Micromine三維礦業(yè)軟件應用實例研究

賀明貴

（云南思茅山水銅業(yè)有限公司，云南 思茅 665000）

云南思茅山水銅業(yè)有限公司是由玉溪礦業(yè)有限公司、（香港）勵晶金屬有限公司、云南鼎泰投資有限公司和云南易門經一工貿有限責任公司共同投資重組的一家中外合資公司，目前擁有大平掌銅礦采礦權和大平掌外圍銅多金屬普查、大凹子銅多金屬普查、景谷中合銅多金屬普查三個探礦權，是集探、采、選為一體，以銅、鋅為主的礦產資源開發(fā)企業(yè)。

2006年以前，大平掌銅礦的采礦設計采用傳統(tǒng)的手工制圖和借助于CAD等作圖軟件形成施工圖形，這些圖形大多局限于二維平面圖形，圖形不夠直觀，信息表達不夠充分，工程量大，需要的專業(yè)人數多，而且往往只有少數專業(yè)采礦人員才能夠快速清晰地理解。2009年2月份，玉溪礦業(yè)公司全面接管云南思茅山水銅業(yè)有限公司大平掌銅礦的生產經營權以后，玉溪礦業(yè)公司礦山研究院引入MicroMine三維礦業(yè)軟件對大平掌銅多金屬礦床進行管理和開采。

MicroMine采用真三維采礦方法設計，生成三維采礦單體實體模型。在三維采礦單體模型的基礎之上，透過礦塊表面直接觀察內部采剝工程布置方式和順序，進行任意剖面圖的剖切，觀察內部構造、局部信息，并自動生成用于生產的二維剖面圖，這種三維可視化方法的實現可以給設計人員提供大量、精確、直觀的圖形數據，從而降低設計人員的勞動強度，提高設計人員的工作效率。MicroMine可在三維實體模型的基礎上計算出采剝工程量、采剝比、礦石量、損失和貧化率、炸藥及爆破器材消耗量等一系列參數，這些資料為后期采剝計劃的編制和生產過程控制提供了可靠的依據。

利用Micromine三維礦業(yè)軟件對大平掌銅礦管理規(guī)范及流程具體分測、地、采三個部分，第一部分礦山工程測量數據采集、數據處理，第二部分礦山地質模型的更新，第三部分露天礦山采礦設計。

1 工程概況

大平掌銅礦是一座以銅為主，并伴生鋅、金、銀，鐵等多種金屬元素的中大型露采礦山。采區(qū)出露地層主要為上泥盆統(tǒng)－下石炭統(tǒng)大凹子組（DCd）的第一段（DCd1）頂部和第二段（DCd2）。大凹子組第一段頂部為塊狀硫化物及放射蟲硅質巖、硅質凝灰?guī)r，是礦區(qū)v1礦體的產出層位，其下部被次火山巖流紋斑巖侵入，礦區(qū)V2礦體即產于流紋斑巖。大凹子組第二段出露于礦區(qū)中部，巖性為灰綠色英安巖。礦區(qū)總體為一北西走向的背斜構造，由于受斷裂、斜長花崗斑巖及流紋斑巖侵入破壞，背斜形態(tài)不完整。采區(qū)出露斷層較多，但多為小斷層，對礦體影響不大。只有2-12線之間發(fā)育較好的縱段斷層和4-6線處發(fā)育橫斷層對V1礦體有一定影響，但錯距都不大只有20米。大平掌銅多金屬礦產于大凹子組凝灰?guī)r和流紋巖中，礦區(qū)圈出兩個礦體，兩者的地質特征有明顯差異。V1礦體由塊狀硫化物礦石組成，呈不規(guī)則的透鏡狀或構造塊體，分布在V2礦體及流紋巖之上，與下伏V2礦體不完全重疊，與頂板英安巖之間常見凝灰?guī)r，接觸面呈波狀。V2礦體由細脈狀和浸染狀礦石組成，產于流紋斑巖頂部流紋巖中，連續(xù)分布，中部厚邊部薄，餅狀透鏡狀。兩個礦體分布于19至20勘探線間，走向北西，向北東波狀緩傾斜，傾角10°－25°，局部大于35°。礦體總體長2000米，寬100－670米，埋深從地表到280米標高，礦體厚度2－50米。V1礦體主要由7個礦體構成，V2礦體主要由4個礦體構成。本研究中采礦設計的單體位于0-10線1095m標高以上的礦體。

