三维采矿软件DIMINE在广西大新锰矿的应用

蒋深竹

(广西锡山矿业有限公司，广西南宁 530022)

随着计算机技术、网络技术、传感器技术的发展，采矿业不断向数字化和信息化推进[1]。DIMINE是国内自主研发的专业矿山应用软件之一，可应用于地质、勘探、资源估计、储量计算、露天及地下采矿设计。广西大新锰矿西北采区处于露天转地下开采试采阶段，地表与井下工程间相互影响大，对空间相邻关系要求高。该区域矿体形态复杂、倾角变化大，褶皱叠加现象明显，呈波浪起伏状态[2]。以此区域为例，通过DIMINE进行采矿设计，则更能显现出三维采矿软件在可视化、信息化方面的优越性。

1 采场简介

大新锰矿西北1号矿块位于该矿西北采区340中段 27～28勘探线之间，矿体走向 220(°)～236(°)，倾角 28(°)～32(°)，局部可达 69(°)，走向长度60 m。从上往下依次为：3号矿厚度0.8 m，夹二0.1 m，2号矿1.8～2.2 m；夹一厚度8～12 m，1号矿1.5～1.7 m。矿体空间形态在走向和倾向上均受褶皱构造控制，呈波状起伏。根据矿体的赋存条件和《中信大锰矿业有限责任公司大新分公司60万t/a地下开采工程方案设计说明书》推荐，采用电耙留矿法[3]。该采矿方法组合了浅孔留矿法采场布置和落矿方式，又采用全面法(矿体倾角≤30(°)，厚度5～7 m以下，产状相对稳定；矿岩中等稳固，留不规则矿柱，一般采用电耙出矿)。电耙运搬方式和顶板管理(自然或强制崩落)。采场内采用留矿、留不规则矿柱或锚杆支护等各种形式进行支护。

由于夹一较厚，故对矿体采取分采方法，先采上部2号、3号矿，后采下部1号矿。根据矿层顶板围岩和矿体的稳固性，选择矿房跨度8～15 m，肩柱4 m×4 m，间距5～8 m，顶柱厚 5～8 m，矿房斜长 50～80 m，采高2.8 m。

2 软件使用

2.1 数据导入

DIM INE软件提供了多种数据导入途径，能与多数同类图形软件、矿山软件接口，实现数据的共享和交换[4]，如 Auto CAD、Micro Mine、Data Mine、Surpac等，见图1。通过D IMINE还可导入特殊类型文件，比如.txt、.xls、.csv 等文件，用于导入样品、测点、巷道实测等资料，甚至直接处理电子表格。

图1 数据共享和交换

2.2 地表模型创建

1)导入地形资料

在DIMINE中将数字地表表面模型简称为DTM[4]，用来描述虚拟地形和表面。一般由若干特征线和点组成，考虑每个点的X和 Y值，将所有点连成若干相邻三角面，形成上下不透气的面。DTM的创建可以通过点数据和线数据2种数据源来建立。点数据可以是CAD中的点，也可以是.txt或.csv格式保存的测点文件，通过“矿山测量”栏进行“导入测点”。而线文件则一般为D IMINE支持的其他图形格式文件，如CAD文件.dwg或.dxf等。导入大新锰矿西北区域地形图CAD文件，其效果见图2。

图2 地形图导入

2)地表模型创建

地表图形文件导入后，检查所有线有无重合点，所有点线是否已赋高程，高程是否正确等。与其他图形软件一样，DIMINE自身提供十分完善的点、线编辑功能，见图3。

图3 点、线编辑选项卡

对点、线检测编辑优化完善后，便可创建DTM模型。在此过程中应注意：等高线间的测点及边坡线上的测点不能用来生成DTM模型；两边没有线的孤立测点，须经散点赋高程后，才能用于生成DTM模型；将边坡线设为多段线，示坡线为直线，生成DTM时只选择多段线。

在DIMINE“实体建模”栏“DTM”项中点“创建DTM”，系统提示“请选择DTM源数据(线或点)，右键确认……”，按操作进行后，生成地表模型见图4。

图4 DTM创建

3)模型检测优化

根据生成的DTM，结合已有测量资料及现场实际情况，对于模型中生成不符合资料或资料不符合实际的局部进行调整，删除原有DTM并生成新的模型，依此循环直到最终无误。

为增加DTM的三维显示效果，DIMINE“开始”栏中提供了“实体配色”选项。该功能可以实现根据不同属性值对实体进行着色，其中包括了按“Z值”即高程进行连续、区间、纹理配色。选定配色方案后，点击“应用”。最终DTM显示效果见图5。

