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(lì)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(zé)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(gè)探礦權(quán)，是集探、采、選為一體，以銅、鋅為主的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)企業(yè)。

2006年以前，大平掌銅礦的采礦設(shè)計(jì)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(dá)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(yíng)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(duì)大平掌銅多金屬礦床進(jìn)行管理和開(kāi)采。

MicroMine采用真三維采礦方法設(shè)計(jì)，生成三維采礦單體實(shí)體模型。在三維采礦單體模型的基礎(chǔ)之上，透過(guò)礦塊表面直接觀察內(nèi)部采剝工程布置方式和順序，進(jìn)行任意剖面圖的剖切，觀察內(nèi)部構(gòu)造、局部信息，并自動(dòng)生成用于生產(chǎn)的二維剖面圖，這種三維可視化方法的實(shí)現(xiàn)可以給設(shè)計(jì)人員提供大量、精確、直觀的圖形數(shù)據(jù)，從而降低設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。MicroMine可在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上計(jì)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(jì)劃的編制和生產(chǎn)過(guò)程控制提供了可靠的依據(jù)。

利用Micromine三維礦業(yè)軟件對(duì)大平掌銅礦管理規(guī)范及流程具體分測(cè)、地、采三個(gè)部分，第一部分礦山工程測(cè)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(shè)計(jì)。

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(chóng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)V1礦體有一定影響，但錯(cuò)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(gè)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(jiàn)凝灰?guī)r，接觸面呈波狀。V2礦體由細(xì)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(gè)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(zhǎng)2000米，寬100－670米，埋深從地表到280米標(biāo)高，礦體厚度2－50米。V1礦體主要由7個(gè)礦體構(gòu)成，V2礦體主要由4個(gè)礦體構(gòu)成。本研究中采礦設(shè)計(jì)的單體位于0-10線1095m標(biāo)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(zhǔn)備工作

2.1.1 數(shù)據(jù)收集

設(shè)計(jì)前，主要應(yīng)收集的資料有測(cè)量人員審定后提供最新的采場(chǎng)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(biāo)高礦體位置及V1、V2礦體的礦量與品位。

2.1.2 準(zhǔn)備工作

設(shè)計(jì)資料的準(zhǔn)備工作是一個(gè)十分重要的過(guò)程，它是進(jìn)行采礦單體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，包括建立采剝工程實(shí)體模型和需要計(jì)算儲(chǔ)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(gè)技術(shù)參數(shù)。根據(jù)礦體的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)采用的采礦方法及開(kāi)采方式為露天臺(tái)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(shí)體模型的重要組成部分，建立好地表模型，可以在宏觀上對(duì)礦區(qū)所在位置在宏觀上有個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。

大平掌銅礦的地表模型一般每個(gè)月更新一次。根據(jù)測(cè)量人員提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，在AutoCAD中連成地形線，然后導(dǎo)人Micromine軟件中進(jìn)行高程賦值，把與上一個(gè)月地表重復(fù)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(diǎn)生成，在Micromine中，系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，將所有點(diǎn)（線亦由散點(diǎn)組成）聯(lián)成若干相鄰的三角面，然后形成一個(gè)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(gè)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(jìn)行布爾運(yùn)算（表面下的實(shí)體），再通過(guò)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(kāi)采境界優(yōu)化及露天開(kāi)采設(shè)計(jì)》及礦體地質(zhì)特征和開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件確定本設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：（1）工作臺(tái)階高度10m；（2）工作平臺(tái)寬度12.5m；（3）安全清掃平臺(tái)寬度30m；（4）運(yùn)輸線路寬度為15m，坡度為8%；（5）運(yùn)輸公路的最小轉(zhuǎn)彎半徑為15m；（6）臺(tái)階坡面角75°。依據(jù)思茅山水銅業(yè)有限公司當(dāng)期的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備的實(shí)際情況，確定當(dāng)期生產(chǎn)露天坑的最小底寬，按照上述的參數(shù)設(shè)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(guò)布爾運(yùn)算（表面上的實(shí)體）再用線框賦值即可得到露天坑內(nèi)當(dāng)期計(jì)劃開(kāi)采的礦體。

2.5 爆破設(shè)計(jì)

采礦設(shè)計(jì)中，爆破設(shè)計(jì)是十分重要的組成部分，三維可視化設(shè)計(jì)可以為爆破施工提供最直接的設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文件，露天礦爆破設(shè)計(jì)主要分為礦巖爆破設(shè)計(jì)和圍巖爆破設(shè)計(jì)。鉆孔主要分淺孔、中深孔和深孔3類。爆破設(shè)計(jì)中需要的炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)包括鉆機(jī)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(yàn)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(shè)計(jì)中對(duì)各臺(tái)階進(jìn)行布孔，計(jì)算裝藥量。

表1 某臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)成果表

表2 某臺(tái)階經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

2.6 設(shè)計(jì)結(jié)果輸出

設(shè)計(jì)結(jié)果包括各臺(tái)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(jì)劃的編制

編制露天礦采剝計(jì)劃是當(dāng)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(tái),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(dāng)前生產(chǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù),進(jìn)行露采坑設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)能夠?qū)Σ蓜冺樞蛴?jì)劃自動(dòng)優(yōu)化,同時(shí)在技術(shù)人員的參與下手工編制采剝計(jì)劃，運(yùn)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(dǎo)露天礦山分期開(kāi)采或中長(zhǎng)期采剝計(jì)劃的編制,為采剝生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化工作提供了切實(shí)可行的新途徑,提高了礦山生產(chǎn)效率,達(dá)到迅速開(kāi)展工作的目的。

