3DMine三維軟件在露天礦山的應(yīng)用

（青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，青海格爾木 816000）

1 測量

3Dmine軟件以模塊方式構(gòu)成，由三維核心、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、表面模型等多個模塊構(gòu)成。在3Dmine軟件中，測量工作具有較強(qiáng)的交互性功能，可實現(xiàn)不同測量儀器數(shù)據(jù)與軟件的通信接口，使不同實際測量數(shù)據(jù)可快速導(dǎo)入形成圖形數(shù)據(jù)。

使用測量數(shù)據(jù)庫可測量存儲不同類型的數(shù)據(jù)，可滿足不同階段和不同文件的測量。該軟件可與Excel、AutoCAD等軟件的圖形進(jìn)行交換，使測量工作更簡單、方便。以某礦山為例，在長期生產(chǎn)和發(fā)展過程中該礦山已經(jīng)積累了大量數(shù)據(jù)資料，通過對資料進(jìn)行分析、整理，分類導(dǎo)入數(shù)據(jù)實現(xiàn)空間建模，再對不同數(shù)據(jù)構(gòu)成進(jìn)行建模組合，即可完成數(shù)字空間模型。

（1）建立井巷實體模型。導(dǎo)入井巷數(shù)據(jù)，根據(jù)參數(shù)生成模型，即可實現(xiàn)快速建模，生成的三維模型應(yīng)使用布爾運(yùn)算，將相交部分、露出部分的線框刪除，再合并形成一個整體。

（2）建立空區(qū)模型。根據(jù)剖面圖建立空間模型，空區(qū)邊界線在經(jīng)過施工人員現(xiàn)場測量后進(jìn)行繪制。老礦區(qū)與新礦區(qū)存在差異，比如部分礦區(qū)已經(jīng)被挖空，由于安全原因無法到達(dá)邊緣，應(yīng)結(jié)合圖紙資料等進(jìn)行判斷，建立比較準(zhǔn)確的空間模型。

（3）建立實體模型。

（4）建立地表表面模型。運(yùn)用全站儀實際測量數(shù)量或RTK、Cass、AutoCAD等文件，導(dǎo)入3Dmine中，賦予坐標(biāo)系、高度、三維等高線等，以等高線作為約束條件，在等高線上生成不規(guī)則三角網(wǎng)建立地表模型，再進(jìn)行渲染、按照Z軸產(chǎn)生顏色過濾。

（5）建立礦山數(shù)字空間模型。在3Dmine中，將不同模型組合即可生成礦山數(shù)字空間模型。三維空間數(shù)字模型在具體實例中的運(yùn)用，首先根據(jù)建立的3Dmine模型，在查詢、分析、計算、統(tǒng)計等功能的支持下，完成礦產(chǎn)的勘探與采礦設(shè)計等工作。在開拓、深孔設(shè)計階段，使用3Dmine開拓設(shè)計創(chuàng)建岔口與彎道等復(fù)雜圖建，便可快速調(diào)整坡度、計算工程量。

2 地質(zhì)

2.1 中深孔設(shè)計

以鉛鋅礦的開拓和深孔設(shè)計為例，該礦山主要使用無底柱分段崩落法，使用已經(jīng)完成的數(shù)字空間模型、3Dmine軟件提供的中深孔爆破方案進(jìn)行鉆孔，鉆孔方式可以分為扇形孔、平行孔、手動控制單孔等，同時設(shè)計孔的參數(shù)，如最小抵抗性、鉆機(jī)參數(shù)等，在設(shè)計后創(chuàng)建一系列爆破回采單元，控制每個單元的切割巷道、塊體邊界參數(shù)等，設(shè)計排線位置、鉆機(jī)位置、炮孔位置邊界參數(shù)等，完成深孔的爆破設(shè)計工作圖。

2.2 塊體報告、礦量計算

根據(jù)已完成的地質(zhì)塊體實體模型建立塊體模型，通過設(shè)置塊體報告內(nèi)部參數(shù)信息，如統(tǒng)計方式、比重等，在得到參數(shù)的基礎(chǔ)上生成塊體儲量報告文件。

