（矿业工程专业论文）micromine软件在矿山开发研究平台建设中的应用.pdf

中南人学工程硕士学位论文摘要 摘要 近年来，随着计算机仿真和可视化技术的进一步发展，矿床三维 可视化建模技术日趋成熟，基于传统二维图件的资源评价与管理、矿 山开采设计与研究逐渐暴露出其准确性差、可信度低、空间关系不清、 设计周期长、研究方案少、研究程度低、工作效率低等众多弊端。基 于三维可视化技术的m i c r o m i n e 等矿业软件的应用为矿山企业的资源 精确化评价与管理、真三维开采设计和方案优化、矿山项目多方案快 速对比研究等生产技术管理和项目决策提供了快捷、强大的工具和智 能支持。 本文在对m i c r o m i n e 矿业软件的基本原理与主要功能进行熟悉和 系统分析的基础上，探讨和研究了应用m i c r o m i n e 软件进行地质模型 群构建、矿产资源评价与管理、矿山开采设计与优化、矿山项目可行 性研究等工作的实现方法和具体实施步骤，系统阐述了m i c r o m i n e 软 件作为矿山研究工具和平台的可行性和实用性。本文的主要研究工作 及成果如下： 1 、详细归纳了应用m i c r o m i n e 软件构建矿山地质模型群的方法 和步骤； 2 、总结了应用m i c r o m i n e 软件进行资源评价与管理的基本原理、 方法和程序； 3 、系统研究了应用m i c r o m i n e 软件进行资源储量分类的方法， 提出了在m i c r o m i n e 软件中进行资源储量分类的各项参数设置及与 传统资源储量划分标准的对应关系； ； 中南人学工程硕1 ：学位论文摘要 4 、概括了应用m i c r o m i n e 软件进行露天和地下矿山三维开采设 计的方法，提出了进行三维精确设计的具体思路和步骤； 5 、深入研究了应用m i c r o m i n e 软件进行矿山项目可行性研究的 可行性和方法，提出了具体工作的做法和步骤。 关键词：m i c r o m i n e 、工具、应用、方法、研究 中南大学t 程硕十学位论文摘要 a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs i m u l a t i o na n d v i s u a l i z a t i o n t e c h n o l o g y ，3 d v i s u a l i z a t i o n m o d e l i n gt e c h n o l o g yh a s b e c o m em a t u r e ，w h i l et h ed r a w b a c k so fr e s o u r c ee v a l u a t i o n & m a n a g e m e n t ，a sw e l l a s m i n i n gd e s i g n a n dr e s e a r c hb a s e do nt h e t r a d i t i o n a l2 dd r a w i n g s ，h a v eb e e ng r a d u a l l ye x p o s e d ：s u c ha s p o o r a c c u r a c y ，l o wc r e d i b i l i t y ，u n c l e a rs p a t i a lr e l a t i o n s h i p s ，l o n gd e s i g n p e r o i d s ，f e wr e s e a r c hp l a n s ，l o wr e s e a r c hl e v e l sa n dl o we f f i c i e n c y t h e a p p l i c a t i o no fs o f t w a r eb a s e do n3 dv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y ，s u c ha s m i c r o m i n e ，h a sp r o v i d e daq u i c ka n dp o w e r f u lt o o l ，a n di n t e l l i g e n c e s u p p o r t f o r m i n i n ge n t e r p r i s e s i n p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t a n d d e c i s i o n m a k i n gs u c ha sr e s o u r c ep r e c i s ee v a l u a t i o n & m a n a g e m e n t ，r e a l 3d m i n i n gd e s i g n ，p r o g r a mo p t i m i z a t i o na n dq u i c kc o m p a r a t i v es t u d yf o r m u l t i p l em i n i n gp r o g r a