MineSight軟件在礦山道路設計中的應用

李小軍

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

MineSight軟件在礦山道路設計中的應用

李小軍

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

目前國內常見的道路輔助設計軟件主要有：緯地三維道路設計系統，路線大師，EICAD，海地等等，這些軟件在專業的道路設計中，表現出了強大的設計能力、作業效率和實用性。然而德興銅礦多年來已經有一套使用比較成熟的采礦軟件MineSight 3D設計軟件，主要用來中、遠期的采礦規劃、品位控制和礦山道路設計等，道路設計環節在整個采礦設計里相對較少，且基本上都是相對簡單的固定坑線和出入溝道路，為此而使用專業的道路設計軟件的必要性不大，德興銅礦運用了MineSight 3D軟件中的部分模塊功能，實現了采礦工程中的道路設計，包括相對復雜的有挖、填工程的山體道路設計。

德興銅礦；富家塢采區；MineSight軟件；三維可視化；道路設計；挖、填方量平衡。

1 引言

從20世紀90年代開始，國外出現了以三維模型為代表的礦用軟件，涉及到地質資料處理、礦床建模、開采設計等各個方面［1］，自1999年首屆“國際數字地球”大會上提出“數字礦山”（Digital Mine）概念以來，數字礦山科學研究與技術攻關已悄然興起［2］，因此，礦山道路的三維數字化建模可視化設計，是礦山設計的發展趨勢。

傳統的道路設計大多是基于二維圖紙的，如各種縱剖面圖、水平斷面圖等。礦山道路具有不同于普通城市道路的獨特性和復雜性，礦山道路多修筑在原始山體側方，設計圖紙橫斷面圖要求密集。礦山道路路線可選擇性較少，需考慮到運輸路線的距離、合理的挖填方量及縱向坡度等直接影響礦山生產運營成本的因素。在傳統的方法上，往往是使用手工繪圖的形式或CAD等制圖軟件制作的施工圖，只不過這些數據很大程度上局限于二維圖形，而且圖形也不是很直觀。“當前CAD軟件大多是對均勻材質的實體和相對規則的三維實體進行建模，對于礦山這樣復雜、多樣的實體，根本無法表達和操作”［3］。這種二維形式的圖形在信息上的表達往往是不夠的，可能“只有少數專業人員可以快速清晰的了解，這些缺陷將嚴重制約礦山現代化發展并成為制約企業發展的瓶頸”［4］。

詳細闡述了德興銅礦運用MineSight軟件三維數字化建立模型的可視化設計礦山道路的成功案例。

2 軟件介紹

德興銅礦的許多工程師目前仍在使用MineSight作為主要采礦設計軟件。MineSight 3D設計軟件是由美國敏泰克公司（Mintec, Inc.）開發研制，主要應用于礦山規劃與建模，敏泰克公司于1970年成立，總部設在美國亞利桑那州圖森市，敏泰克公司是全世界都非常著名的礦業軟件公司。該公司的軟件產品已經在世界各地都有發行銷售和應用，能夠為地質勘探與建模、采礦設計、道路設計提供了解決方案。“廣泛應用于資源估算、礦山計劃和采礦生產的各個階段乃至礦山閉坑后復墾設計的整個礦山循環過程中。作為一套完整而且全面的軟件系統，改進了從測量、地質、采礦設計到生產管理過程中的技術信息交流。MineSight軟件系統功能十分豐富，具有良好的用戶界面和強大的3D圖形處理，系統與其他的軟件（如Datamine、Surpac等）都有接口。在數據處理上，采用ODBC、Text、DXF等多種格式進行轉換，兼容性極好”［5］。

MineSight 3D設計軟件支持Windows9X/XP/Win7等主流操作系統，主要包括以下幾個組成部分：

MineSight3-D（MS3D）：主要用來建立礦山的各種三維模型，進行生產設計。

MineSight Compass（MS Compass）：其中包含了眾多的可執行程序，可以完成鉆孔數據的導入導出、數據的統計分析、品位估值、計劃編制、境界優化等工作。

