劉永旭

(貴州開磷集團(tuán)股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

MineSight軟件在礦山三級礦量動態(tài)管理中的應(yīng)用

劉永旭

(貴州開磷集團(tuán)股份有限公司，貴州 貴陽550081)

礦山地質(zhì)儲量和以及用于指導(dǎo)生產(chǎn)管理的三級礦量經(jīng)常處于變動狀態(tài)中，而儲量變動的平衡與管理對礦山企業(yè)非常重要，如何快速、準(zhǔn)確、直觀地獲取地質(zhì)資源信息，及時(shí)掌握三級礦量的動態(tài)增減情況、勘探及準(zhǔn)備程度，是礦山企業(yè)合理安排采掘計(jì)劃的重要保證。MineSight三維礦業(yè)軟件的在三級礦量動態(tài)管理中的應(yīng)用，為礦山資源儲量動態(tài)管理提供了高效的手段和工具。

MineSight；三級礦量；動態(tài)管理；資源儲量

1999年，在我國發(fā)起的首屆“數(shù)字地球國際會議(ISDE)”上正式提出了“數(shù)字礦山(Digital Mine)”的概念。數(shù)字礦山立足于數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化、系統(tǒng)化，應(yīng)用當(dāng)代迅速發(fā)展的信息與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能與自動控制技術(shù)、3S技術(shù)以達(dá)到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學(xué)化，獲得了業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)同，在短短18年時(shí)間里就取得了巨大的發(fā)展，成為21世紀(jì)礦業(yè)的發(fā)展趨勢[1-4]。

數(shù)字礦山的興起，賦予了礦山三維可視化技術(shù)新的意義與發(fā)展空間。礦山三維可視化模型是對礦區(qū)地形地貌、礦體分布、巷道工程等進(jìn)行定量表達(dá)和直觀反映的重要手段，可以使工程技術(shù)人員，更加直觀、便捷地掌握礦山地表地形、礦體空間形態(tài)以及井下工程布置的空間關(guān)系[5-9]。

隨著數(shù)字礦山的發(fā)展，催生了各類數(shù)字礦山軟件的開發(fā)與應(yīng)用。目前，國外數(shù)字礦山軟件有DataMine、Micromine、SURPAC、MineSight等。國內(nèi)研發(fā)的數(shù)字礦山軟件有DIMINE、3DMine等。各數(shù)字礦山軟件平臺功能都大體相似，均以三維可視化、儲量估算、開采設(shè)計(jì)、計(jì)劃編制為重點(diǎn)，但具體業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)并未以固定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，且未對國內(nèi)礦山特點(diǎn)開發(fā)針對性功能模塊(如資源動態(tài)管理、開采設(shè)計(jì)評估優(yōu)化、綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測分析等)。

Minesight軟件是一款針對現(xiàn)代化礦山建設(shè)而開發(fā)的3D數(shù)字化軟件，其最大的特點(diǎn)是將模塊功能分割并以鑲?cè)氲姆绞竭M(jìn)行融合，礦山可以根據(jù)自己的需求，配置不同功能的模塊軟件包，使其具備了以下強(qiáng)大的功能。

1) 建模工具包括地表建模、構(gòu)造建模、地表建模、礦體建模、巷道建模等。

2) 統(tǒng)計(jì)分析包括鉆孔數(shù)據(jù)分析，物料管理分析、爆破數(shù)據(jù)分析、品位統(tǒng)計(jì)分析等。

3) 管理工具包括采場管理，采掘管理、儲量管理、物料管理、設(shè)備管理等。

4) 計(jì)劃工具包括采掘計(jì)劃編制、短期計(jì)劃編制、長期計(jì)劃編制等。

5) 出圖工具包括剖面出圖、地質(zhì)平面出圖、地表地形出圖、采礦二維出圖和采礦三維出圖等。

MineSight軟件最大的優(yōu)勢是該軟件提供了開放式的Python和C語言錄入平臺，為二次開發(fā)提供了平臺，能以易學(xué)易用的計(jì)算機(jī)語言為工具，方便用戶在MineSight軟件平臺中，實(shí)現(xiàn)基本的地質(zhì)建模及可視化、儲量計(jì)算、開采設(shè)計(jì)、計(jì)劃編制等功能以外，還可根據(jù)用戶的特定需求，完成可滿足國內(nèi)礦山生產(chǎn)模式下生產(chǎn)采掘計(jì)劃動態(tài)管理、資源儲量動態(tài)管理、人員設(shè)備運(yùn)行管理、物料消耗成本管理、綜合數(shù)據(jù)分析管理等各類礦山生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)管理[10-11]。