m s i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h ef a m i l i a r i t ya n ds y s t e m a t i ca n a l y s i sw i t h t h ee s s e n t i a l p r i n c i p l e sa n dm a i nf u n c t i o n s o fm i c r o m i n em i n i n g s o f t w a r e ，w eh a v es t u d i e dt h es p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o nm e t h o d sa n ds t e p s i nm i c r o m i n ei ns u c ha s p e c t sa sc o n s t r u c t i n g g e o l o g i c a lm o d e lg r o u p ， m i n e r a lr e s o u r c e s e v a l u a t i o n & m a n a g e m e n t ，m i n i n gd e s i g n & o p t i m i z a t i o na sw e l la sm i n i n gp r o j e c tf e a s i b i l i t ys t u d y i na d d i t i o n ，a sa r e s e a r c ht o o la n dp l a t f o r m ，t h ef e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo fm i c r o m i n e s o f t w a r eh a v ea l s ob e e ns y s t e m a t i c a l l yd e s c r i b e d t h em a i nr e s e a r c h 中南大学工程硕上学位论文摘要 w o r kd o n ea n dt h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h em e t h o d sa n ds t e p sf o rc o n s t r u c t i n gg e o l o g i c a lm o d e lg r o u p w i t ht h ea p p l i c a t i o no fm i c r o m i n eh a v eb e e nc o n c l u d e di nd e t a i l 2 t h eb a s i cp r i n c i p l e s ，m e t h o d sa n d p r o c e d u r e si nm i n e r a lr e s o u r c e s a s s e s s m e n t & m a n a g e m e n tw i t ht h ea p p l i c a t i o no fm i c r o m i n eh a v eb e e n s u m m a r i z e d 3 t h em e t h o d sf o rr e s o u r c e sa n dr e s e r v e sc l a s s i f i c a t i o nh a sb e e n s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d ，t h u sas e to fp a r a m e t e r sn e e d e di nr e s o u r c e sa n d r e s e r v e sc l a s s i f i c a t i o ni nm i c r o m i n ea n da l s oi t s r e l a t i o n s h i p w i t h t r a d i t i o n a lc l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r d sh a v eb e e np r o p o s e d 4 m e t h o d sr e l a t i n gt oo p e na n du n d e r g r o u n d3 dm i n i n gd e s i g nw i t h t h ea p p l i c a t i o no fm i c r o m i n eh a v eb e e ns u m m e du p ，a n ds p e c i f i ci d e a s a n ds t e p st or e a l i z ep r e c i s e3 dd e s i g nh a v eb e e np u tf o r w a r d 5 at h o r o u g hs t u d yo nt h ef e