基于DIMINE软件工程实体建模与设计方法研究.pdf

分类号 U D C 密级 编号 丰南大学 C E N T R A LS o U T HU N ⅣE R S I T Y 硕士学位论文 论文题目 。蒸王坠戛M 戛婀医熬馈互程实体建攥。 l i l l ⋯⋯⋯⋯l i 氢递a l 计者然b 研e i l 究⋯i 1 ⋯⋯lO ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯■⋯1 ●●T ●⋯■●n m ⋯● ⋯邶■⋯⋯⋯⋯⋯● 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯采煎王程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯肖慕煮⋯⋯⋯⋯⋯⋯。 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯．王李篱⋯教掇⋯⋯⋯⋯⋯．． 2 0 1 2 年4 月 u k 分类号V D C 硕士学位论文 密级 基于D I M I N E 软件工程实体建模与设计方法研究 E n g i n e e r i n gM o d e l i n gA n dD e s i g nM e t h o dB a s e dO n D I M I N ES o f t w a r e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 肖英才肖央刁‘ 采矿工程 资源与安全工程学院 王李管教授 答辩委员会主席盔妇 中南大学 2 0 1 2 年4 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名当型 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 日期丝年￡月仁日 中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着信息技术的迅速发展，其越来越广泛地应用在社会各个领域 中，用信息技术来改造传统行业已成为各行各业发展的趋势。对于历 史悠久的采矿业而言，采矿业的创新发展一数字采矿成为必然趋势。 矿床开采设计作为矿山建设是矿山建设过程中一切工作的前提 与基础，设计方案的优劣将对矿山的整体经济效益产生重大的影响。 采矿活动是在一个真三维地理环境条件下进行的，要实现数字矿山， 先应在真三维环境下进行采矿设计，也就是必须以三维矿体及巷道工 程为基础。本文从采矿设计的一般流程出发，着重对在三维环境下实 现采矿设计进行研究，主要内容包含以下几个方面 1 、在查询大量文献的基础上对数字矿山软件和三维采矿设计技 术现状及存在的问题进行了系统的分析研究。 2 、完成了在三维环境下矿床中开拓系统设计，通过直接在矿体 和岩体切制平面图，并在此平面图基础上布置开拓工程，生成工程实 体，同时可以输出中段开拓巷道施工图与计算工程量；并在矿山开拓 系统的基础上，布置生产勘探工程，形成生产勘探系统；． 3 、对矿体进行采场的划分，提取出单个开采对象实体，在采场 内进行底部结构的设计，计算采场损失贫化率，形成完整的采准切割 工程；并进行水平中深孔爆破设计，可以自动输出爆破施工图和自动 计算各项经济技术指标。 4 、结合矿山数字建模工作与生产计划编制，提高了矿山三维 模型的利用率，同时，也使使划变得直观生动，系统采用交互式模拟 法，适应地下金属矿山复杂的生产过程，并且充分利用了决策者的智 慧与经验； 5 、借助于L G 图论方法，得到矿床开采境界设计优化结果，通过 人工圈定，确定最终开采境界；优化开掘生产计划，并进行露天台阶 爆破设计和生产配矿。 6 、实现矿山实体和工程模型与钻孔数据库的实时数据的更新， 保证模型具有较强的适用性和时效性。 关键词D I M I N E ，设计流程，三维可视化，模型 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C I T A B S T R A C T W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i th a sb e e n w i d e l yu s e di na l la r e a so fs o c i e t y ．T h e r e f o r e ，T h eu s eo fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y t ot r a n s f o r mt r a d i t i o n a li n d u s t r i e sh a sb e c o m et h et r e n do fa l l w a l k so fl i f ed e v e l o p m e n t ．F o rt h el o n gh i s t o r yo ft h em i n i n gi n d u s t r y , T h ed e v e l o p m e n to fi n n o v a t i o no ft h em i n i n gi n d u s t r y - d i g i t a lm i n i n gh a s b e c o m et h eg e n e r a lt r e n d ．A sav e r yi m p o r t a n tp a r to fm i n ec o n s t r u c t i o n ， t h ed e s i g no fM i n i n gE n g i n e e r i n gi st h eb a s i sf o ra l lw o r k ．T h eq u a l i t yo f t h ed e s i g nw i l lb eas i g n i f i c a n ti m p a c to nt h eo v e r a l le c o n o m i cb e n e f i t so f m i n i n g ．T h em i n i n ga c t i v i t i e sa r ec a r r i e do u ti nat r u et h r e e d i m e n s i o n a l g e o g r a p h i ca n de n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n ，i no r d e rt oa c h i e v et h ed i g i t a l m i n eg o a l ，f i r s ti ts h o u l dc a r r yo u tm i n i n gd e s i g ni nt h et r u e3 D e n v i r o n m e n t ，t h a ti s ，m u s tb eb a s e do n3 Do r eb o d ya n dr o a d w a y e n g i n e e r i n g ．