地質(zhì)塊段法是傳統(tǒng)儲量計算中較常用的方式，運(yùn)用在空間塊體模型中，不同項目探測得到的探礦工程將顯示地質(zhì)特征，將其投影到垂直、水平面上，用來圈定礦體的范圍，劃分塊段及得到礦體儲量級別。

3Dmine軟件使用不規(guī)則三角網(wǎng)生成數(shù)字地面模型、三維地質(zhì)實體模型，運(yùn)用塊體概念、變塊技術(shù)，建立礦山礦體的綜合模型。使用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的方式，對塊體模型進(jìn)行評估、計算，可選擇使用線性內(nèi)插值的方式進(jìn)行評估。結(jié)合我國固體礦產(chǎn)儲量分級標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)得到的礦產(chǎn)儲量級別范圍，得到儲量級別礦石量。

2.3 驗收報告

拖入井巷工程實體，同時拖入巷道中心線，系統(tǒng)對井巷工程量進(jìn)行驗收操作，并自動計算得到參數(shù)，在指定位置輸出工程量驗收報表，方便后續(xù)操作。在地表工程施工前測量地表數(shù)據(jù)，根據(jù)施工后得到的地表數(shù)據(jù)，建立施工前后的地表模型，進(jìn)行施工前后對比分析，可快速生成填方量，再生成開挖填方清單量報表，得到驗收報告單。

為保證工程施工條件間的有序銜接，應(yīng)制定礦山開拓系統(tǒng)的三維設(shè)計，在具體開采過程中，三維設(shè)計可對安全性、投產(chǎn)建設(shè)、全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面起到關(guān)鍵作用。

3 采礦

采掘計劃在礦山生產(chǎn)與經(jīng)營管理中具有決策性作用，3Dmine軟件為采礦的安全生產(chǎn)計劃編制，提供了方案制定平臺。一方面，在三維環(huán)境下，可使地下各種采掘工程在空間分布上、地質(zhì)的空間關(guān)系上更清晰、透明；另一方面，三維地質(zhì)塊體模型清晰展示了塊體地質(zhì)屬性，比如品位、巖性等，提供了空間分布狀態(tài)的同時，可在計算編制中快速運(yùn)用以上信息，為方案編制、計劃制定提供了基礎(chǔ)。

當(dāng)?shù)V山設(shè)計、生產(chǎn)計劃、推進(jìn)計劃、設(shè)備應(yīng)用、規(guī)模擴(kuò)大等參數(shù)發(fā)生變化的情況下利用3Dmine技術(shù)，管理人員可分析客觀情況，快速制定相關(guān)方案，保證生產(chǎn)按照進(jìn)度計劃有序推進(jìn)。

在國內(nèi)，運(yùn)用3Dmine軟件制定采礦計劃，根據(jù)實際情況，制定中長期計劃、短期計劃、長遠(yuǎn)計劃。在市場競爭激烈的背景下，應(yīng)制定科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟傻V計劃，可根據(jù)每個計劃時間內(nèi)的時間長度、總時間跨度的不同進(jìn)行設(shè)計。一般情況下露天采礦計劃主要分為長遠(yuǎn)策略目標(biāo)、短期生產(chǎn)計劃、日常作用計劃等。

月度計劃屬于日常作業(yè)計劃，可直接指導(dǎo)、調(diào)整礦山的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，具體流程包括編制采剝計劃、確定剝采比與重點(diǎn)部位推進(jìn)線、做好開拓準(zhǔn)備、制定采剝計劃等。

3Dmine工程軟件可通過基礎(chǔ)建模、賦值，直接設(shè)計斜坡道、直接剝離、采礦預(yù)演等。當(dāng)確定劃定區(qū)域后可以自動計算方量，能夠計算礦石保有量、備采礦量、巖量等，實現(xiàn)礦種分類、單獨(dú)計劃、匯總等，可根據(jù)實際生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，每次調(diào)整系統(tǒng)均會自動報量，同時更新系統(tǒng)圖形。

