基于MineSight Atlas的地下矿山三维采掘进度计划编制

刘永旭

(贵州开磷集团股份有限公司， 贵州 贵阳 550081)

基于MineSight Atlas的地下矿山三维采掘进度计划编制

刘永旭

(贵州开磷集团股份有限公司， 贵州 贵阳 550081)

采掘进度计划对矿山建设和均衡生产具有指导作用，其编制目的是进一步落实矿山生产能力，以保证生产者对生产过程中矿石数量、矿石质量、开采技术、经济效益、生产效率、矿产资源合理利用等的总体要求。随着数字矿山的发展，贵州开磷地下矿山应用MineSight Atlas软件，编制适应于国内地下矿山管理模式的三维采掘进度计划取得了良好效果，为矿山生产计划编制提供了新方法。

MineSight Atlas；地下矿山；采掘进度；计划编制

地下矿山采掘进度计划是指导矿山合理开发，均衡生产的重要环节，是具体组织生产、管理生产的重要依据[1-2]。随着计算机模拟技术及三维可视化技术的发展，在三维可视化环境下进行生产计划编制,已成为目前国际国内矿山的发展趋势[3]。

地下矿山采掘生产系统工艺流程多，作业场所的动态性和生产单元间的时空性等制约性强，致使地下矿山采掘进度计划编制更加具有复杂性与难度性。随着计算机存储、管理、计算、分析数据的速度和规模随之提高，尤其是计算机图形学以及三维可视化技术的迅速发展，为生产计划的三维可视化编制提供了一个很好的环境[4]。在三维环境下编制的采掘计划，一方面可以直观地展示出地下采掘工程在空间上的分布，另一方面，三维地质块段模型为块段地质属性，如品位、岩性、矿段等提供了空间分布状态。当矿山设计、生产计划、进度计划、设备应用、劳动组织等参数发生变化时，利用三维采掘计划，管理人员可以全面细致地分析客观情况，合理组织采掘工程，以保证生产效率最大化[5]。

1 MSAtlas采掘进度计划基本原理

地下矿山采掘进度计划编制国内外常用的编制方法为L-G图论法、动态规划法、整体线性规划法等。MSAtlas矿业软件功能模块应用最大流最小割原理对地下矿山采掘计划进行编制，确保了采掘计划的数学严谨性。其核心思想是依据井下工程在时间和空间上的先后顺序及依赖关系，对工程进行约束，以保证各工程具有合理科学的开采顺序。并综合应用人工智能、优化法和模拟法有效地解决矿山生产计划的优化编制问题。

1.1 创建数字矿山数据库

MineSight可以利用不同的数据形式实现地质、安全、技术信息的存储和管理，数据库的数据来源主要为勘探数据和生产刻槽数据。运用勘探模块可以对矿山的数据进行编录与分析，形成用于矿山技术管理的数据库。

1.2 创建矿山三维实体模型

实体模型用于描述三维空间之内物体的几何块状，实体模型建立在数字矿山数据之上。矿山的岩层、矿体、井巷、采场分布等信息均以二维的轮廓线存储于矿山的平剖面图纸之中，利用轮廓线重构出复杂的三维实体模型。

1.3 创建数字矿山地表模型

地表模型可以把目前地形图内的所有地表测量数据导入软件之中，根据实际修改，建立符合现场实际的DTM三维地表模型。

1.4 创建数字矿山块段模型

块段模型是可视化计划编制的基本计算模型，根据八叉树法将三维体的空间几何模型按照一定的尺寸划分为众多的立方体网格，采用网格模型与实体模型边界套合的方法，并基于变块技术使得实体边界处的网格的大小自动进行细分，以确保划分网格后的模型能够真实的反映岩体的几何形态。单元块内存储各种地质属性，包括品位、岩性、密度等，地质块段模型中单元块的品位信息通常使用地质统计学方法进行插值。

2 MSAtlas采掘进度计划特性及优点

(1) MSAtlas以一种容易操作使用的人机交互界面囊括了生产计划内的各项作业活动、设备资源的配置以及甘特图，并与MS3D、MSReserve 和 MSHaulage集成在一起方便用户使用和编辑，根据需要快速生成多方案的采掘计划，从多方案的采掘计划中寻求最优。

(2) MSAtlas软件提供了开放式的Python和C语言录入平台，能以易学易用的计算机语言将用户需要实现的目标录入MSAtlas软件模块之中，并利用MSAtlas模块实现快速、直观的需求管理。

