3Dmine矿业软件在露天采矿计划中的应用

王建鑫

（内蒙古伊泰煤炭股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

3Dmine矿业软件在露天采矿计划中的应用

王建鑫

（内蒙古伊泰煤炭股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

随着采矿科技的发展，三维矿业软件集合地质、测量、采矿规划等综合信息，对矿产开发三维角度进行科学规划与管理，相比二维软件在日常采矿管理中大大提高效率与精准度，结合3Dmine三维矿业软件对露天采矿计划的设计,供同类矿山借鉴推广。

软件管理；采矿计划；3Dmine

1 国内外采矿计划应用现状

2 工程概况

内蒙古伊泰煤炭股份有限公司纳林庙灾害治理工程位于内蒙古自治区东胜煤田，其行政隶属内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗纳日松镇。纳林庙灾害治理工程首治理区一分区位于纳林庙二号井西北拐角，区域内山形地貌较为复杂，有3条自然大沟壑和3条山脊，且小沟壑纵横交错，雨季可形成季节性洪流，最低地表标高1 268 m，最高地表标高1 402 m，最大高差134 m，煤层埋深5～139 m不等，平均约65 m。该区域治理境界内赋存4－1#煤和4－2#煤2层，赋存区内4－1#煤层厚度为2.65～3.80 m，煤层结构较复杂，含夹矸1～2层，赋存区内4－2#煤层厚度为1.04～2.40 m，平均2.00 m，煤层结构简单，不含夹矸或含1层夹矸，岩性一般为砂质泥岩和炭质泥岩，煤质较好。受塌陷影响，4-1#煤和4-2#煤均已失去整体性。

本工程采用露天剥离方式，灾害集中连片综合治理工程的剥离及残煤回收均采用单斗-卡车工艺，受交错沟壑地形限制，给采矿计划的设计与施工带来困难，随着矿业工程软件的发展，AUTOCAD制图软件在土方算量方面已经不能满足严谨的采矿设计，3Dmine矿业工程软件的引进，为生产计划的设计编制提供了一个很好的平台，在三维环境下露天采矿工程在空间上分布以及其之间的空间关系变得非常清晰，更好的实现矿产资源的信息化生产。

3 采矿计划的编制与设计原则

采矿计划是矿山生产企业与经营管理中最重要的决策任务。决策是否科学合理，对矿产资源的综合利用，企业经济效益和能否持续均衡的进行生产等都有重大影响，科学合理的采矿计划，能在正确的时间、地点开采出效益最佳的矿石资源。在市场激烈竞争的环境下，科学严谨的采矿计划对矿山企业是非常必要的。依据每一计划期的时间长度和总时间跨度的不同，露天采矿计划主要分为3类：长远计划 、短期计划、日常作业计划。月度计划属于日常作业计划，更为直接地指导和调整矿山的具体生产环节。

月度采矿计划的编制原则和程序主要有以下几个方面:

1）编制采矿计划之前，应认真研究和确定合理的开采顺序，包括首采地段的选择，接近矿体的方式，工程推进方向等。

2）坚持合理的剥采比和科学采掘，确保重点部位推进[2]。

3）以矿山整体开采设计为基础，结合矿山实际情况，使月度采矿计划和年度采剥计划有机的结合起来。

4.2 因青海云杉活体可燃物和死体可燃物含水率受各种气象因子作用变化幅度不同，活体可燃物可燃性动态变化规律与火险等级对应关系也就不同。活体可燃物自身含水率稳定，虽然气象因子中降水、连旱天数对其活体可燃物可燃性有一定影响，但由此产生的变化幅度不大，可燃性动态变化不明显，总体上处于难燃状态，对应的火险等级较低。

