自然崩落法放矿控制管理系统开发

李兴平,陈江川 ,何远富

(1.中国黄金集团中原矿业有限公司， 河南 三门峡市 472200； 2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程研究中心， 湖南 长沙 410012)

自然崩落法放矿控制管理系统开发

李兴平1,陈江川1,何远富2,3

(1.中国黄金集团中原矿业有限公司， 河南 三门峡市 472200； 2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程研究中心， 湖南 长沙 410012)

针对自然崩落法放矿易产生较大贫化损失的难点,开发出自然崩落法放矿与生产管理控制系统。该系统主要解决自然崩落采矿过程中的出矿计划编制、出矿量控制、出矿品位预测、出矿大块率统计等管理技术问题，实现数据采集自动化、数据处理智能化、指令输出数字化的总体目标。该系统的建立，对矿山高度智能化控制具有实际意义。

自然崩落法；放矿控制；管理系统；智能化

0 引 言

自然崩落采矿法和传统崩落采矿法一样都是通过顶板崩落来控制地压活动，在放矿过程中都存在矿石和崩落围岩直接接触，容易产生较大的贫化损失。其特点有以下几个方面。

(1) 回采矿石是在一定的条件下自然崩落的。崩落的发展方式和崩落矿石的块度主要受矿岩物理力学条件、地质结构、赋存条件等因素的制约，但合理的放矿控制，也能使崩落向人们预期的方向发展。

(2) 高阶段放矿。回采高度一般在50～100 m以上，有的达到200多米甚至更高。其放矿过程的失控则意味着大量的损失和贫化。

(3) 一般采用大规模连续回采方式。持续崩落一旦开始，拉底或放矿的停止，则意味着破坏性应力和其他不可预测情况的发生。处理好拉底速度、放矿速度、崩落速度3者之间的关系将显得异常重要。

(4) 除了投产初期和结束期，始终存在待崩矿体下放矿和覆盖岩下放矿。这种状态随着拉底与崩落的发展，沿回采方向动态地向前移动。

正是由于自然崩落法放矿过程的特殊性，其放矿同传统崩落法相比更加复杂，更为重要，要求也更加严格。建立放矿生产管理系统，严格控制放矿则是自然崩落法生产的关键。

1 自然崩落法放矿与生产管理系统结构

根据生产管理过程自动、精准、综合、智能的总体要求，将整个系统软件划分为5大模块，数十个子模块，各模块之间的基本逻辑关系见图1。

在系统正式投入使用之前，需要使用预处理模块初始化各类数据和参数；初始化完成后，使用排产分析模块制定生产计划，预测出矿品位及金属量等数据；生产过程中使用生产记录模块，记录各类生产数据；数据统计及维护模块无需人工干预，完全自动化运行；统计结果可以多种形式输出，如表格、曲线或三维模型等。

生产记录的各类数据，除手工录入外，也可能来自外部系统，如岩体厚度监测系统、井下矿石计量系统等。使用外部系统导入数据，不但可以减轻工作量，还降低了出错的概率。有时生产记录的数据可能与预处理模块的结果产生矛盾，由于生产数据往往更为准确，因此需要根据生产记录的反馈修正预处理数据。

如果生产记录与排产计划差别较大，统计模块可自动识别并提示用户。用户还可以根据输出模块的反馈，决定是否需要调整排产计划。

2 放矿管理系统开发及应用

2.1 开发平台

系统运行在Windows平台上，因此使用一系列基于Windows的软件进行开发。系统的开发语言以C++为主，IDE工具使用Microsoft Visual Studio，应用程序框架使用MFC，后台数据库选择SQL Server Express，应用程序与数据库之间的对象关系映射框架使用ODB，应用程序的可视化工具使用VTK。

2.2 数据库设计

(1) 出矿口相关表。设计M3的底层数据结构时，以出矿口为核心，贯穿于M3系统的各个模块中。预处理模块的计算结果，是将适当部位的矿体切割，落实到不同的出矿口上；排产分析模块，计算的是各个出矿口承担的出矿量、金属量等数据；生产记录模块，记录的是各个出矿口的实际出矿量、品位、大块率等数据；统计和输出模块则是将各个出矿口在不同时间范围内的记录统计汇总，并展示输出。

