李興平,陳江川 ,何遠(yuǎn)富

(1.中國黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200； 2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程研究中心， 湖南 長沙 410012)

自然崩落法放礦控制管理系統(tǒng)開發(fā)

李興平1,陳江川1,何遠(yuǎn)富2,3

(1.中國黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200； 2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程研究中心， 湖南 長沙 410012)

針對(duì)自然崩落法放礦易產(chǎn)生較大貧化損失的難點(diǎn),開發(fā)出自然崩落法放礦與生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要解決自然崩落采礦過程中的出礦計(jì)劃編制、出礦量控制、出礦品位預(yù)測(cè)、出礦大塊率統(tǒng)計(jì)等管理技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理智能化、指令輸出數(shù)字化的總體目標(biāo)。該系統(tǒng)的建立，對(duì)礦山高度智能化控制具有實(shí)際意義。

自然崩落法；放礦控制；管理系統(tǒng)；智能化

0 引 言

自然崩落采礦法和傳統(tǒng)崩落采礦法一樣都是通過頂板崩落來控制地壓活動(dòng)，在放礦過程中都存在礦石和崩落圍巖直接接觸，容易產(chǎn)生較大的貧化損失。其特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

(1) 回采礦石是在一定的條件下自然崩落的。崩落的發(fā)展方式和崩落礦石的塊度主要受礦巖物理力學(xué)條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、賦存條件等因素的制約，但合理的放礦控制，也能使崩落向人們預(yù)期的方向發(fā)展。

(2) 高階段放礦。回采高度一般在50～100 m以上，有的達(dá)到200多米甚至更高。其放礦過程的失控則意味著大量的損失和貧化。

(3) 一般采用大規(guī)模連續(xù)回采方式。持續(xù)崩落一旦開始，拉底或放礦的停止，則意味著破壞性應(yīng)力和其他不可預(yù)測(cè)情況的發(fā)生。處理好拉底速度、放礦速度、崩落速度3者之間的關(guān)系將顯得異常重要。

(4) 除了投產(chǎn)初期和結(jié)束期，始終存在待崩礦體下放礦和覆蓋巖下放礦。這種狀態(tài)隨著拉底與崩落的發(fā)展，沿回采方向動(dòng)態(tài)地向前移動(dòng)。

正是由于自然崩落法放礦過程的特殊性，其放礦同傳統(tǒng)崩落法相比更加復(fù)雜，更為重要，要求也更加嚴(yán)格。建立放礦生產(chǎn)管理系統(tǒng)，嚴(yán)格控制放礦則是自然崩落法生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 自然崩落法放礦與生產(chǎn)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)生產(chǎn)管理過程自動(dòng)、精準(zhǔn)、綜合、智能的總體要求，將整個(gè)系統(tǒng)軟件劃分為5大模塊，數(shù)十個(gè)子模塊，各模塊之間的基本邏輯關(guān)系見圖1。

在系統(tǒng)正式投入使用之前，需要使用預(yù)處理模塊初始化各類數(shù)據(jù)和參數(shù)；初始化完成后，使用排產(chǎn)分析模塊制定生產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)測(cè)出礦品位及金屬量等數(shù)據(jù)；生產(chǎn)過程中使用生產(chǎn)記錄模塊，記錄各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及維護(hù)模塊無需人工干預(yù)，完全自動(dòng)化運(yùn)行；統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以多種形式輸出，如表格、曲線或三維模型等。

生產(chǎn)記錄的各類數(shù)據(jù)，除手工錄入外，也可能來自外部系統(tǒng)，如巖體厚度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、井下礦石計(jì)量系統(tǒng)等。使用外部系統(tǒng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，不但可以減輕工作量，還降低了出錯(cuò)的概率。有時(shí)生產(chǎn)記錄的數(shù)據(jù)可能與預(yù)處理模塊的結(jié)果產(chǎn)生矛盾，由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)往往更為準(zhǔn)確，因此需要根據(jù)生產(chǎn)記錄的反饋修正預(yù)處理數(shù)據(jù)。

