（采矿工程专业论文）华银铝土矿三维建模及开采优化研究.pdf

蝌 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 臬犍 学位论文使用授权说明 , c o l o 年石月77 日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 学校可以公布论文的部分或全部内容。 一 请选择发布时间： ， 卧口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：来趁 翩躲研观御年易月r 7 日 2 0 方位的 山现代 来越引起国内外矿山企业和科研单位的重视。三维可视化是矿山信息化和 数字化改造的基础和核心，借助于三维建模软件不仅可以实现对矿山地形 地貌、矿体形态、矿山工程布置的三维显示，而且可以进行采矿设计和基 于块体模型的采矿优化。 本文选用国产三维可视化建模软件3 d m i n e 对广西华银岩溶堆积型铝 土矿进行了三维可视化建模研究。采用等高线法建立了德保矿区地表三维 模型，采用剖面线法建立了马隘矿段( d m ) 、巴头矿段( d b ) 、那甲矿段 ( d n ) 的9 2 个矿体的矿体三维模型，在矿体三维模型的基础上建立了上 述9 2 个矿体的块体模型。研究结果表明，在探井数据较多和质量较好的情 况下，所建立的矿体模型和块体模型可以较好地反映矿体的几何形态和内 部属性变化规律。本文为堆积型铝土矿三维可视化建模提供了研究资料， 为华银铝土矿的信息化、数字化、现代化改造提供了方法和思路，也为目 前堆积型铝土矿地质工作的内容和方法提出了建议。 本文在块体模型所获取的矿体体积、平均含矿率、a 1 2 0 3 平均品位、s i 0 2 平均品位等参数的基础上采用线性规划方法对开采计划进行了优化编制。 以计划期各矿体的开采量为决策变量、以总运费为目标函数、以供矿要求 为约束条件，建立了开采计划优化的线性规划模型，用l i n g o 软件求解， 以求解结果为基础编制了华银铝土矿德保矿区开采计划表 本文的主要研究内容和成果包括： 。 1 、建立了华银铝土矿德保矿区地表三维模型； 2 、建立了华银铝土矿德保矿区矿体三维模型； 3 、建立了华银铝土矿德保矿区矿体的块体模型： 4 、对华银铝土矿德保矿区开采计划进行了优化编制 关键词：铝土矿三维可视化矿体模型块体模型线性规划 i l r e s e a r c h o nt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n g a n dm i n i n go p t i m i z a t i o n i nh u a y i nb a u x i t em i n e a b s t r a c t s i n c et h e19 9 0 s ，i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sg r a d u a l l yp e n e t r a t e di n t oa l l w a l k so fl i f e ，i sc a u s i n gaf u l lr a n g eo fs o c i a lc h a n g e m i n i n gi n d u s t r yi sa l s o f a c i n gt h ec h a l l e n g eo fi n f o r m a t i z a t i o n ，d i g i t a l i z a t i o na n di n t e l l i g e n t i z a t i o nh a v e b e c o m et h e i m p o r t a n tc o n t e n ta n dm e t h o do fc o n s t r u c t i n gm o d e mm i n e s “d i g i t a lm i n e ”a sam o d e mm i n i n gc o n c e p t ，i sa t t r a c t i n gi n c r e a s i n ga t t e n t i o no f d o m e s t i ca n df o r e i g nm i n i n ge n t e r p r i s e sa n ds c i e n t i f i cr e s e a r c hi n s t i t u t i o n s t h r e e - d i m e n s i o n a lv i s u a l i z a t i o ni st h eb a