范文濤 魯輝武 徐 東

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司新城金礦)

SURPAC在新城金礦采礦設(shè)計中的開發(fā)與應(yīng)用

范文濤 魯輝武 徐 東

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司新城金礦)

為實現(xiàn)地下礦山采礦設(shè)計智能化和可視化，通過對SURPAC進行二次開發(fā)，成功應(yīng)用到新城金礦采礦設(shè)計中，實現(xiàn)了采場剖面繪制的智能化、批量化，中段和分段大巷與采場聯(lián)絡(luò)巷位置設(shè)計的最優(yōu)化及中段與分段平面圖繪制的自動化，推動了新城金礦數(shù)字化礦山建設(shè)。

SURPAC 二次開發(fā) 采礦設(shè)計 智能化 可視化

隨著我國礦業(yè)的快速發(fā)展，加快和促進數(shù)字化和信息化建設(shè)已經(jīng)成為很多礦山企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。由GEMCOM國際軟件公司開發(fā)的SURPAC系列軟件是一套在礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有國際領(lǐng)先水平的大型數(shù)字化礦山工程軟件，可以廣泛應(yīng)用在資源評估、地質(zhì)測量、礦山開采設(shè)計規(guī)劃、生產(chǎn)計劃管理乃至礦山閉坑后的復(fù)墾設(shè)計的整個礦山生命期的所有階段中，能夠有效地幫助礦山企業(yè)順利實現(xiàn)開采設(shè)計、計劃和管理工作的數(shù)字化、信息化[1]。

SURPAC三維數(shù)字礦業(yè)軟件在新城金礦經(jīng)過近3 a的使用和開發(fā)，在地質(zhì)、測量2個專業(yè)應(yīng)用較為廣泛，在生產(chǎn)應(yīng)用中得到廣泛認可。然而，由于采礦專業(yè)設(shè)計的使用影響因素、參數(shù)較多且復(fù)雜多變，及地下開采的礦山對軟件實現(xiàn)設(shè)計模塊化、程序化要求較高且較難實現(xiàn)等原因，該軟件在采礦專業(yè)應(yīng)用推廣進展較為緩慢[2-3]。

為推廣應(yīng)用該軟件，實現(xiàn)測量、地質(zhì)、采礦等多專業(yè)數(shù)據(jù)信息的共通、共享，針對新城金礦生產(chǎn)實際，礦山采礦技術(shù)人員及GEMCOM軟件公司的相關(guān)技術(shù)人員對應(yīng)用最為廣泛的機械化盤區(qū)上向水平分層尾砂(膠結(jié))充填采礦法深入研究，最終探索出一整套程序化、模塊化的設(shè)計方法，實現(xiàn)了采礦總體設(shè)計方案優(yōu)化，單體、分層設(shè)計快速、簡潔。

1 礦體模型的建立

首先由地質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)-630 m中段礦體勘探數(shù)據(jù)，建立-630 m中段的礦體實體模型，然后由測量專業(yè)技術(shù)人員實測，提供-630 m中段各探礦穿脈底板中心線以及中段大巷等已有工程的空間數(shù)據(jù)，-630 m中段礦體模型見圖1。

圖1 -630 m中段礦體模型

2 采礦設(shè)計

在SURPACTM軟件的工作目錄下，建立本次設(shè)計的工作目錄，以存放設(shè)計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息[4]，見圖2。

圖2 采礦設(shè)計工作目錄

2.1 -620 m分段采場聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計

(1)創(chuàng)建-620 m分段第一分層(-630 m中段第三分層)礦體邊界。用-630 m中段的穿脈底板中心線形成DTM面并運算，高程整體上升13.4 m(Z=Z+13.4)，得到“-630 m中段_采場底板134.dtm”；再與-630 m中段礦體實體相交，得到礦體內(nèi)部部分(圖3)，保存文件為“-630 m中段_采場底板134_礦體內(nèi).dtm”； 對其執(zhí)行“刪除冗余點”命令，替換保存“-630 m中段_采場底板134_礦體內(nèi).dtm”；執(zhí)行“保存面邊界”命令，得到“-630 m中段_采場底板134_礦體邊界.dtm”。當(dāng)出現(xiàn)多個分離相關(guān)的DTM面時，將各DTM面分別保存不同三角網(wǎng)的邊界，再進行合并，合并后用“圖層清理”命令，刪除冗余點。