1 馬路坪礦概述

貴州開磷馬路坪礦擁有高度集成化、數(shù)字化、系統(tǒng)化、智能化的礦山管控手段，是開磷集團(tuán)數(shù)字化、信息化、自動化程度最高的礦山，為能更好地推進(jìn)礦山現(xiàn)代化建設(shè)，開磷以馬路坪礦為先例，引進(jìn)礦業(yè)軟件MineSight，建立了礦床三維可視化模型，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，利用MineSight對馬路坪礦的資源儲量、三級礦量、礦山生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化和生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)管控進(jìn)行管理。推動數(shù)字礦山在資源儲量動態(tài)管理、開采設(shè)計(jì)評估優(yōu)化、人員設(shè)備運(yùn)行管理、綜合數(shù)據(jù)運(yùn)行分析的應(yīng)用。

2 構(gòu)建礦山三維模型

利用礦區(qū)地形圖、地質(zhì)平面圖、地質(zhì)剖面圖、鉆孔數(shù)據(jù)等資料，建立相應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)庫，再以MineSight礦業(yè)工程軟件為平臺，構(gòu)建礦山地表三維可視化模型、礦體三維可視化模型和井下巷道系統(tǒng)三維可視化模型。建模流程見圖1。

圖1 建模流程

2.1 構(gòu)建地表模型

MineSight軟件利用不規(guī)則三角網(wǎng)來構(gòu)建地質(zhì)體三維可視化模型，去除無用的信息后，保留地形等高線、勘探線、道路等建模所需信息，進(jìn)行整理優(yōu)化、分層管理，再利用“等值線賦高程”功能對等高線進(jìn)行賦高程。高程賦值完成后，執(zhí)行“生成表面”命令，迅速生成礦區(qū)地表模型。通過地表模型“光滑處理”、“顏色渲染”進(jìn)行處理，使模型顯示更加逼真、形象，接近實(shí)際。

2.2 構(gòu)建礦體模型

勘探線剖面圖是建立三維礦體模型的基礎(chǔ)依據(jù)，將勘探線剖面圖導(dǎo)入MineSight軟件之后，在MS3D環(huán)境中，首先，根據(jù)三維鉆孔模型，平移、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)入的勘探線剖面圖；然后，根據(jù)鉆孔見礦位置、采準(zhǔn)工程及勘探工程揭露的礦體位置，在剖面上局部修改礦體輪廓線?？碧骄€剖面修改完成之后，應(yīng)用MineSight軟件中的“鏈接”工具，依次連接勘探線剖面上的礦體輪廓線，形成礦體三維模型，同時(shí)，根據(jù)地表、斷層、采空區(qū)、礦權(quán)范圍、工程網(wǎng)度等約束條件，劃分采空區(qū)、采礦權(quán)內(nèi)、探礦權(quán)內(nèi)、不同資源級別對應(yīng)的礦體幾何體，形成完整的礦區(qū)礦體模型(圖2和圖3)。

圖2 礦區(qū)礦體、鉆孔模型

圖3 礦體資源分類

3 構(gòu)建塊模型

三維地質(zhì)塊模型是對礦床地球物理及地球化學(xué)屬性在空間分布的數(shù)字化描述，是礦業(yè)計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常用的一種模型，它用一系列規(guī)則的塊段模型表示礦床屬性特征，是資源估算、儲量估算、礦山采礦設(shè)計(jì)、開采計(jì)劃和礦石品位控制等多項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。在創(chuàng)建塊模型之前，首先應(yīng)確定模型的基本參數(shù)及基本要素，其中最主要的為礦塊尺寸的確定。礦塊尺寸應(yīng)根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、探礦工程間隔、采礦約束、地質(zhì)因素、地形及計(jì)算機(jī)的處理能力等條件綜合確定。傳統(tǒng)的礦床資源/儲量的估算方法是地質(zhì)剖面塊段法，而礦業(yè)軟件采用的是三維塊段法，即用眾多的三維塊段來模擬礦床，進(jìn)行資源/儲量估算。其常用方法有克里格法、距離n次冪反比法、多邊形法等。按礦床的具體情況選擇適合的估值方法，之后需確定有關(guān)估值參數(shù)，主要有樣品空間搜索距離、最多及最少樣品個(gè)數(shù)、單工程最多參與估值的樣品數(shù)、礦床的主次軸向等。確定相關(guān)的參數(shù)后，通過運(yùn)行軟件完成品位估值，之后便可統(tǒng)計(jì)礦床(模型)資源量[12-16]。