2 三維可視化采礦模型建立

2.1 數據收集及準備工作

2.1.1 數據收集

設計前，主要應收集的資料有測量人員審定后提供最新的采場現狀圖；地質人員審定后提供的0-10線范圍1095m以上各標高礦體位置及V1、V2礦體的礦量與品位。

2.1.2 準備工作

設計資料的準備工作是一個十分重要的過程，它是進行采礦單體設計的基礎，包括建立采剝工程實體模型和需要計算儲量部分的塊段模型，另外還要根據礦體的形態(tài)和圍巖的性質確定出采礦方法和各個技術參數。根據礦體的實際情況，本設計范圍內采用的采礦方法及開采方式為露天臺階式采礦。

2.2 地表模型的更新

地表模型是建立三維地質實體模型的重要組成部分，建立好地表模型，可以在宏觀上對礦區(qū)所在位置在宏觀上有個完整的認識。

大平掌銅礦的地表模型一般每個月更新一次。根據測量人員提供的測量數據，在AutoCAD中連成地形線，然后導人Micromine軟件中進行高程賦值，把與上一個月地表重復的部分替代，再用創(chuàng)建DTM指令生成最新的數字地表模型（如圖1）。地表模型一般由若干地形線和散點生成，在Micromine中，系統(tǒng)根據每個點的坐標值，將所有點（線亦由散點組成）聯(lián)成若干相鄰的三角面，然后形成一個隨著地面起伏變化的單層模型。

圖1 更新后的地表模型

2.3 礦塊模型的更新

創(chuàng)建一個線框，把所有礦體包含于其中，用更新后的地質模型與新創(chuàng)建的線框進行布爾運算（表面下的實體），再通過線框賦值即可得到新的礦塊模型（如圖2）。

圖2 更新后的礦塊模型

2.4 露天坑模型的建立

根據玉溪礦業(yè)礦山研究院提供的《大平掌礦露天開采境界優(yōu)化及露天開采設計》及礦體地質特征和開采的經濟技術條件確定本設計中主要設計參數為：（1）工作臺階高度10m；（2）工作平臺寬度12.5m；（3）安全清掃平臺寬度30m；（4）運輸線路寬度為15m，坡度為8%；（5）運輸公路的最小轉彎半徑為15m；（6）臺階坡面角75°。依據思茅山水銅業(yè)有限公司當期的生產經營目標，結合生產作業(yè)設備的實際情況，確定當期生產露天坑的最小底寬，按照上述的參數設置，然后在三維圖形環(huán)境下生成露天坑模型（如圖3）。

圖3 露天坑模型

露天坑模型建立以后，通過布爾運算（表面上的實體）再用線框賦值即可得到露天坑內當期計劃開采的礦體。

2.5 爆破設計

采礦設計中，爆破設計是十分重要的組成部分，三維可視化設計可以為爆破施工提供最直接的設計圖紙和技術文件，露天礦爆破設計主要分為礦巖爆破設計和圍巖爆破設計。鉆孔主要分淺孔、中深孔和深孔3類。爆破設計中需要的炮孔設計參數包括鉆機類型和爆破范圍、作業(yè)高度，最小孔底距，炸藥種類、裝藥方法，裝藥密度、炮孔間距和排距等，炮孔的布置形式主要有矩形布孔和菱形布孔2大類型。大平掌礦山主要布孔方式為菱形布孔。

根據礦山以往的經驗和礦體地質特征確定各爆破參數后，在Micromine三維軟件露天爆破設計中對各臺階進行布孔，計算裝藥量。

表1 某臺階爆破設計成果表

表2 某臺階經濟技術指標表

2.6 設計結果輸出

設計結果包括各臺階圍巖量、礦石量、各種金屬的品位、剝采比、礦石的損失貧化、炸藥和爆破器材的消耗量等（如表1、表2）。

2.7 采剝計劃的編制

編制露天礦采剝計劃是當前采礦工程中不可或缺的環(huán)節(jié)。以Micromine三維礦業(yè)軟件為平臺,依據原始地質資料建立礦山的礦體、地表模型,結合該礦當前生產的實際數據,進行露采坑設計,并在此基礎上系統(tǒng)能夠對采剝順序計劃自動優(yōu)化,同時在技術人員的參與下手工編制采剝計劃，運用三維可視化技術可得到較滿意的露天境界殼,并且有效的指導露天礦山分期開采或中長期采剝計劃的編制,為采剝生產計劃優(yōu)化工作提供了切實可行的新途徑,提高了礦山生產效率,達到迅速開展工作的目的。