如果生產(chǎn)記錄與排產(chǎn)計(jì)劃差別較大，統(tǒng)計(jì)模塊可自動(dòng)識(shí)別并提示用戶。用戶還可以根據(jù)輸出模塊的反饋，決定是否需要調(diào)整排產(chǎn)計(jì)劃。

2 放礦管理系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

2.1 開發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)運(yùn)行在Windows平臺(tái)上，因此使用一系列基于Windows的軟件進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)的開發(fā)語言以C++為主，IDE工具使用Microsoft Visual Studio，應(yīng)用程序框架使用MFC，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫選擇SQL Server Express，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫之間的對(duì)象關(guān)系映射框架使用ODB，應(yīng)用程序的可視化工具使用VTK。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

(1) 出礦口相關(guān)表。設(shè)計(jì)M3的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，以出礦口為核心，貫穿于M3系統(tǒng)的各個(gè)模塊中。預(yù)處理模塊的計(jì)算結(jié)果，是將適當(dāng)部位的礦體切割，落實(shí)到不同的出礦口上；排產(chǎn)分析模塊，計(jì)算的是各個(gè)出礦口承擔(dān)的出礦量、金屬量等數(shù)據(jù)；生產(chǎn)記錄模塊，記錄的是各個(gè)出礦口的實(shí)際出礦量、品位、大塊率等數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)和輸出模塊則是將各個(gè)出礦口在不同時(shí)間范圍內(nèi)的記錄統(tǒng)計(jì)匯總，并展示輸出。

(2) 井巷工程相關(guān)表。M3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中還有一批與井巷工程相關(guān)的表，用于井巷工程建模，是三維模型顯示的基礎(chǔ)，也包含部分在預(yù)處理模塊中使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這批表的起點(diǎn)是中段表，內(nèi)容主要是中段的名稱和高程等信息。與中段直接關(guān)聯(lián)的表是采場(chǎng)表和巷道表，都是一對(duì)多的關(guān)系，即一個(gè)中段包含多個(gè)采場(chǎng)和多條巷道。與巷道表直接或間接關(guān)聯(lián)的相關(guān)表還有巷道類型表、巷道斷面表和巷道樣品數(shù)據(jù)表等。

(3) 出礦數(shù)據(jù)相關(guān)表。出礦數(shù)據(jù)可分為出礦前的排產(chǎn)計(jì)劃及出礦后實(shí)際記錄的出礦結(jié)果兩類。

(4) 其它系統(tǒng)支持表。除了上述幾部分與核心業(yè)務(wù)相關(guān)的表之外，數(shù)據(jù)庫中還有一些表，與上述內(nèi)容關(guān)聯(lián)不多，但在系統(tǒng)中也起著必不可少的支持作用。

圖1 自然崩落法放礦與生產(chǎn)管理系統(tǒng)

2.3 模型同步設(shè)計(jì)

M3作為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，用戶的主要關(guān)注點(diǎn)是出礦量、品位、大塊率等生產(chǎn)過程中的核心數(shù)據(jù)。另一方面它也提供了礦體、井巷工程等元素的三維可視化手段，用戶可以從三維模型中直觀地了解目前的井巷開拓、放礦等的進(jìn)展。

(1) 勘探數(shù)據(jù)同步?，F(xiàn)有勘探結(jié)果使用Micromine軟件生成?？碧浇Y(jié)果中的鉆孔數(shù)據(jù)和礦體模型數(shù)據(jù)，只需簡單地復(fù)制到M3系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)文件夾中，即可在三維模型中展示出來,數(shù)據(jù)同步流程見圖2。已有地礦勘探數(shù)據(jù)已打包在系統(tǒng)中，今后如果數(shù)據(jù)有更改，只需將新版的文件復(fù)制到對(duì)應(yīng)的文件夾中替換舊版，即可實(shí)現(xiàn)模型的更新。