4 儲量估值

在三維地質(zhì)塊模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用普通克里格法對馬路坪礦進(jìn)行資源估算。截至2016年底，馬路坪礦331資源儲量為4 256萬t，綜合品位33.06%；332資源儲量為14 363萬t，綜合品位32.62%；333資源儲量為36 012萬t，綜合品位32.11%，資源儲量合計(jì)54 631萬t，綜合品位32.32%。各礦體資源量分布見表1。

表1 馬路坪礦資源儲量統(tǒng)計(jì)表

5 三級礦量動態(tài)管理的實(shí)現(xiàn)

5.1 礦塊歸類

三級礦量又叫生產(chǎn)礦量，指的是在礦床開采過程中按巷道掘進(jìn)的程度及采礦準(zhǔn)備程度，分別圈定的可采儲量，它分為開拓礦量、采準(zhǔn)礦量、備采礦量三個(gè)級別。將礦區(qū)內(nèi)已經(jīng)采空的區(qū)域歸入已采區(qū)域，將未采區(qū)域的礦房塊體，按照三級礦量的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對礦體三維模型進(jìn)行歸類，形成三級礦量分類模型，見圖4。

圖4 三級礦量模型分布圖

5.2 礦量統(tǒng)計(jì)

基于更新的礦區(qū)采場現(xiàn)狀，借助MineSight軟件里的“資源量統(tǒng)計(jì)”程序統(tǒng)計(jì)各個(gè)采場的礦量和品位。統(tǒng)計(jì)礦量時(shí)，為有效地區(qū)分各現(xiàn)狀對應(yīng)的礦量，以采場現(xiàn)狀為命名依據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)各種現(xiàn)狀對應(yīng)的礦量，礦量統(tǒng)計(jì)以盤區(qū)為單位、采場為最小統(tǒng)計(jì)對象，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)項(xiàng)包括采場礦量、品位、所屬盤區(qū)等。從表2、表3和表4可知，馬路坪礦各礦房截至2016年底的開拓礦量保有情況和分布情況。

表2 截至2016年底馬路坪礦開拓礦量統(tǒng)計(jì)表

表3 截至2016年底馬路坪礦采準(zhǔn)礦量統(tǒng)計(jì)表

表4 截至2016年底馬路坪礦備采礦量統(tǒng)計(jì)表

5.3 資源儲量動態(tài)管理

礦山根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，對礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)編錄，根據(jù)井巷工程施工情況，對礦體進(jìn)行分類更新，按照采空區(qū)、備采礦量、采準(zhǔn)礦量、開拓礦量進(jìn)行分類，使工程技術(shù)人員以及礦山生產(chǎn)管理人員能夠時(shí)刻掌握礦山每一天的生產(chǎn)情況，實(shí)時(shí)掌握礦區(qū)的生產(chǎn)布局情況，實(shí)現(xiàn)動態(tài)管理。

根據(jù)礦體勘查的程度，將資源儲量進(jìn)行分類，使生產(chǎn)技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)需求，對礦區(qū)進(jìn)行有計(jì)劃的生產(chǎn)勘探，以滿足生產(chǎn)需要，且可以利用該項(xiàng)功能，掌握各區(qū)域的礦石質(zhì)量、有害雜質(zhì)等信息，為生產(chǎn)勘探、采礦選礦等提供依據(jù)。

