基于MineSight Atlas的地下礦山三維采掘進度計劃編制

劉永旭

(貴州開磷集團股份有限公司， 貴州 貴陽 550081)

基于MineSight Atlas的地下礦山三維采掘進度計劃編制

劉永旭

(貴州開磷集團股份有限公司， 貴州 貴陽 550081)

采掘進度計劃對礦山建設和均衡生產具有指導作用，其編制目的是進一步落實礦山生產能力，以保證生產者對生產過程中礦石數量、礦石質量、開采技術、經濟效益、生產效率、礦產資源合理利用等的總體要求。隨著數字礦山的發展，貴州開磷地下礦山應用MineSight Atlas軟件，編制適應于國內地下礦山管理模式的三維采掘進度計劃取得了良好效果，為礦山生產計劃編制提供了新方法。

MineSight Atlas；地下礦山；采掘進度；計劃編制

地下礦山采掘進度計劃是指導礦山合理開發，均衡生產的重要環節，是具體組織生產、管理生產的重要依據[1-2]。隨著計算機模擬技術及三維可視化技術的發展，在三維可視化環境下進行生產計劃編制,已成為目前國際國內礦山的發展趨勢[3]。

地下礦山采掘生產系統工藝流程多，作業場所的動態性和生產單元間的時空性等制約性強，致使地下礦山采掘進度計劃編制更加具有復雜性與難度性。隨著計算機存儲、管理、計算、分析數據的速度和規模隨之提高，尤其是計算機圖形學以及三維可視化技術的迅速發展，為生產計劃的三維可視化編制提供了一個很好的環境[4]。在三維環境下編制的采掘計劃，一方面可以直觀地展示出地下采掘工程在空間上的分布，另一方面，三維地質塊段模型為塊段地質屬性，如品位、巖性、礦段等提供了空間分布狀態。當礦山設計、生產計劃、進度計劃、設備應用、勞動組織等參數發生變化時，利用三維采掘計劃，管理人員可以全面細致地分析客觀情況，合理組織采掘工程，以保證生產效率最大化[5]。

1 MSAtlas采掘進度計劃基本原理

地下礦山采掘進度計劃編制國內外常用的編制方法為L-G圖論法、動態規劃法、整體線性規劃法等。MSAtlas礦業軟件功能模塊應用最大流最小割原理對地下礦山采掘計劃進行編制，確保了采掘計劃的數學嚴謹性。其核心思想是依據井下工程在時間和空間上的先后順序及依賴關系，對工程進行約束，以保證各工程具有合理科學的開采順序。并綜合應用人工智能、優化法和模擬法有效地解決礦山生產計劃的優化編制問題。

1.1 創建數字礦山數據庫

MineSight可以利用不同的數據形式實現地質、安全、技術信息的存儲和管理，數據庫的數據來源主要為勘探數據和生產刻槽數據。運用勘探模塊可以對礦山的數據進行編錄與分析，形成用于礦山技術管理的數據庫。

1.2 創建礦山三維實體模型

實體模型用于描述三維空間之內物體的幾何塊狀，實體模型建立在數字礦山數據之上。礦山的巖層、礦體、井巷、采場分布等信息均以二維的輪廓線存儲于礦山的平剖面圖紙之中，利用輪廓線重構出復雜的三維實體模型。

1.3 創建數字礦山地表模型

地表模型可以把目前地形圖內的所有地表測量數據導入軟件之中，根據實際修改，建立符合現場實際的DTM三維地表模型。

1.4 創建數字礦山塊段模型

塊段模型是可視化計劃編制的基本計算模型，根據八叉樹法將三維體的空間幾何模型按照一定的尺寸劃分為眾多的立方體網格，采用網格模型與實體模型邊界套合的方法，并基于變塊技術使得實體邊界處的網格的大小自動進行細分，以確保劃分網格后的模型能夠真實的反映巖體的幾何形態。單元塊內存儲各種地質屬性，包括品位、巖性、密度等，地質塊段模型中單元塊的品位信息通常使用地質統計學方法進行插值。

2 MSAtlas采掘進度計劃特性及優點

(1) MSAtlas以一種容易操作使用的人機交互界面囊括了生產計劃內的各項作業活動、設備資源的配置以及甘特圖，并與MS3D、MSReserve 和 MSHaulage集成在一起方便用戶使用和編輯，根據需要快速生成多方案的采掘計劃，從多方案的采掘計劃中尋求最優。

(2) MSAtlas軟件提供了開放式的Python和C語言錄入平臺，能以易學易用的計算機語言將用戶需要實現的目標錄入MSAtlas軟件模塊之中，并利用MSAtlas模塊實現快速、直觀的需求管理。