MineSight Data Analyst（MSDA）：主要對數據進行各種統計分析，輸出統計圖表。

其中MineSight 3D（MS3D）部分主要功能包括：公路路線設計、三維數字地面模型應用、公路全三維建模（3DRoad）等適用于城市、礦山道路的幾何設計。MineSight 3D（MS3D）部分利用實時拖動技術，使用戶直接在計算機上動態交互式完成公路路線的平（縱、橫）設計、繪圖。在道路設計方面，系統有獨特的曲線設計方法、起終點智能化接線和靈活批量的連接部處理等功能。MineSight 3D設計軟件不僅支持基于測量的外業數據路徑設計，還可以使用三維電子地形圖，建立三維模型的縱向、橫向和直接獲取地面線準確的數據，然后進行平向、縱向和橫向的系統設計，縮短設計周期時間。

3 軟件應用

基于軟件本身能建立實體3D模型的可視化設計功能，在礦山道路設計中，避免設計師們因反復修改路線而節省了大量時間，大幅度地減少了設計師的工作量。

中國恩菲有色工程設計研究總院（簡稱恩菲ENFI）在2003年做了德興銅礦富家塢采區陡幫開采設計，排土場最低出口設計標高在230m臺階，而設計圖紙沒有明確該排土場出口位置，且采區實際地形地貌的230臺階并不適宜作為排土場出口。為解決德興銅礦富家塢下部（230m臺階以下）采區的廢石運輸問題，降低剝離運輸成本，德興銅礦啟用了170～265m運巖公路。該運巖公路運用MineSight軟件設計。

圖1 道路平面圖

根據富家塢采區的原始地形，封閉圈標高為170m，并結合ENFI設計院的開采設計和科學合理的采礦方法，將運巖公路起始標高定在170m，考慮到公路平均坡度因素及合理運輸距離，公路終端標高設計為265m。公路路基設計寬度為35m，路面最小凈寬度設計為28m（雙車道）。公路全長1500m，平均縱坡坡度設計為6.3%。

“公路最小轉彎半徑設計為250m；當相鄰路段坡度代數差大于2%時，需要設置圓形豎曲線， 其最小半徑設計為700m；設計平曲線超高橫坡4%。為保障電動輪汽車的運行安全性，設計限制坡長350m， 緩和坡段長為70m左右，緩坡坡度設計為3%”［6］。道路路基挖方設計∶邊坡值1∶0.5，每10m高留3m安全平臺。道路填方區域的邊坡自然安息角設計為38°。道路平面圖如圖1。

3.1 繪制公路的挖、填模型的橫截面圖

因本段道路未做工勘，參數選取時參考了地質條件相似的銅廠新修的運巖道路參數，銅廠采區運巖道路2m碎落臺，因實際巖性松軟，部分邊坡因風化、雨水作用，有垮塌跡象，故設計碎落平臺寬度為3m，臺階高度10m。其挖、填參數設計如圖2、

圖2 挖方參數

圖3 填方參數

MineSight軟件在畫圖過程中的操作、控制指令偏少，建議使用Auto CAD軟件先繪制好挖、填剖面圖，保存為DXF格式，通過MineSight軟件的導入功能導入圖型，比直接在MineSight軟件中繪制圖型效率要高。

3.2 生成公路所需挖、填量“盒子”

點擊軟件的命令欄，Tools-Template Editor，調出對齊工具，如圖4所示，然后選擇道路的一條邊，然后點菜單surface-create solid-attach template along polyline...，點select user template，再分別點選挖、填模型橫截面線，最后點“apply”，生成公路所需要的挖方量和填方量“盒子”，效果如圖5、圖6。

圖4 對齊工具

圖5 挖方“盒子”

圖6 填方“盒子”

