数字化、信息化矿山建设
——三维矿业软件3DMine在四方金矿的应用

张凤巍

（陕西凤县四方金矿有限责任公司，陕西 宝鸡 721706）

随着现代科技的进步，建设数字化、信息化矿山已经成为矿山行业发展的大方向，陕西凤县四方金矿有限责任公司所属的八卦庙金矿是一坐大型黄金矿山。近年来，企业为了更加科学合理利用矿产资源、提高工作效率，逐步开展了矿山数字化和信息化建设，引进了3DMine三维矿业软件，应用于矿山地质探矿、测量作业、采矿设计以及图件制作和生产管理等方面，大幅提高了公司矿山工作的质量和效率，为企业数字矿山的建设奠定了基础。

1 3DMine矿业软件主要特点

3DMine矿业工程软件是全中文开发的国产三维矿业软件，在操作模式上借鉴常用软件风格，易学易用。此软件兼容常用的AutoCAD、Mapgis 等软件的数据文件。可快速导入多款全站仪和 GPS 数据，3DMine矿业工程软件支持 SQL Server、Access、等关系数据库文件。运用三角网建模算法和手段，利用辅助控制线、分区线，可对空间形态复杂的矿体建立三维立体模型，实现对任意类型的矿体、构造、井巷工程建模。可运用剖面法、纵投影法、距离幂次反比法等多种储量方法对矿体进行储量估算。具有类似于 CAD 的 VBA 二次开发功能。广泛运用于矿山的地质、测量、采矿和生产管理等方面（见图1）。

图1 矿山生产数据的3DMine三维可视化显示

2 3DMine矿业软件在四方金矿矿山生产中的应用

3DMine矿业软件在四方金矿井下生产应用主要包括地质、采矿、测量三个方面，利用3DMine矿业软件初步实现了矿山生产管理的三维数字化、信息化。通过对矿山前期收集的地质、采矿、测量数据整理分析，建立了本矿山数据库，再利用数据库资料构建矿山三维空间数字模型，然后实现了地质图件、采矿设计图件、测量工程图件和相应报表的快速生成[1]，矿山储量快速估算和动态管理，提高了矿山工程技术人员的工作效率和工作质量。

（1）三维空间数字模型的建模流程。首先完成数据的处理导入，将CAD、Mapgis 等软件的数据文件导入到3DMine矿业工程软件中，进行坐标校正变换，并保存。其次完成地质编录、钻孔等数据资料录入，可通过Excel将工程的数据按照规则的表格批量录入，保存为Access数据库文件。3DMine 三维矿山软件核心可以将数据库与中心图形系统紧密相联，通过菜单选择或者鼠标右键功能可以迅速的浏览和查询数据[2]，并运用控制线和分区线联合方法，利用四方金矿矿山数据库中平面图件、测量坐标资料，逐步逐类完成空间实体模型的建模，再对各类已完成的实体模型进行组合，即可完成四方金矿矿山三维数字空间模型。具体建模流程（见图2）。

图2 矿山三维空间数字模型建模流程

（2）矿山生产数据收集和建立 3DMine数据库。四方金矿成立于1997年，随着企业的生产和发展，已经积累了大量的矿山生产数据资料和图件，我们通过对收集的生产数据整理和分析，将地质、采矿、测量数据以Excel表的形式导入到3DMine软件的数据库中，纸质图件主要就是通过扫描矢量化成3DMine格式文件保存，电子版的CAD、Mapgis图件可利用此软件直接转换成3DMine格式的文件保存，建立四方金矿矿山数据库。

（3）建立矿山井巷和采空区实体模型。首先导入矿山平巷、竖井、斜井、斜坡道和井下硐室的二维CAD或Mapgis矢量图件，依据中线、腰线、断面或者步距，并赋予高程或两点坡度，再按照井巷规格，运用3DMine软件中导线点步距法，软件自动计算出各测量点位置，并自动拟合出巷道形状。按照地质剖面图上矿体界限和工程平面图上标出的空区界限，建立采空区空间模型。空区边界线经测量技术人员现场调查而进行绘制。对于老空区，经过多年的矿山开采，有些空区已经冒落充填，有些因为安全原因无法达到边沿，需要现场调查和结合图纸资料、通过上下中段的判断，才能比较准确地确定其现在的形态，从而建立比较准确的采空区模型如（见图3）。

