浅析采矿软件系统在露天采矿中的应用.pdf

第 32卷第 5期 2010年 10月 甘 肃 冶 金 GANS U METALLURGY Vo.l 32 No . 5 Oct . , 2010 文章编号 1672 -4461 2010 05-0087-03 浅析采矿软件系统在露天采矿中的应用 魏长长 酒泉钢铁 集团 有限责任公司 人力资源部, 甘肃嘉峪关735100] 摘要 如何最佳开采矿床一直是矿山计划者和设计工程师不断探索的问题。综述了采矿软件系统在露天采矿中 的应用现状, 分别介绍了 M inescape 、 Datamine -guide 、 M inesight 、Surpac软件在采矿过程中的应用, 并讨论了各种软 件的应用范围及局限性, 为现代采矿工作者提供技术上的指导, 并为采矿软件的进一步研发应用工作奠定了基础。 关键词 露天采矿; 矿体模型; 采矿软件 中图分类号 TD178文献标识码 A AnalysisM ining Soft wareApplication in Open PitM ining WEIChang-chang Hu man R esources , Jiuquan Iron and SteelCo. , L td. , Jiayuguan 735100 , China Abstract Ho w bestm ining deposits have beenm ine planners and design engineers continue to explore issues .summary of the m ining software syste m on the road mining application status ,introduced the minescape , datamine -guide , m inesight , surpac software applications in the mining process, and discussed a variety of soft ware application and li m itations , workers for themodern mining technology guidance , and for the further development of them ining soft ware application basis for the work. K eyW ords surfacem ining ; orebody mode;l mining software 1引言 露天采矿是一个移走矿体上的覆盖物, 得到所 需矿物的过程。按照矿物属性可分露天金属矿床开 采, 露天煤矿开采, 露天铁矿开采。前者主要开采对 象为有色金属, 中间主要开采煤和一些非金属矿的 开采, 后者主要开采铁矿。露天开采过程是一个使 矿区内原始地貌连续发生变形的过程, 是从地表开 始逐层向下进行的, 每一水平分层称为一个台 阶 [ 1]。我国生产和建设的露天煤矿的共同特征是 产量规模大, 推进强度快, 设备的大型化和自动化程 度高, 开采工艺先进。伴随着我国经济的快速发展, 采矿软件系统也呈现出快速的发展, 但是其在采矿 中的应用还不够充分, 采矿软件系统的优势与局限 性还有待进一步发现。露天矿生产决策的核心环节 是地质、 测量和短期生产计划, 决策的目的就是及时 准确地掌握矿山的地质变化、 生产运行情况等, 据此 快速、 优化地做出决策, 以便及时合理地调整、 指挥 生产, 从而提高矿山生产效率, 降低成本, 取得较高 经济效益。只有充分的了解采矿软件系统的应用, 才能在露天采矿中降低开采成本, 从而取得最大的 经济效益。 2采矿软件系统介绍 M ineseape是澳大利亚 M ineorn公司研发的 采矿软件产品, 可应用于煤矿、 治金、 建材等矿山领 域中。M ineseape采用模块化结构, 可满足各方面的 采矿信息处理要求, 它提供从地质钻孔信息处理、 地 模建立、 新矿业设计、 现场设计与管理、 生产进度计 划模拟工作, 支持采矿设计与生产管理的全过 程 [ 2]。M inescape由可供选择的多个功能模块构成, 包括软件环境、 地质数据库、 储量模型块、 质量模块、 层状模型、 块状模型、 露天矿井设计、 井工矿井设计、 金属矿井设计、 品位控制模型、 钻孔与爆破设计、 索 斗铲模拟、 运输公路设计、 矿井测量、 地面改造、 生产 计划模拟模块。 