a s i b i l i t ya n dm e t h o d sr e l m i n gt op r o je c t f e a s i b i l i t ys t u d yw i t ht h ea p p l i c a t i o no fm i c r o m i n eh a sb e e nm a d e ，a n d s p e c i f i cp r a c t i c e sa n dp r o c e d u r e sh a v eb e e nb r o u g h tf o r w a r d k e yw o r d s ：m i c r o m i n e ；t o o l ；a p p l i c a t i o n ；m e t h o d ；s t u d y 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：渔丝日期：坦墨年旦月二日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据 国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：渔後是一导师签名：纽日期：业年生月 日 1 1 研究课题选择及背景 第一章绪论 矿业行业是进行不可再生资源开发的特殊行业，随着人类社会和科学技术的不断 进步，人们逐步意识到可持续发展的重要性。因此，“绿色、循环、持续”的现代矿业 理念逐渐被众多的矿业企业所认同。那么，如何才能实现矿业企业的可持续发展呢? 作者认为，必须依靠科学技术的成功应用以及对传统矿业的成功改造和革新。 矿业企业技术改造和革新主要有两类：一类是认识的进步带来的对工作对象认识 的革新( 包括对矿产资源的认识、对采矿工艺的认识) ；另一类是工具的改造和革新 ( 包括对采掘工具的改造和革新、管理工具的革新、自动化控制系统的应用) 。 本研究课题属于认识的进步带来的对工作对象认识的革新，即建立矿山三维地质 模型，对矿床开采进行基础研究。所谓三维地质模型，是指运用计算机技术，在三维 环境下，将空间信息管理、地质解析、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以 及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术【l 】。 多少年来，地质及矿业界人士一直希望能更直观、更精确地圈定矿体边界，了解 地质体( 包括地层、断层、褶皱等) 的三维形态，准确地解译和圈定地质体，以便及时、 准确指导矿业开发和深部找矿预测，实现传统矿业向现代矿业的变革【2 】。 玉溪矿业有限公司、云南达亚有色金属有限公司隶属于云南铜业集团，由原易门 矿务局根据国家政策改革改制成立，是集采选、地勘、矿山建设、矿冶研究、职业教 育为一体的现代矿业企业。“采选技术一流是公司打造核心竞争力的主要内容之一， 因此，公司十分重视高新技术对传统矿业的改造和革新，着力建设“数字矿山来打 造一流矿业企业。 本研究课题选择以m i c r o m i n e 软件系统为工具，对该软件系统在打造矿山开发技 术研究平台方面的关键技术进行系统研究。公司申请云南省科技计划项目技术创新暨 产业发展专项“矿山开发工程技术研究中心建设( 项目编号：2 0 0 7 g a 0 0 7 ) 中，拟 成立玉溪矿业科技研究院，该院将采用m i c r o m i n e 软件系统作为矿山开采技术的基础 研究平台。因此，本课题的研究是“矿山开发工程技术研究中心建设 项目的重要组 成部分，具有重要的现实意义。 1 2 国内外矿业软件应用研究现状及发展动态 1 2 1 三维地质模型构建技术研究现状 三维矿床地质模拟是由勘探地质学、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地 l 质、g i s 、图形图像学、科学可视化等学科交叉而形成的一门新型学科。它由加拿大 s i m o nw h o u l d i n g 于1 9 9 3 年首先提出1 3 刮。经近几年的研究，这一概念暂可定义为运 用现代空间信息理论和技术对地质体和地质现象，以及与之有关的人类工程活动进行 真三维再现和分析的科学与技术。 随着对三维地质模型理论研究的深入，三维地学模拟被广泛应用于虚拟矿山系 统、石油、g i s 、地质、岩体边坡地质信息系统等领域【_ 卜r 7 1 ，出现了一批在石油、矿山 和工程地质方面得到广泛应用的商业软件。由美国x o x 公司开发的s h a p e s ，采用 格状模型( c e l l u l a r ) 的集合形体表示模型，成功解决了多维曲面交叉计算及与此相关 的问题，由加拿大k i r k h a mg e o s y s t e m s 公司开发的m i c r o l y n x ，采用一种棱柱的体元 表示法建模，可以对钻孔、测井记录、t i n 模型等进行综合管理；法国研制的g o c a d 软件，基于表面内插技术d s i ，可以考虑不确定数据；由美国d y n a m i cg r a p h i c 公司 研制的i v m ，在模型上使用规则三维栅格空间模型，在每个栅格接点都有可计算的特 性信息，其主要优点是具有对连续空间中的各种现象进行建模、实现、分析的能力， 但该系统对属性不连续变化的对象，如矿石类型的表示和处理有一定的困难；d g i 公 司的地球可视模拟系统软件包所生成的三维空间立体图形较为清楚地反映了地层与 地质结构的空间分布及其相互关系。 