3Dmine軟件制定的月度采礦計劃所需資料包括年度采剝計劃進(jìn)度、月度驗收圖等。在實際運(yùn)用過程中，由于該軟件具備自動更新、計算等能力，無須投入過多的人力，可自動生成地質(zhì)分層平面圖。

采礦計劃的設(shè)計必須以工程平面圖為基礎(chǔ)，因此，在設(shè)計前需要完成工程平面圖。因此，可將月度驗收地形圖導(dǎo)入3Dmine軟件中，將多個參數(shù)連線形成施工現(xiàn)場的采礦圖。保存生成的工程平面圖，之后調(diào)入地質(zhì)塊體模型中，確定挖掘計劃參數(shù)。

根據(jù)年計劃、礦山的實際情況，可制定月計劃采礦量、剝離量，圈定采掘帶時軟件自動選擇集技術(shù)、自動捕捉、快速生成。為保證露天礦山能夠如期進(jìn)行，會根據(jù)發(fā)生預(yù)期、意外停頓等可能發(fā)生情況，提前制定備采礦量的生產(chǎn)。備采礦量在國內(nèi)被劃分為開拓礦量、回采礦量，與計劃剝離相同，在3Dmine中，圈定開拓量、回采量，并對多層礦體自動計算自動報量，多次調(diào)整參數(shù)直到與設(shè)定數(shù)值相一致。

4 安全管理

3Dmine軟件使用可規(guī)劃設(shè)計礦山開拓系統(tǒng)三維模型，同時與常用的3D打印軟件相兼容，打印3D模型。

（1）露天礦山開拓系統(tǒng)有利于保證礦區(qū)內(nèi)生產(chǎn)順利進(jìn)行，可保證項目提前投產(chǎn)，做好安全管理，對礦山的發(fā)展具有重要意義。

與傳統(tǒng)的二維地圖可視化相比，三維的表現(xiàn)力度更強(qiáng)、設(shè)計更簡單，可順利進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。三維數(shù)字軟件的使用有利于開拓系統(tǒng)和降低工作強(qiáng)度，且能夠顯著提高礦山正常運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

（2）運(yùn)用該軟件將傳統(tǒng)的二維地貌圖形導(dǎo)入3Dmine中，拓展三維可視化設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)，建立開拓系統(tǒng)模型，直觀展示礦山運(yùn)輸?shù)缆沸螒B(tài)，提高決策人員對露天礦山開拓系統(tǒng)空間分布的認(rèn)識?？煞奖憧旖莸赜嬎闾罘焦こ塘亢屠L制施工圖紙，可模擬分析系統(tǒng)等，達(dá)到開采環(huán)境一體化、直觀化等效果。

（3）三維數(shù)字礦山軟件進(jìn)行可視化道路規(guī)劃時，有利于實現(xiàn)對礦山的布局，可調(diào)整生產(chǎn)計劃、優(yōu)化作業(yè)面等，能夠更好地服務(wù)日常工作生產(chǎn)調(diào)度、管理，提升工作效率，推動項目工程穩(wěn)定進(jìn)行。

隨著露天采礦技術(shù)的快速發(fā)展，露天采礦以原本的信息簡單化、設(shè)備小型化、開采零散化等特征朝設(shè)備智能化和大型化等方向轉(zhuǎn)變。三維礦業(yè)工程軟件使開采模型設(shè)置更直觀生動，在運(yùn)用過程中可集成多項技術(shù)，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)規(guī)劃、設(shè)計，增加礦山日產(chǎn)量、驗算工程量。

在安全管理方面，該系統(tǒng)運(yùn)用全球定位系統(tǒng)，可實時跟蹤采礦現(xiàn)場車輛，對車輛設(shè)備進(jìn)行實時跟蹤，實施現(xiàn)場的安全管理。

5 結(jié)語

3Dmine礦業(yè)工程軟件可運(yùn)用在礦山測量、建立三維模型、數(shù)據(jù)處理等多個方面，在融合現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)空間分布特征設(shè)計礦山、做好計劃編制、指導(dǎo)礦山生產(chǎn)，實現(xiàn)對礦山的動態(tài)化管理的過程。