Micromine三維礦業(yè)軟件應用實例研究

賀明貴

（云南思茅山水銅業(yè)有限公司，云南 思茅 665000）

云南思茅山水銅業(yè)有限公司是由玉溪礦業(yè)有限公司、（香港）勵晶金屬有限公司、云南鼎泰投資有限公司和云南易門經(jīng)一工貿(mào)有限責任公司共同投資重組的一家中外合資公司，目前擁有大平掌銅礦采礦權(quán)和大平掌外圍銅多金屬普查、大凹子銅多金屬普查、景谷中合銅多金屬普查三個探礦權(quán)，是集探、采、選為一體，以銅、鋅為主的礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)。

2006年以前，大平掌銅礦的采礦設計采用傳統(tǒng)的手工制圖和借助于CAD等作圖軟件形成施工圖形，這些圖形大多局限于二維平面圖形，圖形不夠直觀，信息表達不夠充分，工程量大，需要的專業(yè)人數(shù)多，而且往往只有少數(shù)專業(yè)采礦人員才能夠快速清晰地理解。2009年2月份，玉溪礦業(yè)公司全面接管云南思茅山水銅業(yè)有限公司大平掌銅礦的生產(chǎn)經(jīng)營權(quán)以后，玉溪礦業(yè)公司礦山研究院引入MicroMine三維礦業(yè)軟件對大平掌銅多金屬礦床進行管理和開采。

MicroMine采用真三維采礦方法設計，生成三維采礦單體實體模型。在三維采礦單體模型的基礎之上，透過礦塊表面直接觀察內(nèi)部采剝工程布置方式和順序，進行任意剖面圖的剖切，觀察內(nèi)部構(gòu)造、局部信息，并自動生成用于生產(chǎn)的二維剖面圖，這種三維可視化方法的實現(xiàn)可以給設計人員提供大量、精確、直觀的圖形數(shù)據(jù)，從而降低設計人員的勞動強度，提高設計人員的工作效率。MicroMine可在三維實體模型的基礎上計算出采剝工程量、采剝比、礦石量、損失和貧化率、炸藥及爆破器材消耗量等一系列參數(shù)，這些資料為后期采剝計劃的編制和生產(chǎn)過程控制提供了可靠的依據(jù)。

利用Micromine三維礦業(yè)軟件對大平掌銅礦管理規(guī)范及流程具體分測、地、采三個部分，第一部分礦山工程測量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，第二部分礦山地質(zhì)模型的更新，第三部分露天礦山采礦設計。

1 工程概況

大平掌銅礦是一座以銅為主，并伴生鋅、金、銀，鐵等多種金屬元素的中大型露采礦山。采區(qū)出露地層主要為上泥盆統(tǒng)－下石炭統(tǒng)大凹子組（DCd）的第一段（DCd1）頂部和第二段（DCd2）。大凹子組第一段頂部為塊狀硫化物及放射蟲硅質(zhì)巖、硅質(zhì)凝灰?guī)r，是礦區(qū)v1礦體的產(chǎn)出層位，其下部被次火山巖流紋斑巖侵入，礦區(qū)V2礦體即產(chǎn)于流紋斑巖。大凹子組第二段出露于礦區(qū)中部，巖性為灰綠色英安巖。礦區(qū)總體為一北西走向的背斜構(gòu)造，由于受斷裂、斜長花崗斑巖及流紋斑巖侵入破壞，背斜形態(tài)不完整。采區(qū)出露斷層較多，但多為小斷層，對礦體影響不大。只有2-12線之間發(fā)育較好的縱段斷層和4-6線處發(fā)育橫斷層對V1礦體有一定影響，但錯距都不大只有20米。大平掌銅多金屬礦產(chǎn)于大凹子組凝灰?guī)r和流紋巖中，礦區(qū)圈出兩個礦體，兩者的地質(zhì)特征有明顯差異。V1礦體由塊狀硫化物礦石組成，呈不規(guī)則的透鏡狀或構(gòu)造塊體，分布在V2礦體及流紋巖之上，與下伏V2礦體不完全重疊，與頂板英安巖之間常見凝灰?guī)r，接觸面呈波狀。V2礦體由細脈狀和浸染狀礦石組成，產(chǎn)于流紋斑巖頂部流紋巖中，連續(xù)分布，中部厚邊部薄，餅狀透鏡狀。兩個礦體分布于19至20勘探線間，走向北西，向北東波狀緩傾斜，傾角10°－25°，局部大于35°。礦體總體長2000米，寬100－670米，埋深從地表到280米標高，礦體厚度2－50米。V1礦體主要由7個礦體構(gòu)成，V2礦體主要由4個礦體構(gòu)成。本研究中采礦設計的單體位于0-10線1095m標高以上的礦體。

2 三維可視化采礦模型建立

2.1 數(shù)據(jù)收集及準備工作

2.1.1 數(shù)據(jù)收集

設計前，主要應收集的資料有測量人員審定后提供最新的采場現(xiàn)狀圖；地質(zhì)人員審定后提供的0-10線范圍1095m以上各標高礦體位置及V1、V2礦體的礦量與品位。

