陳鵬輝

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建上杭364200）

信息科技的飛速發(fā)展，以信息化、自動化、智能化、數(shù)字化帶動采礦業(yè)的升級與發(fā)展，成為礦山行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1-2]。建設(shè)數(shù)字礦山的核心是在統(tǒng)一的時間和空間坐標(biāo)下，將海量、異質(zhì)的各類礦山信息進行科學(xué)、合理的組織，通過統(tǒng)一的工作平臺進行有序的管理和整合，達到對礦山生產(chǎn)過程的可視化、智能化、精細化的管控[3-4]。而采剝計劃的編制，則是根據(jù)一定時間范圍內(nèi)的工藝指標(biāo)、生產(chǎn)能力、經(jīng)濟效益等對三維空間內(nèi)的礦產(chǎn)資源進行全面、系統(tǒng)的計劃安排，確保下游選礦工藝指標(biāo)的穩(wěn)定和生產(chǎn)組織的有序進行[5]。傳統(tǒng)的采剝計劃編制多依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗，對礦體的形態(tài)、走向、礦巖屬性、品位分布等處于模糊狀態(tài)，特別對于礦體復(fù)雜區(qū)域，計劃與實際存在較大的偏差，導(dǎo)致供配礦不均衡，不僅影響生產(chǎn)，而且編制、修改過程繁瑣，效率較低。

SURPAC軟件是加拿大Gemcom軟件公司開發(fā)的一款三維數(shù)字化礦業(yè)軟件[6]。其主要功能模塊有地質(zhì)建模、采礦設(shè)計、測量驗收和生產(chǎn)管理等，通過建立三維虛擬的數(shù)字礦山，對礦產(chǎn)資源在空間上進行動態(tài)管理。同時，SURPAC提供了以TCL/SCL語言為基礎(chǔ)的二次開發(fā)接口，通過宏的編輯功能，實現(xiàn)對自定義功能的自動化和智能化編制。目前，利用二次開發(fā)進行采剝計劃編制的應(yīng)用還較少，編制的模式和要求不一。李暢[7]、李修鈺[8]等應(yīng)用TCL語言編寫了地質(zhì)圖件的自動繪制程序；劉英璐[9]等利用二次開發(fā)接口輔助煤礦的開采設(shè)計；冒立朝[10]等采用TCL語言及可視化窗口編制了龍首礦地質(zhì)建模及數(shù)據(jù)處理程序。本研究結(jié)合紫金山金銅礦露采采剝計劃的實際編制及應(yīng)用需求，采用TCL/SCL語言，設(shè)計采剝計劃編制輔助系統(tǒng)，并成功投入應(yīng)用。

1　采剝計劃系統(tǒng)的功能需求

露天礦采剝進度計劃分為短期計劃、中長期計劃、長期計劃及終了計劃。一般短期計劃包括周計劃、月計劃，中長期計劃則以季度、半年、年為單位，長期則以3～5 a為一個周期進行編制。其共同的任務(wù)是根據(jù)上級部門下達的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行編制，結(jié)合各時間階段內(nèi)不同的要求對生產(chǎn)任務(wù)進行分解、合理安排設(shè)備作業(yè)位置、詳細計算穿孔、爆破、鏟裝、運輸、排土等各個工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力，繪制時間節(jié)點推進線，通過二維或三維的圖、表形式展現(xiàn)計劃內(nèi)容并指導(dǎo)生產(chǎn)。

采剝計劃的編制過程中，準(zhǔn)確、規(guī)范地報告出編制區(qū)域內(nèi)礦巖屬性、品位情況是編制采剝計劃的前提。同時，編制的過程是動態(tài)的，需要經(jīng)常性地修改和更新?；谶@些屬性，需要利用SURPAC提供的二次開發(fā)接口，基于其宏錄制及編輯功能，自主設(shè)計特定的功能菜單，實現(xiàn)特定的功能需求。

2　系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)