s i sa n dc o r eo fm i n i n gi n d u s t r y i n f o r m a t i z a t i o na n dd i g i t a l i z a t i o n ，a n dt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n gs o f t w a r ec a l l b eu s e dn o to n l yt od i s p l a yt h eg r o u n ds u r f a c ec o n f i g u r a t i o n ，t h es p a t i a lf o r mo f o r e b o d i e s ，a n dt h ed i s t r i b u t i o no fm i n i n gp r o je c t s ，b u ta l s ot od om i n i n gd e s i g n a n do p t i m i z a t i o nb a s e do nb l o c km o d e l i nt h i s p a p e r , 3 d m i n e ，ad o m e s t i c t h r e e d i m e n s i o n a lv i s u a lm o d e l i n g s o f t w a r ew a su s e df o rr e s e a r c h i n go nt h r e e d i m e n s i o n a lv i s u a lm o d e l i n gi n g u a n g x ih u a y i nk a r s ta c c u m u l a t i o nb a u x i t em i n e t h e c o n t o u rm e t h o dw a su s e d t ob u i l dt h r e e d i m e n s i o n a ls u r f a c em o d e lo fd e b a om i n i n ga r e a ，t h es e c t i o nl i n e m e t h o dw a su s e dt ob u i l dt h r e e d i m e n s i o n a lo r e b o d ym o d e l so ft h e9 2o r e b o d y s i i i o fm a a im i n i n gs e c t i o n s ( d m ) ，b a t o um i n i n gs e c t i o n s ( d b ) a n dn a j i am i n i n g s e c t i o n s ( d n ) ，a n db a s e do nt h ea b o v eo r e b o d ym o d e l s ，t h r e e - d i m e n s i o n a lb l o c k m o d e l sw e r eb u i l t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eb u i l to r e b o d ym o d e l sa n db l o c k m o d e l sc a r lw e l lr e f l e at h eg e o m e t r i cs h a p eo fo r e b o d i e sa n dv a r i a t i o nl a wo f t h ei n t e r n a lp r o p e r t yo fo r e b o d i e si fe x p l o r a t i o nd a t aa r es u f f i c i e n ta n dr e g u l a r e n o u g h t h i sp a p e ro f f e r e dr e s e a r c hd a t af o rt h r e e d i m e n s i o n a lv i s u a lm o d e l i n g i nk a r s ta c c u m u l a t i o nb a u x i t em i n e ，p r o v i d e dam e t h o da n dt h i n k i n gf o rt h e c o n s t r u c t i o no fi n f o r m a t i z a t i o n ，d i g i t