宋愛東 陳彥亭 鞏瑞杰 李金龍(.河北鋼鐵集團礦山設(shè)計有限公司；.河北鋼鐵集團司家營鐵礦有限公司；.河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

采礦設(shè)計礦巖量自動化計算研究與應用

宋愛東1陳彥亭1鞏瑞杰2李金龍3
(1.河北鋼鐵集團礦山設(shè)計有限公司；2.河北鋼鐵集團司家營鐵礦有限公司；3.河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

在分析傳統(tǒng)手工核算地質(zhì)礦量、計算開采境界內(nèi)礦巖量流程的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有三維軟件直觀、真實的特點，結(jié)合通用辦公軟件，二次開發(fā)出了采礦設(shè)計礦巖量自動計算軟件,通過獨山城鐵礦采礦方案設(shè)計應用，取得了良好的實際效果。軟件設(shè)計思路簡單、巧妙，操作簡便，結(jié)果準確、可靠，大大縮短了設(shè)計時間，方便對多個采礦方案進行比較，提高設(shè)計效率和質(zhì)量；二次開發(fā)使專業(yè)軟件智能化，對設(shè)計工作起到了事半功倍的效果。

采礦設(shè)計 礦巖量計算 軟件集成 二次開發(fā)

計算機在人們的日常工作中扮演著越來越重要的角色，利用專業(yè)軟件能大幅度地提高工作質(zhì)量和效率。地質(zhì)工作是礦山采礦設(shè)計的基礎(chǔ)，其中地質(zhì)礦量核算及境界內(nèi)礦巖量計算又是地質(zhì)工作的重要一部分[1]。傳統(tǒng)上，地質(zhì)設(shè)計人員根據(jù)采礦設(shè)計確定的開采范圍、階段(或臺階)標高，利用專業(yè)軟件手工量取階段地質(zhì)平面圖上各類型礦巖的面積，輸入到Excel表格，然后選擇平行斷面法的相應公式，分別計算各階段各類型礦石的儲量、礦巖量，進而計算出整個礦山的資源儲量、開采范圍內(nèi)不同類型礦巖量及露天礦剝采比。手工計算工作量大、速度慢且容易出錯，出錯后查找起來困難，有時小的計算錯誤不易發(fā)覺；如需比較多個開采方案的礦巖量、剝采比則耗費時間更長，影響后續(xù)的方案比較等設(shè)計工作，延誤設(shè)計進度；開發(fā)軟件實現(xiàn)各階段各類型礦石量及境界內(nèi)礦巖量自動計算，能大幅提高地質(zhì)工作的質(zhì)量和效率。

1 開發(fā)平臺

大部分通用軟件都是為了滿足用戶的共性需要，其功能也不可能滿足于所有領(lǐng)域、所有用戶的應用習慣和需求。為此，用戶就要利用軟件提供的二次開發(fā)接口和開放式的內(nèi)部命令集合，進行有針對性的二次開發(fā)，將軟件一些功能組合起來，使其智能地完成某些特定工作，會達到事半功倍的效果。二次開發(fā)是軟件的用戶化和專業(yè)化的有效手段，可以更好地為用戶服務，這對提高工作效率和工作質(zhì)量有著不可低估的作用。

3DMine礦業(yè)工程軟件是一套重點服務于礦山地質(zhì)、測量、采礦與技術(shù)管理工作的三維軟件，采用Office、AutoCAD操作風格，易學易用。三維核心模塊是一個界面友好、功能強大的三維顯示和編輯的集成化平臺，使用習慣類似于AutoCAD、Word和Excel,支持多種類型空間數(shù)據(jù)疊加和完全真彩渲染，支持各個視角進行靜態(tài)或動態(tài)剖切、三維線段內(nèi)部填充、全景和縮放顯示等操作[2]，而且還提供了第三方應用開發(fā)的接口。

2 開發(fā)工具

VB(Visual Basic)是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言，是世界上使用人數(shù)最多的語言。VBA是VB的一種宏語言，主要能用來擴展Windows的應用程式功能，特別是Microsoft Office軟件，也可說是一種應用程式視覺化的Basic Script。利用VBA語言，在3Dmine軟件的宏-VBA編輯器接口上進行編程，開發(fā)礦巖量自動計算軟件。

