【畢業(yè)學(xué)位論文】會(huì)東鉛鋅礦三維礦床模型開發(fā)與應(yīng)用研究-礦業(yè)工程

分類號(hào) 密級(jí) D 編號(hào) 士學(xué)位論文 論文題目 會(huì)東鉛鋅礦三維床模型開發(fā) 與應(yīng)用研究 學(xué)科、專業(yè) 礦業(yè)工程 研究生姓名 楊 念 哥 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職稱 李 夕 兵 教授 分類號(hào) 密級(jí) 碩士學(xué)位論文 會(huì)東鉛鋅礦三維礦床模型開發(fā)與應(yīng)用研究 作者姓名： 楊 念 哥 學(xué)科專業(yè)： 礦業(yè)工程 學(xué)院(系、所) ： 資源與安全工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 ： 李夕兵（教授） 論文答辯日期 答辯委員會(huì)主席 中 南 大 學(xué) 2008 年 月 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 要 礦床模型是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論等建立起來的關(guān)于礦體空間形態(tài)、資源空間分布， 礦床地質(zhì)環(huán)境以及采礦工程的數(shù)字化礦化模型，是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制、生產(chǎn)管理及采礦過程虛擬仿真的基礎(chǔ)。 三維數(shù)字化礦床模型是礦山信息化、數(shù)字化礦山建設(shè)基礎(chǔ)，是礦山信息化建設(shè)的第一步。 三維數(shù)字礦床模型是一組相關(guān)的基于真三維空間礦床模型的組合，主要包括：地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、實(shí)體模型、塊體模型。它們之間是一種相互依存關(guān)系，其構(gòu)建過程存在先后 順序。作者按照礦床模型構(gòu)建流程分別闡述了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，礦體、地表地形、采礦工程等的實(shí)體模型和塊體模型的創(chuàng)建方法。 文中利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論分析了大樑子鉛鋅礦床鉛鋅品位分布規(guī)律， 通過設(shè)置搜索橢球體以修正距離冪次反比法對(duì)各向異性礦床的適用性，并依此進(jìn) 行品位估算，計(jì)算出礦床的礦石與金屬儲(chǔ)量。通過儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果與以 往會(huì)東鉛鋅礦地勘結(jié)果對(duì)照，本文中的品位計(jì)算、儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果比較 準(zhǔn)確，符合礦床實(shí)際情況。 通過三維數(shù)字礦床模型的建立，實(shí)現(xiàn)了在真三維空間中礦體、地質(zhì)構(gòu)造、采礦工程以及地表地形的可 視化顯示與交互；為礦山提供了基于真三維空間進(jìn)行采礦工程設(shè)計(jì)的環(huán)境與手段， 為礦山進(jìn)行科學(xué)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制提供基礎(chǔ)與依據(jù)。 文中通過分析會(huì)東鉛鋅礦目前的生產(chǎn)實(shí)際情況，提出模塊化分期，分步實(shí)施建設(shè)信息化、數(shù)字化礦 山的思路。并研究了基于泄漏電纜技術(shù)的礦山地表/井下綜合通訊系 統(tǒng)建設(shè)方案和基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬礦山建設(shè)方法與解決方案。 信息化、數(shù)字礦山建設(shè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，它對(duì)礦山生產(chǎn)技術(shù)與管理水平的影響與提高是全面的和長(zhǎng)期的， 本文研究成果的應(yīng)用將顯著提高礦山的生產(chǎn)技術(shù)與管理水平。 關(guān)鍵詞： 礦床模型，儲(chǔ)量計(jì)算，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，數(shù)字礦山 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 is a of of of It is on of It is to of 3D is of of 3 D is a of D It in of of to of of by up to of to of by of by of of in D by D It an to on D It A to is of of up in on to on 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 is a of It of in of in 南大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 錄 摘 要 .一章 緒論 .研究的背景與意義.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.礦業(yè)工程軟件簡(jiǎn)介.建設(shè)信息化、數(shù)字化礦山的必要性.會(huì)東鉛鋅礦數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)方法與步驟.