图5 DTM优化

2.3 地质模型创建

1)导入地质资料

地质资料的导入主要通过2种方式：钻孔地质资料和剖面地质资料。

钻孔地质资料一般包括测斜、孔口和样品文件，DIMINE针对钻孔地质资料提供了系统的导入、检查、编辑、处理工具，可创建完善的地质数据库文件。在符合品位要求前提下，再对钻孔文件进行长度组合，生成样品组合.dmg文件，D IMINE显示见图6。

图6 钻孔地质模型

再通过DIMINE“传统地质”栏“勘探线剖面”命令沿勘探线作剖面图，通过“钻孔投影”将靠近所作剖面图的钻孔资料投在剖面上。对同一剖面图上的钻孔资料进行分析推断优化，即可圈出该勘探线上的矿体剖面。

2)矿体模型建立

由于大新锰矿西北区的矿体资料已制成CAD剖面图，故不再通过钻孔资料推断其矿体形态，而直接通过CAD剖面图形导入，生成矿体模型的原始线文件。DIMINE导入CAD剖面图形通过“开始”栏“文件”选项中“导入”命令实现，选择“导入Auto-CAD文件”后，弹出如下对话框，见图7。

图7 导入DWG文件

DIMINE中剖面图形导入有2种方式：剖面基点方位角法和剖面2点坐标法。分别导入采区的5个地质剖面图后，将不相关的图层关闭，则生成如下图形，见图8。

图8 剖面资料导入

在此基础上，通过连线框法生成矿体模型。DIMINE连线框法通过3种途径实现：a“实体建模”栏中“创建”选项中的“连线框”命令；b“实体建模”栏中“创建”选项中的“自动重建”命令；c选定对应线框后，右键菜单中的“封闭为面”命令。连线框生成的只是面，将同一矿体或夹石所有的面通过选定后右键菜单中的“合并”命令方能生成完整的实体模型。“自动重建”命令需要进行间隔容差和格网大小设置，否则生成的实体可能不连续或表面不平滑；但设置项中也提供了“封闭端部”选项，可用于矿体外推尖灭使用，使得创建的矿体模型更加科学、合理、实用。

利用连线框生成矿体模型，见图9。

图9 生成矿体模型

3)模型检测优化

矿体模型建立之后，应对每个矿块进行实体有效性检测：首先选择需要检测的实体，再从DIMINE右键菜单中选择“实体有效性检测”，系统则会自动进行检测，结果在窗口的下方的“命令行”中显示(见图10)。如果显示结果中有三角形相交或不封闭或无效边，则应该对实体进行检查，比如使用右键菜单中的“提取开口线”，可以提取实体不封闭处的开口边沿线，通过“封闭为面”对开口进行封闭，再合并到原实体中去，再检测是否已经闭合。

图10 模型检测优化

因为此设计范围涉及到地表，为防止因为地形实测网度问题影响生成的地表模型，与地质剖面资料中的实测地面线不能紧密复合，本文在生成矿体模型之前将矿体的上端往外推了一部分，故生成的最终矿体模型应将DTM上部露出地表的矿体部分剔除。可以通过软件“实体建模”栏“运算”选项中提供的实体及表面之间的布尔运算来完成。

通过优化后，最终生成的地质模型见图11。

图11 地质模型优化

2.4 实测模型创建

1)导入实测资料

建立井巷工程模型时，导入的测量资料可以是CAD图形文件，也可以是特殊的步距法、极坐标法、断面法、腰线法测得的.txt文件。若导入的是CAD图形，则需要对线型文件进行转换编辑，再以软件“矿山测量”栏“双线法”命令生成井巷三维模型。若导入的是步距法等.txt文件，则通过软件“矿山测量”栏(见图12)“步距法”等命令导入后，直接生成井巷工程三维模型。

图12 矿山测量工具栏

2)实测井巷模型

本设计中导入的实测资料为CAD图形文件，文件导入后利用DIMINE右键菜单中提供的“转换为多段线”命令将井巷工程所有线型转换为多段线。再分别设置各个工程线段、端点的高程，并使用右键中的“相邻连接”、“直接闭合”命令将同一工程的所有线段首尾相连，形成闭合线框。最后使用“矿山测量”栏中的“双线法”命令生成井巷三维模型。生成模型前，还应注意选择工程对应的断面参数。断面设计面板见图13。

图13 断面设计面板

3)模型检测优化

井巷工程实测模型的检测优化应注意：a模型中工程断面是否按实测的尺寸进行设置；b断面变化的局部工程是否单独生成模型；c实体模型的有效性检测；d模型的高程、坡度是否按实际生成。

生成实体的线段点太少，也可能导致生成的模型与实际工程相比较变形严重。可以通过软件“线编辑”栏“点编辑”选项中的“对多段线加点操作”命令进行加点操作，从而使生成的模型表面更连续光顺。最终生成井巷实测模型见图14。

