論3DMine軟件在礦山企業(yè)的研究與應(yīng)用

郭洪亮，聶 鑫，呂九輝

（1.招金礦業(yè)股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400；2.山東金軟科技股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

隨著礦業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展，礦業(yè)軟件的開發(fā)和應(yīng)用層出不窮，國際上先進(jìn)的DATAMINE、SURPAC、MicroMine等軟件，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用三維礦產(chǎn)程序進(jìn)行資源開發(fā)與管理水平方面取得了顯著成效，得到國際認(rèn)同并促進(jìn)了礦業(yè)軟件程序的改革與發(fā)展。3DMine礦業(yè)工程軟件是具有自主知識產(chǎn)權(quán)、全面達(dá)到國外同類軟件模塊功能、更加符合國內(nèi)礦業(yè)需求的專業(yè)性軟件，不僅契合當(dāng)前礦業(yè)企業(yè)發(fā)展數(shù)字化、可視化主流趨勢，更打破了國外礦業(yè)程序壟斷的格局，成為我國礦山企業(yè)資源開發(fā)數(shù)字化、信息化的專業(yè)應(yīng)用平臺。對3DMine礦業(yè)工程軟件的研究與應(yīng)用，具有重要的實(shí)踐意義。下文結(jié)合3DMine軟件特點(diǎn)及日常應(yīng)用工作實(shí)踐總結(jié)，并結(jié)合其他方面的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)分析，希望能為今后軟件的推廣應(yīng)用與研究提供參考價值。

1 3DMine軟件簡介

3DMine礦業(yè)工程軟件作為是在多年礦山數(shù)字化、信息化領(lǐng)域以及中外礦山專業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國礦業(yè)發(fā)展的實(shí)際要求而研發(fā)的，可重點(diǎn)服務(wù)于地質(zhì)、測量、采礦設(shè)計與技術(shù)管理，并能夠應(yīng)用于包括金屬、非金屬、煤炭、化工、建材和核工業(yè)等領(lǐng)域，注重解決地質(zhì)勘查工作與礦山數(shù)據(jù)處理、礦床三維空間模型、礦床品位計算、采礦設(shè)計與優(yōu)化和快速成圖等關(guān)鍵技術(shù)，可對礦體空間展布、儲量計算、動態(tài)儲量報告、品位和不同屬性的分布特點(diǎn)進(jìn)行綜合運(yùn)用，并為找礦和生產(chǎn)服務(wù)[1-3]。

2 3DMine軟件特點(diǎn)

（1）操作簡便：3DMine軟件將二維與三維技術(shù)進(jìn)行了完美結(jié)合，在保持使用AutoCAD操作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全部中文開發(fā)，易學(xué)易用，同時沿用國外三維礦業(yè)軟件的優(yōu)點(diǎn)，避免了國外相關(guān)軟件應(yīng)用的違和感。

（2）兼容性強(qiáng)：3DMine軟件完全支持AutoCAD文件格式，可以直接打開、編輯、修改和保存，實(shí)現(xiàn)了與AutoCAD交叉作業(yè)而無須格式轉(zhuǎn)換，可通過剪貼板技術(shù)直接復(fù)制AutoCAD和Excel文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字與圖形的相互直接轉(zhuǎn)換；還可以直接兼容MapGIS、DATAMINE、SURPAC、MicroMine等國內(nèi)外三維軟件的文件格式；并能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)測量方法（經(jīng)緯儀、支距法和極坐標(biāo)法）的數(shù)據(jù)處理及 GPS數(shù)據(jù)、CASS數(shù)據(jù)，快速建立巷道、采場及采空區(qū)模型。

（3）建模優(yōu)化：3DMine軟件結(jié)合了多種建模方法，吸收了不同國外軟件的建模優(yōu)勢。將控制線技術(shù)與分區(qū)技術(shù)集成在同一軟件中，也優(yōu)化了實(shí)體的驗(yàn)證機(jī)制，增強(qiáng)了對實(shí)體連接錯誤的判別能力，解決了國外軟件中建模時經(jīng)常遇到的實(shí)體難以驗(yàn)證等棘手問題，從而使得建模過程簡單、快捷。