礦床模型類型與建模方法.地質(zhì)數(shù)據(jù)庫.實(shí)體模型.塊體模型.三維礦床模型建模主要數(shù)據(jù)來源與依據(jù).礦業(yè)工程軟件選擇.第二章 會(huì)東鉛鋅礦地質(zhì)數(shù)據(jù)處理與地質(zhì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) .地質(zhì)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程.地質(zhì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu).數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)及表的字段屬性.礦床勘探原始數(shù)據(jù)預(yù)處理.鉆孔數(shù)據(jù)的預(yù)處理.坑探、槽探等非鉆孔數(shù)據(jù)的預(yù)處理.特高品位處理與數(shù)據(jù)修正.樣品組合與數(shù)據(jù)分析.本章小結(jié).第三章 會(huì)東鉛鋅礦三維實(shí)體模型構(gòu)建與應(yīng)用研究 .實(shí)體建模數(shù)據(jù)來源及其分析處理.建模方法與過程.礦段體積礦量報(bào)告.工程實(shí)體建模與基于 礦工程設(shè)計(jì).本章小結(jié).第四章 礦床塊體模型與儲(chǔ)量計(jì)算分析研究 .礦床品位估算與儲(chǔ)量計(jì)算方法.傳統(tǒng)礦產(chǎn)儲(chǔ)量計(jì)算方法及其局限性.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的誕生、發(fā)展、現(xiàn)狀及其優(yōu)點(diǎn).隨機(jī)過程與區(qū)域化變量.結(jié)構(gòu)分析與變異函數(shù)擬合.克呂格法.建立礦床塊體模型.塊體模型的幾個(gè)概念.中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 塊體模型創(chuàng)建過程.塊體模型幾何參數(shù)的確定與屬性設(shè)置.創(chuàng)建空塊體模型.定義約束.組合樣統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與品位估算方法選擇.塊體模型屬性賦值與品位估算.品位分析與儲(chǔ)量計(jì)算.本章小結(jié).第五章 研究總結(jié)與工作展望 .研究總結(jié).工作展望.基于泄漏電纜通訊技術(shù)的礦山綜合通訊系統(tǒng)方案.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬礦山建設(shè)初探.參考文獻(xiàn) .件 1： .件 2： .謝 .讀碩士期間主要研究成果 .南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒論 研究的背景與意義 進(jìn)入 21 世紀(jì)，世界采礦業(yè)面臨著巨大的機(jī)遇。一方面，現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展給礦業(yè)帶來了機(jī)遇，如礦山設(shè)備大型化、智能化，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，已成為礦業(yè)科技發(fā)展的源泉和動(dòng)力；同時(shí)，智能科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等新興學(xué)科的興起、發(fā)展、交叉與融合不斷拓展著人們的視野，沖擊著傳統(tǒng)的思維方式，深刻地影響和改變著傳統(tǒng)的采礦工業(yè)。因此利用現(xiàn)代高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是礦業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和歷史必然。從礦山長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，結(jié)合會(huì)東鉛鋅礦目前實(shí)際情況，開展數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)是提高礦山生產(chǎn)技術(shù)與管理水平有效且可行的辦法與途徑。建立三維數(shù)字礦床模型是信息化、數(shù)字化礦山建設(shè)最基本、最核心的第一步。數(shù)字化礦山首先要將礦床資源、地質(zhì)環(huán)境與采礦工程數(shù)字化。因此，開展會(huì)東鉛鋅礦三維礦床模型開發(fā)與應(yīng)用研究既是要滿足礦山實(shí)際生產(chǎn)需求，也具有保證礦山可持續(xù)發(fā)展的意義。 會(huì)東鉛鋅礦大樑子礦床第一期投產(chǎn)于 1972 年，經(jīng)過近 40 年的露天開采，露天開采境界內(nèi)礦石已基本采完， 會(huì)東鉛鋅礦適時(shí)開始了第二期工程建設(shè)大樑子礦床露天轉(zhuǎn)地下開采工程建設(shè)。此前經(jīng)過多次的地質(zhì)勘探，基本控制了地采范圍內(nèi)的資源儲(chǔ)量情況，二期工程開拓、采準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)與工程施工已基本完成，且形成了初步生產(chǎn)能力。由于礦山從建礦至今一直采用露天方式采礦，因而在露天轉(zhuǎn)地下開采時(shí)，礦山生產(chǎn)技術(shù)人員沒有地下采礦經(jīng)驗(yàn)與足夠的相應(yīng)技術(shù)準(zhǔn)備，對(duì)地下采礦與露天采礦的差異以及工程技術(shù)難度很難有足夠的認(rèn)識(shí)， 而且露天采礦與地下采礦的生產(chǎn)技術(shù)工作從人員配備與技術(shù)特點(diǎn)都相差較大， 所以大樑子二期工程轉(zhuǎn)入地下開采之后礦山可能將面臨技術(shù)力量與技術(shù)手段跟不上生產(chǎn)需求的窘境。