Micromine三维矿业软件应用实例研究

贺明贵

（云南思茅山水铜业有限公司，云南 思茅 665000）

云南思茅山水铜业有限公司是由玉溪矿业有限公司、（香港）励晶金属有限公司、云南鼎泰投资有限公司和云南易门经一工贸有限责任公司共同投资重组的一家中外合资公司，目前拥有大平掌铜矿采矿权和大平掌外围铜多金属普查、大凹子铜多金属普查、景谷中合铜多金属普查三个探矿权，是集探、采、选为一体，以铜、锌为主的矿产资源开发企业。

2006年以前，大平掌铜矿的采矿设计采用传统的手工制图和借助于CAD等作图软件形成施工图形，这些图形大多局限于二维平面图形，图形不够直观，信息表达不够充分，工程量大，需要的专业人数多，而且往往只有少数专业采矿人员才能够快速清晰地理解。2009年2月份，玉溪矿业公司全面接管云南思茅山水铜业有限公司大平掌铜矿的生产经营权以后，玉溪矿业公司矿山研究院引入MicroMine三维矿业软件对大平掌铜多金属矿床进行管理和开采。

MicroMine采用真三维采矿方法设计，生成三维采矿单体实体模型。在三维采矿单体模型的基础之上，透过矿块表面直接观察内部采剥工程布置方式和顺序，进行任意剖面图的剖切，观察内部构造、局部信息，并自动生成用于生产的二维剖面图，这种三维可视化方法的实现可以给设计人员提供大量、精确、直观的图形数据，从而降低设计人员的劳动强度，提高设计人员的工作效率。MicroMine可在三维实体模型的基础上计算出采剥工程量、采剥比、矿石量、损失和贫化率、炸药及爆破器材消耗量等一系列参数，这些资料为后期采剥计划的编制和生产过程控制提供了可靠的依据。

利用Micromine三维矿业软件对大平掌铜矿管理规范及流程具体分测、地、采三个部分，第一部分矿山工程测量数据采集、数据处理，第二部分矿山地质模型的更新，第三部分露天矿山采矿设计。

1 工程概况

大平掌铜矿是一座以铜为主，并伴生锌、金、银，铁等多种金属元素的中大型露采矿山。采区出露地层主要为上泥盆统－下石炭统大凹子组（DCd）的第一段（DCd1）顶部和第二段（DCd2）。大凹子组第一段顶部为块状硫化物及放射虫硅质岩、硅质凝灰岩，是矿区v1矿体的产出层位，其下部被次火山岩流纹斑岩侵入，矿区V2矿体即产于流纹斑岩。大凹子组第二段出露于矿区中部，岩性为灰绿色英安岩。矿区总体为一北西走向的背斜构造，由于受断裂、斜长花岗斑岩及流纹斑岩侵入破坏，背斜形态不完整。采区出露断层较多，但多为小断层，对矿体影响不大。只有2-12线之间发育较好的纵段断层和4-6线处发育横断层对V1矿体有一定影响，但错距都不大只有20米。大平掌铜多金属矿产于大凹子组凝灰岩和流纹岩中，矿区圈出两个矿体，两者的地质特征有明显差异。V1矿体由块状硫化物矿石组成，呈不规则的透镜状或构造块体，分布在V2矿体及流纹岩之上，与下伏V2矿体不完全重叠，与顶板英安岩之间常见凝灰岩，接触面呈波状。V2矿体由细脉状和浸染状矿石组成，产于流纹斑岩顶部流纹岩中，连续分布，中部厚边部薄，饼状透镜状。两个矿体分布于19至20勘探线间，走向北西，向北东波状缓倾斜，倾角10°－25°，局部大于35°。矿体总体长2000米，宽100－670米，埋深从地表到280米标高，矿体厚度2－50米。V1矿体主要由7个矿体构成，V2矿体主要由4个矿体构成。本研究中采矿设计的单体位于0-10线1095m标高以上的矿体。