3 開發(fā)思路

3.1 分層地質(zhì)礦量計算

將繪制好的階段地質(zhì)圖的文件命名為臺階標高，按礦體、儲量級別處理成3Dmine的實體文件，每一種類型的礦石及巖石都賦值為不同的體號，并將其對應寫入Excel數(shù)據(jù)表；程序循環(huán)計算不同水平、不同類型礦石面積，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼xcel數(shù)據(jù)表中對應的階段上，完成所有階段的面積計算后，對Excel表中的不同階段不同類型礦石求面積差，然后根據(jù)面積差判斷選擇平行斷面法計算公式，在Excel數(shù)據(jù)表中循環(huán)完成給定階段范圍內(nèi)不同類型礦巖量計算，并設(shè)置相應表格格式，最終以Excel文件格式將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。程序結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 階段礦量計算程序結(jié)構(gòu)

3.2 境界內(nèi)分層礦巖量計算功能

在分層地質(zhì)礦量計算準備文件的基礎(chǔ)上，手工將境界線添加到不同的階段地質(zhì)圖上，使其在一個獨立的圖層上，并對圖層進行特定命名，以便操作程序；程序根據(jù)給定的起始階段高度，先用閉合線切割實體語句切割掉境界線以外的實體，然后自動求取境界內(nèi)的不同類型礦巖面積，當階段地質(zhì)圖上有內(nèi)外2個境界線的時候，從外向里逐次進行；將不同類型礦巖面積數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼xcel數(shù)據(jù)表中對應的階段上，直至完成所有階段的面積計算；根據(jù)面積差判斷選擇平行斷面法計算公式，自動在Excel數(shù)據(jù)表中完成給定階段范圍內(nèi)不同類型礦巖量計算，設(shè)置相應表格格式，最終以Excel文件格式將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。圖2為階段境界內(nèi)礦巖量功能程序結(jié)構(gòu)。

圖2 境界內(nèi)礦巖量計算程序結(jié)構(gòu)

4 應用實例

4.1 獨山城鐵礦簡介

獨山城鐵礦位于河北省淶源縣，為超貧磁鐵礦，設(shè)計范圍內(nèi)共有Fe8、Fe9 2條鐵礦帶，分別含有工業(yè)品位和邊界品位的礦石，2個品級的礦石又可分為122b、332、333儲量類別[3]，此次方案設(shè)計只考慮高低品位，設(shè)計開采標高在476～1 004 m，共計45個臺階，幾乎各臺階都含有2種品位類別的礦石。

4.2 階段地質(zhì)平面圖預處理

在3Dmine軟件里調(diào)用“連接兩根線”或“boundary”命令[2]，將不同水平階段地質(zhì)平面圖上不同類別礦石的界線繪制成閉合線，用不同顏色的線條進行區(qū)分，各個分層圖上不同類別礦石閉合界線顏色保持一致，以便更好區(qū)分；然后將不同標高的階段地質(zhì)平面圖保存成與分層圖標高對應的文件名；將所有階段地質(zhì)分層圖的坐標轉(zhuǎn)換為真實坐標，這樣所有的分層圖才能在3Dmine軟件里回歸到真實的三維空間上。

4.3 不同類別的礦石與實體號對照

利用Excel軟件建立不同類別礦石與3Dmine軟件實體號的對照表，左側(cè)一列為礦石類別，右側(cè)一列為實體號碼，一種類型的實體號必須具有唯一性，不能與其他類別的礦石實體號重復，否則計算結(jié)果將會出現(xiàn)邏輯錯誤。獨山城鐵礦此次設(shè)計共區(qū)分了2種品位的礦石及巖石，實體號碼從1～3進行編號，見表1。

表1 礦石類別與礦體實體編號對照

4.4 階段地質(zhì)平面圖連實體

將階段地質(zhì)平面圖上的礦巖閉合線按照表上的實體號碼，利用軟件的閉合線內(nèi)連接實體功能，連成不同號碼的實體；以此類推，將不同標高階段地質(zhì)平面圖上的礦體都連接成表上實體號碼對應的實體。