在矿业领域，西方矿业界在2 0 世纪7 0 年代初就将a u t o c a d 技术应用于地质、 矿业领域；2 0 世纪8 0 年代末三维地质建模及可视化理论与技术的发展，推动了矿山 计算机辅助地质建模技术。一大批具有三维地质建模功能的地质采矿软件被开发应 用。9 0 年代中后期，三维地质采矿软件逐渐成为矿山专业软件的主流。国际著名的地 质采矿软件公司相继开发了专业三维软件，主要有m i c r o m i n e 、s u r p a c ，d a t a m i n e 、 l y n x ，v u l c a n ，m i n e s c a p e ，g e o c o m ，m i n e s o f t ，m e d s y s t e m m i n e s i g h t ，g o c a d ， w h i t t l e 等，近年来，国内矿山企业从国外引进了m i c r o m i n e 、s u r p a c 、m i n e s i g h t 、 d a t a m i n e 等软件，推动了矿山企业的信息化和数字化建设进程【卜1 2 】。 国外矿业软件的研究和开发始于上个世纪7 0 年代。经过近四十年的发展，今天 的采矿软件已经形成了相当的规模。从历届a p c o m 会议资料可以看出，以矿床模型 为代表的矿业软件发展迅速，西方采矿大国相继推出用于地质资料处理、矿床建模、 采矿设计、计划编制、测绘图形处理等方面的矿用商品化软件，如：d a t a m i n e 、s u r p a c 、 m i c r o m i n e 、m i n t e c 、l y n x 、m i n c o m 、v u l c a n 、m i n e m a p 等，装备了许多矿山，特别 是澳大利亚、北美和南非的一些矿山，取得了很好的经济效益。今天，采矿工业可以 购买的软硬件系统的数量和品种越来越多。这些软件主要功能类似，但由于大多数软 件是在矿山公司专用软件基础上发展起来的，其侧重点各有不同，有些侧重于地质建 模，有些侧重露天开采或地下采矿等【1 8 3 9 1 。 澳大利亚m i c r o m i n e 国际软件公司开发的m i c r o m i n e 软件是一套三维交互式图形 2 软件系统，具有地表测量数据处理、地质勘探数据分析和采矿设计等功能。其应用领 域主要包括勘探和地质模型、资源评估、露天和地下采矿设计以及尾矿和复垦设计等。 经过二十多年的发展，该公司已成为全球最大的矿业软件公司之一。该软件目前在国 际上拥有2 ，0 0 0 多个注册用户，世界前十强矿业公司中有八强在使用m i c r o m i n e 公司的 软件。在我国亦有包括中国黄金集团公司、西部矿业公司、云南铜业集团有限公司在 内的大型矿业集团在使用该软件【l 剐。 英国矿山计算有限公司( m i n e r a li n d u s t r i e sc o m p u t i n gl t d ，简称m i c l ) 开发的 d a t a m i n e 采矿软件系统，包括地质信息处理、矿床模型构造、采矿设计、矿山调度与 计划等模块。它最大的特点是屏幕上的作图功能，可以将露天或地下矿山设计所需要 的各种图形，包括钻孔及岩芯分布、矿体及主要开拓巷道位置或露天矿坑等，以三维 和彩色的形式在计算机屏幕上显示出来。该软件的核心是一个包含许多a u t o c a d 特点的交互式作图平台，能够方便地显示并调整钻孔、矿床模型、地表模型等。其应 用主要在地质勘探数据处理、露天或地下矿设计、矿山调度以及生产计划编制等四个 方面【3 1 。9 1 。 此外，还有澳大利亚s u r p a c 、g e m c o m 、m i n c o m 、m i n e m a p 等公司开发的矿业 软件系统，具有地质统计、矿体造型和采矿设计等功能，在很多国家的矿山中得到广 泛的推广和应用【1 ”9 1 。 1 2 2 矿业软件在矿山企业的应用情况及需要研究和解决的问题 目前，国外矿业软件在国内矿业行业中应用比较广泛的有s u r p a c 和m i c r o m i n e ， s u r p a c 在矿山生产企业中占有比较大的市场份额，而m i c r o m i n e 在地勘部门有比较广 泛的市场。d a t a m i n e 和m i n e s i g h t 的应用比较少，d a t a m i n e 在中国有色工程设计研究 总院和铜陵有色金属公司有应用，而m i n e s i g h t 主要应用在江西德兴铜矿和云南玉溪 矿业有限公司等矿山企业。 无论是s u r p a e 、m i c r o m i n e 、d a t a m i n e 还是m i n e s i g h t 软件，都是国际上应用比 较成熟的软件，都不同程度的具有地质资源评价、采矿设计和优化、露天境界优化和 生产计划编制等功能。