层状模型是 M ineseape软件的一个功能模块, 它提供模拟地层的功能, 它根据地层学的基本原理, 应用钻孔信息、 测量数据以及剖面等地质信息, 在定 义的地层模拟规则的基础上, 对目标进行模拟, 在模 拟中, 首先模拟非连续构造 如断层 , 继而模拟连 续地层, 模拟中可有选择地采用适应各种插值方法, 如有限插分法, 克里金插值, 反比插值等 12种方法。 块状模型是 M ineseape软件的一个功能模块, 它提 供专门用于模拟块状矿床的地质模型, 也可用来分 析, 解决那些不能用层状模型完全表示的矿床。块 状模型向用户提供方便、 有效的接口功能, 使得用户 利用流行的第三方软件所产生的模型可直接装入 M ineseape中。在模型基础上, 特殊的储量计算函数 提供用户准确设计或测量矿井、 采场, 按类型、 多边 形、 线框圈定, 对品位进行统计分析, 产生报告、 圆饼 图, 品位吨位曲线等。 用户可以在块状模型的基础上进行推进工作面 设计、 坡路设计、 采场设计、 线框设计、 钻孔和爆破设 计、 生产品位控制与生产计划模型。 地下矿井设计模块是 M inescape功能模块之 一, 它可辅助工程技术人员进行井工井采矿井设计, 包括基建矿井设计和生产矿井设计。地下矿井模块 提供一组自动与交互式设计工具, 模块利用 M ines - cape环境中的真 CAD系统及专用的扩展功能, 可进 行盘区、 井底车场、 巷道和井筒的详细设计。在长壁 开采设计中, 图形彼此间有许多被设计图样, 设计人 员能够用 CAD工具进行组装和分片切割形成一个 仍具完整属性的矿井设计。地下矿井设计可进行房 式、 柱式、 长壁式, 开采设计进行储量计算及回采率 计算。露天矿井设计模块是 M inescape功能模块之 一, 它提供一个有效的露天矿井开采设计工具, 它可 进行索斗铲剥离开采、 堆存设计、 坡路设计、 运输道 路设计、 独立开采的台阶并采设计, 可产生各种需要 的结果和报告如开采设计图、 测量布置指令、 资源和 岩土体积。 地面改造是 M inescape的一个功能模块, 它用 于进行开采后的矿山地面改造优化设计, 由于矿山 开采后最终形成的地面要满足环保与各方面的标准 和要求, 同时, 要对井工开采的矿井进行地表沉降预 测。生产进度计划模型, 用于辅助生产进度计划的 编制, M inescape提供这种工具, 能够解决复杂的计 划问题。 Data m ine主要是对矿山开采提供软件技术支 持。该软件能够应用于矿山开采的各个方面, 如在 地质、 勘探、 资源估计、 储量计算、 地下采矿和露天采 矿设计和开采计划的编制等方面, 同时也充分考虑 到复垦等方面的应用 [ 3]。它形成了一整套三维立 体的和块体的建模工具, 可将土建工程设计、 三维模 型建立、 工程数据库构建等完全图形化, 并解决复杂 工程中境界优化的施工管理。它提供了与其他数据 库和相关软件接口的功能, 使该系统的数据可与其 他数据库管理系统和相关软件相互查询和编辑, 能 够实现各种工程和矿体的三维立体显示和成图。该 软件功能完善稳定, 自动化钻孔数据检查、 真三维的 绘图系统、 交互式样品组合、 最优块分割技术、 旋转 模型、 估值椭球体、 可变边坡角、 交互式的运输道路 设计、 交互式动态采矿进度计划、 自动配矿、 可发布 的可视化三维浏览器、 位图贴图、 多种功能的线条编 辑工具、 数字化绘图、 可采矿量和进度计划优化等诸 多功能, 足以满足各类用户和矿山的需求。能够快 速完成对矿体或任意形状物体的三维实体建模, 再 复杂的巷道和矿体都可以通过该软件不同的功能组 合建立准确的模型。灵活易用, 在建模过程中所有 的初始文件、 中间文件及最终的结果文件都是基于 关系数据库建立的, 用户可以直接运用关系数据库 的规则进行编辑或修改。软件还专门提供了进行地 质测量、 地下采矿设计、 露天采矿设计及绘图的相关 工具, 可很方便完成工作中的设计和绘图任务。扩 展性强, 软件提供了宏语言和类似 C语言的命令语 言, 用户可以利用这些语言编制符合自己工作习惯 和特殊要求的工作流程, 更快更方便地完成设计和 制图工作。