圖2 勘探數(shù)據(jù)同步流程

(2) 崩落動(dòng)態(tài)同步。在M3中，采場(chǎng)出礦口上方的礦塊是根據(jù)勘探結(jié)果重構(gòu)而來的。如勘探結(jié)果有更新，只需再次重構(gòu)即可。隨著放礦過程的進(jìn)展，采場(chǎng)崩落高度不斷發(fā)生變化。系統(tǒng)可根據(jù)出礦記錄，以及一些可調(diào)節(jié)的參數(shù)，估算出整個(gè)采場(chǎng)的崩落趨勢(shì)，并繪制出當(dāng)前的崩落狀態(tài)模型。崩落動(dòng)態(tài)同步流程見圖3。

圖3 崩落動(dòng)態(tài)同步流程

(3) 巷道和鉆孔同步。在M3中，用戶只需提供巷道中線的坐標(biāo)，系統(tǒng)即可自動(dòng)生成巷道的三維模型。相對(duì)于勘探數(shù)據(jù)和礦塊，巷道的更新需要做的工作略多一些。用戶需要新建或打開一個(gè)已有的參數(shù)文件，將巷道中線的測(cè)量結(jié)果輸入并保存。系統(tǒng)讀取參數(shù)文件時(shí)，還可根據(jù)特定的標(biāo)記，識(shí)別出巷道的名稱，以及該巷道是實(shí)測(cè)結(jié)果，還是設(shè)計(jì)結(jié)果，然后在模型中以不同的方式顯示。鉆孔的處理方法，與巷道類似。巷道和鉆孔同步流程見圖4。

圖4 巷道和鉆孔同步流程

2.4 模型的顯示及管理

M3使用VTK來實(shí)現(xiàn)模型的可視化。M3提供了綜合模型視圖，可以同時(shí)顯示鉆孔、礦體、巷道、溜井、采場(chǎng)、地形圖、平面坐標(biāo)等可視化元素。這些元素以樹狀控件的形式在模型左側(cè)窗口列出。樹狀控件中所有復(fù)選框打勾的元素，將顯示在綜合模型窗口中。點(diǎn)擊某個(gè)打勾的元素，使其處于選中狀態(tài)，右側(cè)的屬性窗口中，會(huì)列出該元素的若干屬性，調(diào)整這些屬性，可改變?cè)撛卦谀Ｐ痛翱诘娘@示方式。

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用效果

2016年9月～11月，系統(tǒng)投入正式使用。使用期間，各項(xiàng)主要功能如出礦計(jì)劃、放礦控制、品位預(yù)測(cè)、大塊率統(tǒng)計(jì)等得到了充分的檢驗(yàn)，產(chǎn)出的數(shù)據(jù)也都滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的指標(biāo)。

(1) 在工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)期間，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，模型直觀清晰，原始數(shù)據(jù)保存完整，產(chǎn)出數(shù)據(jù)規(guī)范明確。

(2) 應(yīng)用管理試驗(yàn)采場(chǎng)共安全采出礦石135923 t，采場(chǎng)采礦生產(chǎn)能力達(dá)到1527.2 t/d。采礦損失率3.5%、采礦貧化率1.5%的技術(shù)指標(biāo)，與國內(nèi)外同類礦山類似礦體的回采指標(biāo)相比，處于先進(jìn)水平。

(3) 軟件平均指標(biāo)預(yù)測(cè)誤差為4.58%。

3 結(jié) 論

通過自然崩落放礦與生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件的開發(fā)，建立和完善放礦計(jì)劃管理模型，實(shí)行自然崩落采礦生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)智能化、自動(dòng)化管理。建立的自然崩落采礦管理模型，主要解決自然崩落采礦過程中的出礦計(jì)劃編制、出礦量控制、出礦品位預(yù)測(cè)、出礦大塊率統(tǒng)計(jì)等管理技術(shù)問題。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理智能化、指令輸出數(shù)字化的總體目標(biāo)。

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2017-03-29)

李興平(1966-)，男，湖北麻城人，高級(jí)工程師，主要從事礦山開采技術(shù)及礦山管理工作，Email：lxp8186@126.com。