(3) MSAtlas与MSReserve、MSstope、MSPlanner等功能模块交互合作，以地质模型、经济模型为基础，实现资源综合评估、采掘供充平衡，并以经济模型为基础，进行净现值分析、贴现分析、投资分析等方面的矿山经济分析。

(4) MSAtlas在编制采掘计划时，充分考虑了生产能力与劳动协调组织、设备调度效率等之间的关系，利用生产计划甘特图、设备调度甘特图、人员组织甘特图等进行相互验证，确保三维采掘计划的科学性、合理性、严谨性和可行性。

(5) 通过MSAtlas，可以快速生成作业能力报表、设备调度报表、经济成本报表、物料消耗报表、劳动效率报表等各类报表，用于矿山的生产技术管理、经济成本管理、设备调度管理等。

(6) MSAtlas以acQuireTM完整性数据管理系统为基础，为数据客户、采矿计划系统、GIS系统、会计等提供服务，并提供了改进其矿石控制技术和优化生产的机会；去除对第三方软件如GIS和CAD计算机辅助设计程序的依赖，提高了生产技术管理的工效，从而降低了生产技术管理成本。

(7) MSAtlas可以快速生成excel表格，cad图纸、mapgis图件以及txt文本等各类报告、表格和图纸，方便工程技术的使用和编辑，为矿山管理人员提供决策依据。

3 数据流程及采掘进度计划编制

根据采掘计划编制需求，结合贵州开磷矿业总公司地下矿山生产管理模式，建立如图1所示的采掘进度计划编制系统构架。

3.1 MineSight软件平台数据准备

3.1.1 原始资料收集和数字化

将各类用于生产技术管理的图纸和报表转换为MineSight软件可识别应用的数字化资料，包括钻孔模型需要的岩性文件、测斜文件、化验文件、钻孔文件，以及地表、矿体、巷道模型需要的地表地形图、井下实测图、勘探线剖面图、地质平面图等。

图1 采掘进度计划编制流程

3.1.2 基础地质模型建模

地质模型主要分为表面模型和实体模型，表面模型主要包括地形、地表以及断层等平面模型；实体模型主要包括矿体、巷道、矿房、采场、井下其他工程等。表面模型一般由若干点和线连成相邻的三角面，形成一系列连续的光滑面。实体模型由一系列在线上的点链接成三角网，再由一系列相邻的三角网形成闭合的实体。实体模型按照实际的规则和尺寸进行分割形成用于生产的矿块模型。

3.1.3 构建地质块段模型

地质块段模型是三维可视化采掘进度计划编制的基础模型。MineSight软件利用地质统计学的方法，采取网格模型与实体模型边界套合的方式，通过计算机模拟估值计算后，将品位、岩性、比重赋入单元块中形成块段模型文件(15号文件), MineSight软件根据不同的矿床类型，提供了多样的地质统计方法，包括变异函数法、距离平方反比法、克里克统计法、多边形法、体积法等，以确保估值结果真实可靠。

3.2 MSAtlas属性配置和采掘进度计划编制

3.2.1 数据准备

在 MSAtlas中进行三维采掘进度计划编制 ，需要准备的数据如下：

(1) 地质块模型(15号文件)：包含了矿体编号、品位、比重、单元块位于地表以下的体积百分比和矿体占单元块的体积百分比等属性，它是统计矿石量、工程量的基础。

(2) 巷道模型：根据生产进度计划，用于统计工程量和作业时间信息。

(3) 矿体模型：用于计算生产进度计划中的矿量及品位信息。

3.2.2 新建MSAtlas采掘进度计划

新建MSAtlas工程项目(MSAtlas Project)，选择项目创建方式、选择链接的模板、命名项目名称等，设置统计矿量、工程量时用到的约束条件，包括项目控制文件(MineSight 软件中的 10#文件)、15#文件、比重、矿体百分比、边界品位、采矿回采率等，以便于后续MSAtlas统计矿量及工程量。

3.2.3 项目属性配置

MSAtlas Configuration 用于设置与生产计划相关的技术经济指标及其它约束条件，主要由以下8个部分构成：

(1) 基本设置：设置项目的基本属性、物料的体积松散系数、数据的显示格式、与项目相关的块模型水平等。

(2) 计划周期：根据矿山生产的需要，设置生产计划的起始时间，计划的时间周期，如年、月、周等。

(3) 生产属性：该窗口提供开放式的Python和C语言录入平台，用户可以根据需要，自定义写入各类用于生产技术管理的技术指标、经济指标、以及需要统计管理的矿山信息，并建立各类生产、技术、经济等指标的逻辑关系。如设置井巷工程断面信息及井巷工程进尺逻辑关系等。