每个软件在功能上或许有些差别，但总的来说，这些软件都具 有基本一致的功能，对于绝大部分的国内用户和相关的代理机构而言，他们所做的工 作基本上都是在本地化和软件的操作上下功夫；而在使软件真正适合国内的应用习惯 及与国内的行业标准对照并进行系统的应用研究方面做得很少。很多矿业企业和国内 的代理机构，从表面上能够很熟练的应用国外矿业软件，但却不能真正为企业自身解 决实际问题。作者认为，在国内矿业企业和矿山研究平台建设中，要真正发挥矿业软 件的系统功能和作用，仅仅在软件操作和建模熟练程度上下功夫是远远不够的，还应 着重研究如下一系列的问题。 3 ( i ) 研究创建适合国家标准和矿山应用习惯的地质模型群，包括矿体模型、构 造模型、岩性( 体) 模型等。国外的矿床一般完整性较好，模型相对简单；而国内矿 床模型相对复杂，不仅要反映矿体的三维空间形态，还要反映矿体与构造、岩体及岩 层等的相互关系。 ( 2 ) 研究软件在矿山资源评价方面的应用功能。对照固体矿产资源储量分类 国家标准，结合矿床特征、勘查类型、勘探网度等开展系统研究，确定合理的块段模 型参数、适宜的估值参数和估值方法、恰当的变异函数模型，以此进行块段模型创建 和估值，并根据相应的估值参数和估算方差进行资源储量分类，对矿山掌握的矿产资 源进行综合评价。 ( 3 ) 研究适合矿山开采设计和生产管理需要的矿山技术管理应用功能。通过对 不同矿山的建模和应用研究，有针对性地将软件的功能与各矿山企业的生产技术管理 相结合，充分发挥软件的优势，提高矿山企业的技术管理水平。 ( 4 ) 研究软件在露天矿山进行露天境界优化的推广应用。将经济技术参数合理 应用于露天境界优化过程中，为矿山企业投资决策提供最优经济开采境界。 ( 5 ) 研究软件在矿山开发项目可行性研究中的应用功能。利用软件创建矿山工 程实体模型，对不同开采方案进行设计和三维模拟，结合资源评价结果估算方案的技 术指标和经济指标，为矿山企业项目决策提供充足的依据。 1 2 3 本研究课题的目的意义 在创建好真三维地质矿床模型的基础上进行三维采矿设计，能为采矿设计提供真 三维的开采客体，还能提供任意方向的平、剖面二维图件，实现地质数据的计算机化 和地质采矿数据的统一、实时、在线修改和管理，保证采矿工程设计的质量和效率， 使采矿设计工作不再滞后于生产需要【4 0 1 。同时，在资源评价和开采设计的基础上进行 经济分析，可以快速为矿山的生产管理和决策提供准确可靠的依据。因此，文章选择 m i c r o m i n e 在矿山开发研究平台建设中的应用为题，具有十分重要的意义。 ( 1 ) 运用m i c r o m i n e 软件对生产矿山进行模型创建、品位估值，实现地下矿体 三维可视化和地质资源三维数字化；结合矿山生产数据，分析矿山资源消耗和当期保 有资源储量的数量、品位、分布范围及控制程度，指导和确定下一步的探矿网度和方 案，为矿山近期生产、中长期规划提供基础和技术保障； ( 2 ) 运用m i c r o m i n e 软件建立矿山工程实体模型，结合三维地质实体模型、块 段模型和资源储量估算结果，开展生产矿山持续中段开采方法和实施方案对比研究， 为生产矿山的开采工艺优化和开采方案优选创造条件； ( 3 ) 运用m i c r o m i n e 软件对拟建、新建、扩建矿山进行资源综合评价、开采工 艺研究、开采方案对比研究和项目可行性研究，为拟建矿山的投资决策提供依据、为 4 新建和扩建矿山提供技术支持和保障。 1 3 本文研究的内容、方法及技术路线 1 3 1 研究内容和方法 本课题以m i c r o m i n e 矿业软件系统为平台，以云南省科技计划项目技术创新暨产 业发展专项“矿山开发工程技术研究中心建设 和玉溪矿业有限公司科技计划项目 “大红山铜矿m i c r o m i n e 软件资源管理可视化建模技术研究 、“易门铜厂铜矿资源 m i c r o m i n e 软件可视化建模技术及露天开采境界优化研究 、“狮风山铜矿深部持续 工程项目可行性研究 、“大红山铜矿4 3 5 中段铜铁合采实施方案可行性研究 为依 托，紧密结合云南大红山铜矿、铜厂铜矿和狮凤山铜矿的实际，综合运用采矿工程学、 地质统计学、计算机三维模型技术及m i c r o m i n e 三维软件等工具，对m i c r o m i n e 在矿 山研究开发平台建设中的关键应用技术进行系统研究。使矿业软件在矿山开发平台建 设中发挥中流砥柱作用，改变矿山传统的工作模式，革新开采设计技术和研究手段， 为矿山的科学、合理、大规模高效开发提供一条行之有效的新途径。 论文共由七章节内容组成： 第一章绪论 阐明本文研究课题的由来、研究目的和意义，在对国内外相关研究现状进行了综 合评述的基础上，提出了本文研究的主要内容和方法，并拟定研究技术思路。 第二章m i c r o m i n e 的基本原理及主要功能 介绍m i c r o m i n e 软件的主要原理、详细功能及三维可视化矿床建模的作用，通过 典型实例介绍m i c r o m i n e 软件各个不同功能的效果，为软件的应用研究奠定基础。 