圖3 -630 m中段采場底板內(nèi)部礦體

(2)利用“-630 m中段_采場底板134_礦體邊界.dtm”修剪得到礦體下盤邊界線，命名為“-630 m中段_采場底板134_礦體下盤.str”。

(3)計算-620 m分段第一分層礦體下盤邊界線下落高度。已知-620 m分段聯(lián)巷在斜坡道開口位置標(biāo)高為-619.420 m，選定的-620 m分段開口位置距分段聯(lián)巷在斜坡道開口位置22.800 m，按照-3‰的坡度，計算得出分段巷開口位置底邊標(biāo)高為-619.490 m；查詢-620 m分段第一分層礦體下盤邊界線上的高程為-616.113 m；計算相對落差為3.377 m，以此高差作為分段巷設(shè)計計算的參考值；將“-630 m中段_采場底板134_礦體下盤.str”按照-24%坡度，130°方位角，高差-3.377 m 進行移動，計算移動斜距為14.469 m，保存文件名為“-620 m 分段大巷初步位置.str”。

(4)結(jié)合礦區(qū)的其他工程空間位置，進行取直調(diào)整，并在相應(yīng)的變坡點的位置插入點，以減少彎道及工程量。對修改后的文件保存為“-620 m分段大巷初步位置_取直.str”。

(5)根據(jù)分段排水、行車需求，對取直后的線條更改坡度。更改坡度應(yīng)以分段巷開口位置點為起算點。得到文件保存為“-620 m分段大巷初步位置_取直_更改坡度.str”。

(6)由于坡度的調(diào)整，引起聯(lián)絡(luò)巷的坡度變化，將對應(yīng)點在平面上再進行一次調(diào)整，使對應(yīng)點位置的聯(lián)絡(luò)巷坡度為24%。保存文件名為“-620 m分段大巷初步位置_取直_更改坡度_調(diào)整.str”。

(7)按照分段巷設(shè)計轉(zhuǎn)彎半徑，在巷道的中心線位置增加彎道，并將彎道坡度調(diào)整為0，見圖4。得到文件“-620 m分段大巷初步位置_取直_更改坡度_調(diào)整_彎道.str”。

(8)將“-630 m中段_采場底板134_礦體下盤.str”與“-620 m分段大巷初步位置_取直_更改坡度_調(diào)整_彎道.str”進行合并，得到“-620 m分段_三分層聯(lián)絡(luò)巷134底板.dtm”。

(9)依照機械化盤區(qū)上向水平分層尾砂(膠結(jié))充填采礦法工程參數(shù)特點，該區(qū)段的聯(lián)絡(luò)巷底板中心線平行勘探線方向，距勘探線的垂直距離為4 m，然后每隔7.5 m切制一條，見圖5。得到文件“-620 m 分段聯(lián)絡(luò)巷底板_采場中心位置.str”。要刪除每條線2個端點之間的其他的點以及各點的D1、D2、D3的屬性值。如果需要，可利用“線串反向”的功能，把線段的第一個點的位置調(diào)整到靠礦體的一側(cè)，以確保計算坡度數(shù)據(jù)正確。

圖4 分段巷彎道

圖5 切制剖面

(10)用“圖層運算”功能(圖6)將聯(lián)絡(luò)巷的坡度存放在第一個點的D1屬性中，將長度放在第一個點的D2屬性中，計算各聯(lián)絡(luò)巷的坡度及長度。

