覃金字，劉 鶯

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新分公司，廣西大新 532315)

0 前言

2009年底，廣西大新錳礦進(jìn)行資源整合，隨著資源儲備的不斷增加，資源的分布也越來越分散，這就給資源管理及利用提出了新的要求，傳統(tǒng)的管理方法與手段已不再適合越來越復(fù)雜的地下開采現(xiàn)狀，近年來數(shù)字化技術(shù)不斷完善與提高，已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)字化地球、數(shù)字化礦山等新概念。在這樣的大背景下，2010年大新錳礦率先在廣西錳行業(yè)提出打造數(shù)字化礦山構(gòu)想。同年，在綜合對比各種礦山軟件優(yōu)、缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，引進(jìn)當(dāng)前國際上市場占有率高，技術(shù)革新力量強(qiáng)、技術(shù)服務(wù)全面、容易掌握、功能強(qiáng)大的Gemcom公司Sucpac三維數(shù)字化礦山軟件。

由澳大利亞Surpac國際軟件公司(SSI)開發(fā)的Surpac軟件系統(tǒng)，用戶覆蓋全球110多個(gè)國家和地區(qū)，并于 1996年進(jìn)入中國市場。Surpac軟件自1981年問世以來，致力于礦山生產(chǎn)和地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，得到廣大中國用戶的支持和認(rèn)可，并于2004年獲得中國國土資源部的認(rèn)證，是一套在礦山領(lǐng)域具有領(lǐng)先水平的大型數(shù)字化礦山工程軟件，可廣泛應(yīng)用在資源評估、地質(zhì)測量、礦山開采設(shè)計(jì)規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃管理，乃至礦山閉坑后復(fù)墾設(shè)計(jì)的整個(gè)礦山生命期，能幫助礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)開采設(shè)計(jì)、計(jì)劃和管理工作的數(shù)字化、信息化[1]，并在礦山地下采礦中得到很好應(yīng)用。

1 三維實(shí)體巷道構(gòu)建原理

Surpac構(gòu)建巷道三維模型方法有2種：一種是根據(jù)巷道中心線生成實(shí)體巷道，提取巷道工程平面圖中的巷道邊界并以此繪制中心線，根據(jù)巷道中心線周圍的測點(diǎn)坐標(biāo)對中心線賦高程值，結(jié)合巷道設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行巷道三維建模；另一種由測量數(shù)據(jù)生成實(shí)體巷道，根據(jù)巷道的實(shí)測邊界線，生成巷道頂板和底板的DTM表面模型，再通過2個(gè)段之間創(chuàng)建三角網(wǎng)連接頂?shù)装錎TM模型進(jìn)而建立巷道三維模型。

建立巷道模型工作流程，如圖1所示。

圖1 建立巷道模型工作流程

2 實(shí)例

大新錳礦礦區(qū)長約9 km，寬2～2.5 km，是同時(shí)進(jìn)行露天采礦和地下采礦的大型錳礦礦山，隨著實(shí)際開采的不斷進(jìn)行，井下巷道不斷增加而更加復(fù)雜[2]，而傳統(tǒng)的CAD巷道圖只能將巷道抽象顯示成雙線，這種顯示方式不能直觀地確定井下巷道的空間位置關(guān)系以及巷道與周邊巖體的空間位置關(guān)系，尤其是與露采工作面的空間位置關(guān)系，利用Surpac軟件很好地解決了這個(gè)問題。在大新錳礦地下采礦開拓過程中，我們成功利用Surpac軟件繪制了深部中段三維巷道圖(如圖2所示)，圖中附帶的各種信息及參數(shù)都實(shí)現(xiàn)了自動繪制。