（4）符合國際標(biāo)準(zhǔn)：3DMine軟件的三維建模和儲量計算方法符合國內(nèi)和國際的標(biāo)準(zhǔn)，既可高效完成儲量報告，也可以在國內(nèi)外礦業(yè)市場中尋求更多的投資機(jī)會。

（5）提升效率：3DMine軟件作為礦山應(yīng)用技術(shù)平臺，能夠順利實(shí)現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)的共享和二維向三維的全面升級，可以從地質(zhì)勘查、地質(zhì)探礦延伸到采礦和生產(chǎn)管理，是綜合利用地質(zhì)、測量數(shù)據(jù)的成果，按照不同的采礦方法，完成不同階段的設(shè)計和生產(chǎn)過程管理，真正做到實(shí)時、快速和準(zhǔn)確的生產(chǎn)控制和數(shù)據(jù)共享，真正提升工作效率。

（6）可開發(fā)性強(qiáng)：3DMine軟件能夠根據(jù)礦山企業(yè)實(shí)際需求，進(jìn)行二次開發(fā)和其他的組件式開發(fā)，如結(jié)合全球衛(wèi)星定位（GPS）技術(shù)，建立生產(chǎn)監(jiān)控指揮管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和優(yōu)化管理；開展礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理與優(yōu)化、應(yīng)急預(yù)案制定及避災(zāi)線路動態(tài)分析，并可以與礦山其他的安全系統(tǒng)進(jìn)行整合，為實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)管理打下基礎(chǔ)。

3 3DMine軟件的應(yīng)用領(lǐng)域及效果分析

3.1 基礎(chǔ)地質(zhì)工作

（1）地表建模。3DMine軟件可直接應(yīng)用經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、CASS數(shù)據(jù)，通過軟件的導(dǎo)入?yún)?shù)功能，設(shè)置導(dǎo)入?yún)?shù)進(jìn)行無差別導(dǎo)入測點(diǎn)數(shù)據(jù)，直接利用測點(diǎn)數(shù)據(jù)生成地表模型，并可由測點(diǎn)反向生成等高線；若采用二維圖形文件進(jìn)行地表建模，則需要在對二維圖形文件進(jìn)行坐標(biāo)校正與查錯的基礎(chǔ)上，根據(jù)等值線標(biāo)高標(biāo)注進(jìn)行等值線賦高程，亦可快速建立地表模型。

無論是根據(jù)測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入還是由圖件進(jìn)行地表建模，均能在較短時間內(nèi)完成，避免了以往AutoCAD等二維軟件制圖過程中的大量計算及逐一錄入相關(guān)數(shù)據(jù)工作，極大提升工作效率。

（2）地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。對于礦山企業(yè)來說，地質(zhì)探礦是一個不斷積累的過程，需要對歷年探礦工作過程中的相關(guān)信息進(jìn)行綜合分析研究，而以往粗放的管理方式，往往因保管不善，極易造成相關(guān)資料的破損或丟失，失去了資料重復(fù)利用或參考的價值。而3DMine軟件相關(guān)數(shù)據(jù)庫功能，完美解決了這一問題，能夠通過對以往建立地質(zhì)探礦資料數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行資料的保存、查閱、使用。如通過將鉆探工程的相關(guān)屬性信息建立品位表、定位表、測斜表、巖性表4種主要數(shù)據(jù)表，將鉆探工程的樣品取樣、分析結(jié)果、鉆孔的傾角、方位角、測斜、深度等信息，以及各個鉆孔揭露的各個分層的巖性、斷層、破碎帶等信息，通過3DMine軟件建立鉆孔數(shù)據(jù)庫，不僅有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，還能夠按照實(shí)際需求進(jìn)行約束顯示和基本情況統(tǒng)計，對比以往統(tǒng)計來說，極大提升工作效率。3DMine軟件還可以根據(jù)已有數(shù)據(jù)庫，快速導(dǎo)出所有表格數(shù)據(jù)，以便于進(jìn)行持續(xù)更新，并可以有效避免以往相關(guān)地質(zhì)資料保存不當(dāng)或丟失現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）礦體模型。通過3DMine軟件進(jìn)行礦體模型的建立，有助于礦山企業(yè)進(jìn)一步摸清礦體實(shí)際賦存形態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)多角度、多高程分析礦體賦存形態(tài)，能夠更加直觀具體的對抽象的礦體形態(tài)形成可視化，有助于礦山企業(yè)技術(shù)人員更加科學(xué)合理的開展相關(guān)工作。而通過3DMine軟件獨(dú)特的分區(qū)線及控制線應(yīng)用而建立的礦體模型，更加貼合經(jīng)探礦工程控制的礦體實(shí)際賦存形態(tài)，為資源儲量估算的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)（圖1）。