因而此時(shí)引入新的技術(shù)手段，改變現(xiàn)有生產(chǎn)與管理模式，大幅度提升會(huì)東鉛鋅礦現(xiàn)有技術(shù)與管理人員水平，提高工作效率就變得尤為重要。另一方面，利用露天轉(zhuǎn)地下開采這一時(shí)機(jī)，進(jìn)行技術(shù)水平與技術(shù)手段提升，也能發(fā)揮其最理想的實(shí)際效果。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 三維數(shù)字礦床模型研究及礦業(yè)軟件的開發(fā)和應(yīng)用開始于 20 世紀(jì) 70 年代。經(jīng)過近 40 年的發(fā)展， 三維數(shù)字礦床模型研究與應(yīng)用已取得相當(dāng)成熟的研究成果，如今礦業(yè)軟件已形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。其中以礦床模型為代表的礦業(yè)軟件發(fā)展迅速，西方采礦大國(guó)相繼推出用于地質(zhì)資料處理、礦床建模、采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃編制、測(cè)繪圖形處理等方面的礦業(yè)商業(yè)化軟件，裝備了許多礦山，特別是澳大利亞、北美和南非的一些礦山，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)際市場(chǎng)的礦業(yè)工程軟件很多，如 等。這些軟件的主體功能類似，但由于大多是在礦山公司專用軟件基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此各自都有自己的優(yōu)勢(shì)和側(cè)重點(diǎn)，有些側(cè)重于地質(zhì)建模，有些側(cè)重于露天和地下采礦等。綜合來看，國(guó)外礦業(yè)軟件一般具有如下特點(diǎn)：采用模塊式的軟件結(jié)構(gòu)；采用通用性的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，一般都支持 具有強(qiáng)有力的作圖功能； 方便的用戶二次開發(fā)設(shè)計(jì)接口； 微機(jī)與工作站兼顧；注重售后技術(shù)支持1。 我國(guó)也經(jīng)歷了兩次礦業(yè)軟件開發(fā)研究與應(yīng)用熱潮。 第一次熱潮自 20 世紀(jì) 80年代中期開始， 一些高等院校與科研設(shè)計(jì)單位開始引進(jìn)國(guó)外的礦業(yè)軟件進(jìn)行消化吸收，并進(jìn)行了一些自主研發(fā)工作，以期開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并更符合我國(guó)礦業(yè)國(guó)情的礦業(yè)軟件。經(jīng)過長(zhǎng)期的研究及國(guó)家的經(jīng)費(fèi)支持，取得過許多科研成果，并在許多國(guó)內(nèi)礦山進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，取得了一定的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。但由于方方面面的原因，我國(guó)目前尚未推出成功的商業(yè)化礦業(yè)軟件。第二次熱潮始于本世紀(jì)初，但這次熱潮主要是由國(guó)外商業(yè)礦業(yè)軟件進(jìn)入我國(guó)礦業(yè)市場(chǎng)引導(dǎo)起來的。上世紀(jì) 90 年代末，國(guó)外礦業(yè)軟件逐步發(fā)展成熟，隨著本世紀(jì)初我國(guó)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，國(guó)內(nèi)大部分礦業(yè)公司開始開展數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)（如金川、銅陵、江銅、云銅、首鋼等）， 借此機(jī)會(huì)于本世紀(jì)初成功進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，并引起各大礦業(yè)集團(tuán)、高等院校、科研設(shè)計(jì)院所高度重視，紛紛引進(jìn)和開展應(yīng)用研究。目前市場(chǎng)上成熟的礦業(yè)軟件產(chǎn)品主要是澳大利亞、加拿大等國(guó)際產(chǎn)礦大國(guó)的產(chǎn)品，但通過這兩年的引進(jìn)、借鑒與吸收，國(guó)產(chǎn)礦業(yè)軟件也有所發(fā)展。 中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院下屬的迪邁科技有限公司和北京東澳達(dá)科技有限公司都于 2008 年初推出了其具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)國(guó)產(chǎn)礦業(yè)軟件。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 礦業(yè)工程軟件簡(jiǎn)介 澳大利亞 際軟件公司（ 稱 發(fā)的，是一套三維交互式圖形軟件系統(tǒng)，具有地表測(cè)量數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)分析和采礦設(shè)計(jì)功能。