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1、数字化矿山设计经验浅谈彭南良 2012 年（中冶长天国际工程有限公司矿山分院， 长沙 410017）一、数字化发展现状1、数字矿山概念及前景数字矿山是数字地球的具体应用和具体体现，是数字化、智能化、自动化、信息化技术在采矿生产中的具体应用，目的是为了从根本上改变矿山传统的生产模式，实现矿山安全、高效、经济开采。2、数字矿山的国外应用现状20 世纪 90 年代，国外矿山已经在矿业软件应用、三维矿床模型的建立、储量和品位计算、设计和计划优化、生产调度和指挥等领域全面实现了计算机化和网络化；矿业发达国家重点转向智能矿山、自动化采矿技术的研究与应用，并已取得了丰硕成果。3、数字矿山的国内应用现状国内矿
2、山则通过建设“数字矿山”来实现矿山的信息化、数字化，以此为基础开展研究与开发建设工作。多所高等院校、科研院所相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室或工程中心。如中南大学 2005 年设立了数字矿山实验室;北京科技大学 2006 年设立了数字矿山实验室;2007 年，东北大学设立了 3S 与数字矿山研究所; 中国矿业大学设立了矿山数字化教育部工程研究中心。神华集团、首钢矿业公司、山东黄金集团下属的焦家、新城和三山岛等矿山、南京梅山铁矿、安徽冬瓜山铜矿、云南会泽铅锌矿等企业或矿山围绕矿业软件应用、过程自动化、安全生产、经营管理等内容在实现装备现代化的同时，在提高矿山信息化、自动化，设计
3、计划优化、井下采矿生产过程监控技术、设备与人员的智能调度技术、井下安全监测、人员定位、决策支持智能化、建设数字矿山方面做出了突出成绩。 4、技术层面现状(1) 地质资源、地矿工程的可视化方面地质资源、地矿工程的可视化主要靠商品化的矿业软件来实现；GEMCOM （Surpac ） 、Micromine、Minesight、Datamine 等国外矿业软件在国内矿山应用较广泛。最近几年，国内矿业软件如 Dimine、3Dmine 等有了长足的发展，占领了一定的市场分额，取得了较好成绩。(2) 开采设计、生产计划优化方面开采设计和生产计划优化必须在地质资源和地矿工程数字化的基础上进行；上述矿业软件一
4、般都具有采矿设计和采掘（剥）计划编制功能，但受工作习惯和软件熟练程度的影响，大部分矿山应用都不太理想；实际应用还需要根据矿山采用的采矿方法、生产工艺进行一系列的二次开发。(3) 生产过程自动化方面生产过程自动化是实现矿山无人化或少人化、从本质上实现安全、高效的主要手段，也是数字矿山建设的终极目标。对于矿山固定设备的自动化，国内矿山已经做了大量的开发建设工作，取得了很好的效果，如：提升、运输、通风、排水、压气、充填、变配电等方面都有许多成功的案例。(4) 安全管理方面安全管理主要是井下人员的跟踪定位和作业环境的在线监测；许多矿山都建设了安全生产监控中心，将各种设备运行与控制信息、安全生产监测信息
5、，集成显示到中心的大屏幕上，便于了解全矿的安全生产状况。如山东黄金的矿山在试验研究便于布设的、集人员定位、通讯、环境监测于一体的系统，可望解决工作面的人员定位、通讯、环境监测问题。(5) 生产经营管理方面规划好与集团 ERP 或其他形式的信息系统的信息共享与交换，建设协同化的生产经营管理系统。(6) 决策支持方面矿山数字化建设的目的之一，是为各级管理人员提供所需要的决策支持；这种支持不仅仅是数据的罗列，更重要的是基础数据经过加后形成的具有表现能力的数据分析集；集成各种数字化建设内容所形成的图表、画面、实时模拟图等，综合显示于展示平台中，用直观、简洁、综合性的方式为各级管理人员提供所需的矿山生产