a l i z a t i o na n dm o d e r n i z a t i o ni nh u a y i n b a u x i t em i n e ，a n dm a d es o m es u g g e s t i o n sf o rt h ec o n t e n ta n dm e t h o d so f c u r r e n tg e o l o g i c a lw o r kt ok a r s ta c c u m u l a t i o nb a u x i t ed e p o s i t i nt h i sp a p e r , b a s e do nv o l u m e ，o r e - b e a r i n gr a t e ，a v e r a g eg r a d eo fa 1 2 0 3a n d s i 0 2a c q u i r e db yb l o c km o d e l s ，l i n e a rp r o g r a m m i n gm e t h o d w a su s e dt o o p t i m i z et h em i n i n gp l a n u s i n gm i n i n gv o l u m eo fe a c ho r e b o d yi np l a n n i n g p e r i o d 嬲t h ed e c i s i o nv a r i a b l e s ，t o t a lt r a n s p o r t a t i o n c o s t sa st h eo b je c t i v e f u n c t i o n ，a n d o r e r e q u i r e m e n t s a st h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o n s ，b u i l t l i n e a r p r o g r a m m i n gm o d e lo fm i n i n gp l a no p t i m i z a t i o na n ds o l v e d i t b yl i n g o s o f t w a r e ，b a s e do ns o l u t i o nr e s u l t s ，w o r k e do u tt h em i n i n gp l a n s c h e d u l eo f d e b a om i n i n ga r e ao fg u a n g x ih u a y i nb a u x i t em i n e t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 b u i l tt h r e e d i m e n s i o n a lg r o u n ds u r f a c em o d e lo fd e b a om i n i n ga r e ao f g u a n g x ih u a y i nb a u x i t em i n e 2 b u i l tt h r e e d i m e n s i o n a lo r e b o d ym o d e l so fd e b a om i n i n ga r e ao f i v g u a n g x ih u a y i nb a u x i t em i n e 3 b u i l tt h r e e d i m e n s i o n a lb l o c km o d e l so fd e b a om i n i n ga r e ao fg u a n g x i h u a y i nb a u x i t em i n e 4 w o r k e do u tt h eo p t i m i z e dm i n i n gp l a no fd e b a om i n i n ga r e ao fg u a n g x i h u a y i nb a u x i t em i n e k e yw o r d s ：b a u x i t e ；t h r e e d i m e n s i o n a lv i s u a l i z a t i o n ；o r e b o d ym o d e l ；b l o c k m o d e l ；l i n e a rp r o g r a m m i n g v 第一章绪论 目录 l 1 1 研究背景1 1 2 研究意义2 1 3 研究内容3 1 4 