Micromine三維礦業(yè)軟件，可以從時間上再現露天礦的過去、現在與將來。生產的過程是不斷改變三維實體現狀模型圖的過程，如果把每次采剝作業(yè)的實體臺賬進行保留，就可以查看過去任意時刻的采場狀態(tài)，同樣也可以將編好的計劃運用到模型中，三維表現每年的采出量及采出后的模型狀態(tài)。在計算方面不再采用各種幾何公式，而是依賴實體的布爾運算，從而更精確和更方便。

大平掌銅礦現所有的采剝作業(yè)都在山坡進行，因此快速準確的驗收計算成為首要的問題，引進Micromine以后，在實體模型的基礎上通過各種布爾運算，使驗收計量變得非常方便和準確，同時更直觀的反應了采剝狀態(tài)，為生產作業(yè)計劃提供了有利的保證。Micromine帶來了測量驗收與采剝計劃作業(yè)形式的變化，所有計算結果都是三維狀態(tài)下的三維實體，無論是速度和效果，都是原有基礎上一次質的飛躍。比如在模型圖上編制十二五采剝計劃，可以直觀反映五年后的采場規(guī)劃圖和真實再現每年的變化效果，結果非常直觀。

2.8 剖面查看及圖紙輸出

建立在真三維模型基礎之上的采礦設計內部工程任意方位察看，與傳統(tǒng)設計相比更加直觀化、形象化、真實化，對從本質上了解各個采剝工程的空間結構、采準順序，起到了不可替代的作用。根據真三維礦塊及內部實體工程模型，截取任意位置、方向、比例的平面圖和剖面圖，與傳統(tǒng)圖紙進行成功轉化，形成平面圖，在此基礎上進行施工指導、生產進度計劃編制，為礦山的可行性研究和初步設計提供工具和優(yōu)化方案的選擇，同時為礦山的生產調度及其控制提供空間定位和基礎模型，并最終服務于整個生產過程。

3 Micromine露天境界優(yōu)化功能

確定最優(yōu)露天開采境界是露天礦設計的一個重要步驟，它的目標是實現礦山生產利潤最大化。傳統(tǒng)的人工境界優(yōu)化方法是通過逐漸增大境界尺寸來計算平均剝采比和境界剝采比，當境界剝采比等于經濟合理剝采比且平均剝采比小于經濟合理剝采比時，即認為該境界為最優(yōu)境界。可以看出，這種方法確定一個境界需要耗費大量的人力和時間，而且很難找到真正意義上的最優(yōu)境界。同時，最終境界的設計往往是在礦山投產前完成，而最終境界的形成是在礦山開采十幾年或幾十年后，并且由于技術進步和市場行情、礦山生產成本和產品銷售價格影響，礦山的開采壽命也相應地發(fā)生很大的變化，因此必須每隔幾年應用當時的經濟技術參數對最終境界進行重新優(yōu)化。隨著科學的發(fā)展和技術的進步，國內外大中型露天礦已將邊坡與開采境界的優(yōu)化方法由過去的傳統(tǒng)手工方法變?yōu)榻柚嬎銠C的動態(tài)優(yōu)化方法，實現了三維可視化礦床模擬技術和露天境界優(yōu)化方法的結合，使這一問題得到了很好的解決。

大平掌銅礦露天境界優(yōu)化是委托玉溪礦業(yè)公司礦山研究院進行設計的，在當期的生產過程中還沒對原有境界進行再優(yōu)化。故本次工程實例只著重介紹了Micromine的露天開采設計及編制進度計劃功能。對于它的露天境界優(yōu)化功能及品味控制功能不再詳細介紹。

Micromine三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)以其先進的三維可視化技術建立大平掌銅礦露天礦山工程的三維可視化模型，另外還提供儲量計算、品位估值等功能，大平掌銅礦安排生產計劃、實時調度監(jiān)控等工作提供了一個新的技術支持。新技術的廣泛應用，不僅可提高礦山管理者、設計者的能力，而且還可節(jié)約資源，加速產業(yè)在國際市場的競爭力，促進國內礦山產業(yè)更好與國際接軌。

Micromine三維礦業(yè)軟件在大平掌銅礦的運用，是大平掌銅礦走向“數字化礦山”標志。采礦設計三維實體模型是“數字礦山”的基礎，也是它的核心內容之一。三維開采設計可視化對大平掌礦山的計劃編制和生產具有非常巨大的意義，同時。三維采礦設計建摸技術可以使礦山的管理、技術人員和工人能夠對采用的采礦方法、采礦過程等獲得更加深入的認識和理解，并便于預先發(fā)現問題、制措施。同時，Micromine三維礦業(yè)軟件的引入，為大平掌銅礦實現數字化建設的目標奠定了堅實的基礎。

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