(3) MSAtlas與MSReserve、MSstope、MSPlanner等功能模塊交互合作，以地質模型、經濟模型為基礎，實現資源綜合評估、采掘供充平衡，并以經濟模型為基礎，進行凈現值分析、貼現分析、投資分析等方面的礦山經濟分析。

(4) MSAtlas在編制采掘計劃時，充分考慮了生產能力與勞動協調組織、設備調度效率等之間的關系，利用生產計劃甘特圖、設備調度甘特圖、人員組織甘特圖等進行相互驗證，確保三維采掘計劃的科學性、合理性、嚴謹性和可行性。

(5) 通過MSAtlas，可以快速生成作業能力報表、設備調度報表、經濟成本報表、物料消耗報表、勞動效率報表等各類報表，用于礦山的生產技術管理、經濟成本管理、設備調度管理等。

(6) MSAtlas以acQuireTM完整性數據管理系統為基礎，為數據客戶、采礦計劃系統、GIS系統、會計等提供服務，并提供了改進其礦石控制技術和優化生產的機會；去除對第三方軟件如GIS和CAD計算機輔助設計程序的依賴，提高了生產技術管理的工效，從而降低了生產技術管理成本。

(7) MSAtlas可以快速生成excel表格，cad圖紙、mapgis圖件以及txt文本等各類報告、表格和圖紙，方便工程技術的使用和編輯，為礦山管理人員提供決策依據。

3 數據流程及采掘進度計劃編制

根據采掘計劃編制需求，結合貴州開磷礦業總公司地下礦山生產管理模式，建立如圖1所示的采掘進度計劃編制系統構架。

3.1 MineSight軟件平臺數據準備

3.1.1 原始資料收集和數字化

將各類用于生產技術管理的圖紙和報表轉換為MineSight軟件可識別應用的數字化資料，包括鉆孔模型需要的巖性文件、測斜文件、化驗文件、鉆孔文件，以及地表、礦體、巷道模型需要的地表地形圖、井下實測圖、勘探線剖面圖、地質平面圖等。

圖1 采掘進度計劃編制流程

3.1.2 基礎地質模型建模

地質模型主要分為表面模型和實體模型，表面模型主要包括地形、地表以及斷層等平面模型；實體模型主要包括礦體、巷道、礦房、采場、井下其他工程等。表面模型一般由若干點和線連成相鄰的三角面，形成一系列連續的光滑面。實體模型由一系列在線上的點鏈接成三角網，再由一系列相鄰的三角網形成閉合的實體。實體模型按照實際的規則和尺寸進行分割形成用于生產的礦塊模型。

3.1.3 構建地質塊段模型

地質塊段模型是三維可視化采掘進度計劃編制的基礎模型。MineSight軟件利用地質統計學的方法，采取網格模型與實體模型邊界套合的方式，通過計算機模擬估值計算后，將品位、巖性、比重賦入單元塊中形成塊段模型文件(15號文件), MineSight軟件根據不同的礦床類型，提供了多樣的地質統計方法，包括變異函數法、距離平方反比法、克里克統計法、多邊形法、體積法等，以確保估值結果真實可靠。

3.2 MSAtlas屬性配置和采掘進度計劃編制

3.2.1 數據準備

在 MSAtlas中進行三維采掘進度計劃編制 ，需要準備的數據如下：

(1) 地質塊模型(15號文件)：包含了礦體編號、品位、比重、單元塊位于地表以下的體積百分比和礦體占單元塊的體積百分比等屬性，它是統計礦石量、工程量的基礎。

(2) 巷道模型：根據生產進度計劃，用于統計工程量和作業時間信息。

(3) 礦體模型：用于計算生產進度計劃中的礦量及品位信息。

3.2.2 新建MSAtlas采掘進度計劃

新建MSAtlas工程項目(MSAtlas Project)，選擇項目創建方式、選擇鏈接的模板、命名項目名稱等，設置統計礦量、工程量時用到的約束條件，包括項目控制文件(MineSight 軟件中的 10#文件)、15#文件、比重、礦體百分比、邊界品位、采礦回采率等，以便于后續MSAtlas統計礦量及工程量。

3.2.3 項目屬性配置

MSAtlas Configuration 用于設置與生產計劃相關的技術經濟指標及其它約束條件，主要由以下8個部分構成：

(1) 基本設置：設置項目的基本屬性、物料的體積松散系數、數據的顯示格式、與項目相關的塊模型水平等。

(2) 計劃周期：根據礦山生產的需要，設置生產計劃的起始時間，計劃的時間周期，如年、月、周等。

(3) 生產屬性：該窗口提供開放式的Python和C語言錄入平臺，用戶可以根據需要，自定義寫入各類用于生產技術管理的技術指標、經濟指標、以及需要統計管理的礦山信息，并建立各類生產、技術、經濟等指標的邏輯關系。如設置井巷工程斷面信息及井巷工程進尺邏輯關系等。

