3Dmine礦業(yè)軟件在露天采礦計劃中的應(yīng)用

王建鑫

（內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

3Dmine礦業(yè)軟件在露天采礦計劃中的應(yīng)用

王建鑫

（內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

隨著采礦科技的發(fā)展，三維礦業(yè)軟件集合地質(zhì)、測量、采礦規(guī)劃等綜合信息，對礦產(chǎn)開發(fā)三維角度進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與管理，相比二維軟件在日常采礦管理中大大提高效率與精準(zhǔn)度，結(jié)合3Dmine三維礦業(yè)軟件對露天采礦計劃的設(shè)計,供同類礦山借鑒推廣。

軟件管理；采礦計劃；3Dmine

1 國內(nèi)外采礦計劃應(yīng)用現(xiàn)狀

2 工程概況

內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司納林廟災(zāi)害治理工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田，其行政隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納日松鎮(zhèn)。納林廟災(zāi)害治理工程首治理區(qū)一分區(qū)位于納林廟二號井西北拐角，區(qū)域內(nèi)山形地貌較為復(fù)雜，有3條自然大溝壑和3條山脊，且小溝壑縱橫交錯，雨季可形成季節(jié)性洪流，最低地表標(biāo)高1 268 m，最高地表標(biāo)高1 402 m，最大高差134 m，煤層埋深5～139 m不等，平均約65 m。該區(qū)域治理境界內(nèi)賦存4－1#煤和4－2#煤2層，賦存區(qū)內(nèi)4－1#煤層厚度為2.65～3.80 m，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含夾矸1～2層，賦存區(qū)內(nèi)4－2#煤層厚度為1.04～2.40 m，平均2.00 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸或含1層夾矸，巖性一般為砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖，煤質(zhì)較好。受塌陷影響，4-1#煤和4-2#煤均已失去整體性。

本工程采用露天剝離方式，災(zāi)害集中連片綜合治理工程的剝離及殘煤回收均采用單斗-卡車工藝，受交錯溝壑地形限制，給采礦計劃的設(shè)計與施工帶來困難，隨著礦業(yè)工程軟件的發(fā)展，AUTOCAD制圖軟件在土方算量方面已經(jīng)不能滿足嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟傻V設(shè)計，3Dmine礦業(yè)工程軟件的引進(jìn)，為生產(chǎn)計劃的設(shè)計編制提供了一個很好的平臺，在三維環(huán)境下露天采礦工程在空間上分布以及其之間的空間關(guān)系變得非常清晰，更好的實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的信息化生產(chǎn)。

3 采礦計劃的編制與設(shè)計原則

采礦計劃是礦山生產(chǎn)企業(yè)與經(jīng)營管理中最重要的決策任務(wù)。決策是否科學(xué)合理，對礦產(chǎn)資源的綜合利用，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和能否持續(xù)均衡的進(jìn)行生產(chǎn)等都有重大影響，科學(xué)合理的采礦計劃，能在正確的時間、地點開采出效益最佳的礦石資源。在市場激烈競爭的環(huán)境下，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟傻V計劃對礦山企業(yè)是非常必要的。依據(jù)每一計劃期的時間長度和總時間跨度的不同，露天采礦計劃主要分為3類：長遠(yuǎn)計劃 、短期計劃、日常作業(yè)計劃。月度計劃屬于日常作業(yè)計劃，更為直接地指導(dǎo)和調(diào)整礦山的具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

月度采礦計劃的編制原則和程序主要有以下幾個方面:

