李小軍

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

MineSight軟件在礦山道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李小軍

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

目前國內(nèi)常見的道路輔助設(shè)計(jì)軟件主要有：緯地三維道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，路線大師，EICAD，海地等等，這些軟件在專業(yè)的道路設(shè)計(jì)中，表現(xiàn)出了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力、作業(yè)效率和實(shí)用性。然而德興銅礦多年來已經(jīng)有一套使用比較成熟的采礦軟件MineSight 3D設(shè)計(jì)軟件，主要用來中、遠(yuǎn)期的采礦規(guī)劃、品位控制和礦山道路設(shè)計(jì)等，道路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在整個采礦設(shè)計(jì)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(yè)的道路設(shè)計(jì)軟件的必要性不大，德興銅礦運(yùn)用了MineSight 3D軟件中的部分模塊功能，實(shí)現(xiàn)了采礦工程中的道路設(shè)計(jì)，包括相對復(fù)雜的有挖、填工程的山體道路設(shè)計(jì)。

德興銅礦；富家塢采區(qū)；MineSight軟件；三維可視化；道路設(shè)計(jì)；挖、填方量平衡。

1 引言

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

傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)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(dú)特性和復(fù)雜性，礦山道路多修筑在原始山體側(cè)方，設(shè)計(jì)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(yùn)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(chǎn)運(yùn)營成本的因素。在傳統(tǒng)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(shù)據(jù)很大程度上局限于二維圖形，而且圖形也不是很直觀?！爱?dāng)前CAD軟件大多是對均勻材質(zhì)的實(shí)體和相對規(guī)則的三維實(shí)體進(jìn)行建模，對于礦山這樣復(fù)雜、多樣的實(shí)體，根本無法表達(dá)和操作”［3］。這種二維形式的圖形在信息上的表達(dá)往往是不夠的，可能“只有少數(shù)專業(yè)人員可以快速清晰的了解，這些缺陷將嚴(yán)重制約礦山現(xiàn)代化發(fā)展并成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸”［4］。

詳細(xì)闡述了德興銅礦運(yùn)用MineSight軟件三維數(shù)字化建立模型的可視化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)軟件。MineSight 3D設(shè)計(jì)軟件是由美國敏泰克公司（Mintec, Inc.）開發(fā)研制，主要應(yīng)用于礦山規(guī)劃與建模，敏泰克公司于1970年成立，總部設(shè)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(yè)軟件公司。該公司的軟件產(chǎn)品已經(jīng)在世界各地都有發(fā)行銷售和應(yīng)用，能夠?yàn)榈刭|(zhì)勘探與建模、采礦設(shè)計(jì)、道路設(shè)計(jì)提供了解決方案?！皬V泛應(yīng)用于資源估算、礦山計(jì)劃和采礦生產(chǎn)的各個階段乃至礦山閉坑后復(fù)墾設(shè)計(jì)的整個礦山循環(huán)過程中。作為一套完整而且全面的軟件系統(tǒng)，改進(jìn)了從測量、地質(zhì)、采礦設(shè)計(jì)到生產(chǎn)管理過程中的技術(shù)信息交流。MineSight軟件系統(tǒng)功能十分豐富，具有良好的用戶界面和強(qiáng)大的3D圖形處理，系統(tǒng)與其他的軟件（如Datamine、Surpac等）都有接口。在數(shù)據(jù)處理上，采用ODBC、Text、DXF等多種格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，兼容性極好”［5］。

MineSight 3D設(shè)計(jì)軟件支持Windows9X/XP/Win7等主流操作系統(tǒng)，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(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

MineSight Compass（MS Compass）：其中包含了眾多的可執(zhí)行程序，可以完成鉆孔數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、品位估值、計(jì)劃編制、境界優(yōu)化等工作。

MineSight Data Analyst（MSDA）：主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，輸出統(tǒng)計(jì)圖表。

其中MineSight 3D（MS3D）部分主要功能包括：公路路線設(shè)計(jì)、三維數(shù)字地面模型應(yīng)用、公路全三維建模（3DRoad）等適用于城市、礦山道路的幾何設(shè)計(jì)。MineSight 3D（MS3D）部分利用實(shí)時拖動技術(shù)，使用戶直接在計(jì)算機(jī)上動態(tài)交互式完成公路路線的平（縱、橫）設(shè)計(jì)、繪圖。在道路設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)有獨(dú)特的曲線設(shè)計(jì)方法、起終點(diǎn)智能化接線和靈活批量的連接部處理等功能。MineSight 3D設(shè)計(jì)軟件不僅支持基于測量的外業(yè)數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì)，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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行平向、縱向和橫向的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期時間。

3 軟件應(yīng)用

基于軟件本身能建立實(shí)體3D模型的可視化設(shè)計(jì)功能，在礦山道路設(shè)計(jì)中，避免設(shè)計(jì)師們因反復(fù)修改路線而節(jié)省了大量時間，大幅度地減少了設(shè)計(jì)師的工作量。

中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院（簡稱恩菲ENFI）在2003年做了德興銅礦富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)，排土場最低出口設(shè)計(jì)標(biāo)高在230m臺階，而設(shè)計(jì)圖紙沒有明確該排土場出口位置，且采區(qū)實(shí)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(qū)的廢石運(yùn)輸問題，降低剝離運(yùn)輸成本，德興銅礦啟用了170～265m運(yùn)巖公路。該運(yùn)巖公路運(yùn)用MineSight軟件設(shè)計(jì)。

