三维设计方法在地下矿山开拓设计中的应用.pdf

第 4 1卷 第 1 期 2 0 1 5年 1 月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i on V0 1 ． 41 NO ． 1 J a n ．2 Ol 5 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 1 0 1 1 9 - 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 3 0 吴涛 ， 刘炳锋 ， 林 吉 飞， 等． 三 维设计 方法 在地下 矿 山开拓设 计 中的应用 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 。 4 1 1 1 1 9 1 22 ． 三维设计方法在地下矿山开拓设计中的应用 吴涛 ， 刘炳锋 ， 林 吉飞。 ， 董 娟。 ， 冯兴 隆 1 ． 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，云南 昆明 6 5 0 0 5 1 ；2 ． 会理财通铁钛有限责任公司 ， 四川 会理 6 1 5 1 0 0 ；3 ． 昆明冶金高等专科学校 矿业学院，云南 昆明 6 5 0 0 3 3 ； 4 ． 迪庆 有 色金属 有 限责任 公 司 ，云南 香 格里 拉6 7 4 4 0 0 摘 要 针 对 采 用二 维设计 方 法难 以快速 有 效地 获得 最佳 开采 方案 的 问题 ， 系统地 介 绍 了三维设 计 方法 的 应 用基 础 、 “ 工作 面切 片” 功 能 、 三 维井巷 工程 模 型创 建和设 计指 标 统计 功能 等 。采 用三 维设 计 方 法设 计 了 云 南 某铁 矿 开拓 系统 方 案 ， 并 对各 方案 进行 了比较 分析 ， 最 终确 定 了合 理 的开拓 方 案 。 关 键词 地 下矿 山 ；开拓 系统设 计 ；三 维设 计方 法 ；三 维地质 模 型 中图分类 号 T D6 7 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 0 卜 0 5 1 6 4 9 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 O 1 5 0 1 0 5 ． 1 6 4 9 ． 0 3 0 ． h t ml App l i c a t i o n o f 3 D d e s i gn me t ho d i n d e s i g n o f u nde r gr o un d mi ne d e v e l o p me nt W U Ta o ，LI U B i n g f e n g ，LI N J i f e i 。 ，DONG J u a n 。 ， F ENG Xi n g l o n g 1． K u nmi ng Pr os pe c t i n g De s i gn I ns t i t ut e o f Chi n a No nf e r r ou s M e t a l s I nd us t r y，Kun m i n g 65 0 0 51，Chi n a 2．H ui l i Ca i t o ng I r o n a nd Ti t a ni um Co． ，Lt d． ， Hui l i 61 5 1 0 0，Chi n a； 3． Fa c ul t y o f M i ni ng，K u nmi ng M e t a l l u r gy Co l l e g e，Ku nmi ng 6 5 0 03 3，Ch i na； 4 ． Di q i n g No n f e r r o u s M e t a l Co． ， Lt d ． ，S h a n g r i - La 6 7 4 4 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e m t h a t i t wa s d i f f i c u l t t o q u i c k l y a n d e f f e c t i v e l y o b t a i n t h e b e s t mi n i n g s c he m e by us i ng t wo di m e n s i on a l d e s i gn me t h od， a p pl i c a t i on f ou nd a t i o n o f 3 D de s i g n m e t ho d， ”f a c e s l i c i n g ” ，t h e c r e a t i n g o f 3 D r o a d wa y e n g i n e e r i n g mo d e l s a n d s t a t i s t i c a l f u n c t i o n o f d e s i g n o b j e c t i v e we r e s y s t e ma t i c a l l y i nt r o du c e d． 