không có công trình thăm dò.

Xác định đường khoanh công nghiệp đẳng thị bằng phương pháp nội suy. Nếu phải vẽ ranh giới

giữa các mẫu hoặc các công trình đạt và không đạt chỉ tiêu công nghiệp thì người ta thường sử

dụng cách nội suy bằng phương pháp đồ thị và giải thích để tìm hiểu các điểm chuẩn. Nội suy

bằng phương pháp giải tích theo công thức sau:

L

m - m

m - m X x

a k

a n = (7)

trong đó:

X - khoảng cách từ mẫu a lấy từ công trình chứa quặng đạt chỉ tiêu công nghiệp tối thiểu

ma - chiều dày hoặc hàm lượng hoặc tích của chúng (m%) theo mẫu a của quặng đạt chỉ

tiêu công nghiệp tối thiểu

mn - giá trị đạt chỉ tiêu tối thiểu của chiều dày hoặc hàm lượng hoặc tích của chúng tại

điểm n

7

mk - chiều dày hoặc hàm lượng hoặc tích của chúng theo mẫu k lấy trong công trình có

hàm lượng không đạt chỉ tiêu công nghiệp tối thiểu.

L – Khoảng cách giữa các mẫu a và k

Xác định đường khoanh ranh giới bằng phương pháp ngoại suy. Nếu một trong hai công trình kề

nhau có chỉ số đạt, còn công trình kia có chỉ số không về chiều dày, hàm lượng thành phần có ích

và phần trăm mét giữa chúng được xác định bằng phương pháp ngoại suy có giới hạn.

Người ta thường giả định các than bị vát nhọn ở nửa giữa khoảng cách giữa các công trình gặp

quặng và công trình không có quặng.

Khi thân quặng bị vát nhọn đầu từ trung tâm ra phía ngoài mà các công trình thăm dò đã xác định

được rõ ràng thì có thể ngoại suy theo góc vát nhọn trung bình.

Chiều dày trung bình (hay hàm lượng) của thân quặng được xác định thao đường khoanh của các

công trình biên:

n

l l ... l L a b n

tb

+ + + = (8)

và khoảng cách trung bình giữa các công trình biên có quặng với công trinh biên không quặng là:

n

r (a - a ) r (b - b ) ... r (n - n ) r 1 1 1

tb

+ + + = (9)

Như vậy sự vát mỏng trung bình của thân quặng bắt đầu ở khoảng cách rtb/2 cách ranh giới vạch

qua rìa của công trình có quặng. Góc vát mỏng trung bình α tìm theo công thức:

tb

tb

tb

tb

r

l

2

r

2

l

2 tg = = α (10)

Khoảng cách X từ một công trình a có quặng nào đó đến điểm vát mỏng thân quặng lấy trên

đường nối giữa công trình a và công trình a1 không quặng sẽ bằng:

2

α 2tg

l X a = (11)

Trong đó:

la - chiều dài (hoặc hàm lượng) của thân quặng tại công trình a.

Nối các điểm vát mỏng lại ta sẽ được ranh giới số 0 của thân quặng.

Đối với các mỏ dạng mạch thì việc xác định ranh giới được làm theo một trong các cách sau:

Theo hình bình hành: lấy xuống dưới công trình cuối cùng 1/4 chiều dài của thân quặng đã được

thăm dò. Khi dựng hình bình hành thì chiều dày thân quặng bằng chiều dày trung bình (mtb) tính

theo cả công trình. Thể tích hình bình hành tính theo công thức:

8

4

L .m L

4

1 V L.m . tb 2

= tb = (12)

Theo hình lăng trụ 4 mặt, có chiều cao bằng 1/2 chiều dài thân quặng đã được thăm dò và thể

tích thân quặng cũng được tính theo công thức trên.

Theo hình tháp có chiều cao bằng 1/2 chiều dài thân quặng được thăm dò.

Theo hình bình hành hoặc lăng trụ cụt với việc xác định ranh giới thân quặng theo một chiều sâu quy ước.

Khi thân quặng có chiều dài lơn (1000 - 1500m) thì ngoại suy theo chiều sâu bằng 1/4 chiều dài

thân quặng đã được thăm dò theo hình bình hành hoặc 1/2 chiều dài theo hình lăng trụ hoặc hình

tháp là không có cơ sở về mặt địa chất. Chiều sâu quy ước được xác định bằng cách so sánh với

các mỏ tương tự đã khai thác hoặc theo chiều sâu giới hạn có thể khai thác.

Đối với các thân quặng dạng đẳng thước thì ranh giới ngoài được quy ước bằng 1/2 chiều ngang

thân quặng.

Đối với thân quặng dạng ống thì chiều sâu ngoại suy bằng 1 hoặc 2 tầng khai thác.

I.1.3. Các phương pháp tính hàm lượng trung bình

Có 2 phương pháp tính hàm lượng trung bình hay được sử dụng hiện nay đó là:

ƒ Phương pháp trung bình số học

ƒ Phương pháp trung bình cân bằng

Trong đó phương pháp trung bình cân bằng có thể chia ra tùy theo từng trường hợp cụ thể:

- Trung bình cân bằng theo chiều dày.

- Trung bình cân bằng theo chiều dày và thể trọng.

- Trung bình cân bằng theo chiều dày và khoảng cách lấy mẫu

- Trung bình cân bằng theo chiều chiều dày và diện tích.

Việc tính hàm lượng trung bình thành phần có ích theo lõi khoan sẽ được tiến hành khi tỷ lệ lấy

mẫu trên 60% qua thân quặng. Khi đó hàm lượng trung bình được tính theo trung bình số học

hoặc trung bình cân bằng.

Khi tỷ lệ lấy mẫu không đủ thì hàm lượng trung bình được tính theo công thức:

Ctb = cd + clõi (13)

Trong đó:

cd - hàm lượng trung bình quy đổi tỷ lệ với chiều dài của các đoạn lấy mẫu riêng biệt

clõi- hàm lượng trung bình quy đổi tỷ lệ với chiều dài của lõi khoan lấy được.

Khi đó:

= ∑

n

1

cd cl% và = ∑

n

1

clõi (cl').% (14)