第三章地质模型群构建方法研究 以创建大红山铜矿和铜厂铜矿的地形模型、矿床模型、断层模型、岩性( 层) 模 型等地质模型群为例，详细阐述应用m i c r o m i n e 软件创建地质模型群的方法和具体步 骤。 第四章资源评价与管理应用技术研究 利用m i c r o m i n e 软件在资源评价方面的功能，结合大红山铜矿和铜厂铜矿勘探总 结的成矿规律、勘查类型及勘探网度，合理选择估值方法、估值结构参数和数学模型 对其进行品位估值，并对估值结果进行分类对比、评价和管理。 第五章露天境界优化及采矿工艺设计技术研究 以大红山铜矿和铜厂铜矿为对象，对地下和露天两种不同矿山的不同开采方法在 m i c r o m i n e 软件中的不同做法进行介绍，提出露天境界优化及采矿工艺设计技术研究 的主要过程及方法。 5 第六章m i c r o m i n e 软件在矿山可行性研究中的应用研究 阐述m i c r o m i n e 软件在矿山可行性研究中应用的可行性和方法，为矿山开发项目 的可行性研究提供一种快速、可靠的应用工具，为矿山企业快速决策提供依据。 第七章结论与展望 对本文所做的工作进行总结，并对进一步研究提出设想。 1 3 2 研究技术路线 本研究的各个部分是一个统一的整体，各个章节都服从和服务于研究的课题主 旨，本研究课题的主要研究技术路线见图1 1 。 m i c r o m i n e 软件在矿山开发研究平台建设中的应用研究 软 资地 件 源质 一露天境界优化技术 功 评模 能 价型 上 介 与群 管构叫 采矿工艺设计 绍 理建 上 叫矿山开发可行性研究 i l m i c r o m i n e 软件系统 图1 1本文主要研究技术路线 6 第二章m i c r o m i n e 的基本原理及主要功能 2 1m i c r o m i n e 软件的基本原理 m i c r o m i n e 软件足一个处理勘探和采矿数据的强大工具。m i e r o m i n e 软件采用模 块化结构，帮助用户进行勘探数据解译、构建3 d 模型、进行资源评估和采矿设计】。 m i c r o m i n e 软件是采用国际先进的三维引擎技术，以地质统计学、地质数学、图形学、 l e r c h s - g r o s s m a t m 法、图论学为基础理论构建的一套具有地质勘探数据解译、三维建 模、资源评估和采矿设计等功能的三维可视化国际矿业软件。软件土界面如图2 1 。 2 2m i c r o m i n e 软件的主要功能 2 2 i 主要功能介绍 软件以模块化构建，其有7 个模块，为用户提供地质勘探数据解译、二维建模、 资源评估和采矿设计等功能，目前，该软件的主要功能模块有：核心模块：地 勘模块； 测量模块：采矿模块；资源评估模块； 线框模块i 制图模 块： 露天境界优化模块。 m i c r o m i n e 主要功能：( 1 ) 野外数据采集；( 2 ) 坑道掌子面采样；( 3 ) 异常图、地球 化学图、地球物理剖视图；( 4 ) 勘探和钻孔数据库、数据有效性检查和校正：( 5 ) 钻探 计划及优化；( 6 ) 地质建模 ( 7 ) 三维可视化显示；( 8 ) 三维动画：( 9 ) 资源评估：0 0 ) 采 矿设计( 坑道及露天采矿设计) ；n d 矿山及勘探测量；采矿计划；经济评价( 盈 亏计算) ：地下、露天爆破设计；露采品位控制和露采采场设计。 2 2 2 地质数据库 m i c r o m i n e 支持多用户的开发数据库技术，可用多种数据库来存储和管理地质信 息。数据库的连接十分方便快捷。数据类型主要包括勘探数据和刻槽数据。数据库和 中心图形系统紧密相关，可以快速地浏览钻孔图形，直接用鼠标选定任意两点或一点 调整视图平面来显示生成一系列剖面。通过完全的钻孔组合和查询工具可以快速报告 出某一段或者剖面上的品位面积等情况。所生成的钻孔图形中，能显示出单个或多个 钻孔的地质岩性、品位、轨迹和深度等。图2 - 2 是所生成的钻i l 复合效果图。 2 23 三维实体线框模型 图2 - 2 钻孔复合效果图 实体模型也称为线框模型，是用来描述三维空间物体的几何形态，是定义矿体、 巷道、地形、断层、采场、岩层的通用技术。实体模型是m i c n o m i n e 三维模型的基础。 方便快捷的实体建模技术是m i c r o m i n e 的一个显著特征。通过一系列的剖面可用手动 方式创建实体模型，能够快速方便地建立从单一到复杂形态的矿体模型；同时软件还 提供了功能强大的实体运算功能( 实体布尔运算) 和快速计算出闭合实体体积的功能。 图2 - 3 为线框模型示意图。 2 24 块段模型 图2 - 3 线框模型 m i e r o m i n e 块段模型使用了精确而且完善的地质统计学插值法，每个块的属性可 以最化或描述，也可以在任何点增加或者删除块的属性。这些属性可以是金属的品位， 也可以是煤的质量或者比重等。块段的属性和图例都可以自动地用不同的颜色显示。 块段模型的真正功能在于它可以在限定区域内快速生成用户定义的体积、吨位、品位 等方面的报告。如幽2 4 为块段模型。 图2 4 块段模型 2 25 地下采矿设计 m i c r o m i n e 地下采矿设计充分利用了三维设计工具，在屏幕上可以数字化，也可 以使用工具，有很强的点、线工具，同时通过工程中心线，再加上断面形状和尺寸就 可以很方便地生成工程实体。