3 D de s i g n m e t ho d wa s u s e d t o d e s i g n d e v e l o pme n t s y s t e m o f a n i r o n or e i n Yun na n， a nd v a r i ou s s c he me s we r e c o m p a r e d a n d a n a l y z e d t o d e t e r m i n e t h e r e a s o na bl e d e v e l o pme nt s c he me． Ke y wo r d s u nde r gr o und m i n e；de s i g n o f d e v e l o pme n t s y s t e m ；3 D de s i g n me t h od；3 D g e o l og i c a l mod e l 0 引言 采矿设计手段已从最传统的手工设计 阶段进入 到 以 Au t o C AD 工 程 软 件 为 平 台 的 计 算 机 绘 图 阶 段 ， 但其对矿山生产资料 的解析却没有发生质的改 变 ， 仍然为二维设计 ， 设计过程中需要对生产资料进 行 平 剖面 图 的绘 制 和 处 理 ， 才 能 得 到设 计 结 果 。 以 二 维 平 台为基 础进 行 采 矿 设 计 存 在 工 作 量 大 、 误 差 大 、 耗 时长 、 生产 资 料孤 立 不 统 一 等 问 题 ， 限制 了 资 源 的科 学开 发利 用口 ] 。随着 国内外计 算机 技术 的发 展 ， 出 现 了 一 大 批 优 秀 的 三 维 矿 业 软 件 ，如 Mi c r o mi n e ， S u r p a c ， DI MI NE等 。相 比 国外 三 维 矿 业软件 ， 国内三维矿业软件 的功能更加完善 ， 更加符 合 国内工程设计的标准和要求 ， 降低 了使用难度 ， 其 中 DI MI NE三维 矿 业 软 件 能 够 实 现 多种 数 据 导 人 和导 出 ， 具 备 完 善 的线 编 辑 、 体 编 辑 和 专 项 应 用 模 收稿 日期 2 O 1 4 0 5 1 9 ； 修回 日期 2 0 1 4 1 1 - 1 7 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 云南 省科 技厅研究项 目 2 0 1 1 F Z 2 0 1 。 作者 简介 吴 涛 1 9 8 6 一 ， 男 ， 四川 达州人 ， 工程 师， 从事采 矿工程设计 与数字化矿 山研究工作 ， E ma i l wt a o 一 0 3 2 4 1 6 3 ． c o rn。 1 2 0 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1卷 块 ， 可实现 露天 和地 下三 维工 程设计 ， 并 输 出工程 图 纸 和数据 。 ] 。本 文 系 统介 绍 三维 设 计 方 法 应 用 基 础 和实用 功能 ， 针 对 云南 某 地 下 铁 矿 山进 行 三 维 开 拓方 案设 计 ， 并 对设 计方 案进 行评 价优 选 。 1三维 设计 方法 以原 始地 质资 料为 基础 创建 矿 山三维 地质 数据 库 ， 进行地质解译 ， 创建矿 山三维地质模型 包 括地 表模型 、 矿体模型 、 构造模型和块段模型等 ， 并进行 品位估值 ， 形 成 三维 采 矿 设 计 的 基 础 。在 三 维模 式 下 ， 运用 工作 面法 、 切 片法 、 中线 断 面 法 和巷 道 实 测 法等 手段 进行 工程 设 计 ， 建 立 三 维 开 拓 工程 实体 模 型 ， 运 用 三维矿 业 软 件 的 快 速统 计 功 能 统 计 和 对 比相应 的设 计指 标 ， 选 择 最 优 的设 计 方 案 。三 维设 计 方法 及开 拓方 案优 化路 线如 图 1 所 示 。 维 地 质 建 模 三 维 工 程 设 计 方 法 三维开拓设计 ]『 _ _ 一 设计指标统计 工程量 运输功 T L L 图 1 三维设计方法及开拓方案优选路线 1 ． 1 三维设 计 方法应 用基 础 矿山三维地质模型是采用三维设计方法进行开 拓方 案设计 的基础 ， 具 体包括 以下模 型 1 地 表模 型 。