礦山可以依據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)狀況，將井下工程、作業(yè)區(qū)域按照生產(chǎn)工藝，劃分為充填作業(yè)區(qū)域、采礦區(qū)域、開拓區(qū)域等，并將現(xiàn)場情況時(shí)刻通過礦區(qū)的三維可視化平臺展現(xiàn)出來，讓生產(chǎn)技術(shù)管理人員和企業(yè)管理人員可以通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)電視，對礦山生產(chǎn)布局以及作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，并完成生產(chǎn)調(diào)度，依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實(shí)際，時(shí)刻掌握礦區(qū)各類資源儲量的保有情況，達(dá)到礦產(chǎn)資源儲量動態(tài)管理的目的。

利用MineSight軟件平臺，快速生成當(dāng)前礦山的生產(chǎn)現(xiàn)場報(bào)告，包括生產(chǎn)礦量、礦石品位、井巷工程量等各類報(bào)表和圖件，為各級管理人員提供生產(chǎn)日、月、季、年報(bào)表，方便管理人員進(jìn)行生產(chǎn)管理和企業(yè)決策。

利用MineSight軟件對三級礦量進(jìn)行管理，不但直觀，便捷地掌握了礦區(qū)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，還可以利用統(tǒng)計(jì)功能，快速地根據(jù)工程技術(shù)人員的需要，掌握當(dāng)前某一礦區(qū)、中段、盤區(qū)以及個(gè)別礦房的三級礦量保有情況，使得生產(chǎn)管理變得快捷、高效。

資源儲量及三級礦量的動態(tài)管理流程見圖5。

1) 對井下生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行編錄，利用MineSight軟件平臺錄入地質(zhì)、測量實(shí)測數(shù)據(jù)。

2) 根據(jù)實(shí)際情況，以盤區(qū)為單位、礦房為最小統(tǒng)計(jì)對象?；诓蓤霈F(xiàn)狀的4種主要狀態(tài)(開拓礦量、開準(zhǔn)礦量、備采礦量、已采區(qū)域)建立礦區(qū)的三級礦量模型。

3) 根據(jù)三級礦量的保有情況，編制、調(diào)整、執(zhí)行生產(chǎn)采掘計(jì)劃。

4) 將生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集進(jìn)入管控一體化平臺，并由管控一體化平臺生產(chǎn)各類生產(chǎn)報(bào)表。

5) 根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)信息，選擇合理的建模方式和參數(shù)。

6) 對礦產(chǎn)資源保有量、三級礦量保有量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

7) 利用資源儲量和三級礦量保有情況，調(diào)整采掘計(jì)劃，確保礦山科學(xué)、高效生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)三級礦量的動態(tài)管理。

圖5 資源儲量動態(tài)管理流程圖

6 結(jié) 論

1) 礦產(chǎn)資源儲量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)復(fù)雜，依靠常規(guī)管理手段難以快速實(shí)現(xiàn)對礦產(chǎn)資源儲量的動態(tài)、精細(xì)、規(guī)范化管理。利用數(shù)字化礦山技術(shù)，通過MineSight軟件對礦山三級礦量進(jìn)行管理，使得礦山的日常生產(chǎn)管理、資源儲量管理、采掘計(jì)劃管理變得高效、快捷。

2) 三級礦量保有情況是礦山采掘計(jì)劃編制，生產(chǎn)布局排布的基礎(chǔ)，利用MineSight軟件對礦山三級礦量進(jìn)行管理，實(shí)時(shí)掌握礦區(qū)的生產(chǎn)布局，調(diào)整生產(chǎn)采掘計(jì)劃，為礦山實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理提供了條件。

3) 馬路坪礦利用MineSight軟件對礦山資源儲量、三級礦量等進(jìn)行管理，為提升礦山資源儲量管理水平、促進(jìn)儲量管理方式的根本性轉(zhuǎn)變提供科學(xué)支持與實(shí)踐參考。

4) 將地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲于以MineSight平臺建立起來的三級礦量模型和塊段模型中?？梢詫?shí)時(shí)對礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、查詢、更新、統(tǒng)計(jì)分析等三維可視化顯示等操作，實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)動態(tài)管理。

5) 以MineSight軟件建立起來的三維可視化模型和礦山數(shù)據(jù)庫，為開磷馬路坪礦進(jìn)行科學(xué)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制提供基礎(chǔ)與依據(jù),對合理開采礦床資源，降低開采成本，提高效益起到重要作用，有利于促進(jìn)礦床開采質(zhì)量和管理水平的提高。