Micromine三維礦業(yè)軟件，可以從時(shí)間上再現(xiàn)露天礦的過(guò)去、現(xiàn)在與將來(lái)。生產(chǎn)的過(guò)程是不斷改變?nèi)S實(shí)體現(xiàn)狀模型圖的過(guò)程，如果把每次采剝作業(yè)的實(shí)體臺(tái)賬進(jìn)行保留，就可以查看過(guò)去任意時(shí)刻的采場(chǎng)狀態(tài)，同樣也可以將編好的計(jì)劃運(yùn)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(jì)算方面不再采用各種幾何公式，而是依賴實(shí)體的布爾運(yùn)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(jìn)行，因此快速準(zhǔn)確的驗(yàn)收計(jì)算成為首要的問(wèn)題，引進(jìn)Micromine以后，在實(shí)體模型的基礎(chǔ)上通過(guò)各種布爾運(yùn)算，使驗(yàn)收計(jì)量變得非常方便和準(zhǔn)確，同時(shí)更直觀的反應(yīng)了采剝狀態(tài)，為生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃提供了有利的保證。Micromine帶來(lái)了測(cè)量驗(yàn)收與采剝計(jì)劃作業(yè)形式的變化，所有計(jì)算結(jié)果都是三維狀態(tài)下的三維實(shí)體，無(wú)論是速度和效果，都是原有基礎(chǔ)上一次質(zhì)的飛躍。比如在模型圖上編制十二五采剝計(jì)劃，可以直觀反映五年后的采場(chǎng)規(guī)劃圖和真實(shí)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(chǔ)之上的采礦設(shè)計(jì)內(nèi)部工程任意方位察看，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比更加直觀化、形象化、真實(shí)化，對(duì)從本質(zhì)上了解各個(gè)采剝工程的空間結(jié)構(gòu)、采準(zhǔn)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(shí)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(jìn)行成功轉(zhuǎn)化，形成平面圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工指導(dǎo)、生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制，為礦山的可行性研究和初步設(shè)計(jì)提供工具和優(yōu)化方案的選擇，同時(shí)為礦山的生產(chǎn)調(diào)度及其控制提供空間定位和基礎(chǔ)模型，并最終服務(wù)于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

3 Micromine露天境界優(yōu)化功能

確定最優(yōu)露天開(kāi)采境界是露天礦設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟，它的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)利潤(rùn)最大化。傳統(tǒng)的人工境界優(yōu)化方法是通過(guò)逐漸增大境界尺寸來(lái)計(jì)算平均剝采比和境界剝采比，當(dāng)境界剝采比等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比且平均剝采比小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比時(shí)，即認(rèn)為該境界為最優(yōu)境界?？梢钥闯觯@種方法確定一個(gè)境界需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且很難找到真正意義上的最優(yōu)境界。同時(shí)，最終境界的設(shè)計(jì)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(kāi)采十幾年或幾十年后，并且由于技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)行情、礦山生產(chǎn)成本和產(chǎn)品銷售價(jià)格影響，礦山的開(kāi)采壽命也相應(yīng)地發(fā)生很大的變化，因此必須每隔幾年應(yīng)用當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)對(duì)最終境界進(jìn)行重新優(yōu)化。隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外大中型露天礦已將邊坡與開(kāi)采境界的優(yōu)化方法由過(guò)去的傳統(tǒng)手工方法變?yōu)榻柚?jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，實(shí)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(wèn)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(jìn)行設(shè)計(jì)的，在當(dāng)期的生產(chǎn)過(guò)程中還沒(méi)對(duì)原有境界進(jìn)行再優(yōu)化。故本次工程實(shí)例只著重介紹了Micromine的露天開(kāi)采設(shè)計(jì)及編制進(jìn)度計(jì)劃功能。對(duì)于它的露天境界優(yōu)化功能及品味控制功能不再詳細(xì)介紹。

Micromine三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)以其先進(jìn)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(chǔ)量計(jì)算、品位估值等功能，大平掌銅礦安排生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)調(diào)度監(jiān)控等工作提供了一個(gè)新的技術(shù)支持。新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅可提高礦山管理者、設(shè)計(jì)者的能力，而且還可節(jié)約資源，加速產(chǎn)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)國(guó)內(nèi)礦山產(chǎn)業(yè)更好與國(guó)際接軌。

Micromine三維礦業(yè)軟件在大平掌銅礦的運(yùn)用，是大平掌銅礦走向“數(shù)字化礦山”標(biāo)志。采礦設(shè)計(jì)三維實(shí)體模型是“數(shù)字礦山”的基礎(chǔ)，也是它的核心內(nèi)容之一。三維開(kāi)采設(shè)計(jì)可視化對(duì)大平掌礦山的計(jì)劃編制和生產(chǎn)具有非常巨大的意義，同時(shí)。三維采礦設(shè)計(jì)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(guò)程等獲得更加深入的認(rèn)識(shí)和理解，并便于預(yù)先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、制措施。同時(shí)，Micromine三維礦業(yè)軟件的引入，為大平掌銅礦實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]章林，李家泉，代碧波，等.三維實(shí)體建摸技術(shù)在露天礦設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，2008（17）：163—164.

[2]龔元祥，王李管，賈明濤，等.金川礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化[Z].

[3]王李管，何昌盛.賈明濤，等.三維地質(zhì)體實(shí)體建模技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2006（02）：58-62.

[4]房智恒，王李管，何遠(yuǎn)富.基于DIMINE軟件的采礦方法真三維設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)[Z].