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括勘探和地質(zhì)模型、露天和地下采礦設(shè)計(jì)和采掘進(jìn)度計(jì)劃編制以及排土場(chǎng)和復(fù)墾設(shè)計(jì)等。 2006 年 司與澳大利亞的 司合并為 際軟件公司。 目前， 其礦業(yè)軟件的國(guó)際市場(chǎng)占有率名列前矛。在全球 90 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有 件的用戶，在我國(guó)也有包括金川集團(tuán)有限公司、首鋼礦業(yè)公司在內(nèi)的 40 多個(gè)授權(quán)用戶1。 英國(guó) 際軟件有限公司（ 發(fā)的 礦軟件系統(tǒng)，包括地質(zhì)信息處理、礦床模型構(gòu)造、采礦設(shè)計(jì)、礦山調(diào)度與計(jì)劃等模塊。它最大的特點(diǎn)是屏幕上的作圖功能，可以將露天或地下礦山設(shè)計(jì)所需要的各種圖形，包括鉆孔及巖芯分布、礦體及主要開拓巷道位置或露天礦坑等，以三維彩色的形式顯示出來。該軟件的核心是一個(gè)包含許多 點(diǎn)的交互式作圖平臺(tái)，能夠方便地顯示并調(diào)整鉆孔、礦體模型、地表模型等。其應(yīng)用主要在地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)處理、露天或地下礦設(shè)計(jì)、礦山調(diào)度以及生產(chǎn)計(jì)劃編排等四個(gè)方面。 澳大利亞 司開發(fā)的 一套用來處理地質(zhì)勘探和采礦數(shù)據(jù)的中英文雙語版軟件。軟件以模塊化構(gòu)建，共有 7 個(gè)模塊，為用戶提供地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解譯、三維建模、資源評(píng)估和采礦設(shè)計(jì)等功能。 提供地質(zhì)、測(cè)量和采礦工程師需要的、不需要數(shù)月現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)的所有功能。 軟件在國(guó)際礦業(yè)軟件市場(chǎng)有較好的占有率，利用這些軟件形成的資源量 /儲(chǔ)量報(bào)告以及所提交的項(xiàng)目設(shè)計(jì)也為國(guó)際證券市場(chǎng)認(rèn)可。隨著這些軟件在中國(guó)的推廣， 通過了我國(guó)國(guó)土資源部?jī)?chǔ)量司的認(rèn)定， 國(guó)土資源部?jī)?chǔ)量司分別于 2001年 5月、 2003年 9 月、 2004 年 9 月對(duì) 、 、 的資源儲(chǔ)量計(jì)算部分進(jìn)行認(rèn)定，認(rèn)定這些軟件可以在我國(guó)礦產(chǎn)勘查和礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的資源儲(chǔ)量估算中推廣應(yīng)用。 北京東澳達(dá)科技有限公司按照其研發(fā)計(jì)劃將于 2007 年年底推出其具自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)礦業(yè)軟件 3D 目前的發(fā)布的測(cè)試版來看，它充分吸收國(guó)外相關(guān)軟件的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)礦業(yè)特點(diǎn)與實(shí)際情況進(jìn)行開發(fā)，將重點(diǎn)放在符合我國(guó)礦山實(shí)際要求的露天與地下采礦設(shè)計(jì)，而礦床建模則力求兼容國(guó)外軟件。這應(yīng)該是我國(guó)發(fā)展礦業(yè)軟件正確發(fā)展方向和思路。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 建設(shè)信息化、數(shù)字化礦山的必要性 礦山企業(yè)作為國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一， 在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位和作用?？傮w而言，礦山企業(yè)具有以下一些特征1： z 礦山是以自然資源開發(fā)利用為對(duì)象的生產(chǎn)企業(yè)。賦存于地殼淺層中的礦產(chǎn)資源，不僅其所賦存的地質(zhì)環(huán)境非常復(fù)雜，而且，對(duì)礦體本身而言，其空間位置、形態(tài)、元素品位分布等均極富變化。 z 隨著開采活動(dòng)的進(jìn)行，可供開采的資源量隨之發(fā)生變化，而人們對(duì)礦山資源情況的掌握程度也會(huì)隨之發(fā)生變化，由掌握程度變化而引起的資源及其周圍巖體的空間分布將可能出現(xiàn)變動(dòng)。同時(shí)，在礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中，由于市場(chǎng)的變化，其資源情況也需要及時(shí)地進(jìn)行變更和修正。 z 一個(gè)完整的地下礦山系統(tǒng)，由提升、運(yùn)輸、通風(fēng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。礦山總系統(tǒng)不是這些子系統(tǒng)的簡(jiǎn)單疊加，其中任何一個(gè)子系統(tǒng)性能不良或出現(xiàn)問題，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能都會(huì)產(chǎn)生極大的影響。因此，只有各子系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)運(yùn)行，礦山系統(tǒng)的整體性能才能得到極大的提高和發(fā)揮。