(2) 井巷工程相关表。M3系统的数据库中还有一批与井巷工程相关的表，用于井巷工程建模，是三维模型显示的基础，也包含部分在预处理模块中使用的基础数据。这批表的起点是中段表，内容主要是中段的名称和高程等信息。与中段直接关联的表是采场表和巷道表，都是一对多的关系，即一个中段包含多个采场和多条巷道。与巷道表直接或间接关联的相关表还有巷道类型表、巷道断面表和巷道样品数据表等。

(3) 出矿数据相关表。出矿数据可分为出矿前的排产计划及出矿后实际记录的出矿结果两类。

(4) 其它系统支持表。除了上述几部分与核心业务相关的表之外，数据库中还有一些表，与上述内容关联不多，但在系统中也起着必不可少的支持作用。

图1 自然崩落法放矿与生产管理系统

2.3 模型同步设计

M3作为生产管理系统，用户的主要关注点是出矿量、品位、大块率等生产过程中的核心数据。另一方面它也提供了矿体、井巷工程等元素的三维可视化手段，用户可以从三维模型中直观地了解目前的井巷开拓、放矿等的进展。

(1) 勘探数据同步。现有勘探结果使用Micromine软件生成。勘探结果中的钻孔数据和矿体模型数据，只需简单地复制到M3系统的对应文件夹中，即可在三维模型中展示出来,数据同步流程见图2。已有地矿勘探数据已打包在系统中，今后如果数据有更改，只需将新版的文件复制到对应的文件夹中替换旧版，即可实现模型的更新。

图2 勘探数据同步流程

(2) 崩落动态同步。在M3中，采场出矿口上方的矿块是根据勘探结果重构而来的。如勘探结果有更新，只需再次重构即可。随着放矿过程的进展，采场崩落高度不断发生变化。系统可根据出矿记录，以及一些可调节的参数，估算出整个采场的崩落趋势，并绘制出当前的崩落状态模型。崩落动态同步流程见图3。

图3 崩落动态同步流程

(3) 巷道和钻孔同步。在M3中，用户只需提供巷道中线的坐标，系统即可自动生成巷道的三维模型。相对于勘探数据和矿块，巷道的更新需要做的工作略多一些。用户需要新建或打开一个已有的参数文件，将巷道中线的测量结果输入并保存。系统读取参数文件时，还可根据特定的标记，识别出巷道的名称，以及该巷道是实测结果，还是设计结果，然后在模型中以不同的方式显示。钻孔的处理方法，与巷道类似。巷道和钻孔同步流程见图4。

图4 巷道和钻孔同步流程

2.4 模型的显示及管理

M3使用VTK来实现模型的可视化。M3提供了综合模型视图，可以同时显示钻孔、矿体、巷道、溜井、采场、地形图、平面坐标等可视化元素。这些元素以树状控件的形式在模型左侧窗口列出。树状控件中所有复选框打勾的元素，将显示在综合模型窗口中。点击某个打勾的元素，使其处于选中状态，右侧的属性窗口中，会列出该元素的若干属性，调整这些属性，可改变该元素在模型窗口的显示方式。

2.5 系统应用效果

2016年9月～11月，系统投入正式使用。使用期间，各项主要功能如出矿计划、放矿控制、品位预测、大块率统计等得到了充分的检验，产出的数据也都满足设计规定的指标。

(1) 在工业化应用试验期间，软件运行稳定可靠，模型直观清晰，原始数据保存完整，产出数据规范明确。

(2) 应用管理试验采场共安全采出矿石135923 t，采场采矿生产能力达到1527.2 t/d。采矿损失率3.5%、采矿贫化率1.5%的技术指标，与国内外同类矿山类似矿体的回采指标相比，处于先进水平。

(3) 软件平均指标预测误差为4.58%。

3 结 论

通过自然崩落放矿与生产管理系统软件的开发，建立和完善放矿计划管理模型，实行自然崩落采矿生产过程的计算机智能化、自动化管理。建立的自然崩落采矿管理模型，主要解决自然崩落采矿过程中的出矿计划编制、出矿量控制、出矿品位预测、出矿大块率统计等管理技术问题。实现数据采集自动化、数据处理智能化、指令输出数字化的总体目标。

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2017-03-29)

李兴平(1966-)，男，湖北麻城人，高级工程师，主要从事矿山开采技术及矿山管理工作，Email：lxp8186@126.com。