基于Vulcan三維軟件的采礦單體設(shè)計應(yīng)用

郝英杰

（1.山東黃金集團(tuán)有限公司深井開采實(shí)驗室，山東 萊州 261499；2.山東省深海深地金屬礦智能開采重點(diǎn)實(shí)驗室，山東 濟(jì)南 250014）

隨著傳統(tǒng)二維CAD制圖軟件在礦山地質(zhì)建模及采礦設(shè)計方面的弊端逐漸顯現(xiàn)，三維制圖軟件迅速發(fā)展并在國內(nèi)外地質(zhì)采礦方面廣泛應(yīng)用。通常三維軟件的應(yīng)用研究主要在三維地質(zhì)建模方面[1-4]，很少有人研究在采礦設(shè)計方面開展相關(guān)研究。事實(shí)上，與傳統(tǒng)的二維CAD軟件相比，三維軟件在采礦設(shè)計方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，其可以批量生成巷道，并能夠?qū)θS礦體進(jìn)行礦房分割，并對礦房進(jìn)行屬性賦值，使巷道及礦房信息顯示更加全面形象。因此，三維軟件具有在礦體圈定、工程設(shè)計方面可視化程度高、空間立體感強(qiáng)、操作方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)[5]。

1 概述

Vulcan三維軟件是由澳大利亞Maptek公司獨(dú)立開發(fā)，并在國內(nèi)由上海烜璞工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)推廣的一款集地質(zhì)、測量、采礦及甘特排產(chǎn)為一體的綜合性的礦山三維綜合性軟件，其在推廣以來受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和積極應(yīng)用。本文以膠東某金礦上向水平分層進(jìn)路充填采礦法為例，介紹利用Vulcan三維軟件進(jìn)行采礦單體設(shè)計的方法步驟及效果，主要流程如下：原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（包括地質(zhì)建模礦體、塊體模型、盤區(qū)分段高度、分層高度、巷道規(guī)格）、切割分段礦房、生成分段脈外巷、礦房分層、生成分段聯(lián)巷、分層礦房劃分進(jìn)路、進(jìn)路屬性計算、導(dǎo)入編輯屬性、重命名。其中采礦設(shè)計流程圖如圖1所示。

圖1 采礦設(shè)計流程圖

2 切割礦房生成進(jìn)路

在完成礦體地質(zhì)建模及塊體模型計算的基礎(chǔ)上，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行礦體切割，最終按設(shè)計生成礦體進(jìn)路和附屬性，并生成分段脈外巷及分層聯(lián)巷、附巷道斷面屬性。根據(jù)已有工程及礦體條件，采場進(jìn)路規(guī)格為：寬3m，高3.3m，1/4三心拱。分段高度13.2m。

2.1 切割生成分段礦房、生成分段脈外巷

對地質(zhì)建模礦體用“自定義切分實(shí)體”工具按分段進(jìn)行切割，并按標(biāo)高生成兩個分段共四個分層的礦體。同時用“剖面輪廓”工具按標(biāo)高生成礦體剖面輪廓，將礦體輪廓按合適距離擴(kuò)展，以保證分層聯(lián)巷有足夠的空間。最后依據(jù)擴(kuò)展后的礦體輪廓生成分段脈外巷底板中線，對巷道底板中線附斷面屬性。分段礦體及分段脈外巷如圖2所示。

圖2 分段礦體及分段脈外巷

2.2 礦房分層、生成分段聯(lián)巷

參照2.1中的操作，將每個分段的礦體再次按分層標(biāo)高進(jìn)行切割，生成分層礦體。同時根據(jù)分層標(biāo)高生成分層聯(lián)巷底板中線，附斷面屬性，以形成完整的采準(zhǔn)系統(tǒng)。分層礦體及分層聯(lián)巷見圖3所示。

2.3 對分層礦房劃分進(jìn)路

對圖3中形成的每層礦體模型，用“按線條剪切”工具，根據(jù)固定的進(jìn)路寬度沿走向進(jìn)行劃分，最終形成采場進(jìn)路。最終采場進(jìn)路如圖4所示。

圖3 分層礦體及分層聯(lián)巷

圖4 最終采場進(jìn)路

在上述對礦體模型切割的過程中，每一步結(jié)束之后都要對生成的三角模型進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)問題，必須對相應(yīng)模型進(jìn)行修復(fù)才能進(jìn)行下一步操作。

3 進(jìn)路屬性計算、編輯導(dǎo)入屬性

3.1 進(jìn)路屬性計算

進(jìn)路屬性計算，指利用塊體模型，對生成的進(jìn)路三角模型的質(zhì)量、體積、品位等參數(shù)進(jìn)行計算，最終以“csv”格式輸出高級資源儲量報告。高級資源儲量報告如圖5所示。