1）編制采礦計劃之前，應(yīng)認(rèn)真研究和確定合理的開采順序，包括首采地段的選擇，接近礦體的方式，工程推進(jìn)方向等。

2）堅持合理的剝采比和科學(xué)采掘，確保重點部位推進(jìn)[2]。

3）以礦山整體開采設(shè)計為基礎(chǔ)，結(jié)合礦山實際情況，使月度采礦計劃和年度采剝計劃有機(jī)的結(jié)合起來。

4.2 因青海云杉活體可燃物和死體可燃物含水率受各種氣象因子作用變化幅度不同，活體可燃物可燃性動態(tài)變化規(guī)律與火險等級對應(yīng)關(guān)系也就不同?；铙w可燃物自身含水率穩(wěn)定，雖然氣象因子中降水、連旱天數(shù)對其活體可燃物可燃性有一定影響，但由此產(chǎn)生的變化幅度不大，可燃性動態(tài)變化不明顯，總體上處于難燃狀態(tài)，對應(yīng)的火險等級較低。

4）做好新水平開拓準(zhǔn)備工作，保證正常生產(chǎn)臺階個數(shù)，滿足二級礦量要求[3]。

5）保證各臺階水平的推進(jìn)滿足正常生產(chǎn)要求的時空發(fā)展關(guān)系，即最小工作平臺寬度，安全平臺寬度，工作臺階的超前關(guān)系，采場延深與臺階水平推進(jìn)速度關(guān)系[4]。

6）合理規(guī)劃運(yùn)輸系統(tǒng)和布置采掘次序，減少設(shè)備頻繁調(diào)動，保證線路暢通和合理的運(yùn)輸距離。

7）根據(jù)采場各水平采剝計劃，制定排土計劃。

8）根據(jù)礦山實際情況，畫出月末礦、巖推進(jìn)線并根據(jù)礦巖量做出調(diào)整。

3Dmine礦業(yè)工程軟件通過基礎(chǔ)建模及賦值可以在三維模型上通過設(shè)計斜坡道與圈定采掘帶直接進(jìn)行剝離與采礦預(yù)演，鼠標(biāo)劃定區(qū)域后，就可自動計算方量。如掛接地質(zhì)模型，自動計算礦量和巖量，實現(xiàn)分礦種、分臺階單獨計算與匯總。根據(jù)需要進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，每次調(diào)整，軟件都會自動重新報量，并可快速更新露天計劃圖圖形。

3Dmine礦業(yè)工程軟件制定月度采礦計劃所需資料有年度采剝進(jìn)度計劃、采場月度驗收圖、煤層底板等高線圖。由于3Dmine通過建?？勺詣佑嬎愕V量與巖量，不需要再準(zhǔn)備地質(zhì)分層平面圖、各水平分層礦巖量表[5]。

4 計劃剝離量的確定

露天煤礦除了開采煤炭外，還需要剝離相當(dāng)數(shù)量的巖石，剝離總量往往大大超過采煤總量，因此，露天礦所需的人員和設(shè)備等都要按礦巖生產(chǎn)能力來確定。當(dāng)已經(jīng)形成工作臺階的露天煤礦，因為采煤進(jìn)度往往是小于等于剝離進(jìn)度的，因此制定露天煤礦采礦計劃往往需要合理制定剝離計劃。

對于近水平煤層，開采強(qiáng)度主要取決于水平推進(jìn)速度V，其計算式為：

式中：N為全礦同時工作的挖掘機(jī)數(shù)，臺；q為1臺挖掘機(jī)年生產(chǎn)能力，t/a；L為采場工作線總長度，m。

按工作線水平推進(jìn)速度可能達(dá)到的礦石生產(chǎn)能力Ak；

式中:M為礦體垂直厚度，m；Lm為采場內(nèi)礦體長度，m；ρ為礦石密度，t/m3；η 為礦石回收率，%；γ為廢石混入率，%。

制定出年度總采剝計劃后，根據(jù)挖掘機(jī)數(shù)量與臺階推進(jìn)計劃按照月度分解產(chǎn)量與剝離量。

5 露天采礦剝離計劃設(shè)計

采礦計劃的設(shè)計必須在工程平面圖的基礎(chǔ)上建立，所以首要工作是形成工程平面圖。將月度驗收地形調(diào)入3Dmine礦業(yè)三維軟件中，使用多線段對現(xiàn)狀圖坡頂、坡底等散點進(jìn)行連線，最終形成以坡頂線、坡底線、平盤、道路等構(gòu)成的具有三維屬性的工程平面圖即采場現(xiàn)狀圖。納林廟災(zāi)害治理工程2月份工程平面圖如圖1。

