采矿设计矿岩量自动化计算研究与应用

宋爱东 陈彦亭 巩瑞杰 李金龙(.河北钢铁集团矿山设计有限公司；.河北钢铁集团司家营铁矿有限公司；.河北钢铁集团矿业有限公司)

采矿设计矿岩量自动化计算研究与应用

宋爱东1陈彦亭1巩瑞杰2李金龙3
(1.河北钢铁集团矿山设计有限公司；2.河北钢铁集团司家营铁矿有限公司；3.河北钢铁集团矿业有限公司)

在分析传统手工核算地质矿量、计算开采境界内矿岩量流程的基础上，利用现有三维软件直观、真实的特点，结合通用办公软件，二次开发出了采矿设计矿岩量自动计算软件,通过独山城铁矿采矿方案设计应用，取得了良好的实际效果。软件设计思路简单、巧妙，操作简便，结果准确、可靠，大大缩短了设计时间，方便对多个采矿方案进行比较，提高设计效率和质量；二次开发使专业软件智能化，对设计工作起到了事半功倍的效果。

采矿设计 矿岩量计算 软件集成 二次开发

计算机在人们的日常工作中扮演着越来越重要的角色，利用专业软件能大幅度地提高工作质量和效率。地质工作是矿山采矿设计的基础，其中地质矿量核算及境界内矿岩量计算又是地质工作的重要一部分[1]。传统上，地质设计人员根据采矿设计确定的开采范围、阶段(或台阶)标高，利用专业软件手工量取阶段地质平面图上各类型矿岩的面积，输入到Excel表格，然后选择平行断面法的相应公式，分别计算各阶段各类型矿石的储量、矿岩量，进而计算出整个矿山的资源储量、开采范围内不同类型矿岩量及露天矿剥采比。手工计算工作量大、速度慢且容易出错，出错后查找起来困难，有时小的计算错误不易发觉；如需比较多个开采方案的矿岩量、剥采比则耗费时间更长，影响后续的方案比较等设计工作，延误设计进度；开发软件实现各阶段各类型矿石量及境界内矿岩量自动计算，能大幅提高地质工作的质量和效率。

1 开发平台

大部分通用软件都是为了满足用户的共性需要，其功能也不可能满足于所有领域、所有用户的应用习惯和需求。为此，用户就要利用软件提供的二次开发接口和开放式的内部命令集合，进行有针对性的二次开发，将软件一些功能组合起来，使其智能地完成某些特定工作，会达到事半功倍的效果。二次开发是软件的用户化和专业化的有效手段，可以更好地为用户服务，这对提高工作效率和工作质量有着不可低估的作用。

3DMine矿业工程软件是一套重点服务于矿山地质、测量、采矿与技术管理工作的三维软件，采用Office、AutoCAD操作风格，易学易用。三维核心模块是一个界面友好、功能强大的三维显示和编辑的集成化平台，使用习惯类似于AutoCAD、Word和Excel,支持多种类型空间数据叠加和完全真彩渲染，支持各个视角进行静态或动态剖切、三维线段内部填充、全景和缩放显示等操作[2]，而且还提供了第三方应用开发的接口。

2 开发工具

VB(Visual Basic)是一种由微软公司开发的包含协助开发环境的事件驱动编程语言，是世界上使用人数最多的语言。VBA是VB的一种宏语言，主要能用来扩展Windows的应用程式功能，特别是Microsoft Office软件，也可说是一种应用程式视觉化的Basic Script。利用VBA语言，在3Dmine软件的宏-VBA编辑器接口上进行编程，开发矿岩量自动计算软件。

3 开发思路

3.1 分层地质矿量计算

将绘制好的阶段地质图的文件命名为台阶标高，按矿体、储量级别处理成3Dmine的实体文件，每一种类型的矿石及岩石都赋值为不同的体号，并将其对应写入Excel数据表；程序循环计算不同水平、不同类型矿石面积，并将数据传输到Excel数据表中对应的阶段上，完成所有阶段的面积计算后，对Excel表中的不同阶段不同类型矿石求面积差，然后根据面积差判断选择平行断面法计算公式，在Excel数据表中循环完成给定阶段范围内不同类型矿岩量计算，并设置相应表格格式，最终以Excel文件格式将结果呈现给用户。程序结构见图1。

图1 阶段矿量计算程序结构

3.2 境界内分层矿岩量计算功能

在分层地质矿量计算准备文件的基础上，手工将境界线添加到不同的阶段地质图上，使其在一个独立的图层上，并对图层进行特定命名，以便操作程序；程序根据给定的起始阶段高度，先用闭合线切割实体语句切割掉境界线以外的实体，然后自动求取境界内的不同类型矿岩面积，当阶段地质图上有内外2个境界线的时候，从外向里逐次进行；将不同类型矿岩面积数据传输到Excel数据表中对应的阶段上，直至完成所有阶段的面积计算；根据面积差判断选择平行断面法计算公式，自动在Excel数据表中完成给定阶段范围内不同类型矿岩量计算，设置相应表格格式，最终以Excel文件格式将结果呈现给用户。图2为阶段境界内矿岩量功能程序结构。