作为一套全面的集成软件系统, 它具有 先进、 全面、 高效、 易于掌握等特点, 极大地改进了测 量工程师、 采矿工程师、 地质工程师和高级管理人员 之间的技术信息交流, 使企业生产的各个环节在高 效的管理控制之下, 从而获取最大的经济效益。 M inesight软件广泛应用于资源估算、 矿山计 划、 生产的各个阶段乃至矿山闭坑后的复垦设计的 整个矿山循环过程中。作为一套完整而且全面的软 件系统, 它极大的改进了从测量工程师、 地质工程 师、 采矿工程师到生产管理过程中的技术信息交流。 其应用领域包括 勘探和地质模型、 露天和地下采矿 设计、 矿山工程测量、 生产计划和开采进度计划、 尾 矿库和复垦设计 [ 4]。M inesight软件具有强大的三 维图形绘制功能。三维图形的绘制可由导入的测量 点、 导入的各种多段线生成; 也可使用系统提供的各 种绘图工具, 在三维视图中直接绘制; 可使用系统提 供的布尔运算功能, 对线、 面、 体进行交集、 差集、 并 集运算, 得到预期的三维模型。另外, 用户可以使用 Python语言对其进行一些二次开发。Python语言简 单易学, 网上有许多可用的开源代码, 并且可以和其 它的软件系统进行整合。 Surpac软件系统采用模块化集成, 可以应用 于地质勘探、 测量、 采矿设计及土地覆垦等。 Surpac 88 甘 肃 冶 金 第 32卷 以其独创的数据库技术、 功能强大的三维可视化图 形工具、 最新的网络技术以及基于 JAVA的图形用 户界面等特点服务于资源开发项目的每一个环节。 矿山是 Surpac的主要研究领域, 与其它矿山工程软 件相比,Surpac优点之一就是面向矿山的三维可视 化。Surpac中的三维可视化模块 3D Graphic Sys - te m 是利用计算机图形图象技术和方法对大量数据 进行处理, 并用图形图像格式具体、 形象地将数据处 理过程和结果进行可视化显示, 为用户提供直观的 结果。二维可视化存在表达信息不充分、 缺乏直观 感等缺点, 只有三维可视化才可为人类提供真正意 义上的可视化, 并真正减轻人类的认知负担。矿山 是三维空间中典型的生产、 活动过程, 在应用计算机 辅助实施矿山生产规划、 管理时, 充分利用三维可视 化空间信息与分析模型, 具有重要的意义, 将 Surpac 的三维可视化技术应用于露天煤矿中, 既可对煤层 赋存状态、 空间特性进行有效的显示, 又能使露天矿 动态作业过程得以形象直观的展示, 为矿山工程技 术人员提供良好的技术支持。 3采矿效益的最优化 这些采矿软件系统将矿山地质、 测量、 生产计划 等内容综合成一体, 并在露天采矿中开始使用, 以三 维可视化模型为基础的分析系统, 能反映更多的地 质情况, 进行综合深入地分析, 为设计、 生产、 决策、 管理提供数据资料和工程图纸, 取得了显著的效果。 以采矿软件为核心的计算机辅助设计是当今工程界 普遍关注的技术领域之一, 国内外采矿界对此已展 开广泛研究。上世纪 80年代以来。我国对露天矿 采剥计划和辅助设计软件也进行了开发和研究, 有 些软件历经数代更新, 在实际应用中逐步完善, 取得 了很大的成绩, 但距离世界先进水平还有很大的差 距。如何利用这些先进技术来达到采矿效益的最优 化, 是我们需要探索的。 首先, 要以自主研发为主, 研发人员要增强知识 产权意识。以计算机为辅助, 增大计算机技术在采 矿中的深入应用。计算机技术己成为矿山企业生产 管理与生产经营科学化和现代化的重要标志之一, 可极大地提高矿山生产的经济效益和管理水平。并 推动采矿科学技术的发展。信息技术及计算机硬件 和软件技术的高速发展, 为采矿领域的计算机应用 提供了有利条件和契机。开发高效、 适用的面向矿 山生产的大型系统化集成软件已成为可能和急需。 重视基础研究, 重视软件开发人才的培训和储备, 避 免造成人才断层。 其次, 密切矿山企业与高等学校及研究院所合 作开发软件。目前, 矿山企业与高等学校即研究院 所的合作还不够密切, 两者还存在着利益上的纷争。 除了经济因素外, 其中主要原因是矿山企业难以留 住高水平的软件开发和管理人员。矿业软件开发的 高投入、 长期性和人才流失严重使矿山领导对自主 开发失去信心和耐心。许多企业着迷于国外软件的 三维可视化功能, 对国外软件在语言、 设计思想、 图 纸表达习惯等与中国的区别不予重视。实践证明, 应用效果并不理想, 应该说对于设计研究单位引进 高水平的软件进行消化吸收是很好的, 可惜目前很 少有单位进行二次开发, 除了给领导演示汇报外, 这 些软件要真正用于矿山生产实际还有一定的距离。 