圖1 納林廟災(zāi)害治理工程2月份工程平面圖

在3Dmine軟件中將做好的工程平面圖保存并調(diào)入煤層塊體模型，然后定義采掘計劃參數(shù)。采掘參數(shù)中對于回采頂部與底部選項不勾選，然后設(shè)置塊體報告參數(shù)，塊體報告參數(shù)的屬性是煤層，對于賦存多層煤層礦山塊體模型，如果有6-1#煤、6-2#煤，由于塊體模型支持模糊查詢，屬性設(shè)置為煤，即在設(shè)置參數(shù)礦石一覽選擇煤。則6-1#煤與6-2#煤全部參與計算，3Dmine軟件中對于煤礦品位可設(shè)置為發(fā)熱量。

根據(jù)年計劃或者根據(jù)礦山實際情況制定月計劃采煤量及剝離量，在設(shè)定好的塊體模型環(huán)境中圈定條帶時，軟件采用多邊形選擇集技術(shù)，自動捕捉設(shè)計線與相交的現(xiàn)狀線，再通過Delaunay三角網(wǎng)技術(shù)，快速生成回采設(shè)計的開挖體[6]。3Dmine短期計劃自帶“沿坡底切采掘帶”、“沿坡底切斜坡道”、“開挖斜坡道”三項開采選項，如選擇沿坡底切采掘帶圈定各臺階需要采剝的位置，并自動給出剝離量，直到選擇的采掘帶累加數(shù)值等于計劃剝離量為止。三月份計劃量調(diào)整如圖2。

圖2 三月份計劃量調(diào)整

當(dāng)確定采掘帶位置后，即可在3Dmine軟件中選擇更新現(xiàn)狀圖選項，即為剝離量計劃圖，隨著剝離臺階的推進(jìn)，計劃圖還需要標(biāo)出出煤范圍及產(chǎn)量。

6 生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量計劃

為使露天礦山工程發(fā)生預(yù)期或意外停頓時仍能在一段時間內(nèi)持續(xù)生產(chǎn)，露天礦采剝進(jìn)度計劃編制還需要超前開拓控制一定數(shù)量的生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量。生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量是在地質(zhì)工作程度達(dá)到相應(yīng)要求的基礎(chǔ)上，完成一定的開拓、準(zhǔn)備工作，滿足合理的開采順序和具備進(jìn)行下一開采工程的礦量。我國露天礦生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量劃分為兩級礦量，即開拓礦量和回采礦量。

開拓礦量指開拓與主要運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)形成，并具備進(jìn)行采準(zhǔn)工作的條件，形成了完整運(yùn)輸系統(tǒng)的最下一個臺階底部標(biāo)高以上的礦量；回采礦量是開拓礦量的一部分，地質(zhì)工作達(dá)到相應(yīng)的要求，全部完成回采工程，在臺階上礦體的上面和側(cè)面已被揭露出來，具備回采條件的礦量。

生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量的計算方法有寬度法、長度法、深度法。對于近水平煤層一般采用寬度法計算，這種方法的實質(zhì)是保證工作平盤的寬度，使工作平盤的寬度等于小于最小工作平盤寬度加回采礦量平盤寬度[7]。