图3 矿山井巷工程和采空区实体模型

（4）建立矿体实体模型和块体模型。由于矿体结构比较复杂，相邻两勘探线剖面上的矿体轮廓差异很大，在建立好的钻孔数据库的基础上，结合中段平面图、纵投影图等进行校正，使其符合实际空间的赋存状态。根据地质圈定矿体平面图、剖面图资料，通过坐标变换、镜像、空间连线构造等操作，使矿体边界线具有准确的三维坐标，再将相邻矿体边界线连接成三角网，对于复杂的矿体，连接三角网时需要借助控制线、分区线进行辅助连接，三角网蒙面合成三角面，多个三角面闭合成内外不透气的实体，生成矿体的空间实体模型[3]。

为了便于估算储量，我们将矿体实体模型分成若干个块体模型四方金矿块体模型的块体尺寸我们分为为10×10×10，和次级模块的5×5×5，每个细分块体都有一个质心点，质心点具有矿岩类型、比重、品位等所有属性，这是储量估算所需要的数据，在矿体资源储量估算中，利用块体模型的体积、属性数据就可以快速准确地进行资源量估算，并可快速生成按照标高和指定区块范围的多种储量估算报表（见图4）。

图4 矿山三维矿体模型和块体模型

（5）建立地表表面模型。利用全站仪实测的矿山地表地形测量数据或者以前Cass、Autocad生成地形图的数据或者生成的地形图文件，导入到3DMine中，校正图件坐标，给每条等高线都赋予相应的高程数据，把等高线高程作为约束条件，通过等全部等高线上的点生成等高线三角网，连接相邻三角网构建地表地形模型（3DM），再对建立的地表地形模型进行渲染和按Z轴产生不同颜色过渡带显示地形处理生成地表表面模型。

（6）建立矿山数字空间模型。在3Dmine中，将各中段井巷工程实体模型、采空区模型、矿体实体模型和地表表面模型按三维坐标在软件中定位组合，即可生成矿山数字空间模型（见图5）。实体模型和表面模型都可以在任意方向上按照标高切割剖面。矿体、井巷工程和采空区的实体模型之间，表面模型之间，都可以进行逻辑运算，即交集、并集、差运算。通过这些逻辑运算可以得到回填挖方量、采出矿量等数据。

图5 矿山三维数字空间模型

3 三维空间数字模型的应用

依据建立的3DMine矿山数字空间模型，利用软件的查询、分析、计算、统计、设计、计划等功能，可以直观的完成矿山采矿设计、地质勘探设计、地质图件制作、储量快速估算、排产计划等工作。

（1）井下开拓和开采中深孔设计。矿山井下开拓设计是指导生产的科学依据，矿山工程技术人员在矿井开拓设计及施工时应避开工程地质不良地段，科学合理选择设计方案。利用3DMine进行开拓设计，创建由弯道、岔口、硐室、标注等组成的复杂图件，快速调整坡度并计算工程量。利用矿体模型，在三维模型上直接进行剥离与采矿计算，并同时自动生成图形与数据报表。四方金矿目前现在采用的采矿方法主要是无底柱分段崩落法，利用已经完成的矿山数字空间模型和3DMine软件的中深孔爆破方案，可以实现布置扇形孔、平行孔和手动布置单孔。对孔底距、钻孔约束、钻机参数等初始化参数进行设定，通过创建一系列爆破回采单元，对每个单元进行切割巷道和块体边界的操作，并布置回采排线和钻机位置、炮孔边界，可以快速完成中深孔爆破设计工作。

（2）探采计划编制。探采计划工作是矿山生产实践中的重要环节，在3Dmine软件中可以快速的完成生产计划编制，在三维矿体地质模型的基础上，利用矿体、采场、采空区模型 ,可在三维空间内对探矿和采矿工作进行总体设计和单体设计。可按照给定参数系统自动完成斜坡道、天（竖）井、采准、回采和开拓设计工程，快速形成平面设计图，按照指定断面形态形成立体模型，实现探采矿设计的参数化、快速化与可视化。同时与块体模型相结合，可以快速得出各种工程设计报表、工程量、回采矿量、品位和损失贫化指标，极大地提高了计划编排的灵活性和效率。