圖6 圖層運算功能

(11)顯示聯(lián)絡(luò)巷的坡度與長度，在三維空間內(nèi)進行數(shù)據(jù)校驗及檢查。

(12)如果檢查發(fā)現(xiàn)有些聯(lián)絡(luò)巷的設(shè)計不符合要求，要返回到(5)，對大巷位置進行調(diào)整，再進行(6)～(10)的操作，直到所有的聯(lián)絡(luò)巷符合要求為止。

2.2 采場關(guān)鍵位置獲取

2.2.1 采場頂板位置

按照5,8.3,11.6,14.9，18.2 m的高差，將-630 m 中段穿脈中心線形成的DTM面依次向上提升，得到第一～第五分層的頂板面，再分別與礦體的實體模型相交，得到礦內(nèi)的DTM部分。

2.2.2 采場底板位置

按照6.8，10.1，13.4 m的高差，將-630 m中段穿脈中心線形成的DTM面分別向上提升，得到第三～第五分層的底板面，再分別與礦體的實體模型相交，得到礦內(nèi)的DTM部分。保存面邊界，提取礦體下盤線，與-620 m段的設(shè)計大巷分別形成一個DTM面，用于切制聯(lián)絡(luò)巷的底板線。

2.2.3 采場中位面

為確定采場上下盤的回采邊界，在本次設(shè)計中命名“中位面”，即采場底板向上提升1.5 m。按照9.2，12.5，15.8 m的高差，將-630 m中段穿脈中心線形成的DTM面分別向上提升，得到第三～第五分層的采場中間位置的面，再分別與礦體的實體模型相交，得到礦內(nèi)的DTM部分。

2.3 采場回采邊界設(shè)計

在采場兩幫的位置剖切分層采場的中位面，得到的線段端點即為采場兩幫的回采起點和終點，在這些點上下2.4 m的位置創(chuàng)建2個點的連線即為分層采場的兩幫剖面上的回采邊界線。兩幫上的回采邊界下部的對應(yīng)點連成多邊形,即為采場底板回采邊界。

2.4 分段平面圖繪制

利用二次開發(fā)的宏命令，繪制分段平面圖，見圖7、圖8。

圖7 SURPAC二次開發(fā)宏命令

圖8 -620 m分段平面

2.5 分段剖面圖繪制

首先利用二次開發(fā)的宏命令創(chuàng)建基線，然后在勘探線位置切制各類型的剖面，見圖9。繪制-630 m 中段各勘探線剖面，見圖10。

圖9 切制剖面二次開發(fā)宏命令

圖10 -630 m中段各勘探線剖面

3 結(jié) 論

(1)實現(xiàn)采場剖面智能化、批量化繪制，細化了采礦設(shè)計，大幅度縮減設(shè)計周期。

(2)實現(xiàn)中段、分段大巷及采場聯(lián)絡(luò)巷位置最優(yōu)化設(shè)置，減少工程量。

(3)實現(xiàn)中段、分段平面圖繪制自動化，可根據(jù)不同需求繪制指定類型圖紙。

(4)在三維環(huán)境下進行可視化設(shè)計，設(shè)計過程更加直觀、形象。

[1] 蔣春明.三維建模及數(shù)值模擬技術(shù)在礦床研究中的應(yīng)用[D].長沙：中南大學(xué),2012.

[2] 魏開林,王振軍,班峻魁,等.Surpac軟件在三山島金礦的應(yīng)用[J].黃金科學(xué)技術(shù),2011(5):72-75.

[3] 邵為民.基于Surpac軟件的地下采礦計劃MineSched的應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2012(S1):328-331.

[4] 王文才,李 剛,喬 旺,等.Surpac軟件在礦山中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2011(4):94-96.

2014-08-05)

范文濤(1986—)，男，助理工程師，261438 山東省煙臺市萊州市金城鎮(zhèn)新城街2號。