2.1.2 準備工作

設計資料的準備工作是一個十分重要的過程，它是進行采礦單體設計的基礎，包括建立采剝工程實體模型和需要計算儲量部分的塊段模型，另外還要根據(jù)礦體的形態(tài)和圍巖的性質(zhì)確定出采礦方法和各個技術(shù)參數(shù)。根據(jù)礦體的實際情況，本設計范圍內(nèi)采用的采礦方法及開采方式為露天臺階式采礦。

2.2 地表模型的更新

地表模型是建立三維地質(zhì)實體模型的重要組成部分，建立好地表模型，可以在宏觀上對礦區(qū)所在位置在宏觀上有個完整的認識。

大平掌銅礦的地表模型一般每個月更新一次。根據(jù)測量人員提供的測量數(shù)據(jù)，在AutoCAD中連成地形線，然后導人Micromine軟件中進行高程賦值，把與上一個月地表重復的部分替代，再用創(chuàng)建DTM指令生成最新的數(shù)字地表模型（如圖1）。地表模型一般由若干地形線和散點生成，在Micromine中，系統(tǒng)根據(jù)每個點的坐標值，將所有點（線亦由散點組成）聯(lián)成若干相鄰的三角面，然后形成一個隨著地面起伏變化的單層模型。

圖1 更新后的地表模型

2.3 礦塊模型的更新

創(chuàng)建一個線框，把所有礦體包含于其中，用更新后的地質(zhì)模型與新創(chuàng)建的線框進行布爾運算（表面下的實體），再通過線框賦值即可得到新的礦塊模型（如圖2）。

圖2 更新后的礦塊模型

2.4 露天坑模型的建立

根據(jù)玉溪礦業(yè)礦山研究院提供的《大平掌礦露天開采境界優(yōu)化及露天開采設計》及礦體地質(zhì)特征和開采的經(jīng)濟技術(shù)條件確定本設計中主要設計參數(shù)為：（1）工作臺階高度10m；（2）工作平臺寬度12.5m；（3）安全清掃平臺寬度30m；（4）運輸線路寬度為15m，坡度為8%；（5）運輸公路的最小轉(zhuǎn)彎半徑為15m；（6）臺階坡面角75°。依據(jù)思茅山水銅業(yè)有限公司當期的生產(chǎn)經(jīng)營目標，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)設備的實際情況，確定當期生產(chǎn)露天坑的最小底寬，按照上述的參數(shù)設置，然后在三維圖形環(huán)境下生成露天坑模型（如圖3）。

圖3 露天坑模型

露天坑模型建立以后，通過布爾運算（表面上的實體）再用線框賦值即可得到露天坑內(nèi)當期計劃開采的礦體。

2.5 爆破設計

采礦設計中，爆破設計是十分重要的組成部分，三維可視化設計可以為爆破施工提供最直接的設計圖紙和技術(shù)文件，露天礦爆破設計主要分為礦巖爆破設計和圍巖爆破設計。鉆孔主要分淺孔、中深孔和深孔3類。爆破設計中需要的炮孔設計參數(shù)包括鉆機類型和爆破范圍、作業(yè)高度，最小孔底距，炸藥種類、裝藥方法，裝藥密度、炮孔間距和排距等，炮孔的布置形式主要有矩形布孔和菱形布孔2大類型。大平掌礦山主要布孔方式為菱形布孔。

根據(jù)礦山以往的經(jīng)驗和礦體地質(zhì)特征確定各爆破參數(shù)后，在Micromine三維軟件露天爆破設計中對各臺階進行布孔，計算裝藥量。

表1 某臺階爆破設計成果表

表2 某臺階經(jīng)濟技術(shù)指標表

2.6 設計結(jié)果輸出

設計結(jié)果包括各臺階圍巖量、礦石量、各種金屬的品位、剝采比、礦石的損失貧化、炸藥和爆破器材的消耗量等（如表1、表2）。

2.7 采剝計劃的編制

編制露天礦采剝計劃是當前采礦工程中不可或缺的環(huán)節(jié)。以Micromine三維礦業(yè)軟件為平臺,依據(jù)原始地質(zhì)資料建立礦山的礦體、地表模型,結(jié)合該礦當前生產(chǎn)的實際數(shù)據(jù),進行露采坑設計,并在此基礎上系統(tǒng)能夠?qū)Σ蓜冺樞蛴媱澴詣觾?yōu)化,同時在技術(shù)人員的參與下手工編制采剝計劃，運用三維可視化技術(shù)可得到較滿意的露天境界殼,并且有效的指導露天礦山分期開采或中長期采剝計劃的編制,為采剝生產(chǎn)計劃優(yōu)化工作提供了切實可行的新途徑,提高了礦山生產(chǎn)效率,達到迅速開展工作的目的。

Micromine三維礦業(yè)軟件，可以從時間上再現(xiàn)露天礦的過去、現(xiàn)在與將來。生產(chǎn)的過程是不斷改變?nèi)S實體現(xiàn)狀模型圖的過程，如果把每次采剝作業(yè)的實體臺賬進行保留，就可以查看過去任意時刻的采場狀態(tài)，同樣也可以將編好的計劃運用到模型中，三維表現(xiàn)每年的采出量及采出后的模型狀態(tài)。在計算方面不再采用各種幾何公式，而是依賴實體的布爾運算，從而更精確和更方便。

