城門山銅礦采礦智能排產系統(tǒng)建設的研究

毛榮華，王 晟，楊新鋒，陳 鑫

（1.江西銅業(yè)集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100；2.長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司，湖南 長沙 410083）

1 引言

1.1 現(xiàn)狀調查

該礦山計劃排產從長期到短期分為年、月、周等幾種時段計劃。現(xiàn)狀如下：

采礦場年度分解計劃結合礦山生產技術部提供中長期計劃和指標要求，利用炮孔巖粉生產勘探數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀測量數(shù)據(jù)等編制礦山分解年度計劃，輸出年度計劃表、計劃圖、文檔等成果材料，指導礦山實際生產。在年度計劃的基礎上，結合上月底測量成果數(shù)據(jù)和地質資料數(shù)據(jù)，編制月度生產作業(yè)計劃。周計劃根據(jù)爆堆巖粉數(shù)據(jù)（未完成炮孔取樣化驗的爆堆，其數(shù)據(jù)根據(jù)上臺階炮孔巖粉生產勘探數(shù)據(jù)推算）編制配礦計劃，包含計劃表、圖、文字概要說明。

目前該礦山年、月、周計劃編制均使用CAD圖完成，編制過程中，量算和出圖時間長，參與人員較多，工作量也比較大，難以進行方案優(yōu)化工作。

1.2 需求分析

目前該礦已經使用DIMINE軟件完成地質勘探模型的建立更新、三期境界設計及中長期計劃編制工作，同時軟件也具備礦山所需的采礦設計功能模塊，為采礦智能化［4]打下基礎，下一步重點開展智能化短期排產計劃（年、季、月、周計劃）建設。計劃排產建設內容包括：

整理現(xiàn)有炮孔化驗數(shù)據(jù)建立炮孔數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實測數(shù)據(jù)建立采區(qū)地表模型，更新已開采范圍內容地質勘探塊段模型，形成用于計劃編制的品位控制模型。

新的炮孔測量和化驗數(shù)據(jù)采集后自動形成地質數(shù)據(jù)庫文件提交到數(shù)據(jù)存儲中心，軟件系統(tǒng)根據(jù)提前設定的估值參數(shù)，自動更新品位控制模型。

提取品位控制模型和采區(qū)現(xiàn)狀地形模型，按照計劃相關指標，計劃編制人員圈定開采目標范圍，系統(tǒng)模擬開采計劃過程，自動計算配礦［5]結果，根據(jù)計算結果調節(jié)開采范圍，優(yōu)化排產計劃，計劃編制人員可以按照此軟件操作流程快速完成礦山年、月、周計劃，根據(jù)計劃結果系統(tǒng)自動輸出礦山計劃所需主要圖表和相關文字說明。

1.3 目標設定

在DIMINE數(shù)字采礦軟件的基礎上，從礦山計劃排產業(yè)務需求出發(fā)，定制開發(fā)計劃編制功能，搭建礦山智能排產系統(tǒng)，進一步提高排產計劃工作效率，提升計劃執(zhí)行率和質量的均衡度，為該礦山整個智能礦山建設打下良好基礎。

2 系統(tǒng)建設內容

2.1 建設路線

智能計劃排產系統(tǒng)建設主要圍繞品位控制模型（綜合地質勘探和炮孔數(shù)據(jù)，質量控制可靠程度高）［6]，保證采剝均衡、供礦品位均衡為前提，開展自動及人工干預式計劃編制，建設思路如圖1。

2.2 品位控制模型體系

為更好地優(yōu)化和管理礦山地質、測量、采礦工作，擬提供由勘探品位模型、爆堆數(shù)據(jù)模型構成的品位控制體系。

勘探品位模型更新：該礦山勘探品位模型在2012年建立后，于2014年進行更新，近年礦山存在加密補充勘探工程，需要根據(jù)勘探工程更新原礦體模型，然后更新勘探品位模型。

圖1 智能排產系統(tǒng)建設思路圖

炮孔數(shù)據(jù)庫：炮孔數(shù)據(jù)庫是由炮孔編號、炮孔坐標、炮孔化驗質量信息組成，是智能排產及供配礦的重要數(shù)據(jù)。

爆堆圈礦及估值：爆堆二次圈礦和估值，是供配礦基礎，系統(tǒng)開發(fā)根據(jù)礦山圈礦指標對爆堆進行自動圈礦及品位估值，同時提供人工干預調整圈礦和估值結果，更新地質勘探模型。

探采對比分析：隨著生產推進，通過選取分析區(qū)域范圍線，設置模型約束條件，自動產生勘探品位模型、炮孔爆堆估值模型的對比指標分析結果表，表中包含區(qū)域內模型礦量、巖量、品位、金屬量信息，信息相對基準元素值的對比結果，用于計劃排產人員分析勘探模型的精度。

2.3 境界設計

露天境界設計模型是計劃編制的主要約束條件，建立境界設計模型的建設步驟包括：臺階設計、道路設計、設計出圖、設計模型。境界設計功能在DIMINE數(shù)字采礦軟件中已經實現(xiàn)。

臺階設計：DIMINE軟件露天坑設計功能采用智能化、參數(shù)化設計思想，以自動擴展與手動調節(jié)的方式進行設計，可使露天境界坑圈定變得簡單、輕松。

道路設計：DIMINE軟件在采區(qū)道路設計方面提供多種設計方法，包括境界設計過程的道路設計、掘溝設計（靠幫溝設計、中間溝設計、斜坡道設計）等，滿足露天采區(qū)道路設計過程。