B a s e do nt h eg e n e r a lm i n i n gd e s i g np r o c e s s ，r e s e a r c hf o c u s o nm i n i n gd e s i g ni na3 De n v i r o n m e n t ，t h em a i nc o n t e n ti n c l u d e st h e f o l l o w i n ga s p e c t s 1 ，O nt h eb a s i so fq u e r ya ne x t e n s i v el i t e r a t u r e ，s y s t e m a t i ca n a l y s i st h e c u r r e n ts i t u a t i o na n d p r o b l e m s o f d i g i t a lm i n i n g s o f t w a r ea n d t h r e e - d i m e n s i o n a lm i n ed e s i g n ． 2 ，A c h i e v e t h e d e p o s i t sd e v e l o p m e n ts y s t e md e s i g n i n t h r e e - d i m e n s i o n a le n v i r o n m e n t ，b yd i r e c t l yc u t t i n gt h eo r eb o d ya n dr o c kf o r f l o o rp l a n ，a n da r r a n g ed e v e l o p m e n tp r o j e c tt h ef l o o rp l a n s ，g e n e r a t e p r o j e c te n t i t y , c a r lo u t p u tt h em i d d l ed e v e l o p m e n tr o a d w a yc o n s t r u c t i o n p l a n sa n dc a l c u l a t i o no fq u a n t i t i e s ； a n do nt h eb a s i so ft h em i n e d e v e l o p m e n t ，a r r a n g e st h ep r o d u c t i o na n de x p l o r a t i o np r o j e c t st of o r mt h e s y s t e mo f p r o d u c t i o na n de x p l o r a t i o n ； 3 ，D i v i d e ds t o p eo r eb o d y , e x t r a c tas i n g l em i n i n go b j e c te n t i t i e s ， a r r a n g et h eb o t t o ms t r u c t u r a ld e s i g ni nt h es t o p e ，c a l c u l a t et h el o s so f s t o p ed i l u t i o nr a t e ，f o r mac o m p l e t es t o p ep r e p a r a t i o n ；a n dd e s i g nt h e l e v e lo ft h ed e e ph o l eb l a s t i n g ，c a nb ea u t o m a t i c a l l yo u t p u tt h eb l a s t d r a w i n ga n da u t o m a t i cc a l c u l a t eo f t h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d i c a t o r s ． 4 ，C o m b i n ed i g i t a lm o d e l i n gw o r ki nm i n e sa n dp r o d u c t i o np l a n n i n g ， i m p r o v et h eu t i l i z a t i o no ft h et h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e lo fm i n e ，a tt h e 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T _ _ _ - - _ ●- - _ _ _ _ _ _ - ●- - _ _ l _ 一_ _ - 。_ - _ _ - _ ●- I - _ _ _ - - ●_ _ _ - _ - _ ’_ _ _ - 一- _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ ●，_ _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ 一 s a m et i m e ，i tc a na l s om a k et h ep r o g r a mm o r ev i s u a la n dv i v i d ；T h e s y s t e mu s e sa ni n t e r a c t i v es i m u l a t i o n ，c a na d a p tt ot h e c o m p l e x p r o d u c t i o np r o c e s so ft h eu n d e r g r o u n dm e t a lm i n e s ．A n dt a k ef u l l a d v a n t a g eo ft h ew i s d o ma n de x p e r i e n c eo ft h ed e c i s i o n ．m a k e r s ； 5 ，B ym e a n so ft h eL Gg r a p ht h e o r y , g e tt h ed e p o s i tm i n i n gr e a l m d e s i g no p t i m i z a t i o nr e s u l t s ，t h r o u g ht h ea r t i f i c i a ld e l i n e a t i o nt od e t e r m i n e t h eu l t i m a t em i n i n gb o u n d a r y ；o p t i m i z ed i gt h ep r o d u c t i o np l a n ，a n d a r r a n g eb l a s t i n gd e , s i g na n dp r o d u c t i o no fo u t d o o rs t a i r sw i t hm i n e ． 