(4) 作业类型：设置各作业活动的作业效率及其度量单位、是否显示与之关联的作业对象、是否参与储量计算、是否与目的地有关联、作业对象以何种方式显示、选择在甘特图可见的工程属性，以及动画播放的约束条件等。

(5) 生产工艺：根据矿山生产工艺，将同一作业循环中的作业类型按一定的逻辑顺序组合在一起，并在它们之间建立起联系。如“采场回采”集合，按顺序依次为：采场凿岩→采场装药→采场爆破→采场出矿，各工艺对象的顺序不可随意更改，见图2。

图2“采场回采”集合设置

(6) 运输路线：设置不同种类、品位、区域矿石和废石的运输路径和卸载地点，参与运输设备的数量等信息。

(7) 劳动组织：设置矿山工作制度和交接班时间；根据矿山的生产实际，设置计划周期内的国家法定节假日、设备保养时间、矿山检查时间等非工作时间。

(8) 设备资源：设置执行作业活动的设备的相关指标，包括设备数量、设备完好率、设备利用率、设备效率和设备的检修时间等；考虑矿山的生产实际，同一个采矿设备，其生产能力会随着作业地点的不同而发生变动，因此，安排生产计划时，尤其是短期计划，需要根据实际情况分别设置设备的生产能力。

3.2.4 导入作业对象

项目属性配置好之后，在MSAtlas界面，选择作业类型，然后在MS3D视图中依次导入作业对象。作业对象导入之后，基于井巷工程掘进和采场回采的单位生产能力，MSAtlas 会自动计算该作业对象需要的工作时间，并以甘特图的形式反映出来，见图3。

图3生产计划甘特图

作业对象导入MSAtlas之后，可在甘特图中查看编辑、计划进度，通过动画播放器模拟采矿和掘进活动以检查计划的合理性之外，还可通过MSAtlas将计划的矿量、工程量以图表形式直观、形象地呈现出来，便于矿山技术人员及时优化、调整计划，进而优化矿山工程设计和布局，以更好地指导生产。

3.2.5 生成报表和图件

工程技术人员可以根据生产管理需要设置筛选参数，出具需要的采掘进度计划表格和图件，图表信息包括生产日期、矿石量、废石量、品位、作业地点、巷道进尺、巷道类型，方量、装药长度、装药量、钻孔总长度等各类人员、设备、技术和经济信息，并可以按照日、月、年进行各类数据的统计。采掘进度计划可直接输出为CAD图件和Excel表格文件，用于生产指导，为生产技术管理提供决策依据。

4 系统应用结论

将MSAtlas用于贵州开磷矿业总公司的生产管理工程中，编制三维采掘进度计划。相对于传统的在CAD图件和Excel表格中编制的采掘进度计划，突显出如下的优势：

(1) 系统提供了一个智能化、可视化的地下矿山采掘进度计划编制平台，可适时反映地下矿山生产及采场变化的情况，使矿山管理和设计工作变得直观、快捷和方便。

(2) 系统可以根据不同的生产要求，快速生成不同的采掘进度计划，可以在开放式的Python和C语言录入平台中，输入影响矿山生产的各类地质、人员、设备等参数后自动生成生产工艺方案、形成技术经济指标。通过对比不同采掘进度计划的经济技术指标，选择适合矿山当前生产的最佳采掘进度计划，为生产管理决策提供依据。

(3) 系统代替采矿设计人员完成在计划编制过程中繁杂、重复性较强的数据计算、图形绘制工作，大大提高了设计效率。

(4) 应用MineSight Atlas软件成功编制适应于国内地下矿山管理模式的三维采掘进度计划，为矿山生产计划编制提供新方法，提高矿山生产效率，同时也为国内其它矿山编制三维采掘进度计划提供了新思路，新选择。

(5) 三维可视化采掘进度计划与地质模型的成功应用，为矿业走向更深层次的可视化、智能化、无人化开采奠定了技术基础。

[1]冯超东,曹 亮.基于基于SURPAC的露天矿三维采掘进度计划编制系统[J].金属矿山,2008 (12)：139-141.

[2]宋文龙，梁乃跃.应用3DMine软件进行露天矿采掘进度计划编制[J].中国矿业，2012(8)：374-377.

[3]易丽平，王李管，肖英才．基于DIMINE软件的露天采剥计划编制技术[J].矿业工程研究，2008,25(4)：6-9.

[4]荆永滨.地下矿山生产计划三维可视化编制技术研究[D].长沙：中南大学，2007.

[5]董卫军．矿山生产计划智能决策计算机系统[J].金属矿山，2002(3)：10-12,16．

2017-07-24)