MineSight软件在矿山道路设计中的应用

李小军

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

MineSight软件在矿山道路设计中的应用

李小军

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

目前国内常见的道路辅助设计软件主要有：纬地三维道路设计系统，路线大师，EICAD，海地等等，这些软件在专业的道路设计中，表现出了强大的设计能力、作业效率和实用性。然而德兴铜矿多年来已经有一套使用比较成熟的采矿软件MineSight 3D设计软件，主要用来中、远期的采矿规划、品位控制和矿山道路设计等，道路设计环节在整个采矿设计里相对较少，且基本上都是相对简单的固定坑线和出入沟道路，为此而使用专业的道路设计软件的必要性不大，德兴铜矿运用了MineSight 3D软件中的部分模块功能，实现了采矿工程中的道路设计，包括相对复杂的有挖、填工程的山体道路设计。

德兴铜矿；富家坞采区；MineSight软件；三维可视化；道路设计；挖、填方量平衡。

1 引言

从20世纪90年代开始，国外出现了以三维模型为代表的矿用软件，涉及到地质资料处理、矿床建模、开采设计等各个方面［1］，自1999年首届“国际数字地球”大会上提出“数字矿山”（Digital Mine）概念以来，数字矿山科学研究与技术攻关已悄然兴起［2］，因此，矿山道路的三维数字化建模可视化设计，是矿山设计的发展趋势。

传统的道路设计大多是基于二维图纸的，如各种纵剖面图、水平断面图等。矿山道路具有不同于普通城市道路的独特性和复杂性，矿山道路多修筑在原始山体侧方，设计图纸横断面图要求密集。矿山道路路线可选择性较少，需考虑到运输路线的距离、合理的挖填方量及纵向坡度等直接影响矿山生产运营成本的因素。在传统的方法上，往往是使用手工绘图的形式或CAD等制图软件制作的施工图，只不过这些数据很大程度上局限于二维图形，而且图形也不是很直观。“当前CAD软件大多是对均匀材质的实体和相对规则的三维实体进行建模，对于矿山这样复杂、多样的实体，根本无法表达和操作”［3］。这种二维形式的图形在信息上的表达往往是不够的，可能“只有少数专业人员可以快速清晰的了解，这些缺陷将严重制约矿山现代化发展并成为制约企业发展的瓶颈”［4］。

详细阐述了德兴铜矿运用MineSight软件三维数字化建立模型的可视化设计矿山道路的成功案例。

2 软件介绍

德兴铜矿的许多工程师目前仍在使用MineSight作为主要采矿设计软件。MineSight 3D设计软件是由美国敏泰克公司（Mintec, Inc.）开发研制，主要应用于矿山规划与建模，敏泰克公司于1970年成立，总部设在美国亚利桑那州图森市，敏泰克公司是全世界都非常著名的矿业软件公司。该公司的软件产品已经在世界各地都有发行销售和应用，能够为地质勘探与建模、采矿设计、道路设计提供了解决方案。“广泛应用于资源估算、矿山计划和采矿生产的各个阶段乃至矿山闭坑后复垦设计的整个矿山循环过程中。作为一套完整而且全面的软件系统，改进了从测量、地质、采矿设计到生产管理过程中的技术信息交流。MineSight软件系统功能十分丰富，具有良好的用户界面和强大的3D图形处理，系统与其他的软件（如Datamine、Surpac等）都有接口。在数据处理上，采用ODBC、Text、DXF等多种格式进行转换，兼容性极好”［5］。

MineSight 3D设计软件支持Windows9X/XP/Win7等主流操作系统，主要包括以下几个组成部分：

MineSight3-D（MS3D）：主要用来建立矿山的各种三维模型，进行生产设计。

MineSight Compass（MS Compass）：其中包含了众多的可执行程序，可以完成钻孔数据的导入导出、数据的统计分析、品位估值、计划编制、境界优化等工作。

MineSight Data Analyst（MSDA）：主要对数据进行各种统计分析，输出统计图表。

其中MineSight 3D（MS3D）部分主要功能包括：公路路线设计、三维数字地面模型应用、公路全三维建模（3DRoad）等适用于城市、矿山道路的几何设计。MineSight 3D（MS3D）部分利用实时拖动技术，使用户直接在计算机上动态交互式完成公路路线的平（纵、横）设计、绘图。在道路设计方面，系统有独特的曲线设计方法、起终点智能化接线和灵活批量的连接部处理等功能。MineSight 3D设计软件不仅支持基于测量的外业数据路径设计，还可以使用三维电子地形图，建立三维模型的纵向、横向和直接获取地面线准确的数据，然后进行平向、纵向和横向的系统设计，缩短设计周期时间。

3 软件应用

基于软件本身能建立实体3D模型的可视化设计功能，在矿山道路设计中，避免设计师们因反复修改路线而节省了大量时间，大幅度地减少了设计师的工作量。

中国恩菲有色工程设计研究总院（简称恩菲ENFI）在2003年做了德兴铜矿富家坞采区陡帮开采设计，排土场最低出口设计标高在230m台阶，而设计图纸没有明确该排土场出口位置，且采区实际地形地貌的230台阶并不适宜作为排土场出口。为解决德兴铜矿富家坞下部（230m台阶以下）采区的废石运输问题，降低剥离运输成本，德兴铜矿启用了170～265m运岩公路。该运岩公路运用MineSight软件设计。

图1 道路平面图

根据富家坞采区的原始地形，封闭圈标高为170m，并结合ENFI设计院的开采设计和科学合理的采矿方法，将运岩公路起始标高定在170m，考虑到公路平均坡度因素及合理运输距离，公路终端标高设计为265m。公路路基设计宽度为35m，路面最小净宽度设计为28m（双车道）。公路全长1500m，平均纵坡坡度设计为6.3%。