m i c r o m i n e 主要提供两种实体模型的创建方法：一是设 计工程实体模型按照中心线加断面的方法建立，另一种是实测工程实体模型按照工程 顶面d t m 加底板d t m 的方法进行创建。图2 - 5 是地下采矿设计示意图。 图2 - 5 地下采矿设计图2 击露天开采境界实体图 2 2 6 露天采矿设计 m i c r o m i n e 露天采矿设计工具可以对采矿场和堆场进行从下向卜或从上向f 的交 互式设计。用户可以自如地对连巷、道路、边坡坡度和台阶宽度进行参数化设计。在 整个采矿设计过程中的标准可以随时重新设定。坡度的设置可以用角度、百分比或者 比率来表示。在设计矿坑的不同区域，地质信息可以用来决定边坡坡度的大小。同时 软件提供了比较良好的优化功能，根据矿块模型就可以通过软件的境界优化功能，优 化出不同要求的露天境界。图2 - 6 为露天开采境界图。 2 27 宏命令及应用 m i c r o m i n e 软件提供了宏命令，宏是m i c r o m i n e 软件很重要的一部分，因为宏允 许设计者自动化软件中的很多操作过程。一个宏是一个包含一系列指令的文件，它允 许m i c r o m i n e 执行一连串命令而不再执行过程中输入参数。一旦创建了宏，就可以重 复不干预进行设计工作的操作。 2 3m i c r o m i n e 软件典型实例 目前在国内应用m i c r o m i n e 软件的主要企业用户有：西部矿业公司、中国黄金集 团公司、新余钢铁有限公司良山铁矿、外资企业蔡家营锌金矿、中冶长天国际工程有 限公司、昆钢集团大红山铁矿、云铜集团楚雄矿冶、云铜集团玉溪矿业有限公司等。 中冶长天国际j ：程有限公司采用m i c t o m i n e 软件对南芬铁矿进行了扩产开发项目 可行性研究，大大的缩短了设计时间，降低了劳动强度，研究成果见图2 7 。 图2 - 7 南芬铁矿扩产可行性研究中冶长天设汁实例 云铜集团玉溪矿业有限公司对太j 山铜矿进行可视化建模和资源管理评价。将 m i c r o m i n e 软件系统应用在矿山资源管理和采矿设计中。研究成果见图2 - 8 。 幽2 - 8 大红山铜矿m i c r o m i n e 软件模型实倒 中南人学一l ：科硕+ 学位论文第三章地质模型群构建方法研究 第三章地质模型群构建方法研究 3 1 原始资料采集及矢量化 原始资料采集的完整性和准确性直接影响所创建模型的完整性和可靠性，而原始 资料的矢量化质量则直接影响模型创建的质量和创建效率。因此，原始资料的采集和 矢量化是地质模型群创建的基础和前提。 ( 1 ) 原始资料采集 原始资料采集的基本要求：1 ) 满足建模目的和任务要求；2 ) 立足现有矿床地质 资料和相关开采资料。 大红山铜矿和铜厂铜矿建模的主要目的是进行矿山资源评价和开采研究，为矿山 快速决策提供依据；主要任务是建立矿山数字地形模型( d t m ) 、断层模型、矿体模 型和夹石模型，为矿山资源评价和开采研究创造条件。 以下是两矿模型创建时采集的资料清单。 1 ) 大红山铜矿采集的主要资料有： 大红山铜矿地形地质图和勘探线平面图； b 0 ，b 2 ，b 4 ，b 6 ，b 8 ，b 1 0 ，b 1 2 ，b 1 4 ，b 1 6 ，b 1 8 ，b 2 0 ，b 2 2 、b 2 4 ，b 2 6 ， b 2 8 、b 3 0 、b 3 2 、b 3 4 、b 3 6 、b 3 8 、b 4 0 、b 4 2 、b 4 4 、b 4 6 、b 4 8 、b 5 0 、b 5 2 、b 5 4 、 b 5 6 、b 5 8 、b 6 0 、b 6 2 、b 6 4 、b 6 6 、b 6 8 、b 7 0 、b 7 2 、b 7 4 等3 8 个勘探线剖面； 大红山铜矿储量估算图、表。 2 ) 铜厂铜矿采集的主要资料有： 铜厂铜矿勘探线平面图； 铜厂铜矿地质地形图； 铜厂铜矿0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 、8 、9 、1 0 、1 1 、1 2 、1 3 、1 4 、1 5 、1 6 、 1 8 、2 0 、2 6 、2 8 、3 0 、3 2 线勘探线剖面图共2 2 个勘探线剖面； 铜厂铜矿储量估算图、表。 以上平剖面图是构建地质模型群的主要依据，地质模型群建立过程中所需要的地 形、断层、矿体和夹石等信息都在上述的资料中有详细的反映。 ( 2 ) 原始资料矢量化 原始资料的矢量化要求采用m i c r o m i n e 软件能识别的软件，如a u t o c a d 或 m a p g i s ，依据建模的目的和任务，对原始资料中的相关信息进行系统分类、整理和矢 1 2 生直人学工程硕士学位论文第三章地质模型群构建方法研究 量化，同时保存为能被m i c r o m i n e 软件导入的d x f 或m a p g i s 格式文件，然后在 m i c r o m i n e 软件系统中导入相关文件资料，为后续地质模型群创建做好准备。 3 2 地质模型群创建 三维地质模型中，核心内容就是地质实体模型的建立。通过三维可视化软件，实 体模型可以很好地表达地质实体的空间形态及分布特点。