6、经营状况。（5）数字化矿山的瓶颈与困难在当前情况下，这些先进的技术和理念与我国矿山企业的融合却成为了最大的瓶颈。硬件系统、自动控制系统、网络系统等可以快速与国际接轨；而软件系统、系统集成与规划、管理理念的提升与管理过程的规范化则仍需要做大量的工作。一些企业只重视硬件平台的建设与自动化设备的更新，但是由于没有相应的软件平台和管理制度支撑，投巨资建设的生产调度监控中心往往成为形象工程，违背了数字矿山建设的初衷。二、矿山分院数字化矿山发展现状及展望1、矿山数字化设计现状在矿业磅礴发展的背景下，以公司积极主动开拓海外市场为契机，以公司三维发展条例为指引，在分院领导的大力支持下，购买了国外三维软件 Mi
7、cromine、国内中南大学开发的三维矿山软件 Dimine，组织培训若干次。经过努力，矿山分院三维设计正实现以下目标： （1）基本掌握创建地质数据库、建立三维数字地质模型的方法与技术并进行矿山三维地质建模研究及资源储量估算与管理；推广地质统计学方法，掌握矿块估值结构、搜索策略及资源储量类型划分等，测量数据的快速成图。 （2）利用 Micromine 软件优化露天境界。（3）基本实现采掘巷道的可视化。（4）逐步实现矿业三维软件 Micromine、Dimine 与力学软件 FLAC-3D 等媾合实现岩石力学可视化分析，解决边坡稳定性分析问题、采场稳定性分析问题。（5）矿山院已经基于 CAD 的
8、 Mining Dialog 程序，正在逐步实现采矿的自动成图。基于三维地质模型的自动生成地质剖面图等。2、数字化矿山目标与愿景展望或建议在数字化、智能化、信息化、自动化、网络、3S 技术（GPS、RS、GIS）等科技蓬勃发展的时代里，可以料想在不远的将来，矿山设计行业必然发生深刻变革，传统的设计理念、设计方法、工作方式、管理理念必将面临严峻挑战。设计院不可避免得要卷进一场网络化自动化智能化的数字矿山建设的狂潮中。需要居安思危，不断创新，积极引领数字化矿山设计的潮流，立于不败之地。（1）积极推广三维数字地质模型的建立，实现矿山地下矿产资源三维可视化、数字化及动态管理，提高资源管理质量和效率。（
9、2）虚拟条件下矿山模拟开采技术研究（数字开采） ；实现矿山开采设计三维精确化、快捷化、流程化，便于多方案优化对比，提高资源综合利用效益。开展矿山开拓、探矿、采切、中深孔及爆破设计技术研究，实现三维数字设计功能。（3）在三维数字地质模型和采矿设计数字化基础上，利用三维软件实现生产进度计划安排、矿井通风系统网络解算与优化各种工程图表的快速生成等。（2）编制矿山测量、地质和采矿三维数据处理及矿山设计的通用技术规范及流程。（3）整合矿山地、测、采、计划等各专业人员力量，形成矿山各专业之间分工协作新模式，实现矿山各专业数据完全共享，有效消除信息孤岛。（4）组织实施有针对性的软件培训，形成矿山软件应用技术
10、及二次开发团队，成为 “三维数字化矿山设计团队”，为实现“数字矿山设计 ”奠定基础。（5）基于 C+、lisp 等语言，积极进行矿业三维软件与CAD 的二次开发，开发独具特色的，符合采矿实际需要的Mining-CAD、三维软件二次开发软件，以适应具体的矿山实际工作需要。最终形成具有行业特色的智能采矿设计系统（Intelligence Mining Design System） 。（6）建立矿业知识标准数据库、设备选型库、采矿资料共享平台，构建创新型、学习型、信息化的组织结构。（7）三维虚拟可视化方面的应用，应用 maya、3dmax 等软件制作三维动画演示，改变传统的 PPT、图纸、文字的演示
11、方式，增加演示宣传的生动性、形象性、活泼性。（8）加强矿山安全方面的研究，六大系统的设计探索，积极拓展矿山安全领域、矿权评估方面，矿山设备研究领域的合作与交流，以及业务的联系拓展，做稳做透做精做强做大公司矿山事业。实现采矿设计数字化、智能化，与矿山自动化、智能化的外围联系。拓展公司在采选工程市场的知名度、影响力、话语权。最终将实现智能化、信息化、数字化的采矿设计系统。三、三维建模个人经验浅谈1、 三维数字地质模型方面的经验（1）三维地质模型是整个数字化矿山设计的基础和关键矿床建模、储量计算、品位模型是整个矿山设计的基础和关键，往往也是许多设计者和管理者容易忽视的方面。从宏观方向来说，没有矿就没