研究方法3 1 5 国内外发展历史和研究现状4 1 5 1 国外发展历史和研究现状4 1 5 2 国内发展历史和研究现状”6 1 6 矿床模型种类8 第二章矿床地质特征和开发现状 9 2 1 概况9 2 2 矿区位置和交通状况”9 2 3 矿床地质特征”9 2 3 1 矿床类型”9 3 3 2 矿体特征1 0 2 3 3 矿石特征一10 2 3 4 围岩及夹石情况1 l 2 4 矿区地质勘查和开采情况1 1 2 4 1 地质勘查工作概述”1 1 2 4 2 开采情况”l2 第三章矿山三维建模基本理论 3 1 可视化流程1 3 3 2 可视化算法1 4 3 2 1 面绘制算法1 4 3 2 2 体绘制算法1 4 3 3 估值方法一15 v i 3 3 1 距离幂次反比法- ：1 5 3 3 2 克里格法15 第四章地表模型的建立 1 9 4 1 建立地表模型的意义1 9 4 2 建立地表模型的方法1 9 4 3 地表模型的建立2 0 4 4 地表模型的显示一2 1 4 4 1g o u r a u d ：渲染”2 1 4 4 2 颜色渲染2 1 第五章矿体模型的建立 5 1 建立矿体模型的意义2 2 5 2 建立矿体模型的方法2 2 5 3 建立矿体模型的步骤2 3 5 4 矿体模型的建立2 4 5 4 1 数据整理2 4 5 4 2 地质数据库的建立2 6 5 4 3 探井显示2 7 5 4 4 创建剖面及地质解译2 9 5 4 5 连接三角网”3 0 5 4 6 矿体验证3l 5 4 7 矿体显示3 2 5 5 成果3 4 第六章块体模型的建立 3 5 6 1 建立块体模型的意义3 5 6 2 建立块体模型的方法和步骤3 5 6 3 块体模型的建立3 6 6 3 1 块体的划分及约束显示3 6 6 3 2 样品组合一3 8 6 3 3 估值方法的选取3 8 6 3 4 块体估值4 2 v i t 6 4 块体模型的显示”：4 5 第七章开采优化研究 7 1 开采优化的意义4 8 7 2 开采优化的内容和方法4 8 7 3 开采计划优化4 9 7 3 1 线性规划模型的建立5 0 7 3 2 线性规划模型的求解5 3 7 3 3 开采计划优化结果5 5 第八章结论及展望 8 1 主要成果和结论- 5 8 8 2 展望和建议5 8 参考文献 附表 致谢 攻读学位期间发表论文情况 v i i i 6 0 6 4 7 l 7 2 广西大掌司n e 掌位簧誓莨华银铝土矿三维建模及开采优喇开完 第一章绪论 1 1 研究背景 2 0 世纪9 0 年代以来，信息技术已经逐渐渗透到各行各业，并且不断普及、发展和 创新，对经济发展和社会进步产生了深远的影响，正在引起一场全方位的社会变革【1 1 。 信息化是改造经济和提升社会质量的有效方法，也是防范和减少产业成长不确定因素的 最佳途径。目前，数字化和智能化是各行业信息化改造的热点。 1 9 9 8 年，“数字地球 ( d i g i t a le a r t h ) 的概念一经提出【2 1 ，就引起了全球包括科学家、 政府官员在内的各界人士的广泛关注，不同行业的专家和学者都纷纷提出了各自研究领 域的数字化概念。马蔼乃等人提出了“数字中国”的概念【3 】、王乘等人提出了“数字政 府”的概念【4 】、李博提出了“数字校园的概5 1 ，此外还有“数字城市”1 6 、“数字社 区”【7 】、“数字行业 、“数字海洋 等等，这些都是对数字地球概念的扩展和延伸。一场 全世界、全社会、全行业的数字化之风正悄然兴起。 1 9 9 9 年，第1 届国际数字地球大会上提出了“数字矿山”( d i g i t a lm i n e ) 的概念后 【8 】，国内外矿业科技工作者围绕矿山的数字化改造展开了大量的科研工作。在矿山数字 化研究方面，澳大利亚、加拿大、美国、瑞典等采矿业发达国家起步较早，取得了一定 的成果并成功应用于实践1 9 , 1o 1 1 , 1 2 , 1 3 】。我国采矿业信息化建设起步晚，水平较低，但随 着经济和社会的发展，以及同国外矿业界交流与合作的加深，数字矿山作为一种现代化 矿山理念，逐渐引起国内矿山企业和科研单位的重视。 三维可视化是矿山信息化和数字化改造的基础和核心，是当前数字矿山理论和技术 研究的关键问题之一【1 4 】。国外采矿业发达国家在矿山三维可视化方面开展了广泛的研 究，开发出了大量的矿山三维建模软件，不但能实现对矿山地形地貌、矿体形态、矿山 工程布置的三维显示，而且可以用来进行采矿设计和基于块体模型的采矿优化，在许多 矿山得到应用并收到了良好的经济技术效果。 随着科学技术的发展，效率已成为现代企业生存和竞争的关键，以最少的投入换取 最大的回报成为企业追求的首要目标。如何对人力、物力、财力等资源进行配置，使得 目标及实现目标的方法和途径最优已成为各界学者研究的热点。