（3）地质图件的制作。3DMine绘图软件不仅拥有较高的精准度，更包含了地质工作的多个内容, 图形的精确性和直观性也能得到很大程度的提高，地质平面图、剖面图的制作首先把测量组所做的实测中段工程平面图导入到3DMine软件中，通过坐标转换的方法，把平面图定位到三维空间的实际坐标中来，然后用3DMine软件中的编辑钻孔—录入单孔功能把探矿穿脉录入软件的数据库中，建立地质数据库并且将定位、测斜、化验、岩性表等数据导入进去后，就可以显示钻孔形态了，打开数据库时，弹出“显示钻孔数据库”对话框，包含钻孔轨迹、图案、文字、品位曲线和品位组合等5个选项卡，还可以设置钻孔显示风格和显示部分钻孔。当然图框、图例、地形线这些要素要在3DMine软件中用绘图命令自己绘制。再把探矿穿脉的样品化验品位录入软件的数据库，这样3DMine软件就可以显示出穿脉样轨线及品位，最后就可以按圈矿指标手动圈矿了。

（4）储量计算。3DMine 三维矿山软件突破了块体分割和合并技术，运用了多边形法、最近距离法、距离幂次反比法和克里格法等进行矿体品位和属性估值，为矿产储量估算提供了全面的方法。提供了旋转模型、修改、约束保存和属性提取等高级编辑功能。强大的逻辑约束引擎，可实现在不同约束条件下的矿石量和品位和储量报告。

利用已经完成的块体实体模型，建立块体模型，通过设置报告的主要内容、统计方法、比重值、比重属性、分类属性、约束类型等参数生成块体的储量报告文件，地质块段法是传统储量计算中常用的方法，通过将空间块体模型中各项探矿工程揭露矿体的位置（点）投影到垂直或水平平面上，用来圈定矿体范围、划分块段和储量级别。3DMine软件采用TIN（不规则三角形）技术产生数字地面模型和三维地质实体模型，运用块体概念，采用变块技术建立矿床资源品位模型，最终采用地质统计学方法或者线性内插值方法对块体模型进行估值，结合我国固体矿产储量分级标准，在投影图下，应用矿体模型和工程网度圈定相关的储量级别范围分别求出相关的储量级别的矿石量和平均品位。然后用距离幂次反比法对矿体品位进行加权平均计算，再用矿体模型对赋值对块体进行约束，3DMine 软件就可报告出块体模型范围内的地质储量。

（5）打印输出。工程图件输出打印是矿山技术工作中必不可少的一项内容。如实测的工程平面图、采切设计图、爆破设计图、地质工程图等，3DMine软件建立了完整的工程制图、打印输出模块，打印出图功能简单易操作，具有类似于AutoCAD的独立绘图打印模块，同时可以将图形输出为CAD、MagGis等软件文件格式，便于保存和打印。

4 结语

四方金矿通过3DMine软件初步实现了矿山生产工作的数字化、信息化管理。通过对矿山地质、采矿、测量数据的收集、整理，建立了矿山数据库，实现了数据库共享，利用这些数据库建立起矿山的地表、井巷工程、钻孔、矿体、空区、夹石、主要构造体等矿山数字空间模型，实现了矿山三维数字空间模型动态显示与数据分析，可以直观、准确地认识矿体、夹石和空区情况，为矿山开采和储量评估提供了可靠的参考。同时，在此模型的基础上对矿山的采掘顺序和地压管理进行研究，对矿山残采的安全性进行评估，有利于安全合理的回收低品位资源。使用3Dmine三维矿业软件，能很好地解决矿山数字化建设进程中的应用难题，提高了地质探矿、工程测绘、采矿设计和生产管理等方面的科学合理性，促进了矿山的数字化信息化的发展和矿山科技进步。