根據(jù)采剝計劃編制的要求和現(xiàn)場生產(chǎn)的管理模式，采剝計劃系統(tǒng)的編制需要在AutoCAD、SURPAC、Microsoft Office Excel 3個程序之間進行數(shù)據(jù)交互，并結(jié)合VBA、TCL、SCL語言進行數(shù)據(jù)的整合、匯總。其設(shè)計的主要思路是利用SURPAC的二次開發(fā)接口，對擬計劃的區(qū)域進行實體生成、塊體賦值及報告輸出等一系列操作的集成運行，具體架構(gòu)如圖1所示。

為便于用戶進行操作，編制人機對話窗口，通過設(shè)置邏輯符，將調(diào)試好的代碼集成到系統(tǒng)文件夾下，在主菜單欄即可顯示并調(diào)用二次開發(fā)模塊菜單。

3　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程

采剝計劃的編制，考驗的是計劃編制人員對整個采礦系統(tǒng)及其上下游工藝、生產(chǎn)能力、作業(yè)特點、采場重點推進位置、防排洪系統(tǒng)建設(shè)、運輸?shù)缆芬?guī)劃等系列問題的整體布局和統(tǒng)籌安排。要充分利用建立的地質(zhì)模型和測量驗收圖紙，明確采場現(xiàn)狀的礦巖分布及其品位情況，再初步圈定計劃區(qū)域，通過二次開發(fā)系統(tǒng)進行礦量、品位的計算，進一步地校驗和調(diào)整。在運行采剝計劃編制系統(tǒng)前，需要準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)有：

（1）地質(zhì)模型，根據(jù)原始勘探數(shù)據(jù)及實時炮孔取樣數(shù)據(jù)更新的地質(zhì)塊體模型。

（2）測量驗收圖，每日測量驗收后形成的動態(tài)采場平面圖。

（3）計劃周期內(nèi)的工藝指標(biāo)。

（4）采場的境界設(shè)計范圍線。

3.1　塊體模型的處理

在塊體模型中，一般只有塊體的礦巖品位屬性，以紫金山金銅礦為例，其塊體的屬性有金的品位（Au）、銅的品位（Cu）2個基礎(chǔ)屬性，如圖2（不同色塊代表不同品位區(qū)間礦體）。而對于生產(chǎn)出礦，則需要對金銅不同品位間的礦巖屬性進行重新劃分。根據(jù)選廠的生產(chǎn)要求，我們將出礦的類型劃分為金礦（Au)、低品位銅礦（LCu)、中品位銅礦（MCu)、高品位銅礦（HCu)、廢石（Waste)五類。通過人機對話的窗口，用戶可以根據(jù)實際情況手動添加出礦類型及其品位區(qū)間，如圖3。同時，程序自動在塊體模型中添加平臺名稱、工程公司名稱、部分百分比等輔助屬性。

3.2　計劃區(qū)域的圈定及導(dǎo)入

根據(jù)測量驗收AutoCAD平面圖，新建計劃圖層，采用二維多段線初步圈定擬計劃區(qū)域，形成閉合線圈，并賦上相應(yīng)的平臺標(biāo)高。在CAD圖層做好后，導(dǎo)入到SURPAC軟件中，自動對導(dǎo)入圖層坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，對雜散點、重復(fù)點、交叉點進行修正和處理，根據(jù)用戶輸入的臺階高度生成三維實體模型，并保存，如圖4。

3.3　計劃區(qū)域的賦值

當(dāng)CAD計劃線圈數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SURPAC后，需要對每個閉合線圈的屬性進行賦值，確認(rèn)每個閉合線圈所在的臺階標(biāo)高、拓展的高度、哪家工程公司作業(yè)、平臺的命名等參數(shù)，通過對話框使用戶自由選擇閉合線圈并賦值，如圖5。