露天礦山系統(tǒng)構(gòu)成上雖與地下礦山有所不同，但性能上具有與上述完全相同的特征。 z 無論地下礦山采用哪一種采礦方法，其主要作業(yè)場(chǎng)所都會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷發(fā)生變化，正常的生產(chǎn)過程一般都要經(jīng)歷采切、鑿巖、崩礦、出礦、充填等環(huán)節(jié)，與其他加工企業(yè)工藝流程相比，具有離散（即工藝不連續(xù)）、分散（即作業(yè)場(chǎng)所多）等特征。 z 無論是露天礦山，還是地下礦山，在有固定的設(shè)備和人員的同時(shí)，往往更多的是那些位置不斷改變的設(shè)備和人員。 z 在礦山生產(chǎn)過程中，不僅在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部存在大量的多源、異質(zhì)信息流動(dòng)，而且在系統(tǒng)與外部環(huán)境之間，如電力、設(shè)備供應(yīng)、礦產(chǎn)品需求市場(chǎng)等均存在著信息的交換和流動(dòng)。 z 礦山一般都位于比較偏僻的地方，相對(duì)于地下礦山而言，露天礦山的作業(yè)環(huán)境處于暴露狀態(tài)，環(huán)境條件稍好。而地下礦山則具有井下作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣、空間狹長(zhǎng)、電磁屏蔽性強(qiáng)、噪音大等特征。 礦山企業(yè)具有的這些特征，使得其決策、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度與過程控制、安全生產(chǎn)等各個(gè)方面都非常復(fù)雜，必須在整個(gè)過程中按照系統(tǒng)工程理論，科學(xué)地進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，才能發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的良好性能。 另外，長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)的礦山企業(yè)一直處于勞動(dòng)密集型的機(jī)械化初級(jí)水平，管理粗放，技術(shù)和裝備水平落后，決策、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等許多環(huán)節(jié)往往依賴于經(jīng)驗(yàn)，礦山技術(shù)與管理人員從事工程設(shè)計(jì)，交流與信息管理主要以原始的“手工”方式中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5進(jìn)行。手工繪圖、描圖以及以平面圖的方式體現(xiàn)三維空間里的地質(zhì)體與采礦工程等。后來大部分礦山將 入到礦山工作中，很大程度地改善了技術(shù)人員的工作條件，提高了工作效率，但在地質(zhì)、測(cè)量和采礦設(shè)計(jì)工作中，手工或借助 統(tǒng)，還是在平面狀態(tài)下進(jìn)行工作，且采用多邊形法計(jì)算儲(chǔ)量和進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)，無疑會(huì)導(dǎo)致如下幾方面的問題： z 手工作業(yè)、工作強(qiáng)度大、速度慢。目前國(guó)內(nèi)很多礦山為滿足計(jì)劃編制需要而進(jìn)行的地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算工作進(jìn)度非常緩慢，日常測(cè)量工作由于人手不夠，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了空白； z 對(duì)資源和巖體環(huán)境的三維分布狀態(tài)掌握不準(zhǔn)。采用 行儲(chǔ)量計(jì)算和設(shè)計(jì)，技術(shù)人員直接看到的只是一些平剖面圖，對(duì)于這些圖件所反映的三維信息主要靠技術(shù)人員的空間想象力主觀判斷，而對(duì)于復(fù)雜的地下環(huán)境，無論在速度方面還是質(zhì)量方面，都不能滿足要求； z 生產(chǎn)計(jì)劃粗略、不精細(xì)。由于上述原因，國(guó)內(nèi)礦山的生產(chǎn)計(jì)劃編制時(shí)，儲(chǔ)量通常采用一個(gè)估算的平均數(shù)，無疑將導(dǎo)致計(jì)劃工作的不準(zhǔn)； z 采礦設(shè)計(jì)具有盲目性、施工措施被動(dòng)。由于在二維情況下進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)，對(duì)相鄰兩個(gè)已知圖件之間的地質(zhì)情況主要靠設(shè)計(jì)人員空間想象力主觀臆定。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)往往導(dǎo)致工程布置位置不合理，缺乏前瞻性，在施工過程中出現(xiàn)問題后才去著手考慮采取什么樣的措施， 造成極大的浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)一些安全事故。 所謂數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)就是利用當(dāng)今飛速發(fā)展的信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)來建立礦產(chǎn)資源、地質(zhì)條件、采礦工程等等三維數(shù)字模型（如圖 1示），并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源與開采環(huán)境數(shù)字化，技術(shù)裝備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化（如圖 1示），信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)管理與決策科學(xué)化。