在采矿领域，除计算机 外，另一种更早被使用的重要优化方法是运筹学，二者和随机理论共同构成了采矿系统 1 华银铝土矿三维建模及f i r - 采优化研究 工程的基础【1 5 1 。运筹学是2 0 世纪4 0 年代开始兴起的- - 1 3 学科，是近代应用数学的一大 分支，包括数学规划、图论、决策论、对策论、排队论、存储论和搜索论，其中规划论 又包括线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划【1 6 1 。线性规划是解决最优化问题的 工具，是运筹学领域中研究较早、发展较快、方法较成熟和应用最广泛的一个分支。1 9 4 7 年g e o r g ed a n t z i g 提出了用于解决线性规划问题的单纯形法，使线性规划在各行业中的 应用更加广泛【1 7 】。如今运筹学在商业、农业、交通运输、采矿、电力、建筑、机械、水 利等行业都得到了广泛应用。在追求高效率的社会环境下，运筹学越来越表现出其强大 的作用，已成为各行各业优化资源配置、制定战略目标、做出方案选择的有效方法和手 段。 1 2 研究意义 经过了近2 0 年的发展，矿山三维可视化理论和技术已经比较成熟，构建的矿山三 维模型可以较好地反映矿山的真实面貌和内在规律，可作为矿山管理和设计工作的基 础，为矿山提供了一种现代化的工作方式。 矿山三维模型是对矿山地形、矿体、采场、巷道、断层的定量表达和逼真描绘，具 有很广泛的实用功能。借助矿山三维模型，采矿作业人员可以更加形象地理解矿山地表 地形、矿体空间形态、矿山工程的布置，以及它们之间的空间位置关系；在矿山三维模 型的基础上，采矿设计人员可以对矿山系统有一个整体性把握，有利于对开采方案和开 拓方法进行优化选择，以及对矿山工程进行优化布置；利用断层模型可以查询和预测地 质灾害发生的位置、规模和危害程度，以便及时采取治理和预防措施；在矿山三维模型 的基础上可以对开采方案进行模拟，用来反映开采效果，以便对方案进行调整和改进； 还可以把矿山三维模型和动画结合起来，对采矿作业人员进行采矿方案演示和培训，以 保证方案被准确、高效地实施。 三维块体模型的引入对采矿优化乃至整个采矿行业来说都具有里程碑的意义，因为 许多优化方法是随三维块体模型的引入而产生的，并且绝大多数优化方法都是以三维块 体模型为基础【1 8 】。三维块体模型建立的好坏、块体尺寸划分的合理与否，都直接影响到 最终的优化效果。如今计算机在矿山中的使用已经相当普遍，并且容量和速度也在不断 提高，这为三维块体模型的应用提供了条件。许多三维建模软件都具备建立块体模型的 功能，如国外的s u r p a c 、m i n c r o m i n e 、m i n e s c a p e ，以及国产的3 d m i n e 、d i m i n e 等。 2 广西大掌硕士掌位论文华银铝土矿三维建模及开采优化研究 近些年来我国氧化铝项目快速增长，导致了国内铝土矿需求旺盛，有专家预测，按 照现在氧化铝产能的增长速度，国内铝土矿保有储量可供开采不足1 0 年，而国外铝土 矿可供开采1 5 0 年以上【1 9 1 。所以在积极开发海外资源的同时，杜绝和减少乱采、滥采， 合理、高效、充分地利用国内现有铝土矿资源显得尤为重要【2 0 】。广西是我国重要的铝土 矿产地和资源开发基地之一，其中德保、靖西两地的岩溶堆积型铝土矿资源储量十分丰 富，主要由广西华银铝业公司开采。对华银堆积型铝土矿进行三维建模研究，可以为华 银铝土矿的信息化、数字化、现代化改造提供方法和思路。建立华银铝土矿矿体模型可 以帮助作业人员加深对作用对象的理解，提高作业的准确性。建立华银铝土矿块体模型 可以用于采矿设计和优化，提高采矿设计人员的工作效率和采矿设计质量。在块体模型 的基础上，用线性规划的方法对矿山开采计划进行总体优化，可以从宏观上为华银铝土 矿提出一种经济、合理开发资源的方案。在目前我国铝土矿面临的严峻形势下，采取现 代化的理论、技术和方法提高资源的综合开发利用效益显得尤为重要。 1 3 研究内容 华银铝土矿包括德保矿区和靖西矿区两个矿区，各有一套规模相同的采洗系统且相 互独立，每年分别向氧化铝厂提供1 9 5 万吨合格铝土矿。本文以德保矿区已进行勘探工 作的马隘矿段( d m ) 、巴头矿段( d b ) 、那甲矿段( d n ) 三个矿段为研究对象，利用 3 d m i n e 矿业工程软件建立矿山地表三维模型、矿体三维模型和块体模型，并在块体模 型的基础上，运用线性规划的方法对开采计划进行优化编制。具体研究内容如下： 1 、建立德保矿区地表模型； 2 、建立德保矿区马隘、巴头、那甲三个矿段共9 2 个矿体的三维模型； 3 、建立上述9 2 个矿体的块体模型； 4 、建立开采计划优化的线性规划模型并求解，编制开采计划表。 