6 ，A c h i e v er e a l ．t i m ed a t am i n i n ge n t i t i e sa n dt h ee n g i n e e r i n gm o d e l a n dd r i l l i n gd a t a b a s e u p d a t e ，T oe n s u r et h a t t h em o d e lh a ss t r o n g a p p l i c a b i l i t ya n dt i m e l i n e s s ． K E Y W O R D S D I M I N E ，D e s i g np r o c e s s ，3 Dv i s u a l i z a t i o n ．M o d e l 中南大学硕士学位论文 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．I I 目录．一⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 研究现状和发展动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．i 数字矿山软件研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．2 三维采矿设计研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．3 存在的问题及发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 论文研究的内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一⋯⋯⋯．．．4 第二章三维中段开拓设计和生产探矿设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 中段开拓设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．1 ．1 数据准备及设计方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 ．2 中段运输巷道中心线设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 ．3 中段巷道工程断面设计、命名及支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 。l 。4 自动成图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 ．5 设计工程三维实体及工程量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 生产探矿设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 数据准备及设计方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．2 布置生产探矿工程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．3 生成生产探矿工程实体模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．4 出图及编制说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 第三章三维采准切割设计和中深孔爆破设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。．⋯．．1 2 3 ．1 采准切割设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 3 ．1 ．1 数据准备及资料搜集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 3 ．1 ．2 切割开采范围的矿体模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 3 ．1 。3 建立采场地质储量计算实体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．1 ．4 采场底部结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 3 ．i ．5 采场拉底、岩井及硐室设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯。．1 5 3 ．1 ．6 确定采矿边界及创建回采实体模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．1 ．7 采场地质矿量、设计采矿量查询⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 3 ．1 ．8 采场损失贫化指标计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 3 ．1 ．9 采场设计采切工程量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．1 ．1 0 采切设计制图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．2 水平深孔爆破设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．1 数据准备及资料收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 中南大学硕士学位论文目录 3 ．2 。2 采场实测采切工程模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．3 采场水平深孔参数设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．2 ．4 采场爆破边界提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 ．2 ，5 采场水平深孔设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 ．6 补孔设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．7 装药设计．．⋯⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯2 3 3 ．2 ．8 实测炮孔输入⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 ．