利用現(xiàn)代信息技術(shù)來建設(shè)、改造礦業(yè)這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，顯著提高礦山各專業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)水平與工作效率、改善工作條件，是礦業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與管理水平提高的必由之路，其必要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： z 礦業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)管理水平的提高需要進(jìn)行礦山數(shù)字化建設(shè) z 礦山數(shù)字化建設(shè)能明顯改善技術(shù)人員的工作強(qiáng)度，提升自動(dòng)化程度與工作效率，使礦山地質(zhì)、測(cè)量、采礦等生產(chǎn)技術(shù)與管理人員從繁重而又單調(diào)的手工作業(yè)中解脫出來，將時(shí)間與精力投向真正體現(xiàn)其生產(chǎn)技術(shù)水平與提高礦山生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的工作中去 z 礦山數(shù)字化建設(shè)能革命性地改變礦山信息的維護(hù)與管理模式，并顯著加強(qiáng)礦山各專業(yè)技術(shù)人員之間的信息溝通，提高協(xié)作效能。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6圖 1數(shù)字化礦床模型 圖 1采礦設(shè)備與生產(chǎn)過程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù) 會(huì)東鉛鋅礦數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)方法與步驟 數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其長(zhǎng)期目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)資源與開采環(huán)境數(shù)字化、技術(shù)裝備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)管理與決策科學(xué)化。 結(jié)合當(dāng)今世界科技的發(fā)展水平及我國(guó)礦業(yè)現(xiàn)階段的技術(shù)裝備與管理水平， 總體規(guī)劃分步實(shí)施是會(huì)東鉛鋅礦數(shù)字化、 信息化礦山建設(shè)的必經(jīng)之路，就目前而言，會(huì)東鉛鋅礦數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)的具體步驟應(yīng)該是： 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 7（ 1）采用成熟的礦業(yè)軟件以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從礦產(chǎn)資源、采礦工程方案優(yōu)化、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃與開采環(huán)境的數(shù)字化、模型化與可視化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、測(cè)量、采礦三大礦山專業(yè)技術(shù)人員工作的高效、可靠和科學(xué)； （ 2）采用先進(jìn)傳感器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程、設(shè)備、安全與開采環(huán)境監(jiān)控等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、智能分析與可視化處理； （ 3）建立以光纖、泄漏電纜或無線通訊等為主體的多媒體通訊網(wǎng)絡(luò)，形成語音、視頻與數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)的分布式共享； （ 4）采用工業(yè)以太網(wǎng)、 能控制及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)及設(shè)備的智能化集中監(jiān)控。 （ 5）采用先進(jìn)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)人員與移動(dòng)設(shè)備的定位、跟蹤及生產(chǎn)過程智能化調(diào)度與控制，全面提升礦山的生產(chǎn)管理與決策的科學(xué)性。 礦山數(shù)字化、信息化建設(shè)不是一個(gè)簡(jiǎn)單引入若干設(shè)備、軟件的過程，它應(yīng)該是一個(gè)生產(chǎn)與管理方式質(zhì)的飛躍， 涉及的內(nèi)容與生產(chǎn)環(huán)節(jié)也相當(dāng)多， 建設(shè)數(shù)字化、信息化礦山的方法與流程如圖 1示。 由于會(huì)東鉛鋅礦采礦場(chǎng)目前的生產(chǎn)技術(shù)人員配備有所欠缺， 一方面急需提高工作效率，但另一方面也制約了數(shù)字化、信息礦山建設(shè)的進(jìn)程。