(4) 作業類型：設置各作業活動的作業效率及其度量單位、是否顯示與之關聯的作業對象、是否參與儲量計算、是否與目的地有關聯、作業對象以何種方式顯示、選擇在甘特圖可見的工程屬性，以及動畫播放的約束條件等。

(5) 生產工藝：根據礦山生產工藝，將同一作業循環中的作業類型按一定的邏輯順序組合在一起，并在它們之間建立起聯系。如“采場回采”集合，按順序依次為：采場鑿巖→采場裝藥→采場爆破→采場出礦，各工藝對象的順序不可隨意更改，見圖2。

圖2“采場回采”集合設置

(6) 運輸路線：設置不同種類、品位、區域礦石和廢石的運輸路徑和卸載地點，參與運輸設備的數量等信息。

(7) 勞動組織：設置礦山工作制度和交接班時間；根據礦山的生產實際，設置計劃周期內的國家法定節假日、設備保養時間、礦山檢查時間等非工作時間。

(8) 設備資源：設置執行作業活動的設備的相關指標，包括設備數量、設備完好率、設備利用率、設備效率和設備的檢修時間等；考慮礦山的生產實際，同一個采礦設備，其生產能力會隨著作業地點的不同而發生變動，因此，安排生產計劃時，尤其是短期計劃，需要根據實際情況分別設置設備的生產能力。

3.2.4 導入作業對象

項目屬性配置好之后，在MSAtlas界面，選擇作業類型，然后在MS3D視圖中依次導入作業對象。作業對象導入之后，基于井巷工程掘進和采場回采的單位生產能力，MSAtlas 會自動計算該作業對象需要的工作時間，并以甘特圖的形式反映出來，見圖3。

圖3生產計劃甘特圖

作業對象導入MSAtlas之后，可在甘特圖中查看編輯、計劃進度，通過動畫播放器模擬采礦和掘進活動以檢查計劃的合理性之外，還可通過MSAtlas將計劃的礦量、工程量以圖表形式直觀、形象地呈現出來，便于礦山技術人員及時優化、調整計劃，進而優化礦山工程設計和布局，以更好地指導生產。

3.2.5 生成報表和圖件

工程技術人員可以根據生產管理需要設置篩選參數，出具需要的采掘進度計劃表格和圖件，圖表信息包括生產日期、礦石量、廢石量、品位、作業地點、巷道進尺、巷道類型，方量、裝藥長度、裝藥量、鉆孔總長度等各類人員、設備、技術和經濟信息，并可以按照日、月、年進行各類數據的統計。采掘進度計劃可直接輸出為CAD圖件和Excel表格文件，用于生產指導，為生產技術管理提供決策依據。

4 系統應用結論

將MSAtlas用于貴州開磷礦業總公司的生產管理工程中，編制三維采掘進度計劃。相對于傳統的在CAD圖件和Excel表格中編制的采掘進度計劃，突顯出如下的優勢：

(1) 系統提供了一個智能化、可視化的地下礦山采掘進度計劃編制平臺，可適時反映地下礦山生產及采場變化的情況，使礦山管理和設計工作變得直觀、快捷和方便。

(2) 系統可以根據不同的生產要求，快速生成不同的采掘進度計劃，可以在開放式的Python和C語言錄入平臺中，輸入影響礦山生產的各類地質、人員、設備等參數后自動生成生產工藝方案、形成技術經濟指標。通過對比不同采掘進度計劃的經濟技術指標，選擇適合礦山當前生產的最佳采掘進度計劃，為生產管理決策提供依據。

(3) 系統代替采礦設計人員完成在計劃編制過程中繁雜、重復性較強的數據計算、圖形繪制工作，大大提高了設計效率。

(4) 應用MineSight Atlas軟件成功編制適應于國內地下礦山管理模式的三維采掘進度計劃，為礦山生產計劃編制提供新方法，提高礦山生產效率，同時也為國內其它礦山編制三維采掘進度計劃提供了新思路，新選擇。

(5) 三維可視化采掘進度計劃與地質模型的成功應用，為礦業走向更深層次的可視化、智能化、無人化開采奠定了技術基礎。

[1]馮超東,曹 亮.基于基于SURPAC的露天礦三維采掘進度計劃編制系統[J].金屬礦山,2008 (12)：139-141.

[2]宋文龍，梁乃躍.應用3DMine軟件進行露天礦采掘進度計劃編制[J].中國礦業，2012(8)：374-377.

[3]易麗平，王李管，肖英才．基于DIMINE軟件的露天采剝計劃編制技術[J].礦業工程研究，2008,25(4)：6-9.

[4]荊永濱.地下礦山生產計劃三維可視化編制技術研究[D].長沙：中南大學，2007.

[5]董衛軍．礦山生產計劃智能決策計算機系統[J].金屬礦山，2002(3)：10-12,16．

2017-07-24)