圖1 某礦礦體模型控制線及分區(qū)線添加前后對比示意圖

（4）資源儲量估算。應(yīng)用3DMine塊體模型技術(shù)進(jìn)行礦山儲量估算是一種革新。通過3DMine軟件建立塊體模型，新建礦石體重、品位、資源儲量及別、利用情況等相關(guān)屬性字段與賦值，完成資源儲量估算塊體模型的制作后（圖2），僅需通過設(shè)置報告格式，可快速自動生成儲量估算報告，并可以根據(jù)相關(guān)礦產(chǎn)的價格波動情況，及時進(jìn)行資源儲量圈算，以便進(jìn)行合理的采切工程規(guī)劃，進(jìn)而提升礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用價值。

對比二維軟件的塊段層面對礦體厚度和品位情況進(jìn)行認(rèn)識，在三維形態(tài)下更有助于對礦體賦存形態(tài)、厚度變化情況進(jìn)行預(yù)測，并可對相關(guān)品位、厚度、開發(fā)利用屬性進(jìn)行及時更新更有助于采切工程的規(guī)劃與實(shí)施。雖然利用3DMine進(jìn)行資源儲量估算與傳統(tǒng)資源儲量估算方法存在一定的差異，但是均在誤差允許區(qū)間內(nèi)[2，3]，且通過3DMine軟件進(jìn)行資源儲量估算的結(jié)果更貼合實(shí)際情況，避免了以往人工計算繁瑣、人為因素多的缺陷，大大提高了技術(shù)人員的工作效率，且應(yīng)用3DMine進(jìn)行資源儲量估算符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，其計算過程更為簡單、周期較短，并可以根據(jù)不同的目的要求，進(jìn)行實(shí)時資源儲量報量工作。

（5）圖件制作與應(yīng)用。礦山企業(yè)相關(guān)圖件的更新與制作，關(guān)系著礦山企業(yè)當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)營及后期規(guī)劃決策的準(zhǔn)確性。3DMine軟件的應(yīng)用，能夠快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)水平斷面圖、剖面圖、投影圖的制作與更新，與AutoCAD等二維軟件的三面圖切換來說，是礦山行業(yè)制圖軟件的一次跨越式的飛躍。應(yīng)用3DMine軟件可以實(shí)現(xiàn)對礦體模型的品位、厚度進(jìn)行不同區(qū)間顏色顯示，形成品位、厚度分布趨勢圖（圖2），有效指導(dǎo)后續(xù)探礦靶區(qū)的確定及相關(guān)探礦工作的開展。

圖2 某礦礦體品位分布趨勢示意圖

3.2 地質(zhì)勘查工作

礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘查工作存在持續(xù)性強(qiáng)、經(jīng)歷時間長的特點(diǎn)，且從普查到勘探的各個階段的相關(guān)信息數(shù)據(jù)采集、合成以及處理、保存都是一項(xiàng)繁雜且重要的工作。利用3DMine軟件可以隨時根據(jù)實(shí)際情況，對地質(zhì)勘查各個階段過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、整合，便于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的開采的信息化、數(shù)字化以及綜合分析與研究。利用3DMine軟件將可以將野外實(shí)地勘查研究區(qū)的地表地形及野外測點(diǎn)分布情況進(jìn)行直觀展示，規(guī)避野外工作可能引起的人文干擾以及其他方面的困難[1]；3DMine軟件可以實(shí)現(xiàn)多平面、剖面三維可視化，更加方便的將地質(zhì)信息與物化探成果進(jìn)行直觀展示與對比分析研究，有助于提高地質(zhì)勘查研究精度和勘查靶區(qū)預(yù)測的準(zhǔn)確性。