图14 井巷实测模型

2.5 采场模型设计

1)采切工程布置

由采场矿体形态、相邻工程、采矿方法等因素，确定设计采切工程布置如下：a为出渣方便，联络道布置在连通南北两边下渣井的直线上；b切割上山沿剖面线布置，从北往南布置4条切割上山，1号切割上山过1号下渣井；c矿房均以切割上山为中对称向两边采矿，采高以3矿与顶板围岩分界；d肩柱平行切割上山布置。为保证采场的“三率指标”(损失率、贫化率、废石混入率)，设计的所有工程原则上全部布置在矿体中间，但考虑到矿体形态、施工难度及扒渣效率，故要求局部矿体倾角发生突变的，切割上山亦要求工程上部最少50 cm见矿[5]。

2)采场模型创建

根据上述要求，由于本设计中切割上山与原地质剖面图方向一致，故只需在原地质剖面图上直接布置工程即可，并将工程线段的属性值赋为巷道、硐室、井筒等对应的类别，以便最终统计工程量，也方便采用中心线法生成设计工程的三维模型。首先设置工程中心线的实体类型，其次在属性选项“断面号”中选择对应的断面尺寸，最后在“井巷工程”栏“实体”选项卡中点“联通巷道”、“生成竖井”等命令生成设计采切工程的三维实体模型，见图15。

图15 采切工程设计

肩柱及采场空间生成，通过“实体建模”栏“运算”选项卡中的“实体分割”命令实现。如采场宽度生成：a让视图处于“从上往下看”状态，点击“实体分割”命令，选定矿体实体；b点切割上山中心线上的任意两点，右键确认后输入切割面数为“3”，切割面间距为“4”，并右键选择“剪切(封口)”。依此法同样可生成矿房的肩柱，见图16。

图16 采场实体模型

3)井上井下优化

所有模型生成完成后，首先需对模型按对应的类别进行分类保存，最好同类模型保存到同一文件，再以图层的形式加以区别；其次删除过程中使用过的临时文件和图层，若有需要保存时，也应该另存到其他文件名上；既而对整理出来的模型进行检查，包括实体的有效性、实体的命名、实体的颜色属性等设置；最后，整理出需要打印出图的部分图形和截图文件。

经整理优化，最终设计生成的全部模型见图17。

图17 最终设计模型

3 使用心得

1)DIMINE软件在模型生成中，线形只能用多段线，故若使用DIMINE进行模型设计时，应该注意使用的线型问题，并且导入其他图形时，首先将其线型转换为多段线。

2)为方便快捷地生成模型，减少生成模型出现无效实体的情况，在导入其他图形时，应首先整理好图形文件中的图层，改正在CAD设计中1个文件有数十个图层的习惯。

3)生成的模型要随时注意设置实体的类型属性，并按模型文件的类型分类保存，以便进行进一步的工程量统计、生产计划制定、施工设计出图，以及模型的查询、管理演示、修改等。

4 结语

DIMINE同其他三维采矿软件一样，对基本资料要求严谨、详细，生成既美观、立体感强，又准确、实用性强，可用于指导生产的图形、模型。不同于其他的3D图形软件，只追求外表美观、华丽，无法提供足以指导生产的准确数据。

三维采矿软件在实际推广过程中并不非常顺利，而是受到众多业内人士的排斥，原因包括软件对基本资料的要求高，使用过程中操作较为复杂烦琐，设计者对传统二维平面图纸的依赖等。但本人通过不到2 d时间(其中大部分时间用于整理原有的CAD地质剖面、测量实测图形)，建立大新锰矿西北露天转地采试采模型的实践证明，DIMINE三维采矿软件在创建矿山地表、矿体、井巷等三维可视化、信息化模型方面有着突出的表现，且其操作简便、直观、快捷、精确，对矿山资源、环境有较高的适应性。

[1]长沙迪迈信息科技有限公司.2010版DIMINE软件培训教程[EB/OL].(2009-11-25)[2012-07-05].http://www.dimine.net/html/xiazaizhongxin/57jiaocai.html.

[2]广西锡山矿业有限公司.大新锰矿西北340水平生产探矿地质报告[R].南宁：广西锡山矿业有限公司，2012.

[3]中冶长天国际工程有限责任公司.中信大锰矿业有限责任公司大新分公司60万t/a地下开采工程方案设计说明书[R].长沙：中冶长天国际工程有限责任公司，2006.

[4]长沙迪迈信息科技有限公司.操作、实用、用户手册[EB/OL].(2009-11-25)[2012-07-05].http://www.dimine.net/htm l/xiazaizhongxin/58caozuoshiyongyonghushouce.htm l.

[5]广西锡山矿业有限公司.大新锰矿西北340水平1号矿块采矿设计[R].南宁：广西锡山矿业有限公司，2012.