2 三维可视化采矿模型建立

2.1 数据收集及准备工作

2.1.1 数据收集

设计前，主要应收集的资料有测量人员审定后提供最新的采场现状图；地质人员审定后提供的0-10线范围1095m以上各标高矿体位置及V1、V2矿体的矿量与品位。

2.1.2 准备工作

设计资料的准备工作是一个十分重要的过程，它是进行采矿单体设计的基础，包括建立采剥工程实体模型和需要计算储量部分的块段模型，另外还要根据矿体的形态和围岩的性质确定出采矿方法和各个技术参数。根据矿体的实际情况，本设计范围内采用的采矿方法及开采方式为露天台阶式采矿。

2.2 地表模型的更新

地表模型是建立三维地质实体模型的重要组成部分，建立好地表模型，可以在宏观上对矿区所在位置在宏观上有个完整的认识。

大平掌铜矿的地表模型一般每个月更新一次。根据测量人员提供的测量数据，在AutoCAD中连成地形线，然后导人Micromine软件中进行高程赋值，把与上一个月地表重复的部分替代，再用创建DTM指令生成最新的数字地表模型（如图1）。地表模型一般由若干地形线和散点生成，在Micromine中，系统根据每个点的坐标值，将所有点（线亦由散点组成）联成若干相邻的三角面，然后形成一个随着地面起伏变化的单层模型。

图1 更新后的地表模型

2.3 矿块模型的更新

创建一个线框，把所有矿体包含于其中，用更新后的地质模型与新创建的线框进行布尔运算（表面下的实体），再通过线框赋值即可得到新的矿块模型（如图2）。

图2 更新后的矿块模型

2.4 露天坑模型的建立

根据玉溪矿业矿山研究院提供的《大平掌矿露天开采境界优化及露天开采设计》及矿体地质特征和开采的经济技术条件确定本设计中主要设计参数为：（1）工作台阶高度10m；（2）工作平台宽度12.5m；（3）安全清扫平台宽度30m；（4）运输线路宽度为15m，坡度为8%；（5）运输公路的最小转弯半径为15m；（6）台阶坡面角75°。依据思茅山水铜业有限公司当期的生产经营目标，结合生产作业设备的实际情况，确定当期生产露天坑的最小底宽，按照上述的参数设置，然后在三维图形环境下生成露天坑模型（如图3）。

图3 露天坑模型

露天坑模型建立以后，通过布尔运算（表面上的实体）再用线框赋值即可得到露天坑内当期计划开采的矿体。

2.5 爆破设计

采矿设计中，爆破设计是十分重要的组成部分，三维可视化设计可以为爆破施工提供最直接的设计图纸和技术文件，露天矿爆破设计主要分为矿岩爆破设计和围岩爆破设计。钻孔主要分浅孔、中深孔和深孔3类。爆破设计中需要的炮孔设计参数包括钻机类型和爆破范围、作业高度，最小孔底距，炸药种类、装药方法，装药密度、炮孔间距和排距等，炮孔的布置形式主要有矩形布孔和菱形布孔2大类型。大平掌矿山主要布孔方式为菱形布孔。

根据矿山以往的经验和矿体地质特征确定各爆破参数后，在Micromine三维软件露天爆破设计中对各台阶进行布孔，计算装药量。

表1 某台阶爆破设计成果表

表2 某台阶经济技术指标表

2.6 设计结果输出

设计结果包括各台阶围岩量、矿石量、各种金属的品位、剥采比、矿石的损失贫化、炸药和爆破器材的消耗量等（如表1、表2）。

2.7 采剥计划的编制

编制露天矿采剥计划是当前采矿工程中不可或缺的环节。以Micromine三维矿业软件为平台,依据原始地质资料建立矿山的矿体、地表模型,结合该矿当前生产的实际数据,进行露采坑设计,并在此基础上系统能够对采剥顺序计划自动优化,同时在技术人员的参与下手工编制采剥计划，运用三维可视化技术可得到较满意的露天境界壳,并且有效的指导露天矿山分期开采或中长期采剥计划的编制,为采剥生产计划优化工作提供了切实可行的新途径,提高了矿山生产效率,达到迅速开展工作的目的。