3.3 生成公路所需挖、填方量

點擊軟件的命令欄，Surface-Generate Partials，彈出來的界面選項點Between surfaces，在Start Surface的空欄里選擇原始地形實休，End Surface空欄里選擇已經生成好的“盒子”實體，Apply，分別用兩個“盒子”與原始地形相交，軟件通過布爾運算，自動得出相交、后的實體形狀及方量，如圖7、圖8。計算結果為道路總挖方：86.7萬m3，折合230萬t；總填方109萬m3，折合196萬t。

圖7 挖方量實體圖

圖8 填方量實體圖

表1是按分段線段找出公路中心線的坐標點，其中X、Y、H分別為道路的經度、緯度和高程。在得出公路中心線的坐標點后，最終由測量人員來檢測整條公路是否施工符合設計要求。

表1 道路中心線的坐標點

4 結束語

礦山設計三維實體模型是“數字礦山”的基礎和核心，三維可視化設計對礦山生產具有非常巨大的意義。隨著計算機技術的發展，三維可視化設計軟件在礦山設計中再顯身手。但是MineSight軟件的主要應用在礦山最終境界優化及勘探、地質建模、采礦計劃、采礦設計、儲量和品位估算方面，對于道路設計的功能，在精確制圖及圖型細節修改操作上，給出的控制指令相對太少，功能較弱，感覺不盡人意，在軟件操作上及快捷鍵設置等方面，軟件有自己獨立的方案，與一些大眾軟件的操作有較大差異，對不熟練MineSight軟件操作的普通設計人員，用起來不易上手。

總的來說，運用MineSight 3D可視化設計軟件，基本上能對礦山大部分的常用道路設計給出解決方案。德興銅礦銅廠采區的南山運巖公路、富家塢馬形山下方的運礦公路均采用了MineSight 3D軟件可視化設計。在三維實體模型的基礎上，通過剖切生成的指定位置的道路截面圖，很容易把道路的工程特征顯示出來，可以讓施工人員清楚地了解道路的各個細節，節省施工費用和提高道路施工質量。

［1］羅周全, 劉曉明, 蘇家紅， 等. 基于Surpace的礦床三維模型構建[J].金屬礦山, 2006(4):33-35.

［2］吳立新. 數字地球、數字中國與數字礦區[J]. 礦山測量, 2000 (1):6-9.

［3］房智恒, 王李管, 何遠富, 等. 基于DIMINE軟件的采礦方法真三維設計研究與實現[J]. 金屬礦山, 2008(6):129-131.

［4］章林, 李家泉, 代碧波, 等. 三維實體建模技術在露天礦設計中的應用[C]//2008年全國采礦技術高峰論壇論文集. 南寧: 中國金屬學會, 中國礦業雜志社聯合主辦, 2008:22-25.

［5］辛利民. MineSight軟件在礦山地質工作中的應用[J]. 采礦技術, 2011(6):116-118.

［6］李坊文. 富家塢礦區170-265運巖道路優化與施工[J]. 銅業工程, 2011(5):14-16.

Application of MineSight Software in Mine Road Design

LI Xiao-jun
（Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation, Dexing, Jiangxi 334224, China）

At present, the domestic popular computer-aided road design softwares are: 3D road design system, Latitude Line Master, EICAD, Haiti and so on. The professional road design software shows a strong design ability, operation efficiency and practicability. At Dexing copper mine the MineSight 3D design software is applied maturely over the years, which is mainly used in medium and long term planning, quality control, mining road design and so on. Road designing is relatively less in the whole mining design, and is basically used in ordinary fixed pits and main access road which are not necessary to use the professional road design software. This paper expounds how to use the module functions of MineSight 3D design software to design various roads in mining engineering, including the relatively complex design of mountain digging and filling road design engineering.

Dexing Copper Mine；Fujiawu deposite；MineSight 3D design software；3D Visualization；road design；volume balance of digging & filling

U41

A

1009-3842（2015）01-0044-04

2014-11-06

李小軍（1978-），男，湖南永州人，大學本科，采礦工程師，從事露天礦山的現場管理和生產調度。E-mail: 26620701@qq.com