3.3 采空區(qū)安全管理

采空區(qū)的治理與相關(guān)災(zāi)害防治是礦山企業(yè)面臨的一項(xiàng)難題，尤其是以往開采過程中在的各式各樣的采空區(qū)，雖然得到部分治理，但是在深部開采、自身穩(wěn)固性等一系列因素影響下，仍會發(fā)生形變、坍塌冒落的危險，嚴(yán)重的會使地表會發(fā)生開裂、彎曲、傾斜等形狀改變。運(yùn)用3DMine軟件，對采空區(qū)進(jìn)行建模，結(jié)合礦石及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，對地下開采所導(dǎo)致的巖石移動預(yù)測及規(guī)律件預(yù)測研究，有效進(jìn)行開采活動對采空區(qū)范圍內(nèi)巖石移動及地表變形規(guī)律研究，減少了傳統(tǒng)剖面法所帶來的人為誤差，有效避免因此造成的安全事故發(fā)生。

3.4 尾礦庫動態(tài)管理

尾礦庫作為礦山企業(yè)的重大危險源之一，其安全運(yùn)行關(guān)系到礦山的持續(xù)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)安全。以往針對尾礦庫的管理工作，基本采用傳統(tǒng)二維CAD 軟件，程序復(fù)雜，庫容計算結(jié)果數(shù)據(jù)誤差較大，不能很好地反映尾礦庫的真實(shí)情況，也不能給予尾礦庫準(zhǔn)確的安全評價。應(yīng)用3Dmine 軟件進(jìn)行尾礦庫建模與研究，能夠有效實(shí)現(xiàn)庫容管理預(yù)測，優(yōu)化排尾計劃，還能夠結(jié)合相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展汛期庫容分析工作，為尾礦庫的安全管理提供技術(shù)支持及險情決策依據(jù)。

3.5 其他方面應(yīng)用

3DMine軟件除了上述方面的應(yīng)用外，還能夠根據(jù)礦體模型與井巷工程實(shí)測建模，根據(jù)實(shí)測巷道工程模型與設(shè)計模型、礦體模型進(jìn)行對比分析，不斷進(jìn)行工程設(shè)計與施工的優(yōu)化，作為對工程施工質(zhì)量管理的工具；根據(jù)鉆探工程揭露的破碎帶進(jìn)行破碎帶建模，與井下開拓工程設(shè)計進(jìn)行分析，提前避免施工過程中破碎帶引起的施工安全等方面問題，在一定程度上提高掘進(jìn)效率；還可根據(jù)探礦工程揭露礦體模型與采空區(qū)模型進(jìn)行對比分析與計算，快速進(jìn)行探采對比及貧損兩率分析。

4 結(jié)語

3DMine礦業(yè)工程軟件能夠應(yīng)用到礦山企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的各個方面，對其研究與應(yīng)用，具有重要的實(shí)踐意義，不僅可以使礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化和三維立體真實(shí)環(huán)境，直觀展示巷道工程、礦體之間的空間位置關(guān)系，更有助于礦山企業(yè)進(jìn)一步掌握礦體賦存情況，有效指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)營計劃的開展；同時對相關(guān)工程施工質(zhì)量及安全生產(chǎn)管理等其他方面工作具有重要的輔助作用，并具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。3DMine軟件的應(yīng)用，不僅強(qiáng)化了礦山基礎(chǔ)資料的管理，提升了工作效率，更能為建設(shè)數(shù)字化礦山企業(yè)和科學(xué)管理決策做出重要貢獻(xiàn)。