設計出圖：DIMINE軟件設計出圖操作步驟：（1）將以上境界內設計包括臺階和道路設計線自動生成三維DTM模型，即生成設計境界模型。（2）設計境界模型與現(xiàn)狀地表模型求交線，自動計算得到境界范圍線。（3）用境界范圍線分別“內”“外”裁剪境界設計線和現(xiàn)狀地形圖，裁剪后形成的圖形即為境界設計圖。

設計模型：將境界設計圖生成三維DTM，即形成境界設計三維模型，設計境界模型是計劃編制的約束條件，可以是終了、分期或某一階段的設計境界。

2.4 現(xiàn)狀地表模型更新

現(xiàn)狀地表模型是排產計劃編制的基礎數(shù)據(jù)，也是儲量計算、工程量計算、智能調度等重要數(shù)據(jù)條件。

無人機攝影測量數(shù)據(jù)接入：利用無人機測量數(shù)據(jù)，建立采區(qū)高精度現(xiàn)狀地表基礎模型。

月度現(xiàn)狀地表模型：根據(jù)三維激光掃描儀定期更新采區(qū)地表模型及采區(qū)臺階線，用于約束品位控制模型進行儲量計算，計劃編制等工作。

工程量計算：在DIMINE軟件中，調用兩期地表模型，設置計算范圍和參數(shù)，計算兩期工程量，形成工程量計算圖表。

測量出圖：在DIMINE軟件中，根據(jù)三維掃描數(shù)據(jù)或航測數(shù)據(jù)建立的三維模型進行模型切圖或等高線自動生成、多段線繪制、文字及圖簽等圖形編輯功能操作輸出生產需要的相關二維地形圖及剖面圖。

2.5 計劃編制功能設計

計劃編制范圍確定：根據(jù)礦山開采目標，開采境界設計方案、礦山開采現(xiàn)狀地表模型作為計劃編制約束范圍。

自動編制排產計劃：按照一定的出礦量及品位，編制開采規(guī)劃，根據(jù)設定約束和目標，系統(tǒng)形成最佳采剝均衡和品位均衡的計劃方案。顯示計劃內的礦量、巖量、品位信息及開拓備采礦量情況。

人工干預調整計劃：根據(jù)計劃編制范圍確定模型或計劃自動編制方案結果，人工干預方式對計劃進行模擬開采過程的調整編制，調整過程中實時對采剝區(qū)域重新報量，便于分析計劃編制的合理性。

計劃成果輸出：輸出計劃結果體，顯示及輸出年度、季度、月度開采計劃報表和統(tǒng)計圖；按照“臺階”，“礦種、礦量”，巖量”，“采剝總量”和“品位”報告采剝計劃量。

計劃審批和下達：按照該礦山生產計劃編制后的審批流程，在線將編制好的生產計劃通過OA系統(tǒng)，按照流程逐級進行審批和下達。

2.6 計劃編制過程

2.6.1 年度采剝計劃

（1）計劃編制準備數(shù)據(jù)：采區(qū)現(xiàn)狀地表模型、分期境界模型、品位控制模型、采區(qū)現(xiàn)狀圖。

（2）現(xiàn)狀地表模型、分期境界模型約束品位控制模型，設置計劃相關參數(shù)，生成計劃編制所需約束范圍內的組合價值模型。

（3）三維價值模型配色顯示，三維視圖內，人機交互模擬方式圈定12個月計劃方案，視圖旁邊顯示圈定范圍內各個臺階礦量、配礦品位結果。

（4）自動輸出計劃體的范圍線及年度計劃分解表。

（5）沿范圍線更新采區(qū)現(xiàn)狀圖，逐個形成年度計劃內的月度分解圖及三維境界模型。

2.6.2 月度生產作業(yè)計劃

（1）計劃編制準備數(shù)據(jù)：采區(qū)現(xiàn)狀地表模型、年度境界模型、采區(qū)現(xiàn)狀圖。

（2）現(xiàn)狀地表模型約束年度價值模型，設置計劃相關參數(shù)，生成月度計劃編制所需約束范圍內的新的價值模型。

（3）三維價值模型配色顯示，三維視圖內，人機交互模擬方式圈定當月計劃方案，視圖旁邊顯示圈定范圍內各個臺階礦量、配礦品位結果。

（4）自動輸出計劃體的范圍線及月度計劃分解表。

（5）沿范圍線更新采區(qū)現(xiàn)狀圖，形成當月作業(yè)計劃圖及三維境界模型。

2.6.3 周生產作業(yè)計劃

（1）計劃編制準備數(shù)據(jù)：采區(qū)現(xiàn)狀地表模型、月度境界模型、采區(qū)現(xiàn)狀圖。

（2）現(xiàn)狀地表模型約束年度價值模型，設置計劃相關參數(shù)，生成周計劃編制所需約束范圍內的新的價值模型。

（3）三維價值模型配色顯示，三維視圖內，人機交互模擬方式圈定當月計劃方案，視圖旁邊顯示圈定范圍內各個臺階礦量、配礦品位結果。

表1 系統(tǒng)建設清單

（4）自動輸出計劃體的范圍線及周計劃分解表。

（5）沿范圍線更新采區(qū)現(xiàn)狀圖，形成周計劃圖及三維境界模型。

3 系統(tǒng)建設清單

系統(tǒng)建設清單見表1。

4 結束語

通過上述系統(tǒng)系統(tǒng)建設的研究，目標形成地質、測量、采礦等數(shù)字化信息資源，對接數(shù)據(jù)中心和卡車調度系統(tǒng)，以期實現(xiàn)采礦智能排產，從而進一步提高排產計劃工作效率，提升計劃執(zhí)行率和質量的均衡度，為該礦整個智能礦山建設打下良好基礎。