4.5 資源儲量計算

將獨山城鐵礦45個分層圖對應的礦體實體都放入軟件窗口中，啟動分層地質(zhì)礦量計算功能，輸入要計算范圍的最低、最高標高及階段高度，軟件自動完成不同類型的礦石面積計算及合計，選擇滿足條件的平行斷面法資源儲量計算公式，并將階段地質(zhì)分層圖的不同類型礦石面積及儲量計算結(jié)果輸出到Excel表格，方便設(shè)計人員核對及進一步處理；經(jīng)對比驗證，軟件計算較設(shè)計人員手工利用專業(yè)工具軟件快速、準確，極大縮短了計算時間，提高了計算結(jié)果的可靠性。

4.6 露天境界內(nèi)礦巖量計算

4.6.1 境界線處理

將分層圖對應的最終境界線也連接成閉合線，分別存放在不同的圖層內(nèi)，進行特定命名，以便程序進行查找、調(diào)用，并將階段標高對應的境界線存儲成單獨的文件，以階段高度命名，依次將所有階段平面圖對應的境界線都進行處理；要將最終境界移動到真實的坐標系下，這樣才能使礦體實體和最終境界相對位置不變。

4.6.2 境界內(nèi)礦巖量計算

將階段地質(zhì)平面圖的實體文件和處理過的帶有境界線的線文件都拖入到軟件窗口中(見圖3)，輸入要計算的最低、最高標高及階段高度，程序自動完成每個階段地質(zhì)平面圖境界內(nèi)不同儲量類別礦體實體的面積計算，并將不同種類的礦石面積自動求和，最終求得階段分層圖內(nèi)2種品位類別的礦石對應的面積；如階段平面圖對應有一個開采平臺，即分層圖上有坡底線和坡頂線2條境界線，那么首先將平面圖上靠外的境界線(坡底線)外的礦體實體裁剪掉，計算坡底線內(nèi)部2種品位的礦體面積，然后再裁剪掉靠內(nèi)的境界線外的礦體實體，計算坡頂線內(nèi)部2種品位礦體面積。將求得的面積寫入指定的Excel表中，判斷不同類別礦石上下階段的面積差，選擇相應的平行斷面法計算公式，計算2個水平間的體積、儲量，依次完成了獨山城鐵礦45個水平境界內(nèi)2種品位的礦石量及巖石量計算，并同步給出來各分層的剝采比。

本次設(shè)計共進行3個設(shè)計方案的比較，故利用該功能完成了3個方案的境界內(nèi)礦巖量計算，對于每個方案的計算，在將分層圖對應的境界線按4.6.1所述處理后，其余的工作全部由軟件在很短的時間內(nèi)自動完成，本次獨山城設(shè)計用時約1 min。

圖3 獨山城鐵礦處理后的某水平分層

5 結(jié) 論

(1)充分利用已有三維軟件、Excel軟件的優(yōu)點，創(chuàng)新性地集成開發(fā)出了一種采礦設(shè)計礦巖量自動計算軟件，促進了采礦設(shè)計的自動化。利用該軟件完成了獨山城鐵礦采礦方案設(shè)計的資源儲量核算、3個采礦方案的境界內(nèi)礦巖量及剝采比計算。

(2)軟件計算結(jié)果準確，避免了手工計算可能導致的錯誤，以Excel表格的形式輸出結(jié)果，清晰直觀，便于數(shù)據(jù)后續(xù)處理；操作簡便、運行速度快，可根據(jù)設(shè)計需要，快速進行多個采礦方案的比較，極大減少了設(shè)計人員的工作量，縮短設(shè)計時間，提高了設(shè)計效率。

[1] 吳玉蘭,周 銘.露天礦山采出礦巖量的計算捷徑[J].有色金屬設(shè)計,2002,29(1):27-29.

[2] 胡建明.3Dmine礦業(yè)工程軟件基礎(chǔ)教程[R].北京:北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司,2013.

[3] 賓金來,李 旭.河北省淶源縣獨山城礦區(qū)國豐鐵選廠鐵礦資源儲量核實報告[R].保定:河北省保定地質(zhì)工程勘查院,2011.

2014-08-08)

宋愛東(1966—),男，副總經(jīng)理，高級工程師，063700 河北省灤縣。