12、有矿山，也就无从谈矿山设计；从具体微观来说，没有精确的矿山基础数据，就很难说能够对矿山开采开发利用有完美的设计。三维地质建模涉及的因素很多，工程量大，需要考虑的地质因素众多。首先，需要收集各方面的地质资料，如坐标体系、地形图，卫星遥感图，钻孔数据资料，地质报告等。研读地质资料，熟悉矿体、构造、地层规律、矿床类型、总体分布、地表构筑物、水文状况。然后通过建立地质数据库，利用三角网建模技术，创建矿区地层模型、矿体模型、构造模型或其他类型模型，利用地质统计学方法和块体模型概念可对矿产资源储量计算、动态储量管理为找矿、设计、生产服务。1）建设矿床模型的过程中，我认为一般要先建立构造模型与地表模型、夹石
13、模型，然后再构建矿体模型。这能加深对矿体的认识，也能约束矿体建立超出地表，处理好断层和构造的关系。2）对矿体异体共生的矿体，特别是在剖面图上共线的矿体，要先利用共线建立共享面，然后逐一建立矿体。对有交叉的矿体，利用共享面进行布尔运算。还有就直接利用每种矿体的线圈建立各自的矿体，然后使用布尔运算，来解决公共重叠问题3）对利用传统方法计算的资源储量采用 Dimine 矿山软件来实现。4）建模过程中个，要步步检查交叉重叠三角形，以免到后面模型建完，有交叉重叠重新修改。5）对于复杂的模型，要分门别类建文件夹存储每个建模过程中每个步骤中的原始数据，如 CAD 矢量化原始图，导入 dxf文件，坐标转换后文
14、件，做到可以步步回溯查询，避免数据混乱。6）划分块体，要根据矿体形状、规模，产状来划分，划分不能太大，也不能太小。7）要充分分析样品数据的统计学特征，反复选择变异函数，拟合理论变异函数。2、 三维数字设计方面数字采矿:是由数字矿山概念延伸而来，主要研究内容是以计算机及其网络为手段，把矿山开采对象、开采工具的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于采矿各个生产环节与管理和决策当中，从而达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。1）要尽可能采用三维矿山软件优化露天境界；根据优化境界的 LG 法工作原理来进行露天开采的方案设计。2）采用虚拟现实手法，加上卡车，铲车，钻机或
15、服务车等设备，真实模拟出生产现场场景。通过 Micromine 模型文件与Maya、3DMax 等软件相结合，完成矿山采矿模拟过程，做成视频，用来评审汇报演示，增加汇报的生动性、形象性。3）利用 surpac 等软件可以任意方位的切割地形剖面，根据地下采场开采情况反算出地表塌陷圈位置，可以及时对稳定与不稳定的地带进行划分，为矿山安全生产提供保障。4）尽可能多得采用 Micromine 编制采掘计划与配矿等；如计划信息初始化、按面积生成采掘带、设计采掘带、斜坡道以及报告等。5）结合矿山设计应用实际，加强矿山三维软件的二次开发，以及与 CAD 的融合。6）加强与采矿设备生产厂商、自动化专业、科研院
16、校的联系，以便了解和紧跟采矿数字化、自动化、信息化的发展方向。自动化技术，虽然已经在选矿、球团烧结得到了广泛应用，但是大多数矿山采矿一直没有认识到它的优点和潜在的效益，将来肯定会有大规模的应用。采矿设备将来的发展方向是： 大型化、无轨化、液压化、自动化程度高，各工序间设备装备配套，机械化程度高。国外先进地下采矿装备从凿岩、装药到装运全程实现了机械化配套作业。设备的升级，自动化、信息化在矿山的应用，将会对采矿工艺及采矿设计有至关重要的影响。6）开展六大系统设计、施工等业务，掌握矿山调度系统方面知识。可以与有六大系统建设能力的单位，共同设计、采购、施工，培养矿山总承包的经验。3、数字化矿山设计的瓶颈与困难（1）人才瓶颈（2）管理瓶颈（3）技术瓶颈（4）体制障碍以上只是个人浅陋的看法，很多都是不成熟的想法，只是抛砖引玉之言。若有不妥之处，请多多指教！ 彭南良电话：15243691769邮箱：QQ：190