同时, 昂贵的软件价格及售后服务使大部分中小矿 山企业望而却步, 而正是这些中小矿山, 迫切需要利 用 CAD技术提高采矿生产效率和资源利用率。作 为矿业大国, 没有自己的采矿 CAD 软件是一种悲 哀, 因此, 应加强矿山企业与高等学校及研究院所的 合作。 最后, 应该向可视化集成采矿 CAD系统发展。 可视化系统集成开采辅助设计 MCAD技术为一体 的综合软件系统, 它是以矿床开采资源信息和工程 信息数据高度共享为核心, 以矿床模型为基础, 采用 可视化、 集成化技术和方法, 实现采矿生产、 设计各 阶段信息集成和可视化辅助设计。集成化技术指的 是如何使系统具有集成性的技术, 任何一个工程设 计, 在不同阶段和不同专业之间存在大量的信息传 递和数据转化, 集成化的目的是用计算机代替人工 进行数据转化和信息传递工作, 将不同的软件按照 不同的阶段和不同的用途有机地结合起来, 从而使 软件系统更具开放性、 可扩展性和接口一致性。目 前许多采矿 CAD软件都基于一般意义的 CAD概 念, 即以图形支撑软件为基础, 由设计人员准备数据 或分析和计算后, 进行图形显示或交互式绘图, 这实 际上是设计人员的思想用图形表达而己, 是通常意 义上的计算机辅助设计, 而不是可视化计算机辅助 设计。可视化集成采矿 CAD系统是实现采矿自动 设计的最佳途径, 作者认为数据库技术、 可视化技 术、 矿床实体模型、 开采辅助设计技术四者的集成是 本领域发展的方向。 4结语 采矿工程是一个十分复杂的系统工程, 涉及许 多不同的专业领域。因此, 不可能期望一个采矿 CAD软件可以解决矿山设计或生产管理的全部间 题。 但是, 随着计算机应用以及采矿设计软件的普 下转第 96页 89第 5期 魏长长 浅析采矿软件系统在露天采矿中的应用 图 2竹林坡金矿地质示意图 号金矿 化 体 分布于 4线 - 3线之间。地 表由 TC0 -2一个探槽工程控制, 产于粉砂质板岩中 的断裂带中, 断裂带内为石英脉和蚀变岩充填, 金矿 化明显受断裂破碎带控制, 呈脉状。产状 倾向 105b , 倾角 70b , 长 120 m, 厚度 1 . 00 1. 50 m, 平均 水平厚度 1 . 20 m, Au品位 1 . 03 10 -6。 4 . 2矿石质量 矿 化 体矿石结构构造, 它们呈自形、 半自形 晶结构, 浸染状、 细脉状、 团块状、 条带状、 角砾状构 造。矿物以黄铁矿为主, 含少量磁黄铁矿, 偶见方 铅矿、 闪锌矿、 毒砂等。地表矿石类型主要为氧化矿 石。 5矿床成因及找矿标志 5 . 1矿床成因 矿区位于礼坝金矿床的东部, 属于同一成矿带, 以中泥盆统舒家坝群为容矿围岩, 并发育一套中低 温热液蚀变, 矿床成因类型应属于微细浸染型。 5 . 2找矿标志 成矿作用严格受断裂控制, 北西、 北西西向断 裂破碎带是主要的找矿标志, 北西向褶皱, 特别是背 斜转折端的劈理带、 片理化带也是该地区重要的找 矿标志。 石英 绿泥石 绢云母斑点是矿化带的标 志。 黄铁矿 石英 褐铁矿斑点是矿体标志。 6结语 竹林坡矿体受近东西向断裂控制, 断裂带有多 期活动特点。矿体呈不规则的脉状, 矿区的深部有 进一步找矿远景, 具有较好的找矿前景。 今后对该矿床应加强成矿规律的研究, 矿体的 延深未控制, 产状有待进一步查证。建议以 、 号 矿体为主要对象, 进行加密勘查; 应投入一定的物化 探工作, 加强对 、 号矿体的深部找矿工作。 收稿日期 2009 -11-20 作者简介 张朋定 1973-, 男, 地矿工程师。长期从事矿产地质勘查 工作。 上接第 89页 及, 采矿 CAD软件将逐渐应用于矿山设计和管理的 各个阶段 勘探、 测量、 设计和管理 。可以预测, 在 不久的将来, 设计部门向矿山移交的也许不仅仅是 图纸和文字资料而很可能同时提供一个包括地质资 料数据库、 矿体三维模型和应用程序的软件, 矿山经 营者则可以在这个 CAD软件基础上更新数据、 改进 设计、 编制生产计划并进行经济效益试算。 参考文献 [ 1] 姜谙男, 孙豁然, 郑建明. 基于 3DMAX 的露天采矿工 艺 MCA I软件的开发 [ J]. 中国钼业, 2002 2. 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