地表模 型 是用 来 虚 拟地 形 和表 面 的不 封闭 表面模 型 ， 由一 系列 三角 面 片 根 据 地 形 线 和 地 形 散 点 无 缝 拼 接 构 成 。在 D I MI NE 三维 矿 业 软件 中 ， 可 通 过 原 始 测 量 数 据 生 成 法 和 矢 量 化 C AD地形 图等高线生成法构建矿山地表模型。 2 构造模型。构造模型包括断层模型和岩性 模 型 ， 是用来 模 拟断 层 构 造 和 不 同岩 层 的不 封 闭 表 面 模型 ， 由一 系列 三 角 面 片 根据 断层 线 和 岩 层线 拼 接形成 。将各个平剖面图中的断层信息和岩层信息 导人 DI MI NE三维矿业软件 中， 依据构造信息 ， 按 照一 定顺 序 将 各 构 造 线 连 接 成 面 ， 从 而 生 成 构 造 模 型 。 3 地 质数 据库。地质 数据库是 将矿 山的钻 孔 、 坑 道等 数据 资料按 照 一定 的方 式存储 起 来 ， 为矿 体对 比圈定 、 品位统计分布规律分析 以及估值提供 基 础数 据 。在 D I MI NE三维 矿 业 软件 中 ， 可将 钻 探 成果分 别 整理成 孔 口文件 、 测 斜文 件 、 样 品文 件 和岩 性文件 等 导入 ， 生成 地质 数据 库 。 4 矿体模 型 。矿体 模 型是 一 种封 闭的表 面模 型 ， 具 有体 积信 息 ， 能 够 在 任 一方 向 和高 程 上 剖 切 ， 形成 平剖 面 图 。在 DI MI NE三 维 矿业 软 件 中 ， 可直 接对地质数据库进行解译 ， 圈定矿体轮廓线 ， 创建矿 体模 型 ； 也可 将 已解译 的 C A D 或 Ma p GI S地 质 平 剖 面图导 人 D I MI NE三 维矿业 软 件 中 ， 通 过 三 维地 质数据库对矿体 轮廓线进行校 正， 创建矿 体模型 。 完 整 的矿 体模 型要 求 能够 计 算 出 体 积 ， 没 有冗 余 的 点 、 线 、 面数据 ， 便 于对模 型进 行后 续 的布 尔运算 、 品 位估 值 和块 段分析 工作 。 5 块 段模 型 。块段 模型 是对 矿 体模 型 进 行单 元 块细分 ， 并 以地 质数 据库 为基 础 ， 采 用 空间插 值 方 法对各单元块的品位 、 岩性等进行推估 ， 得到矿体的 内部属 性值 。DI MI NE三 维矿 业软 件采 用外 存八 叉 树 模 型 的构 建技 术来 创建 块段 模型 l_ 4 ] 。 1 ． 2 “ 工作 面切 片” 功 能 利 用 D I MI NE三 维矿业 软 件 中 的“ 工作 面 切 片” 功 能 ， 可 在任 意方 向上 进行 一个 或一 组工 作 面定 义 ， 并 可对 工作 面进 行 复 制 、 移 动 等 操 作 ， 方 便 从 三 维 设计 转 向二 维 设 计 ， 实 现 三 维 二 维 一 体 化 设 计 。 利用 切片 功能 可将 多种 工程 的体 、 面 、 线 转换 到工 作 面上 的面 、 线 、 点 ， 利 于对 工程 细部 进行 设计 。 1 ． 3三 维 井巷 工程模 型创 建 使用 DI MI NE三维矿业软件时 ， 可灵活采用不 同的三维工程设计方法来构建三维井巷实体工程 ① 对 于实 际井 巷 工 程 ， 常 采 用 实 测 法 ， 以原 始 测 量 数据 或实 测 工 程 的平 面 图数 据 来 建 立 三 维 工 程 模 型 ， 主 要 有 步 距 法 、 极 坐 标 法 和 双 线 法 等 方 法 。 ② 对 于新 设计 或简 单 的工程 模 型 ， 可采 用 设计 法创 建 ， 主 要 有 中 线 加 断 面 法 、 剖 面 连 接 法 等 方 法 。 ③ 设 计 复 杂 的井 底 车 场 、 矿 房 矿 柱 回采底 部 结 构 、 采场爆破等时， 可采用专用模型进行创建 ， 目前提供 的专业模 型 主要有 漏 斗底部 结 构 、 堑 沟底 部结 构 、 道 路岔道模型和各种地下爆破模型等。 1 ． 4设 计 指 标 统 计 三 维 工程 设 计 完成 后 ， 可根 据 需要 输 出平 剖 面 图纸 ， 统 计工 程量 长 度或 体积 ， 可 利用 地质 统计 模 块 ， 实 现 回采 资 源量统 计 。 2云 南某铁 矿 三维 开拓设 计 2 ． 1 矿 山 概 况 云南某 地 下铁 矿 为露 天 转 地下 矿 山 ， 设 计 生 产 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一 ～ 一 ～ 1 2 2 工矿 自动化 2 0 1 5年 第 4 1 卷 3 开拓 方 案优选 3 ． 1 开拓 方案 设计 指标 统计 运 用 D I MI NE三维 矿业 软 件 工程 量 统 计 功 能 ， 对三维 设 计 的 各 种 开 拓 方 案 进 行 工 程 量 统 计 ， 见 图 7 三维设计实体模型设计方案 5 表 1 。 