一个矿山完整的地质实体模 型，主要包括三维地表模型、岩体( 或岩层) 、断层和矿体实体模型。不同类型的地 质实体模型实际上构成了一个地质模型群，只有建立好一个矿山完整的地质实体模型 群，才能为后续资源评价和开发研究提供基础平台。 3 2 1 数字地形模型创建 数字地形模型是用来虚拟三维地形地貌的表面模型，一般由若干地形线和散点组 成，考虑到每个点的坐标值，将所有点连成若干相邻的三角面，然后形成一个由三角 网组成的随着地面起伏变化的单层模型。表面模型只能描述面，在平面上不具有重叠 功能，在同一个x 、y 上只能有一个z 值。 在m i c r o m i n e 软件系统中，数字地形模型的创建是通过等高线( 地形等值线) 生 成的。 数字地形模型是三维地质建模一项重要的内容。三维地表不仅直接影响到地表工 程的设计、施工，而且对于选厂、排土场、钻孔孔口等的最优布置有很大的影响。同 时，地表模型作为边界约束条件，还直接影响到露天境界优化的技术经济指标和工程 量的计算。因此，我们要建立的数字地形模型，需要满足边界约束和平剖面切割的精 度。 直接按照等高线生成的数字地形模型，可能因为数据比较少，生成的数字地形模 型可能不太符合实际，在m i c r o m i n e 软件系统中，通过空间插值技术重新在数字地形 模型的基础上生成比较光滑和数据比较齐全的等值线。按照重新生成的等值线建立起 来的数字地形模型会比较符合实际情况。 建立数字地形模型是利用矢量化的a u t o c a d m a p g i s 图形文件，导入到 m i c r o m i n e 软件系统中，经过平面转换和调整，在该软件系统中对等高线进行赋值， 使每条等高线的高程值与实际相符，再在此基础上确定数字地形模型的边界，以此边 界为约束生成三维数字地形模型。具体创建步骤为：首先在a u t o c a d 中将地形等高 线、坐标网和等高线的值描绘和标记出来，将处理好的a u t o c a d 图形另存为d x f 文 件格式，导入m i c r o m i n e 软件系统中；然后在m i c r o m i n e 视图管理器环境下把平面坐 标转换为它的地理真实坐标；最后，在m i c r o m i n e 视图管理器环境下，创建一个边界 线，利用边界线约束和相应的等值线生成d t m 。大红山铜矿数字地形模型创建过程 详见图3 1 3 5 、铜厂铜矿数字地形模型创建过程详见图3 - 6 3 8 。 图3 - i 太红山赋予高程值后的地形等高线 圈3 - 2 大红山铜矿直接生成的数字地表模型 圈3 - 3 大红山铜矿由等值线生成的数亭地形模型( 按高程颜色集显示) r 一、。瓤f 一一、- ，- 酗3 - 4 大红山铜矿数字地形模型显示( 披覆航空图像) 在三维地表模型上根据大红山铜矿的实际资料，设计中将主要公路在地表上进 行了标不同时在m i c r o m i n e 系统下进行了图形化公路设计，以达到更加真实地反映 矿山地形地貌的目的并且将公路模型和三维地表模型衔接在起。在公路设计上， m i c r o m i n e 软件提供了良好的设计条件，可以方便的进行道路中线设计，同时进行路 而设计和道路的挖填设计。道路及地表复合见圈3 - 5 。 圈3 - 5 人红山铜矿数字地形和道路复台模型 图3 - 6 铜厂铜矿地形等高线三维效果图 图3 - 7 铜厂铜矿d t m 三维效果图 铜厂铜矿三维模型中，建立了主要建筑物模型，包括公路、房屋、村落等，这些 模型采用矩形体在地形上按尺寸大小进行三维构模，模型建立过程按照从表面到实体 模型的方式生成穿越地形的构筑物，然后通过实体布尔运算切割多余部分来实现，如 图3 - 8 所示。 圈3 - 8 铜厂铜矿d t m 及地面构筑物三维效果图 3 2 2 矿体实体模型创建 矿体模型的建立是整个模型建立过程中最重要的部分，地形和断层模型的建立主 要是为了表明矿体被切割的关系，它们都是为矿体的真实表达和开采服务的。建立矿 体模型除了之前所说的可视化、体积计算、在任意方向上产生剖面、与来自于地质数 据库的数据相交四种功能外，还有一个极其重要的功能，就是为之后的品位估值和块 段分析提供线框约束的基础。同时还町以通过对矿体线框进行体积计算，作为与块段 模型虽后估算出的矿石储量( 体积) 进行对比。 创建矿体实体模型的方法主要有两种：一是将a u t o c a d 中己解译好的矿体边界 线导入m i e r o m i n e 软件系统，结合地质数据库巾的勘探工程轨迹对矿体边界线进行校 核，再利用校核后的科体边界线进行连接和封闭，形成矿体实体模型：二足地质人员 直接在m i c r o m i n e 软件系统巾，利用地质数据库勘探：1 程轨迹的品位数据圈定矿体边 界线，再根据该矿体边界线创建矿体实体模型。 大红山铜矿和铜厂铜矿均有已解译好的地质平剖面到，因此，其矿体实体模型均 足采用第一种方法进行创建。具体创建步骤为： ( 1 ) 在a u t o c a d 中分好网屡后，再将己编辑好的以d x f 格式保存的各剖面罔导 八到m i c r o m i n e 软什系统中然后将平面坐标下的各剖面目通过出标系统转换还原到 其蛮际位置，详见幽3 - 9 、3 - 1 3 。 ( 2 )