基于Vulcan三維軟件的采礦單體設計應用

郝英杰

（1.山東黃金集團有限公司深井開采實驗室，山東 萊州 261499；2.山東省深海深地金屬礦智能開采重點實驗室，山東 濟南 250014）

隨著傳統(tǒng)二維CAD制圖軟件在礦山地質建模及采礦設計方面的弊端逐漸顯現，三維制圖軟件迅速發(fā)展并在國內外地質采礦方面廣泛應用。通常三維軟件的應用研究主要在三維地質建模方面[1-4]，很少有人研究在采礦設計方面開展相關研究。事實上，與傳統(tǒng)的二維CAD軟件相比，三維軟件在采礦設計方面具有其獨特的優(yōu)勢，其可以批量生成巷道，并能夠對三維礦體進行礦房分割，并對礦房進行屬性賦值，使巷道及礦房信息顯示更加全面形象。因此，三維軟件具有在礦體圈定、工程設計方面可視化程度高、空間立體感強、操作方便、效率高等優(yōu)點[5]。

1 概述

Vulcan三維軟件是由澳大利亞Maptek公司獨立開發(fā)，并在國內由上海烜璞工程技術有限公司負責推廣的一款集地質、測量、采礦及甘特排產為一體的綜合性的礦山三維綜合性軟件，其在推廣以來受到業(yè)界的廣泛關注和積極應用。本文以膠東某金礦上向水平分層進路充填采礦法為例，介紹利用Vulcan三維軟件進行采礦單體設計的方法步驟及效果，主要流程如下：原始數據準備（包括地質建模礦體、塊體模型、盤區(qū)分段高度、分層高度、巷道規(guī)格）、切割分段礦房、生成分段脈外巷、礦房分層、生成分段聯巷、分層礦房劃分進路、進路屬性計算、導入編輯屬性、重命名。其中采礦設計流程圖如圖1所示。

圖1 采礦設計流程圖

2 切割礦房生成進路

在完成礦體地質建模及塊體模型計算的基礎上，需要根據生產實際進行礦體切割，最終按設計生成礦體進路和附屬性，并生成分段脈外巷及分層聯巷、附巷道斷面屬性。根據已有工程及礦體條件，采場進路規(guī)格為：寬3m，高3.3m，1/4三心拱。分段高度13.2m。

2.1 切割生成分段礦房、生成分段脈外巷

對地質建模礦體用“自定義切分實體”工具按分段進行切割，并按標高生成兩個分段共四個分層的礦體。同時用“剖面輪廓”工具按標高生成礦體剖面輪廓，將礦體輪廓按合適距離擴展，以保證分層聯巷有足夠的空間。最后依據擴展后的礦體輪廓生成分段脈外巷底板中線，對巷道底板中線附斷面屬性。分段礦體及分段脈外巷如圖2所示。

圖2 分段礦體及分段脈外巷

2.2 礦房分層、生成分段聯巷

參照2.1中的操作，將每個分段的礦體再次按分層標高進行切割，生成分層礦體。同時根據分層標高生成分層聯巷底板中線，附斷面屬性，以形成完整的采準系統(tǒng)。分層礦體及分層聯巷見圖3所示。

2.3 對分層礦房劃分進路

對圖3中形成的每層礦體模型，用“按線條剪切”工具，根據固定的進路寬度沿走向進行劃分，最終形成采場進路。最終采場進路如圖4所示。

圖3 分層礦體及分層聯巷

圖4 最終采場進路

在上述對礦體模型切割的過程中，每一步結束之后都要對生成的三角模型進行檢查，若發(fā)現問題，必須對相應模型進行修復才能進行下一步操作。

3 進路屬性計算、編輯導入屬性

3.1 進路屬性計算

進路屬性計算，指利用塊體模型，對生成的進路三角模型的質量、體積、品位等參數進行計算，最終以“csv”格式輸出高級資源儲量報告。高級資源儲量報告如圖5所示。

圖5 高級資源儲量報告

3.2 編輯屬性

在輸出的高級資源儲量報告文件中包括每條進路的“來源（SOUECE）”、“區(qū)域（REGION）”、“金品位（AU-IVD)”、“ 總 體 積（TOTAL-VOLUME）”、“ 總 質 量（TOTALMASS）”等信息。對此表格進行編輯，將表格第一行的“AU”、“TOTAL-VOLUME”、“TOTAL-MASS”修改成中文“金品位/g/t”、“總體積/m3”、“總質量/t”，并計算金品位和總質量的乘積，形成新的進路信息“金屬量/Kg”。

編輯后的“csv”文件在導入前需要用“notepad++”軟件轉為UTF8編碼并保存，如此軟件才能識別中文信息。

3.3 導入屬性

用“csv導入屬性”命令，將上一步生成編輯的高級資源儲量報告文件的信息導入進路三角模型，從而在每一條進路中都能顯示品位、體積、質量和金屬量等信息。導入成功后單擊進路模型即可在特性編輯器中顯示上述信息。進路信息如圖6所示。

圖6 進路信息

4 進路重命名

在進路生成時已對進路進行初步命名，但命名沒有區(qū)分性，為此需對進路進行批量重命名。為了更好區(qū)分進路，這里我們用水平、分層、礦房、進路號的組合對進路進行重命名，此種命名方法在上向水平進路充填法采場中基本可以完全區(qū)分進路。用Vulcan軟件中的“屬性編輯”功能，對相應進路按水平、分層、礦房、進路號進行添加并命名屬性，添加完成后即可在進路屬性中看到相關信息。在“三角模型重命名”命令中，利用分段、分層、礦房、進路號四種屬性的組合對進路進行重命名，命名過程中如出現錯誤，需仔細進行檢查并修改重復命名的進路。重命名后進路名稱如圖7所示。

圖7 進路重命名

5 軟件應用優(yōu)勢

至此，上向水平分層進路充填采礦法采場單體設計已基本完成，下面就其應用特點與CAD二維采場單體設計進行比較[3，4]。

（1）三維信息全面展示。Vulcan三維軟件能夠實現對設計工程及礦體的三維展示，使設計工程及礦體在不同標高的空間聯系一目了然，克服了CAD軟件平面設計過程中需要在平面和剖面間頻繁轉換的問題，從而避免了CAD設計過程中因空間關系混淆而出現的工程設計失誤。

（2）屬性特征全面展示。Vulcan三維軟件能夠顯示巷道工程任一位置的標高、斷面及巷道名稱、體積等巷道屬性，也能夠顯示礦體的傾角、體積、重量、品位、金屬量等礦體屬性。根據上述特征可直接實現采場損失貧化參數的計算，不再由傳統(tǒng)的CAD軟件來二維制圖和人工計算。

（3）甘特計劃排產。以上述采礦單體設計為基礎，利用Vulcan軟件的甘特排產功能，可以實現對采礦、掘進工程的自動排產，以表格的形式輸出月度、季度、年度等生產計劃表格。此功能極大的簡化了生產計劃人員的工作量，此功能是CAD制圖軟件無法實現的，在礦山有極其廣闊的應用前景。

6 結論

本文以上向水平分層進路充填采礦法為例，介紹了運用Vulcan三維軟件進行礦山采礦單體設計的步驟和方法。并與CAD二維制圖軟件進行比較，總結其在礦山采掘設計中的應用優(yōu)勢，可見其在礦山設計方面有著廣闊的應用前景，也是國內礦山在國外資源并購運營方面的一個有效工具。