1 4 研究方法 本文主要以3 d m i n e 软件为技术平台，对华银岩溶堆积型铝土矿矿山三维建模的可 行性进行研究，并结合软件的功能探究建立矿山三维模型的作用和意义。用线性规划方 法对开采计划进行优化编制，用l i n g o 软件对线性规划模型进行求解。具体采用的方 法如下： 3 广西大萼明曩士掌位论文 华银铝土矿三维建模及开采优喇，开究 1 、收集华银铝土矿资料，对探井数据进行整理，使其符合3 d m i n e 软件的规范要 求。对数据进行分析并结合其他资料对数据进行验证，对错误数据予以纠正。 2 、在3 d m i n e 软件中对等高线进行编辑并赋高程，采用等高线生成地表模型的方 法建立德保矿区矿山地表模型。 3 、在3 d m i n e 软件中建立空的数据库框架并导入数据，建立探井数据库。以探井 数据库为基础生成探井轨迹线，并根据边界含矿率、砧2 0 3 边界品位、边界铝硅比设置 探井的显示风格，使矿岩界线清晰明了。确定勘探线位置和间距，沿勘探线做剖面，在 剖面上圈定矿体( 地质解译) ，连接各剖面上矿体边界线成三角网，对三角网两端进行 封闭，合并三角网形成矿体模型。 4 、根据勘探线间距、矿体厚度、以及最小可采厚度确定块体模型单元块尺寸。对 探井数据进行样品组合，用3 d m i n e 软件自带的“地质统计模块”对组合样品进行变异 函数及各向异性分析。选取合适的方法对单元块的属性值进行估计，建立块体模型。 5 、利用3 d m i n e 中“块体报告”功能查询各矿体体积、平均含矿率、a 1 2 0 3 平均品 位、s i 0 2 平均品位等信息。对华银铝土矿德保矿区整个矿山系统进行必要的简化，确定 决策变量、目标函数和约束条件，建立线性规划模型。用l i n g o 软件对线性规划模型 进行求解，编制德保矿区开采计划表。 1 5 国内外发展历史和研究现状 1 5 1 国外发展历史和研究现状 随着科学技术的发展，工程、商业、经济等领域中要处理的数据量越来越大，为了 把握和理解海量数据的本质和规律，可视化技术应运而生。可视化技术由计算机图形学 发展而来，借助视觉来研究抽象事物，其内容涉及数据表示、算法处理和显示方式【2 l 】。 1 9 8 6 年，美国国家科学基金会( n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ) 召开了图形图像专题 研讨会，提出了“科学计算可视化 ( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e m i f i cc o m p u t i n g ) 的概念，并 于第二年提交了“科学计算可视化研究报告 ，标志着可视化的产生阻2 3 1 。如今，可视 化已经发展为包括科学计算可视化、数据可视化( d a t av i s u a l i z a t i o n ) 1 、信息可视化 ( i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n ) 1 2 5 】、知识可视化( k n o w l e d gv i s u a l i z a t i o n ) 2 6 1 等几个分支的 学科。 4 华银铝土矿三维建模及开采优化研究 可视化技术已经广泛应用于医学、通信、矿业、机械、农业、水利、建筑、航空航 天、教育等领域。矿山三维可视化是可视化技术在采矿业中的应用，除了借助可视化技 术分析地质数据的分布规律外，更重要的是以地质资料为基础构建矿山三维模型，为更 加快捷和高效地进行采矿设计和优化提供条件。如今，矿l h - - - 维可视化和计算机辅助设 计的结合成为一种现代化的矿山工作方式，是经济、合理、充分开发利用资源的有效途 径。 2 0 世纪7 0 年代，国外采矿发达国家开始将计算机应用于地质和采矿设计【2 7 】。到了 8 0 年代初，已经出现了一些功能较齐全的采矿辅助设计软件口羽。8 0 年代末，a c m o e r m a n 等人将计算机应用于地质解译和矿体建模1 2 9 。1 9 9 3 年加拿大的s i m o nw h o u l d i n g 提出了“三维地学模拟 ( 3 dg e o s c i e n c em o d e l i n g ) 的概念【3 0 1 ，是对以往地质 和矿业中三维可视化技术研究工作的总结，也为地矿三维可视化作为一门学科的发展指 明了方向。 