9 水平深孔自动化图表输出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 第四章地下矿生产计划编制流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．1 生产计划编制系统结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．2 基础数据准备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 4 ．3 采掘工程建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 4 ．4 采场资料收集及模型整理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．4 ．1 采场生产现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．4 ．2 采场模型的创建．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯2 9 4 。5 计划编制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．5 ．1 新建生产计划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．3 0 4 ．5 ．2 参数设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 0 4 ．5 ．3 任务排序技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．5 ．4 计划编制及动态调整⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．5 ．5 计划编制结果⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．5 ．6 生产计划汇总表及图件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。3 9 4 ．5 ．7 生产计划报表定制⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．5 ．8 生产计划的动态调整⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 第五章露天开采设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．1 露天境界优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 5 ．1 ．1 数据准备及资料收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 。1 ．2 创建露天境界优化壳⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．2 露天境界设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．2 ．1 确定底部周界．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．4 6 5 ．2 ．2 扩展平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 5 ．2 ．3 最终境界⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 5 ．3 露天矿采剥计划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．3 ．1 数据准备及资料收集⋯⋯⋯⋯，⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯。4 8 5 ．3 ．2 生成优化开采块⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．4 8 5 ．4 短期采剥计划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 5 ．4 ．1 数据准备及资料收集⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯，4 9 5 ．4 ．2 采剥计划数据设置．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．4 9 5 ．4 ．3 圈定采掘带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．4 9 5 ．4 ．4 修改采掘带与掘沟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．，5 0 5 ．5 露天矿爆破设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 中南大学硕士学位论文 目录 5 ．5 ．’l 数据准备及资料收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．5 ．2 提取坡顶底线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．5 ．3 炮孔设计参数设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 l 5 ．5 ．4 布置炮孔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 5 ．5 ．5 炮孔三维显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．5 。6 计算放样点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．5 ．7 爆破区域⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 5 ．5 ．8 起爆网络设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．5 ．9 实测炮孔录入⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．6 露天矿配矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 5 ．6 ．1 数据准备及资料收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．6 ．