圖2 Surpac軟件建立的三維巷道

下面以其中的00 m(見圖3)水平中段為例，說明從CAD巷道平面圖轉(zhuǎn)到Surpac軟件建模的全過程。

2.1 原始CAD平面圖的處理

由于原始巷道工程平面圖中所包含的信息較多，需對巷道平面圖進(jìn)行CAD處理[3]。提取CAD原圖中關(guān)于巷道的信息，對其中與巷道建模無關(guān)的信息進(jìn)行刪除：首先在CAD圖中對00 m以外的中段巷道線、點(diǎn)號和高程數(shù)據(jù)刪除，只保留下00 m中段中心線，見圖3。

圖3 00 m中段中心線

2.2 巷道中心線的處理

為了使巷道模型與實(shí)際情況一致，需將巷道中心線根據(jù)測點(diǎn)坐標(biāo)賦高程值。在Surpac軟件中，把前面處理過的CAD巷道中心線文件直接拖入軟件工作區(qū)，保存為 Surpac線串格式文件(＊.str)。移動線文件，觀察方位，使巷道中心線上各點(diǎn)不在同一水平，以方便觀察中心線上各點(diǎn)的位置。點(diǎn)擊工具欄中的標(biāo)記，顯示巷道中心線上的點(diǎn)，依次重復(fù)點(diǎn)擊“編輯—點(diǎn)—點(diǎn)屬性”進(jìn)行對中心線上的點(diǎn)進(jìn)行編輯，直至巷道中心線與實(shí)測測點(diǎn)吻合后，保存。見圖4。

圖4 編輯修改后的00 m中段中心線

2.3 巷道斷面的制作

根據(jù)巷道不同的實(shí)際情況，繪制不同的巷道斷面圖。可以在CAD中繪制巷道斷面，要求巷道斷面底線的中點(diǎn)與原點(diǎn)重合，然后將文件導(dǎo)入 Surpac中，生成線串文件；也可以在 Surpac軟件中直接繪制。本次建模中，假設(shè)以3 m×3 m的尺寸在Surpac中創(chuàng)建巷道斷面形狀大小，然后將線文件保存為掘進(jìn)斷面3x3.str線串文件。

2.4 巷道三維模型的構(gòu)建

調(diào)入處理過的的00 m巷道中心線文件，選擇“設(shè)計(jì)—地下采礦工具—由中心線與斷面形成巷道實(shí)體”，輸入斷面線文件——掘進(jìn)斷面3x3.str，(注意，選中封閉的首、末斷面選項(xiàng)以使生成的巷道成為1個(gè)閉和的實(shí)體)，執(zhí)行后選取巷道中心線，可得到以下結(jié)果，如圖5所示，即巷道三維模型，保存為00 m巷道.dtm文件。

圖5 00 m巷道三維模型

3 結(jié)語

利用Surpac軟件建立地下采礦巷道三維模型，一方面可以結(jié)合礦體模型，直觀地了解礦體與巷道間的空間位置關(guān)系，還可以通過報(bào)告實(shí)體體積計(jì)算工程量，從而指導(dǎo)礦山巷道施工設(shè)計(jì)和工程計(jì)劃編制，輔助礦山生產(chǎn)；另一方面，結(jié)合地表建模，可以直觀地反映露天采掘工作面與地下采礦巷道的空間位置關(guān)系，對企業(yè)及時(shí)掌握采掘工作面與巷道的動態(tài)空間關(guān)系，做到預(yù)報(bào)并及時(shí)準(zhǔn)確地指導(dǎo)安全生產(chǎn)，意義十分重大。Surpac軟件在地下采礦巷道的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代礦山的科學(xué)化管理、構(gòu)建數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。

[1]薄建芬，朱文峰.Surpac軟件在尖山鐵礦的開發(fā)和應(yīng)用[J].山西冶金，2009，32(4)：18-20.

[2]徐海，羅周全，劉曉明.復(fù)雜巷道工程三維可視化建模方法研究及應(yīng)用[J].礦冶工程，2011，31(1)：20-23.

[3]蘇成哲，朱建新，袁海平，王瑞.馬坑鐵礦采礦工程三維巷道建模研究[J].江西有色金屬，2010，24(2)：3-6.