塊體賦值是整個操作過程中最復(fù)雜、也是最核心的部分，通過鼠標(biāo)點選閉合線圈上的點，識別該點的坐標(biāo)、描述字段、所在的線號、段號及其各個字段的描述信息。利用拾取的信息作為變量，結(jié)合用戶輸入的平臺名稱、拓展高度、工程公司，自動寫入到該閉合圈所生成的實體約束內(nèi)的塊體模型，并保存在塊體模型中（如圖6），并循環(huán)執(zhí)行，直到所有閉合線圈賦值完成。同時，為避免拾取點錯誤、重復(fù)，平臺及工程公司的命名錯誤等情況，程序提供了修改塊體屬性及操作中斷后繼續(xù)執(zhí)行的功能。

3.4　報告的輸出

塊體模型賦值完成后，對計劃范圍內(nèi)的塊體進行報告的輸出，程序按照標(biāo)準(zhǔn)的的輸出格式報告塊體的礦巖屬性、平臺名稱、礦量、品位、金屬量等參數(shù)，默認(rèn)報告文件名為“塊體報告.csv”，并保存在當(dāng)前的工作目錄下，報告結(jié)果如表1所示。

3.5　采剝計劃表的自動形成

從SURPAC原生模塊報告輸出不符合標(biāo)準(zhǔn)的采剝計劃報表格式，需要對數(shù)據(jù)進行單位換算、添加損失貧化率、合并匯總、添加出礦點、排卸點數(shù)據(jù)。在SURPAC報告中得到表1所示的數(shù)據(jù)后，通過Microsoft Office VBA語言在Excel內(nèi)對數(shù)據(jù)進行自動提取和分析，匯總到標(biāo)準(zhǔn)的采剝計劃表中，其數(shù)據(jù)處理流程如圖7。

4　系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)論

紫金山金銅礦露天采礦場是國內(nèi)罕見的大型金銅共生礦床，其采場面積達5.6萬km2，采剝總量3 200～3 500萬m3/a，穿爆及鏟裝運輸全部外包給3個工程公司。紫金山金銅礦又因其特殊的地勢條件，采場內(nèi)沒有堆場，礦石采用露天溜井下礦，通過井下循環(huán)巷道利用電機車運輸?shù)竭x廠，廢石通過自卸汽車運輸?shù)脚磐翀雠判?。目前在用的金礦溜井4個、銅礦溜井9個，金礦又分基巖礦及二次量（曾經(jīng)作為廢石排棄的低品位金礦），銅礦下設(shè)3個浮選系統(tǒng)和1個濕法系統(tǒng)。其下游各個選廠能力不同，對礦石的質(zhì)量要求不一，因此，合理編制采剝計劃，滿足下游的正常生產(chǎn)條件及備礦條件顯得尤為重要。

紫金山金銅礦露采采剝計劃的編制分為周計劃、月計劃、季度計劃、半年計劃、年計劃、3 a滾動計劃及終了計劃編制。紫金山從2013年開始引進SURPAC軟件，目前已經(jīng)完成地質(zhì)模型的建立以采礦方面的簡單應(yīng)用。本系統(tǒng)基于SURPAC的二次開發(fā)接口采用TCL、SCL語言進行自主開發(fā)，并且成功應(yīng)用于紫金山金銅礦露采采剝計劃的編制。該系統(tǒng)安裝簡便、操作簡單、流程清晰、修改方便，極大地提高了采剝計劃編制的準(zhǔn)確性和可執(zhí)行率，并通過三維圖片、表格等形式生動形象地表述了采剝計劃編制進度。同時，利用Excel的宏編輯功能，實現(xiàn)一鍵編制標(biāo)準(zhǔn)采剝計劃表及排土場排卸作業(yè)表，省去了繁雜、重復(fù)的人工勞動，提高了工作效率。

另外，該系統(tǒng)基于SURPAC通用的平臺開發(fā)，能夠兼容SURPAC所有版本，只需要簡單修改部分參數(shù)，即可移植到其他企業(yè)SURPAC系統(tǒng)中，能夠減少企業(yè)重復(fù)購買第三方開發(fā)的成本。