大平掌銅礦現(xiàn)所有的采剝作業(yè)都在山坡進行，因此快速準確的驗收計算成為首要的問題，引進Micromine以后，在實體模型的基礎上通過各種布爾運算，使驗收計量變得非常方便和準確，同時更直觀的反應了采剝狀態(tài)，為生產(chǎn)作業(yè)計劃提供了有利的保證。Micromine帶來了測量驗收與采剝計劃作業(yè)形式的變化，所有計算結(jié)果都是三維狀態(tài)下的三維實體，無論是速度和效果，都是原有基礎上一次質(zhì)的飛躍。比如在模型圖上編制十二五采剝計劃，可以直觀反映五年后的采場規(guī)劃圖和真實再現(xiàn)每年的變化效果，結(jié)果非常直觀。

2.8 剖面查看及圖紙輸出

建立在真三維模型基礎之上的采礦設計內(nèi)部工程任意方位察看，與傳統(tǒng)設計相比更加直觀化、形象化、真實化，對從本質(zhì)上了解各個采剝工程的空間結(jié)構(gòu)、采準順序，起到了不可替代的作用。根據(jù)真三維礦塊及內(nèi)部實體工程模型，截取任意位置、方向、比例的平面圖和剖面圖，與傳統(tǒng)圖紙進行成功轉(zhuǎn)化，形成平面圖，在此基礎上進行施工指導、生產(chǎn)進度計劃編制，為礦山的可行性研究和初步設計提供工具和優(yōu)化方案的選擇，同時為礦山的生產(chǎn)調(diào)度及其控制提供空間定位和基礎模型，并最終服務于整個生產(chǎn)過程。

3 Micromine露天境界優(yōu)化功能

確定最優(yōu)露天開采境界是露天礦設計的一個重要步驟，它的目標是實現(xiàn)礦山生產(chǎn)利潤最大化。傳統(tǒng)的人工境界優(yōu)化方法是通過逐漸增大境界尺寸來計算平均剝采比和境界剝采比，當境界剝采比等于經(jīng)濟合理剝采比且平均剝采比小于經(jīng)濟合理剝采比時，即認為該境界為最優(yōu)境界?？梢钥闯?，這種方法確定一個境界需要耗費大量的人力和時間，而且很難找到真正意義上的最優(yōu)境界。同時，最終境界的設計往往是在礦山投產(chǎn)前完成，而最終境界的形成是在礦山開采十幾年或幾十年后，并且由于技術(shù)進步和市場行情、礦山生產(chǎn)成本和產(chǎn)品銷售價格影響，礦山的開采壽命也相應地發(fā)生很大的變化，因此必須每隔幾年應用當時的經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)對最終境界進行重新優(yōu)化。隨著科學的發(fā)展和技術(shù)的進步，國內(nèi)外大中型露天礦已將邊坡與開采境界的優(yōu)化方法由過去的傳統(tǒng)手工方法變?yōu)榻柚嬎銠C的動態(tài)優(yōu)化方法，實現(xiàn)了三維可視化礦床模擬技術(shù)和露天境界優(yōu)化方法的結(jié)合，使這一問題得到了很好的解決。

大平掌銅礦露天境界優(yōu)化是委托玉溪礦業(yè)公司礦山研究院進行設計的，在當期的生產(chǎn)過程中還沒對原有境界進行再優(yōu)化。故本次工程實例只著重介紹了Micromine的露天開采設計及編制進度計劃功能。對于它的露天境界優(yōu)化功能及品味控制功能不再詳細介紹。

Micromine三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)以其先進的三維可視化技術(shù)建立大平掌銅礦露天礦山工程的三維可視化模型，另外還提供儲量計算、品位估值等功能，大平掌銅礦安排生產(chǎn)計劃、實時調(diào)度監(jiān)控等工作提供了一個新的技術(shù)支持。新技術(shù)的廣泛應用，不僅可提高礦山管理者、設計者的能力，而且還可節(jié)約資源，加速產(chǎn)業(yè)在國際市場的競爭力，促進國內(nèi)礦山產(chǎn)業(yè)更好與國際接軌。

Micromine三維礦業(yè)軟件在大平掌銅礦的運用，是大平掌銅礦走向“數(shù)字化礦山”標志。采礦設計三維實體模型是“數(shù)字礦山”的基礎，也是它的核心內(nèi)容之一。三維開采設計可視化對大平掌礦山的計劃編制和生產(chǎn)具有非常巨大的意義，同時。三維采礦設計建摸技術(shù)可以使礦山的管理、技術(shù)人員和工人能夠?qū)Σ捎玫牟傻V方法、采礦過程等獲得更加深入的認識和理解，并便于預先發(fā)現(xiàn)問題、制措施。同時，Micromine三維礦業(yè)軟件的引入，為大平掌銅礦實現(xiàn)數(shù)字化建設的目標奠定了堅實的基礎。

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