“公路最小转弯半径设计为250m；当相邻路段坡度代数差大于2%时，需要设置圆形竖曲线， 其最小半径设计为700m；设计平曲线超高横坡4%。为保障电动轮汽车的运行安全性，设计限制坡长350m， 缓和坡段长为70m左右，缓坡坡度设计为3%”［6］。道路路基挖方设计∶边坡值1∶0.5，每10m高留3m安全平台。道路填方区域的边坡自然安息角设计为38°。道路平面图如图1。

3.1 绘制公路的挖、填模型的横截面图

因本段道路未做工勘，参数选取时参考了地质条件相似的铜厂新修的运岩道路参数，铜厂采区运岩道路2m碎落台，因实际岩性松软，部分边坡因风化、雨水作用，有垮塌迹象，故设计碎落平台宽度为3m，台阶高度10m。其挖、填参数设计如图2、

图2 挖方参数

图3 填方参数

MineSight软件在画图过程中的操作、控制指令偏少，建议使用Auto CAD软件先绘制好挖、填剖面图，保存为DXF格式，通过MineSight软件的导入功能导入图型，比直接在MineSight软件中绘制图型效率要高。

3.2 生成公路所需挖、填量“盒子”

点击软件的命令栏，Tools-Template Editor，调出对齐工具，如图4所示，然后选择道路的一条边，然后点菜单surface-create solid-attach template along polyline...，点select user template，再分别点选挖、填模型横截面线，最后点“apply”，生成公路所需要的挖方量和填方量“盒子”，效果如图5、图6。

图4 对齐工具

图5 挖方“盒子”

图6 填方“盒子”

3.3 生成公路所需挖、填方量

点击软件的命令栏，Surface-Generate Partials，弹出来的界面选项点Between surfaces，在Start Surface的空栏里选择原始地形实休，End Surface空栏里选择已经生成好的“盒子”实体，Apply，分别用两个“盒子”与原始地形相交，软件通过布尔运算，自动得出相交、后的实体形状及方量，如图7、图8。计算结果为道路总挖方：86.7万m3，折合230万t；总填方109万m3，折合196万t。

图7 挖方量实体图

图8 填方量实体图

表1是按分段线段找出公路中心线的坐标点，其中X、Y、H分别为道路的经度、纬度和高程。在得出公路中心线的坐标点后，最终由测量人员来检测整条公路是否施工符合设计要求。

表1 道路中心线的坐标点

4 结束语

矿山设计三维实体模型是“数字矿山”的基础和核心，三维可视化设计对矿山生产具有非常巨大的意义。随着计算机技术的发展，三维可视化设计软件在矿山设计中再显身手。但是MineSight软件的主要应用在矿山最终境界优化及勘探、地质建模、采矿计划、采矿设计、储量和品位估算方面，对于道路设计的功能，在精确制图及图型细节修改操作上，给出的控制指令相对太少，功能较弱，感觉不尽人意，在软件操作上及快捷键设置等方面，软件有自己独立的方案，与一些大众软件的操作有较大差异，对不熟练MineSight软件操作的普通设计人员，用起来不易上手。

总的来说，运用MineSight 3D可视化设计软件，基本上能对矿山大部分的常用道路设计给出解决方案。德兴铜矿铜厂采区的南山运岩公路、富家坞马形山下方的运矿公路均采用了MineSight 3D软件可视化设计。在三维实体模型的基础上，通过剖切生成的指定位置的道路截面图，很容易把道路的工程特征显示出来，可以让施工人员清楚地了解道路的各个细节，节省施工费用和提高道路施工质量。

［1］罗周全, 刘晓明, 苏家红， 等. 基于Surpace的矿床三维模型构建[J].金属矿山, 2006(4):33-35.

［2］吴立新. 数字地球、数字中国与数字矿区[J]. 矿山测量, 2000 (1):6-9.

［3］房智恒, 王李管, 何远富, 等. 基于DIMINE软件的采矿方法真三维设计研究与实现[J]. 金属矿山, 2008(6):129-131.

［4］章林, 李家泉, 代碧波, 等. 三维实体建模技术在露天矿设计中的应用[C]//2008年全国采矿技术高峰论坛论文集. 南宁: 中国金属学会, 中国矿业杂志社联合主办, 2008:22-25.

［5］辛利民. MineSight软件在矿山地质工作中的应用[J]. 采矿技术, 2011(6):116-118.

［6］李坊文. 富家坞矿区170-265运岩道路优化与施工[J]. 铜业工程, 2011(5):14-16.

Application of MineSight Software in Mine Road Design

LI Xiao-jun
（Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation, Dexing, Jiangxi 334224, China）

At present, the domestic popular computer-aided road design softwares are: 3D road design system, Latitude Line Master, EICAD, Haiti and so on. The professional road design software shows a strong design ability, operation efficiency and practicability. At Dexing copper mine the MineSight 3D design software is applied maturely over the years, which is mainly used in medium and long term planning, quality control, mining road design and so on. Road designing is relatively less in the whole mining design, and is basically used in ordinary fixed pits and main access road which are not necessary to use the professional road design software. This paper expounds how to use the module functions of MineSight 3D design software to design various roads in mining engineering, including the relatively complex design of mountain digging and filling road design engineering.

Dexing Copper Mine；Fujiawu deposite；MineSight 3D design software；3D Visualization；road design；volume balance of digging & filling

U41

A

1009-3842（2015）01-0044-04

2014-11-06

李小军（1978-），男，湖南永州人，大学本科，采矿工程师，从事露天矿山的现场管理和生产调度。E-mail: 26620701@qq.com