6) MineSight軟件功能模塊眾多，根據(jù)需要進(jìn)行配置，可實(shí)現(xiàn)礦山各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析管理，但其也繼承了國外礦山的軟件的典型特點(diǎn)，無法直接與其他財(cái)務(wù)平臺、可視化平臺、監(jiān)控檢測平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)提取以應(yīng)用于其他平臺時(shí)，需要格式轉(zhuǎn)換。在國內(nèi)礦山生產(chǎn)和數(shù)字礦山建設(shè)的模式下，形成了數(shù)據(jù)孤島，為礦山各種平臺下的數(shù)據(jù)融合形成了障礙。

[1] 邵安林,孫豁然,劉曉軍,等.我國采礦CAD開發(fā)存在的問題與對策[J].金屬礦山,2004(2):1-4.

[2] 孫豁然,徐帥.論數(shù)字礦山[J].金屬礦山,2007(2):1-5.

[3] 刁鑫鵬,賈朋風(fēng).“數(shù)字礦山”基本框架及其構(gòu)建技術(shù)的研究[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2009(4):198-199.

[4] 盧新明,尹紅.數(shù)字礦山的定義、內(nèi)涵與進(jìn)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(1):48-52.

[5] 靳云川,劉永旭.MineSight軟件在礦山地質(zhì)方面的應(yīng)用研究及意義[J].金屬礦山,2009(S1):626-628.

[6] M.斯科布爾,朱敏.加拿大礦山自動化的進(jìn)展:數(shù)字化礦山邁向全礦自動化(二)[J].礦業(yè)工程,1996(3):60-64.

[7] 張俊,丁漢,熊有倫.基于IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)的IP傳感器 [J].機(jī)械與電子,2001,1(4):3-6.

[8] 劉廷安.自動化礦山——21世紀(jì)礦業(yè)技術(shù)的主旋律[J].國外金屬礦山,2000(1):1-6.

[9] J.皮克,J.格瑞.應(yīng)用信息技術(shù)的21世紀(jì)采礦[J].礦業(yè)工程,2000(1):7-11.

[10] Wang Y J,Li G.Dispatch and command information system for Coal mining safety production and development[J].International journal of Science & Research,2006,6(1).

[11] Tad S.G,Chen J,Li J.Graph algorithms in a mining CAD system[C]//13th Mine Planning and Equipment Selection.Poland,2004.

[12] 馬艷平,姜波.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理,2005(1):24-25.

[13] 陳國旭,吳沖龍,張夏林,等.基于投影圖的礦體三維可視化模型動態(tài)構(gòu)建及資源儲量評價(jià)[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào),2015(4):740-749.

[14] 邵亞建,饒運(yùn)章,何少博.基于3DMine軟件的復(fù)雜礦體三維建模及儲量估算[J].有色金屬科學(xué)與工程,2016,7(4):98-102.

[15] JJ Royer,P Mejia,G Caumon,et al.3D and 4D Geomodelling Applied to Mineral Resources Exploration—An Introduction[J].Springer International Publishing,2015:73-89.

[16] G F Sepúlveda,A F G Sierra,CCH Gómez,et al.Implementation of the MineSight tools in the lascuevas mine of vale coal company in Colombia[J].Dyna,2012,79(176):124-129.

EstablishmentandapplicationofMineSightsoftwareinthreegradeoremanagementofmine

LIU Yongxu

(Guizhou Kailin Holding (Group) Co.,Ltd.,Guiyang550081,China)

Mine geological reserves and as well as for the three grade ore guiding production management are often changing state,balance and management reserves change is very important for mining enterprises,how to quickly and accurately obtain geological resource information,dynamic grasp of the three grade ore amount increasing or decreasing,exploration and preparation,is an important to ensure the reasonable arrangement of mining enterprises of the mining plan.The application of MineSight3D mining software in the dynamic management of three levels of ore reserves provides an efficient means and tool for the dynamic management of mine reserves.

MineSight;three grade reserve;dynamic management;resource reserve

P618.2

A

1004-4051(2017)12-0166-05

2017-03-23責(zé)任編輯趙奎濤