图2 境界内矿岩量计算程序结构

4 应用实例

4.1 独山城铁矿简介

独山城铁矿位于河北省涞源县，为超贫磁铁矿，设计范围内共有Fe8、Fe9 2条铁矿带，分别含有工业品位和边界品位的矿石，2个品级的矿石又可分为122b、332、333储量类别[3]，此次方案设计只考虑高低品位，设计开采标高在476～1 004 m，共计45个台阶，几乎各台阶都含有2种品位类别的矿石。

4.2 阶段地质平面图预处理

在3Dmine软件里调用“连接两根线”或“boundary”命令[2]，将不同水平阶段地质平面图上不同类别矿石的界线绘制成闭合线，用不同颜色的线条进行区分，各个分层图上不同类别矿石闭合界线颜色保持一致，以便更好区分；然后将不同标高的阶段地质平面图保存成与分层图标高对应的文件名；将所有阶段地质分层图的坐标转换为真实坐标，这样所有的分层图才能在3Dmine软件里回归到真实的三维空间上。

4.3 不同类别的矿石与实体号对照

利用Excel软件建立不同类别矿石与3Dmine软件实体号的对照表，左侧一列为矿石类别，右侧一列为实体号码，一种类型的实体号必须具有唯一性，不能与其他类别的矿石实体号重复，否则计算结果将会出现逻辑错误。独山城铁矿此次设计共区分了2种品位的矿石及岩石，实体号码从1～3进行编号，见表1。

表1 矿石类别与矿体实体编号对照

4.4 阶段地质平面图连实体

将阶段地质平面图上的矿岩闭合线按照表上的实体号码，利用软件的闭合线内连接实体功能，连成不同号码的实体；以此类推，将不同标高阶段地质平面图上的矿体都连接成表上实体号码对应的实体。

4.5 资源储量计算

将独山城铁矿45个分层图对应的矿体实体都放入软件窗口中，启动分层地质矿量计算功能，输入要计算范围的最低、最高标高及阶段高度，软件自动完成不同类型的矿石面积计算及合计，选择满足条件的平行断面法资源储量计算公式，并将阶段地质分层图的不同类型矿石面积及储量计算结果输出到Excel表格，方便设计人员核对及进一步处理；经对比验证，软件计算较设计人员手工利用专业工具软件快速、准确，极大缩短了计算时间，提高了计算结果的可靠性。

4.6 露天境界内矿岩量计算

4.6.1 境界线处理

将分层图对应的最终境界线也连接成闭合线，分别存放在不同的图层内，进行特定命名，以便程序进行查找、调用，并将阶段标高对应的境界线存储成单独的文件，以阶段高度命名，依次将所有阶段平面图对应的境界线都进行处理；要将最终境界移动到真实的坐标系下，这样才能使矿体实体和最终境界相对位置不变。

4.6.2 境界内矿岩量计算

将阶段地质平面图的实体文件和处理过的带有境界线的线文件都拖入到软件窗口中(见图3)，输入要计算的最低、最高标高及阶段高度，程序自动完成每个阶段地质平面图境界内不同储量类别矿体实体的面积计算，并将不同种类的矿石面积自动求和，最终求得阶段分层图内2种品位类别的矿石对应的面积；如阶段平面图对应有一个开采平台，即分层图上有坡底线和坡顶线2条境界线，那么首先将平面图上靠外的境界线(坡底线)外的矿体实体裁剪掉，计算坡底线内部2种品位的矿体面积，然后再裁剪掉靠内的境界线外的矿体实体，计算坡顶线内部2种品位矿体面积。将求得的面积写入指定的Excel表中，判断不同类别矿石上下阶段的面积差，选择相应的平行断面法计算公式，计算2个水平间的体积、储量，依次完成了独山城铁矿45个水平境界内2种品位的矿石量及岩石量计算，并同步给出来各分层的剥采比。

本次设计共进行3个设计方案的比较，故利用该功能完成了3个方案的境界内矿岩量计算，对于每个方案的计算，在将分层图对应的境界线按4.6.1所述处理后，其余的工作全部由软件在很短的时间内自动完成，本次独山城设计用时约1 min。

图3 独山城铁矿处理后的某水平分层

5 结 论

(1)充分利用已有三维软件、Excel软件的优点，创新性地集成开发出了一种采矿设计矿岩量自动计算软件，促进了采矿设计的自动化。利用该软件完成了独山城铁矿采矿方案设计的资源储量核算、3个采矿方案的境界内矿岩量及剥采比计算。

(2)软件计算结果准确，避免了手工计算可能导致的错误，以Excel表格的形式输出结果，清晰直观，便于数据后续处理；操作简便、运行速度快，可根据设计需要，快速进行多个采矿方案的比较，极大减少了设计人员的工作量，缩短设计时间，提高了设计效率。

[1] 吴玉兰,周 铭.露天矿山采出矿岩量的计算捷径[J].有色金属设计,2002,29(1):27-29.

[2] 胡建明.3Dmine矿业工程软件基础教程[R].北京:北京三地曼矿业软件科技有限公司,2013.

[3] 宾金来,李 旭.河北省涞源县独山城矿区国丰铁选厂铁矿资源储量核实报告[R].保定:河北省保定地质工程勘查院,2011.

2014-08-08)

宋爱东(1966—),男，副总经理，高级工程师，063700 河北省滦县。