同計劃剝離量一樣，在3Dmine軟件中圈定開拓煤量、回采煤量，對于多煤層同樣圈定煤量采掘位置，依據(jù)自動報量，直至圈定到累加值為開拓量或回采量為止。

7 應(yīng)用情況

3Dmine礦業(yè)工程軟件自2014年引入伊泰集團(tuán)露天開采項目中，發(fā)揮了極大的作用，首先一些露天開采項目由于煤炭市場制約，實行分區(qū)開采，根據(jù)原煤價格不斷調(diào)整經(jīng)濟(jì)剝采比，不斷調(diào)整開采境界，月度采礦計劃顯得尤為重要，甚至要做幾套采礦計劃方案要進(jìn)行比較，3Dmine三維軟件在實際操作中同時可精確計算多個區(qū)域（采區(qū)）的體積和表面積包括計算排土場的體積、填方、挖方工程量并自動生成相應(yīng)的圖表，與地質(zhì)模型配合，準(zhǔn)確計算露天采礦推進(jìn)過程中回采的煤量和土方量，快速準(zhǔn)確形成采礦計劃，極大的提高了工作效率。生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量圖如圖3。

圖3 生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量圖

8 結(jié) 論

隨著露天采礦技術(shù)發(fā)展,露天礦山由以往的信息簡單化、設(shè)備小型化、開采零散化向目前的信息集成化、設(shè)備大型化、開采規(guī)模化轉(zhuǎn)變，三維礦業(yè)工程軟件不僅僅是使得開采模型直觀生動，更是集成地質(zhì)勘探信息管理、礦體資源模型建立、儲量資源量估算、礦山生產(chǎn)規(guī)劃及設(shè)計、礦山測量及工程量驗算、點云數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)進(jìn)度計劃編制、兼容多種數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)格式等功能，快速準(zhǔn)確的掌握礦體形態(tài)、巖性品位等要素在三維空間上的規(guī)律和特征，實時反映礦體的開采程度，并根據(jù)空間分布特征進(jìn)行礦山設(shè)計、計劃編制、指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化流程，將礦山的經(jīng)濟(jì)效益最大化，實現(xiàn)礦體的數(shù)字化、可視化以及礦山生產(chǎn)計劃的動態(tài)管理。對于露天煤礦使得礦山開采信息明確、資源最大限度回收，采礦規(guī)劃更加科學(xué)、使得運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)距與爬升更加經(jīng)濟(jì)，開采效率提高。

［1］吳亞斌.基于SURPAC軟件礦山數(shù)字化的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010（3）：66-68.

［2］黃國泉.大型露天礦山采剝計劃編制［J］.采礦技術(shù)，2015，15（6）：92-94.

［3］徐振，胡乃聯(lián)，張延凱，等.基于Surpac露天礦采剝進(jìn)度計劃系統(tǒng)開發(fā)［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011，27（7）：1-3．

［4］王青，史維詳.采礦學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［5］趙景昌，陳鵬.露天礦短期采剝計劃CAD系統(tǒng)的開發(fā)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2006，25（5）：666-668．

［6］宋文龍，梁乃躍.應(yīng)用3Dmine軟件進(jìn)行露天礦采掘進(jìn)度計劃編制［J］.中國礦業(yè)，2012（S1）：374-377.

［7］內(nèi)蒙古科技大學(xué).露天礦設(shè)計原理［M］.包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2008.

Application of 3Dmine mining software in open-pit mining plan

WANG Jianxin

(Inner Mongolia Yitai Coal Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

With the development of mining technology,3D mining software with geological,surveying,mining planning comprehensive information,the software scientifically plans and manages on mineral development 3D angle,which can greatly improve the efficiency and accuracy compared with two－dimensional software in daily mining management.3Dmine three dimensional mining software is for similar mines promotion.

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TD679

B

1671－9816（2017）11－0068－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.019

王建鑫.3Dmine 礦業(yè)軟件在露天采礦計劃中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：68－71.

2017－06－14

王建鑫（1987－），內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，助理工程師，學(xué)士，2011年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司納林廟災(zāi)害治理工程生產(chǎn)技術(shù)科。

【責(zé)任編輯：張 夙】