圖1 道路平面圖

根據(jù)富家塢采區(qū)的原始地形，封閉圈標(biāo)高為170m，并結(jié)合ENFI設(shè)計(jì)院的開采設(shè)計(jì)和科學(xué)合理的采礦方法，將運(yùn)巖公路起始標(biāo)高定在170m，考慮到公路平均坡度因素及合理運(yùn)輸距離，公路終端標(biāo)高設(shè)計(jì)為265m。公路路基設(shè)計(jì)寬度為35m，路面最小凈寬度設(shè)計(jì)為28m（雙車道）。公路全長1500m，平均縱坡坡度設(shè)計(jì)為6.3%。

“公路最小轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計(jì)為250m；當(dāng)相鄰路段坡度代數(shù)差大于2%時，需要設(shè)置圓形豎曲線， 其最小半徑設(shè)計(jì)為700m；設(shè)計(jì)平曲線超高橫坡4%。為保障電動輪汽車的運(yùn)行安全性，設(shè)計(jì)限制坡長350m， 緩和坡段長為70m左右，緩坡坡度設(shè)計(jì)為3%”［6］。道路路基挖方設(shè)計(jì)∶邊坡值1∶0.5，每10m高留3m安全平臺。道路填方區(qū)域的邊坡自然安息角設(shè)計(jì)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(shù)選取時參考了地質(zhì)條件相似的銅廠新修的運(yùn)巖道路參數(shù)，銅廠采區(qū)運(yùn)巖道路2m碎落臺，因?qū)嶋H巖性松軟，部分邊坡因風(fēng)化、雨水作用，有垮塌跡象，故設(shè)計(jì)碎落平臺寬度為3m，臺階高度10m。其挖、填參數(shù)設(shè)計(jì)如圖2、

圖2 挖方參數(shù)

圖3 填方參數(shù)

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(dǎo)入功能導(dǎo)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(diǎn)擊軟件的命令欄，Tools-Template Editor，調(diào)出對齊工具，如圖4所示，然后選擇道路的一條邊，然后點(diǎn)菜單surface-create solid-attach template along polyline...，點(diǎn)select user template，再分別點(diǎn)選挖、填模型橫截面線，最后點(diǎn)“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(diǎn)擊軟件的命令欄，Surface-Generate Partials，彈出來的界面選項(xiàng)點(diǎn)Between surfaces，在Start Surface的空欄里選擇原始地形實(shí)休，End Surface空欄里選擇已經(jīng)生成好的“盒子”實(shí)體，Apply，分別用兩個“盒子”與原始地形相交，軟件通過布爾運(yùn)算，自動得出相交、后的實(shí)體形狀及方量，如圖7、圖8。計(jì)算結(jié)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(shí)體圖

圖8 填方量實(shí)體圖

表1是按分段線段找出公路中心線的坐標(biāo)點(diǎn)，其中X、Y、H分別為道路的經(jīng)度、緯度和高程。在得出公路中心線的坐標(biāo)點(diǎn)后，最終由測量人員來檢測整條公路是否施工符合設(shè)計(jì)要求。

表1 道路中心線的坐標(biāo)點(diǎn)

4 結(jié)束語

礦山設(shè)計(jì)三維實(shí)體模型是“數(shù)字礦山”的基礎(chǔ)和核心，三維可視化設(shè)計(jì)對礦山生產(chǎn)具有非常巨大的意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維可視化設(shè)計(jì)軟件在礦山設(shè)計(jì)中再顯身手。但是MineSight軟件的主要應(yīng)用在礦山最終境界優(yōu)化及勘探、地質(zhì)建模、采礦計(jì)劃、采礦設(shè)計(jì)、儲量和品位估算方面，對于道路設(shè)計(jì)的功能，在精確制圖及圖型細(xì)節(jié)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(shè)置等方面，軟件有自己獨(dú)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(shè)計(jì)人員，用起來不易上手。

總的來說，運(yùn)用MineSight 3D可視化設(shè)計(jì)軟件，基本上能對礦山大部分的常用道路設(shè)計(jì)給出解決方案。德興銅礦銅廠采區(qū)的南山運(yùn)巖公路、富家塢馬形山下方的運(yùn)礦公路均采用了MineSight 3D軟件可視化設(shè)計(jì)。在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)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(xì)節(jié)，節(jié)省施工費(fèi)用和提高道路施工質(zhì)量。

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

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

［3］房智恒, 王李管, 何遠(yuǎn)富, 等. 基于DIMINE軟件的采礦方法真三維設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 金屬礦山, 2008(6):129-131.

［4］章林, 李家泉, 代碧波, 等. 三維實(shí)體建模技術(shù)在露天礦設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[C]//2008年全國采礦技術(shù)高峰論壇論文集. 南寧: 中國金屬學(xué)會, 中國礦業(yè)雜志社聯(lián)合主辦, 2008:22-25.

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

［6］李坊文. 富家塢礦區(qū)170-265運(yùn)巖道路優(yōu)化與施工[J]. 銅業(yè)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(xué)本科，采礦工程師，從事露天礦山的現(xiàn)場管理和生產(chǎn)調(diào)度。E-mail: 26620701@qq.com