4）做好新水平开拓准备工作，保证正常生产台阶个数，满足二级矿量要求[3]。

5）保证各台阶水平的推进满足正常生产要求的时空发展关系，即最小工作平台宽度，安全平台宽度，工作台阶的超前关系，采场延深与台阶水平推进速度关系[4]。

6）合理规划运输系统和布置采掘次序，减少设备频繁调动，保证线路畅通和合理的运输距离。

7）根据采场各水平采剥计划，制定排土计划。

8）根据矿山实际情况，画出月末矿、岩推进线并根据矿岩量做出调整。

3Dmine矿业工程软件通过基础建模及赋值可以在三维模型上通过设计斜坡道与圈定采掘带直接进行剥离与采矿预演，鼠标划定区域后，就可自动计算方量。如挂接地质模型，自动计算矿量和岩量，实现分矿种、分台阶单独计算与汇总。根据需要进行动态调整，每次调整，软件都会自动重新报量，并可快速更新露天计划图图形。

3Dmine矿业工程软件制定月度采矿计划所需资料有年度采剥进度计划、采场月度验收图、煤层底板等高线图。由于3Dmine通过建模可自动计算矿量与岩量，不需要再准备地质分层平面图、各水平分层矿岩量表[5]。

4 计划剥离量的确定

露天煤矿除了开采煤炭外，还需要剥离相当数量的岩石，剥离总量往往大大超过采煤总量，因此，露天矿所需的人员和设备等都要按矿岩生产能力来确定。当已经形成工作台阶的露天煤矿，因为采煤进度往往是小于等于剥离进度的，因此制定露天煤矿采矿计划往往需要合理制定剥离计划。

对于近水平煤层，开采强度主要取决于水平推进速度V，其计算式为：

式中：N为全矿同时工作的挖掘机数，台；q为1台挖掘机年生产能力，t/a；L为采场工作线总长度，m。

按工作线水平推进速度可能达到的矿石生产能力Ak；

式中:M为矿体垂直厚度，m；Lm为采场内矿体长度，m；ρ为矿石密度，t/m3；η 为矿石回收率，%；γ为废石混入率，%。

制定出年度总采剥计划后，根据挖掘机数量与台阶推进计划按照月度分解产量与剥离量。

5 露天采矿剥离计划设计

采矿计划的设计必须在工程平面图的基础上建立，所以首要工作是形成工程平面图。将月度验收地形调入3Dmine矿业三维软件中，使用多线段对现状图坡顶、坡底等散点进行连线，最终形成以坡顶线、坡底线、平盘、道路等构成的具有三维属性的工程平面图即采场现状图。纳林庙灾害治理工程2月份工程平面图如图1。

图1 纳林庙灾害治理工程2月份工程平面图

在3Dmine软件中将做好的工程平面图保存并调入煤层块体模型，然后定义采掘计划参数。采掘参数中对于回采顶部与底部选项不勾选，然后设置块体报告参数，块体报告参数的属性是煤层，对于赋存多层煤层矿山块体模型，如果有6-1#煤、6-2#煤，由于块体模型支持模糊查询，属性设置为煤，即在设置参数矿石一览选择煤。则6-1#煤与6-2#煤全部参与计算，3Dmine软件中对于煤矿品位可设置为发热量。

根据年计划或者根据矿山实际情况制定月计划采煤量及剥离量，在设定好的块体模型环境中圈定条带时，软件采用多边形选择集技术，自动捕捉设计线与相交的现状线，再通过Delaunay三角网技术，快速生成回采设计的开挖体[6]。3Dmine短期计划自带“沿坡底切采掘带”、“沿坡底切斜坡道”、“开挖斜坡道”三项开采选项，如选择沿坡底切采掘带圈定各台阶需要采剥的位置，并自动给出剥离量，直到选择的采掘带累加数值等于计划剥离量为止。三月份计划量调整如图2。

图2 三月份计划量调整

当确定采掘带位置后，即可在3Dmine软件中选择更新现状图选项，即为剥离量计划图，随着剥离台阶的推进，计划图还需要标出出煤范围及产量。

6 生产准备矿量计划

为使露天矿山工程发生预期或意外停顿时仍能在一段时间内持续生产，露天矿采剥进度计划编制还需要超前开拓控制一定数量的生产准备矿量。生产准备矿量是在地质工作程度达到相应要求的基础上，完成一定的开拓、准备工作，满足合理的开采顺序和具备进行下一开采工程的矿量。我国露天矿生产准备矿量划分为两级矿量，即开拓矿量和回采矿量。