2 划分估值网格⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．6 ．3 估值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．6 ．4 配矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 第六章三维模型更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．1 复杂矿床三维模型二次圈定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．1 ．1 生产勘探数据收集的原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 6 ．1 ．2 钻孔地质数据库更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．1 ．3 矿体模型更新流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 6 ．1 ．4 实现方法⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 6 。l 。5 矿体模型局部更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 6 ．1 ．6 块体模型更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 6 ．2 地表实体模型更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 6 ．2 ．1 更新地表工业建筑场地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 6 ．2 ．2 根据地表测量点更新地表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 6 ．3 露天采场模型更新流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．3 ．1 圈定采剥计划后自动实现修图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．3 ．2 通过测点更新采场⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 6 ．4 井筒模型更新流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 6 ．4 ．1 设计井的更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．4 ．2 实测井筒的更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 ．5 巷道模型更新流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 ．5 ．1 设计巷道的更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 ．5 ．2 实测巷道的更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 6 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 第七章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 7 ．1 主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 7 ．2 个人建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 攻读学位期间参与课题及论文发表情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 ．1 引言 近几年来，随着计算机技术的飞速发展和地质体三维建模技术趋于成熟，计算机 己在矿业中得到了广泛的应用，其在矿山的使用能为企业提供的精确资源评价以及为 矿山技术人员带来真三维环境下的开采设计和给企业领导的生产决策提供强大智力 支持。己成为设计和处理各种事务必不可少的工具，用以改变传统落后的生产方式和 装备水平。矿山生产是一项不断获取数据、分析数据和处理数据的过程，这些数据是 通过工程勘察手段和在施工过程中获取的，同时必须对这些数量庞大、种类繁多的数 据进行快速准确地处理，及时对生产数据进行更新，从而指导工程施工，为生产实际 更好地服务。 传统的技术人员对矿山地质数据的表达和描述基本上是基于二维图纸的，如各种 地质剖面图、中段水平图等，其矿山地质的极其复杂性使得传统的采矿设计工作强度 大，任务繁重且很多工作属于重复性劳动致使效率低下；由于对矿山地质及矿体的形 态分布只是从二维的平剖面图上得到的信息，主要依靠技术人员空间想象对三维的矿 体地质认知，从而对矿山的三维分布状态和矿山的储量掌握不准确。因而导致矿山技 术人员对于矿体的开采设计存在盲目性，往往在施工后因地质情况掌握不准确而井下 工程废弃，造成重大的经济损失；同时生产计划编制也不够准确，致使生产管理混乱， 降低生产效率。 随着地质统计学、数学、计算机图形学和网络技术的发展，可视化技术、三维地 质建模技术日趋成熟睁⋯3 1 。三维可视化技术处理数据和表达信息具有高效性和直观 性的特点，而建立对象的几何模型是进行设计、分析、模拟和研究的基础。因此，以 建立三维地质体模型为核心的矿业软件如D a t e m i n e 、S u r p a c 、M i c r o m i n e 、M i n e s i g h t 、 D i m i n e 等，将矿床的开采设计、生产计划编制和矿山管理以真三维交互式的方式提供 给采矿工程师【1 4 d7 1 ，使矿山的生产经营方式发生根本性的改变，提高了矿山设计效率 和质量，并实现了管理的科学化，使传统矿业向现代矿业迈进【1 8 ’2 2 】。 1 ．2 研究现状和发展动态 1 ．2 ．1 数字矿山软件研究现状 数据可视化 D a t aV i s u a l i z a t i o n 技术指的是运用计算机图形学和图像处理技术， 将数据换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术【2 3 五卯。 三维地质可视化软件可以表达复杂的三维地质构造形态，以及构造要素的空间关系【2 6 1 。 近年来随着科学技术的不断发展，特别是计算机图形学、计算机网络技术、三维 中南赶学硕士学位论文第一章绪论 仿真技术的发展，出现了许多优秀的三维建模软件。其中具有代表性的软件有1 9 8 9 年G O C A D 研究联合体成立，并推出G O C A D 软件，该软件三维可视化建模功能强大， 可以迅速进行地质解译与分析，能够实现表面与实体建模；也可以表达矿体属性分布， 并进行三维可视化设计。