Micromine三维矿业软件，可以从时间上再现露天矿的过去、现在与将来。生产的过程是不断改变三维实体现状模型图的过程，如果把每次采剥作业的实体台账进行保留，就可以查看过去任意时刻的采场状态，同样也可以将编好的计划运用到模型中，三维表现每年的采出量及采出后的模型状态。在计算方面不再采用各种几何公式，而是依赖实体的布尔运算，从而更精确和更方便。

大平掌铜矿现所有的采剥作业都在山坡进行，因此快速准确的验收计算成为首要的问题，引进Micromine以后，在实体模型的基础上通过各种布尔运算，使验收计量变得非常方便和准确，同时更直观的反应了采剥状态，为生产作业计划提供了有利的保证。Micromine带来了测量验收与采剥计划作业形式的变化，所有计算结果都是三维状态下的三维实体，无论是速度和效果，都是原有基础上一次质的飞跃。比如在模型图上编制十二五采剥计划，可以直观反映五年后的采场规划图和真实再现每年的变化效果，结果非常直观。

2.8 剖面查看及图纸输出

建立在真三维模型基础之上的采矿设计内部工程任意方位察看，与传统设计相比更加直观化、形象化、真实化，对从本质上了解各个采剥工程的空间结构、采准顺序，起到了不可替代的作用。根据真三维矿块及内部实体工程模型，截取任意位置、方向、比例的平面图和剖面图，与传统图纸进行成功转化，形成平面图，在此基础上进行施工指导、生产进度计划编制，为矿山的可行性研究和初步设计提供工具和优化方案的选择，同时为矿山的生产调度及其控制提供空间定位和基础模型，并最终服务于整个生产过程。

3 Micromine露天境界优化功能

确定最优露天开采境界是露天矿设计的一个重要步骤，它的目标是实现矿山生产利润最大化。传统的人工境界优化方法是通过逐渐增大境界尺寸来计算平均剥采比和境界剥采比，当境界剥采比等于经济合理剥采比且平均剥采比小于经济合理剥采比时，即认为该境界为最优境界。可以看出，这种方法确定一个境界需要耗费大量的人力和时间，而且很难找到真正意义上的最优境界。同时，最终境界的设计往往是在矿山投产前完成，而最终境界的形成是在矿山开采十几年或几十年后，并且由于技术进步和市场行情、矿山生产成本和产品销售价格影响，矿山的开采寿命也相应地发生很大的变化，因此必须每隔几年应用当时的经济技术参数对最终境界进行重新优化。随着科学的发展和技术的进步，国内外大中型露天矿已将边坡与开采境界的优化方法由过去的传统手工方法变为借助计算机的动态优化方法，实现了三维可视化矿床模拟技术和露天境界优化方法的结合，使这一问题得到了很好的解决。

大平掌铜矿露天境界优化是委托玉溪矿业公司矿山研究院进行设计的，在当期的生产过程中还没对原有境界进行再优化。故本次工程实例只着重介绍了Micromine的露天开采设计及编制进度计划功能。对于它的露天境界优化功能及品味控制功能不再详细介绍。

Micromine三维矿业软件系统以其先进的三维可视化技术建立大平掌铜矿露天矿山工程的三维可视化模型，另外还提供储量计算、品位估值等功能，大平掌铜矿安排生产计划、实时调度监控等工作提供了一个新的技术支持。新技术的广泛应用，不仅可提高矿山管理者、设计者的能力，而且还可节约资源，加速产业在国际市场的竞争力，促进国内矿山产业更好与国际接轨。

Micromine三维矿业软件在大平掌铜矿的运用，是大平掌铜矿走向“数字化矿山”标志。采矿设计三维实体模型是“数字矿山”的基础，也是它的核心内容之一。三维开采设计可视化对大平掌矿山的计划编制和生产具有非常巨大的意义，同时。三维采矿设计建摸技术可以使矿山的管理、技术人员和工人能够对采用的采矿方法、采矿过程等获得更加深入的认识和理解，并便于预先发现问题、制措施。同时，Micromine三维矿业软件的引入，为大平掌铜矿实现数字化建设的目标奠定了坚实的基础。

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