表 1 各种开拓方案工程量统计 方 案 1 方 案 2 方案 3 方 案 4 方 案 5 3 ． 2 开拓 方 案 比较 根据 工程 量统 计 结 果 ， 对 各 开 拓 方案 的优 缺 点 进行 分析 。 方案 1和 方 案 2优 点 ① 开 拓 工 程 量 较 小 ； ② 总运 输 功小 。缺 点 ① 盲 斜 井 或 盲 竖 井 系 统 施 工会 对 主副斜 井 系统 的生产造 成影 响 ； ② 为 了保 证 主 副斜井 的 安全 使 用 ， 需 留保 安 矿 柱 ； ③ 盲 斜 井 或 肓竖 井井 口硐 室 施 工 复 杂 ； ④ 需 在 矿 体 南 部 增 加 一 条 回风井 通往地 表 。 方 案 3优点 ① 新 明斜 井 系统 与原 有 主副 斜 井 系 统 无 关 ， 施 工 不 会 造 成 影 响 ； ② 总运 输 功 较 小 。 缺点 ① 开拓工程量大 ； ② 需在矿体南部增加一条 回风井 通往 地表 ； ③ 竖 井底 部破碎 系统 较 复杂 。 方 案 4优 点 明斜 井 系 统施 工 不 会对 原 有 主 副 斜 井 系统造 成 影 响 。缺 点 ① 开拓 工 程量 大 ； ② 总 运 输 功很 大 ； ③ 需 在矿 体南 部增 加 一条 回风井 通 往 地 表 ； ④ 竖井 底部 破碎 系统 较复 杂 。 方案 5优 点 ① 开 拓 工程 量 小 ； ② 总 运输 功 较 小 。缺点 竖 井底部 破碎 系统 较 复杂 。 通过 对 比分析 ， 得 出如下 结论 1 方案 1和方案 2中， 需要留保安矿柱 ， 损失 铁矿石资源量约 8 0万 t ， 造成了资源的大量损失， 不 利 于资 源的综 合 回收 ； 第 4中段及 以上 矿体 开采 时 ， 沿 用矿 山原有 主副斜 井 系 统 ， 基 建 施 工 过 程 中会 严 重影 响 到主 副斜 井 的正常 生产 。 2 方 案 3 ～ 方案 5中 ， 方 案 5设 计 的 明竖 井 ， 离选 厂 最近 ， 且开 拓 工 程 量 小 ， 总 运输 功 较小 ， 并 且 竖井系统的施工对原有主副斜井系统影响较小。 综 上所 述 ， 采用 方案 5作 为最 终 的开 拓 方案 。 4 结 语 以三 维 矿业 软 件 为 工具 ， 建 立 矿 山三维 地 质 模 型与 工程实 体模 型 ， 在此 基础 上 ， 运 用三 维设 计方 式 进行矿山工程设计和技术经济指标统计 ， 从而对设 计 方 案进 行综 合分 析 和 多 方案 优 选 对 比 ， 提 高 了设 计 效 率及设 计 质量 。 参 考 文 献 [1 ] 林吉飞． 基 于三维 可视 化技 术的淌塘铜矿开采方法优 化研究[ D ] ． 昆明 昆 明理工大学 ， 2 0 1 2 ． [2 ] 李一帆 ， 李枫 ， 王慧萍． 三维可视化技术在矿 山工程 中 的应用[ J ] ． 中国钨业 ， 2 0 0 9 ， 2 4 1 2 4 2 8 ． [3 ] 郭献涛 ， 刘文生 ， 孙劲光 ， 等． 矿 山三维 可视 化建模 的 研究与 应 用 [ J ] ． 化 工 矿 物 与 加 工 ， 2 0 1 1 ， 4 0 1 1 2 O 23 ． [4] 毕 林． 数 字采 矿 软件 平 台关 键技 术 研 究 [ D] ． 长 沙 中南大学 ， 2 0 1 0 ． [5] 王李管 ， 何 昌盛 ， 贾 明涛 ． 三维地质体实体建模技 术及 其在工程 中的应用 F J ] ． 金属 矿山 ， 2 0 0 6 2 5 B 一 6 2 ． [6] 戴碧 波 ， 王李管 ， 贾 明涛 ， 等． 三维数字 建模 技术 在某 铜 矿 中 的 应用 [ J ] ． 地 质 与 勘 探 ， 2 0 0 7 ， 4 3 3 9 7 1 0 1 ． [ 7] 李 辉 ， 官锁富 ， 孙进 辉 ， 等． 基 于 D I MI N E软件 的矿 山 三维 生 产设 计 应 用 技 术 研 究 [ J ] ．中 国矿 山 工 程 ， 2 O 1 1， 4 0 3 2 6 2 8 ． [ 8] 曾凌 方 ， 陈美华 ， 石 得风． 基于三维模型 的矿 山开采方 式优选[ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 1 1 ， 3 1 6 5 - 7 ． [ 9] 曾庆 田， 汪德文 ， 李德． 三维矿业软件在采矿 方法优选 中的应用[ J ] ． 中国矿 山工程 ， 2 0 1 0 ， 3 9 4 1 0 1 2 ． [ 1 O ] 房智恒 ， 王李管 ， 何 远 富． 基于 D I MI N E软 件 的采 矿 方法真三维设计研究与实现 [ J ] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 9 5 】 2 9 一 】 31 ．