国外商品化矿用软件出现于2 0 世纪8 0 年代中期，如澳大利亚的s u r p a c 、 m i n c r o m i n e 、m i n c o m 和v u l c a n ，英国的d a t a m i n e ，美国的m i n t e c ，加拿大的g e m c o m ， 涉及到储量计算、开采设计和生产管理等方面【3 1 ，3 2 1 。9 0 年代，矿用软件经历了历史性 飞跃，矿床三维建模引起了矿业界的广泛重视并得到了较快发展，各大软件公司纷纷开 发出了以三维矿床建模为主要功能的矿用软件。许多软件在三维建模功能的基础上融入 了运筹学中的图论和动态优化法，这是三维可视化矿用软件走向成熟的标志【3 3 1 。 目前，国外比较流行的矿山三维可视化建模软件有： 1 、g e m c o ms u r p a c s u r p a c 是澳大利亚s m g ( s u r p a cm i n e xg r o u p ) 公司开发的矿山三维可视化建模软 件，具有钻孔编录、地质建模、露天和地下采矿设计、生产进度计划编制、尾矿库设计 等功能。2 0 0 6 年，s u r p a c 公司和加拿大的g e m c o m 公司合并，s u r p a c 更名为g e m c o m s u r p a c 。g e m c o ms u r p a c 有中文版，在我国矿山企业、设计院、地质勘查单位、高等院 校中拥有超过1 0 0 个用户【弘】。 2 、d a t e m i n e d m e m i n e 是英国m i c l 公司开发的矿山三维可视化建模软件，具备矿床建模、采矿 设计、矿山调度等功能。 3 、v u l c a n v u l c a n 是澳大利亚m a p t e k 公司开发的三维可视化矿用软件，具备矿床建模、品位 s g - 西大掌硕士掌位论文华银铝土矿三维建模及s t - 采俄化研究 变化预测、采矿设计、生产进度计划编制、项目可行性研究、矿山日常生产管理、采场 优化设计等功能【3 5 1 。 4 、m i c r o m i n e m i c r o m i n e 是澳大利亚m i e r o m i n e 公司开发的地质和矿用软件，包括勘探模块、开 采模块、测量模块、露天境界优化模块等8 大模块。可以方便地用来进行矿山三维建模、 资源评估、采矿设计和露天开采境界优化等工作。 5 、i n t e r g r a p h i n t e r g r a p h 是美国i n t e r g r a p h 公司开发的交互式图形处理系统，具备由勘探数据直接 生成矿床三维模型、动态矿床模型管理、模拟断层、采矿工程快速布置等功能。该软件 系统已在加拿大、瑞典和南非的一些矿山得到应用并取得了很好的经济效益【3 6 1 。 6 、m 矾c a d m i n c a d 是加拿大l y n x 公司开发的三维可视化矿用软件系统，具备地质建模、人 机交互方式设计露天开采境界、生产进度计划编制、开采方案效果考察等功能口7 3 。 1 5 2 国内发展历史和研究现状 2 0 世纪8 0 年代末以来，国内学者纷纷开发出了具有三维可视化建模和辅助设计功 能的矿用软件。如：煤炭科学研究总院西安分院的萨贤春等人研究开发的具备建立三维 多层地质模型和网状巷道模型功能的“地测信息系统 ( m s g i s ) 3 s l ；中南大学王李管、 邓顺华、陈建宏开发的“矿床模型与开采辅助设计软件系统 ( d m & m c a d ) ，包含矿 床建模( d m s ) 、露天矿境界圈定( c o n e ) 、露天矿模拟开采( m p u 蝌) 、开采辅助设 计( m c a d ) 等四个结构和功能上相互独立的子系统【3 9 】；中国科学院武汉岩土力学研究 所的白世伟、王笑海、陈健等人研究开发的用于对浅部地层三维空间数据进行管理、显 示和分析的“三维地层信息系统 ( 3 d s i s ) 1 4 0 。 在三维可视化建模理论方面，国内学者也提出了许多新的见解。如：在用地震解释 结果重构地质界面或地质体方面，南京大学的张剑秋、张福炎提出了基于最近邻优先法 的三角片曲面几何重构算法【4 1 1 ；针对表面建模和实体建模过程中前期数据处理时不能融 入钻孔外的其它信息，导致模型在边界和钻孔稀少区域和实际差另i j 较大这一弊病，长安 大学的张渭军和王文科提出了在建模过程中根据专家经验和其他相关资料使用虚拟钻 孑l 的构想【4 2 】；针对用“中点位移法进行网格插值建立地表模型时容易产生“褶皱痕迹 ， 6 广西大掌硕士掌位嵌叼华银铝土写。三燕建模及开采俄化研究 中南大学的周智勇、陈建宏、杨立兵提出了“有约束的中点位移法”1 4 3 】。 上世纪9 0 年代末，国内一些大的矿山企业引进了国外矿山三维可视化建模软件， 但国外矿用软件存在价格昂贵、非中文界面、和我国矿山实际情况相差大等问题，并没 有得到大量普及。 