该软件能进行较复杂的空间分析，灵活表现各种信息； D a t a m i n eS t u d i o 是由D a t a m i n e 软件公司开发而成，该软件是由十个功能模块构成， 其功能有三维地质建模、品位估值和储量计算、地下及露天开采设计、生产控制，同 时还增加了虚拟现实仿真、进度计划编制、结构分析、场址选择，以及环保领域等延 伸应用；S I 瓜P A C 软件是G E M C O M 国际矿业软件公司推出的一款全面集成地质勘探 信息管理、矿体资源模型建立、矿山生产规划及设计、矿山测量及工程量验算、生产 进度计划编制等功能的大型三维数字化矿山软件；M I C R O M I N E 软件也是采用模块化 结构的处理采矿和地质数据的矿业软件，能够帮助采矿技术人员建立三维空间钻孔， 快速对矿床地质解译，创建三维实体模型与块段模型，进行资源评估与三维采矿设计； M I N E S I G H T 软件是美国M i n t e c 公司开发研制的矿业软件，可应用地质、测量、采矿 设计及编制生产计划等矿山工作中。 相对于国外成熟的矿床三维可视化软件，国内有关于矿床三维软件的研究较少， 发展较缓慢，与企业实际需求存在较大的差距[ 2 ‘7 1 。主要推出的软件包有马鞍山矿山 设计研究院开发的电子计算机在露天矿应用软件，其内容包括矿床方块模型程序， 电子计算机绘制露天矿采矿设计图程序，优化露天矿开采境界程序，露天矿电铲汽车 系统模拟，露天矿模拟程序，露天矿最优生产进度计划，露天矿最优铲车调度直接分 配法程序，露天矿最优化生产进度计划程序，从建立矿床模型、确定露天境界、编制 长期生产进度计划，到用模拟法进行设备选型与数量确定，基本上形成一整套露天矿 开发可行性研究的计算机程序；煤炭科学研究总院开发的矿区资源与环境信息系统， 可以对矿山资源环境进行采集、存储、处理，实现对信息数据查询检索、综合分析、 动态预测和评价、信息的输[ 2 8 1 ；中南大学开发的D M M C A D 软件系统，可以在计 算机上完成采矿设计，并能切制矿山各类平剖面图；北京三地曼矿业软件科技有限公 司推出的3 D M i n e 矿业工程软件是一套重点服务于矿山地质、测量、采矿与技术管理 工作的三维软件系统；长沙迪迈信息科技有限公司研发D I M I N E 矿业软件实现在从三 维钻孔数据库、地质解译与三维实体建模、资源评估与测量成果可视化、各种工程快 速出图；并能利用三维实体模型进行采场采准切割设计、矿房回采爆破设计、地下矿 山生产计划编制、矿山井巷通风；实现露天矿山境界优化、圈定最终露天境界、露天 矿台阶爆破设计与配矿等工作。 1 ．2 ．2 三维采矿设计研究现状 从上世纪9 0 年代开始，出现了以三维矿床模型为基础的商业矿用软件，涉及到 中南大学硕士学位论文第一章绪论 钻孔资料处理、矿床地质建模、开采设计、计划编制等各个方面。近年来国内外许多 学者在三维地质体建模及其在矿山行业中的应用方面作了较深入的研究，并且相继推 出各自成熟的能解决矿山实际的矿业软件系统。根据己有艾献的研究方向和内容可分 为以下3 类 1 以A u t o C A D 为基础的二次开发利用，以A u t o C A D 提供的O b j e c t A R X 开发包 为平台，开发采矿设计应用程序，建立三维地质与工程实体模型，进行开采设计，输 出各类设计图【2 9 ．3 1 1 。 2 采用V C 和O p e n G L 、V T K 等可视化开发工具包，创建数字采矿平台，从而 进行采矿应用【3 2 ．3 3 1 。 3 采用国内外成熟的矿业软件进行三维实体建模和采矿设计。从三维钻孔数据库、 地质解译与三维实体建模、资源评估与测量成果可视化、各种工程快速出图；并能利 用三维实体模型进行采场采准切割设计、矿房回采爆破设计、地下矿山生产计划编制 等【3 4 ．38 1 。 1 ．2 ．3 存在的问题及发展趋势 由于国家经济的高速发展，使得对矿业产生巨大的需求，促进了我国矿业的空前 发展，在高速发展的背后，暴露出了我国目前的开采技术及生产管理水平落后而满足 不了国家对矿产的巨大需求的现状，因此在矿产开发中迫切需要引进当今最先进的科 学技术，以提高生产效率，提升矿山技术水平。目前，我国的三维采矿设计存在的问 题有 1 国内常用矿山技术人员的采矿设计大部分是在C A D 软件上设计，对于复杂、 多样的矿体，根本无法表达和操作。 2 只是停留在三维可视化采矿概念的层次，缺乏基础理论和核心技术的深入研 究。 3 在信息化应用过程中，太关注于三维采矿设计的最终目标，缺少具体实旋的 规划，缺乏三维矿业软件系统在矿山中的实际应用的研究。 4 矿山企业的技术人员配置过少，导致企业虽然引进了三维软件平台，但在实 际应用过程中，缺少相应的软件使用者，造成矿山地质模型建立好以后，模型沉睡在 电脑中，在日常生产活动中使用较少或没有利用。同时，矿山管理人员对三维软件认 识程度不够，致使三维采矿设计在实际中应用很少。 采矿设计正向科学可视化 S c i e n t i f i cV i s u a l i z a t i o n 、自动化 A u t o m a t i z a t i o n 方向 发展。在建立的三维地质实体模型基础上的采矿设计，能够使采矿设计者提供直观的 矿体空间赋存形态，及时地更新矿山开采所测量的实时数据，并可直接在矿体模型上 进行采矿设计，方便快捷切制大量平剖面图，极大地提高采矿设计的效率与质量，使 中南大学硕士学位论文第一章绪论 设计与生产实践紧密结合，为矿【山的生产管理者决策提供重要依据。因此，利用先进 三维矿业软件进行采矿设计必将成为采矿业发展的趋势。 1 ．3 论文研究的内容及技术路线 本文主要是以三维矿业软件D 1 M I N E 为平台，在建立好的矿体实体模型、地表模 型、巷道工程实体模型及块体模型基础上进行采矿设计，以提高采矿设计效率和质量。 主要内容包括 1 、完成了在三维环境下矿床中开拓系统设计，通过直接在矿体和岩体切制平面 图，并在此平面图基础上布置开拓工程，生成工程实体，同时可以输出中段开拓巷道 施工图与计算工程量；并在矿山开拓系统的基础上，布置生产勘探工程，形成生产勘 探系统； 2 、对矿体进行采场的划分，提取出单个开采对象实体，在采场内进行底部结构 的设计，计算采场损失贫化率，形成完整的采准切割￡程；并进行水平中深孔爆破设 计，可以自动输出爆破施工图和自动计算各项经济技术指标。 3 、结合矿山数字建模工作与生产计划编制，提高了矿山三维模型的利用率，同 时，也使计划变得直观生动，系统采用交互式模拟法，适应地下金属矿山复杂的生产 过程，并且充分利用了决策者的智慧与经验； 4 、借助于L G 图论方法，得到矿床开采境界设计优化结果，通过人工圈定，确定 最终开采境界；优化开掘生产计划，并进行露天台阶爆破设计和生产配矿。 5 、实现矿山实体和工程模型与钻孔数据库的实时数据的更新，保证模型具有较 强的适用性和时效性。 1 ．4 本章小结 本章介绍了数字矿山软件的发展和二维环境下的采矿设计进行了分析，说明了三 维采矿设计是采矿业未来发展的趋势；结合具体矿山的数据实现了矿山开采在三维条 件下的一般设计流程。最后对本文的