开拓矿量指开拓与主要运输系统已经形成，并具备进行采准工作的条件，形成了完整运输系统的最下一个台阶底部标高以上的矿量；回采矿量是开拓矿量的一部分，地质工作达到相应的要求，全部完成回采工程，在台阶上矿体的上面和侧面已被揭露出来，具备回采条件的矿量。

生产准备矿量的计算方法有宽度法、长度法、深度法。对于近水平煤层一般采用宽度法计算，这种方法的实质是保证工作平盘的宽度，使工作平盘的宽度等于小于最小工作平盘宽度加回采矿量平盘宽度[7]。

同计划剥离量一样，在3Dmine软件中圈定开拓煤量、回采煤量，对于多煤层同样圈定煤量采掘位置，依据自动报量，直至圈定到累加值为开拓量或回采量为止。

7 应用情况

3Dmine矿业工程软件自2014年引入伊泰集团露天开采项目中，发挥了极大的作用，首先一些露天开采项目由于煤炭市场制约，实行分区开采，根据原煤价格不断调整经济剥采比，不断调整开采境界，月度采矿计划显得尤为重要，甚至要做几套采矿计划方案要进行比较，3Dmine三维软件在实际操作中同时可精确计算多个区域（采区）的体积和表面积包括计算排土场的体积、填方、挖方工程量并自动生成相应的图表，与地质模型配合，准确计算露天采矿推进过程中回采的煤量和土方量，快速准确形成采矿计划，极大的提高了工作效率。生产准备矿量图如图3。

图3 生产准备矿量图

8 结 论

随着露天采矿技术发展,露天矿山由以往的信息简单化、设备小型化、开采零散化向目前的信息集成化、设备大型化、开采规模化转变，三维矿业工程软件不仅仅是使得开采模型直观生动，更是集成地质勘探信息管理、矿体资源模型建立、储量资源量估算、矿山生产规划及设计、矿山测量及工程量验算、点云数据处理、生产进度计划编制、兼容多种数据库与数据格式等功能，快速准确的掌握矿体形态、岩性品位等要素在三维空间上的规律和特征，实时反映矿体的开采程度，并根据空间分布特征进行矿山设计、计划编制、指导生产、优化流程，将矿山的经济效益最大化，实现矿体的数字化、可视化以及矿山生产计划的动态管理。对于露天煤矿使得矿山开采信息明确、资源最大限度回收，采矿规划更加科学、使得运输设备运距与爬升更加经济，开采效率提高。

［1］吴亚斌.基于SURPAC软件矿山数字化的应用［J］.现代矿业，2010（3）：66-68.

［2］黄国泉.大型露天矿山采剥计划编制［J］.采矿技术，2015，15（6）：92-94.

［3］徐振，胡乃联，张延凯，等.基于Surpac露天矿采剥进度计划系统开发［J］.现代矿业，2011，27（7）：1-3．

［4］王青，史维详.采矿学［M］.北京：冶金工业出版社，2010.

［5］赵景昌，陈鹏.露天矿短期采剥计划CAD系统的开发［J］.辽宁工程技术大学学报，2006，25（5）：666-668．

［6］宋文龙，梁乃跃.应用3Dmine软件进行露天矿采掘进度计划编制［J］.中国矿业，2012（S1）：374-377.

［7］内蒙古科技大学.露天矿设计原理［M］.包头：内蒙古科技大学，2008.

Application of 3Dmine mining software in open-pit mining plan

WANG Jianxin

(Inner Mongolia Yitai Coal Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

With the development of mining technology,3D mining software with geological,surveying,mining planning comprehensive information,the software scientifically plans and manages on mineral development 3D angle,which can greatly improve the efficiency and accuracy compared with two－dimensional software in daily mining management.3Dmine three dimensional mining software is for similar mines promotion.

software management;mining plan;3Dmine

TD679

B

1671－9816（2017）11－0068－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.019

王建鑫.3Dmine 矿业软件在露天采矿计划中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：68－71.

2017－06－14

王建鑫（1987－），内蒙古巴彦淖尔人，助理工程师，学士，2011年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，现就职于内蒙古伊泰煤炭股份有限公司纳林庙灾害治理工程生产技术科。

【责任编辑：张 夙】