可喜的是，在多年推广和使用国外三维可视化矿用软件经验的基础上，北京三地曼 矿业软件科技有限公司( 前身为北京东澳达科技有限公司) 于2 0 0 6 年底成功开发出了 国内首款具有自主知识产权的三维矿业软件3 d m i n e ，填补了国内这方面的空白，结束 了国内矿山三维可视化软件市场一直被国外软件垄断的局面。目前，国内已有近8 0 家 矿山企业使用3 d m i n e ，有9 所大学开设了3 d m i n e 教学课程。 目前，国内自主研发的矿山三维可视化建模软件有： l 、3 d m m e 3 d m i n e 软件的主要功能有：矿山三维可视化建模、地勘数据库管理和显示、c a d 绘图与原始图形编辑、露天采矿设计、短期生产计划编制、爆破设计、地下采矿设计、 开拓设计、通风解算、测量仪器接口与数据应用等。在最新的“2 0 1 0 3 版本中还增加 了露天境界优化和中长期生产进度计划编制功能。3 d m m e 软件具有很强的数据兼容性， 可以实现与e x c e l 、t e ) ( t 文件格式数据的相互导入导出，可以打开a m o c a d 、m 印g i s 、 d a t a m i n e 、s u r p a c 、m i e r o m i n e 等软件格式的文件，并能实现各种文件格式间的相互转 换【4 4 1 。 2 、g e o e 4 5 】 g e o v i e w 是中国地质大学( 武汉) 国土资源信息系统研究所开发的可视化地学信息 系统平台。具备建立地表模型、矿体模型、采场模型、巷道模型、氧化还原带模型、蚀 变带模型、岩性模型、品位模型的功能，已经在紫金矿业股份有限公司得到了成功应用。 3 、d i m i n e t 4 6 1 d i m i n e 是中南大学数字矿山研究中心和长沙迪迈信息科技有限公司研究开发的矿 山数字化软件系统。该软件系统可谓是后起之秀，其功能之多是目前其他三维矿用软件 所无法相比的。主要功能包括：矿床三维地质建模、储量计算及动态管理、测量验收及 数据成图、地下采矿设计、爆破设计、生产计划编制、通风系统网络解算及优化、露天 开采境界优化、露天采场设计、采剥顺序优化、采剥进度计划编制等。d i m i n e 的一大 特色就是采用先进的优化理论实现对矿床开采的全面优化，如：采用l g 图论法进行露 天境界优化，采用线性规划对采剥顺序进行优化等。由于d i m i n e 软件功能全面、技术 7 a t i l t 铝土矿三维建模及开采优化研究 领先，很快就被国内许多矿山引进和应用，如：江西铜业集团、云南玉溪矿业公司、中 国铝业河南分公司、五矿集团邯邢冶金矿山管理局等。 1 6 矿床模型种类 矿床模型可划分为几何矿床模型、数值矿床模型和体矿化模型三类【2 1 1 。 1 、几何矿床模型 几何矿床模型又包括线框模型、表面模型和实体模型。从线框模型到表面模型，再 到实体模型反映了计算机三维建模的发展过程，后一种模型是在前一种模型的基础上发 展起来的，是对前一种模型的完善，对几何体的描述从简单逐渐到复杂。线框模型是用 线段搭建成的多边形网格来描述几何体的外形，模型中没有表面、体积等信息。表面模 型是用线框模型中多边形网格包含的所有面的集合来描述几何体，具有面的属性，但缺 乏体积属性。3 d m i n e 软件中建造的数字地表模型( d t m ) 即为表面模型。实体模型是 在表面模型的基础上，增加了实体存在于面的哪一侧的信息( 即体积信息) ，使模型具 有体积属性。3 d m i n e 软件中建造的矿体模型、采场模型、采掘带模型、硐室模型、巷 道模型即为实体模型。 2 、数值矿床模型 数值矿床模型包括块体模型( 也被称为块段模型、块状模型) 、网格模型和断面模 型。块体模型的概念是美国的k e n n e c o t t 铜矿公司提出的【4 7 l ，是将矿床离散成一系列大 小相同的正方体( 或长方体) 小块而形成的模型。三维块体模型被广泛应用于矿床品位 和储量计算、露天开采境界优化、生产进度计划优化编制等工作。网格模型用于描述比 较平缓的层状矿体，是在矿层面( 或投影面) 上将矿层划分为正方形( 或长方形) 二维 网格，对每一网格的属性进行估值，并记录网格在矿体垂直方向上的厚度而形成的模型。 断面模型是通过平面图和剖面图上的地质信息来描绘矿体形状的构模方法。 3 、体矿化模型 为了完整地描述矿体形态和更好地把握矿体的内部结构和矿化规律，常常需要将几 何模型和数值模型融合在一起使用，用几何模型描述矿体形态，用数值模型计算储量和 品位、进行露天境界优化、优化编制生产进度计划等。为了解决几何模型和数值模型之 间转换效率低下的问题，北京科技大学的李翠平提出了体矿化模型的概念，就是利用体 视化技术直接生成的矿体模型