圖5 高級資源儲量報告

3.2 編輯屬性

在輸出的高級資源儲量報告文件中包括每條進(jìn)路的“來源（SOUECE）”、“區(qū)域（REGION）”、“金品位（AU-IVD)”、“ 總 體 積（TOTAL-VOLUME）”、“ 總 質(zhì) 量（TOTALMASS）”等信息。對此表格進(jìn)行編輯，將表格第一行的“AU”、“TOTAL-VOLUME”、“TOTAL-MASS”修改成中文“金品位/g/t”、“總體積/m3”、“總質(zhì)量/t”，并計算金品位和總質(zhì)量的乘積，形成新的進(jìn)路信息“金屬量/Kg”。

編輯后的“csv”文件在導(dǎo)入前需要用“notepad++”軟件轉(zhuǎn)為UTF8編碼并保存，如此軟件才能識別中文信息。

3.3 導(dǎo)入屬性

用“csv導(dǎo)入屬性”命令，將上一步生成編輯的高級資源儲量報告文件的信息導(dǎo)入進(jìn)路三角模型，從而在每一條進(jìn)路中都能顯示品位、體積、質(zhì)量和金屬量等信息。導(dǎo)入成功后單擊進(jìn)路模型即可在特性編輯器中顯示上述信息。進(jìn)路信息如圖6所示。

圖6 進(jìn)路信息

4 進(jìn)路重命名

在進(jìn)路生成時已對進(jìn)路進(jìn)行初步命名，但命名沒有區(qū)分性，為此需對進(jìn)路進(jìn)行批量重命名。為了更好區(qū)分進(jìn)路，這里我們用水平、分層、礦房、進(jìn)路號的組合對進(jìn)路進(jìn)行重命名，此種命名方法在上向水平進(jìn)路充填法采場中基本可以完全區(qū)分進(jìn)路。用Vulcan軟件中的“屬性編輯”功能，對相應(yīng)進(jìn)路按水平、分層、礦房、進(jìn)路號進(jìn)行添加并命名屬性，添加完成后即可在進(jìn)路屬性中看到相關(guān)信息。在“三角模型重命名”命令中，利用分段、分層、礦房、進(jìn)路號四種屬性的組合對進(jìn)路進(jìn)行重命名，命名過程中如出現(xiàn)錯誤，需仔細(xì)進(jìn)行檢查并修改重復(fù)命名的進(jìn)路。重命名后進(jìn)路名稱如圖7所示。

圖7 進(jìn)路重命名

5 軟件應(yīng)用優(yōu)勢

至此，上向水平分層進(jìn)路充填采礦法采場單體設(shè)計已基本完成，下面就其應(yīng)用特點(diǎn)與CAD二維采場單體設(shè)計進(jìn)行比較[3，4]。

（1）三維信息全面展示。Vulcan三維軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計工程及礦體的三維展示，使設(shè)計工程及礦體在不同標(biāo)高的空間聯(lián)系一目了然，克服了CAD軟件平面設(shè)計過程中需要在平面和剖面間頻繁轉(zhuǎn)換的問題，從而避免了CAD設(shè)計過程中因空間關(guān)系混淆而出現(xiàn)的工程設(shè)計失誤。

（2）屬性特征全面展示。Vulcan三維軟件能夠顯示巷道工程任一位置的標(biāo)高、斷面及巷道名稱、體積等巷道屬性，也能夠顯示礦體的傾角、體積、重量、品位、金屬量等礦體屬性。根據(jù)上述特征可直接實(shí)現(xiàn)采場損失貧化參數(shù)的計算，不再由傳統(tǒng)的CAD軟件來二維制圖和人工計算。

（3）甘特計劃排產(chǎn)。以上述采礦單體設(shè)計為基礎(chǔ)，利用Vulcan軟件的甘特排產(chǎn)功能，可以實(shí)現(xiàn)對采礦、掘進(jìn)工程的自動排產(chǎn)，以表格的形式輸出月度、季度、年度等生產(chǎn)計劃表格。此功能極大的簡化了生產(chǎn)計劃人員的工作量，此功能是CAD制圖軟件無法實(shí)現(xiàn)的，在礦山有極其廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

本文以上向水平分層進(jìn)路充填采礦法為例，介紹了運(yùn)用Vulcan三維軟件進(jìn)行礦山采礦單體設(shè)計的步驟和方法。并與CAD二維制圖軟件進(jìn)行比較，總結(jié)其在礦山采掘設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢，可見其在礦山設(shè)計方面有著廣闊的應(yīng)用前景，也是國內(nèi)礦山在國外資源并購運(yùn)營方面的一個有效工具。