所以在總體規(guī)劃基礎(chǔ)之上，應(yīng)該充分考慮輕重緩急的原則。經(jīng)與會(huì)東鉛鋅礦商討，確定首先應(yīng)該完成的工作是建立大樑子礦床三維數(shù)字礦床模型。只有在建立礦床模型之后，才能實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源、采礦工程以及開采環(huán)境等的數(shù)字化，才可能實(shí)現(xiàn)基于礦床模型的采礦工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中的儲(chǔ)量與品位控制、編排生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃等等。根據(jù)會(huì)東鉛鋅礦現(xiàn)狀與生產(chǎn)實(shí)際需求，本論文的重點(diǎn)是建立大樑子三維數(shù)字礦床模型，研究任務(wù)包括：大樑子礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立、 1 號(hào)礦體礦段實(shí)體模型、礦段塊體模型、地表 型、斷層等地質(zhì)構(gòu)造 型、礦山二期工程露天轉(zhuǎn)地下開采開拓采準(zhǔn)工程實(shí)體模型等等，其構(gòu)建流程如圖 1示。 礦床模型類型與建模方法 礦床模型是借助計(jì)算機(jī)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等技術(shù)建立起來的關(guān)于礦體分布、空間形態(tài)、構(gòu)造以及礦山地質(zhì)屬性的數(shù)字化礦化模型，是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制、生產(chǎn)管理以及采礦虛擬仿真的基礎(chǔ)。從圖 1們也可以看出，三維礦床模型并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，而是一組相關(guān)的基于真三維空間礦體模型的組合，其中主要包括：地質(zhì)數(shù)據(jù)庫（ 實(shí)體模型（ 塊體模型（ 這些模型之間是一種相互依存的關(guān)系，且其構(gòu)建存在先后流程關(guān)系。圖 1示的是基于 件建立一個(gè)三維礦床模型的整體流程。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 8圖 1數(shù)字化礦山建設(shè)總體框架1中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 9鉆孔、坑探、槽探等地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)編輯為 成地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫開采過程中新的地質(zhì)信息現(xiàn)有地質(zhì)剖面在三維空間解譯地質(zhì)剖面輸出圖件、分析、提取數(shù)據(jù)組合樣品、分析樣品分布規(guī)律構(gòu)建礦體實(shí)體、地質(zhì)現(xiàn)象對(duì)塊體賦值(克呂格、距離加權(quán)等 )建立塊體模型采礦設(shè)計(jì)資源報(bào)告、分析、決策支持、智能優(yōu)化等進(jìn)度計(jì)劃 生產(chǎn)管理建立礦區(qū)三維模型測(cè)量數(shù)據(jù)、坑道、采場(chǎng)三維數(shù)據(jù)圖 1基于 立三維礦床模型建?；玖鞒?地質(zhì)數(shù)據(jù)庫 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源于原始地質(zhì)勘探資料、數(shù)據(jù)，一般由以下幾種形式獲得： z 鉆探通過鉆孔來獲取基本巖性信息和取樣分析數(shù)據(jù) z 坑探地下坑道取樣獲得數(shù)據(jù) z 槽探地表刻槽取樣獲得數(shù)據(jù) 其中，鉆孔勘探是最常用的方法，但不管是哪種勘探形式，最終都會(huì)形成地質(zhì)信息編錄數(shù)據(jù)表。 通過對(duì)原始地質(zhì)信息表的規(guī)范化處理可形成多個(gè)滿足構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫的二維表，并依此建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理的信息的主體為地質(zhì)勘探結(jié)果， 包括勘探工程的空間信息、樣品的品位化驗(yàn)數(shù)據(jù)、礦巖物理力學(xué)性等等。所有這些信息都具有其三維空間位置屬性， 所以構(gòu)建的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫就是一個(gè)以真三維空間為基礎(chǔ)的勘探數(shù)據(jù)模型。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫所反映的鉆孔數(shù)據(jù)都在三維圖形空間中真實(shí)地表現(xiàn)出來，且數(shù)中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 10據(jù)的管理、修正都可在三維空間中以“圖形”方式進(jìn)行交互。直觀地說就是，一旦建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)，就可以在三維空間顯示地質(zhì)勘探工程，如鉆孔軌跡線、巖性及描述、 礦石品位、 坑探取軌跡等， 在三維空間顯示與管理地質(zhì)現(xiàn)象與勘探信息。 實(shí)體模型 實(shí)體模型也稱線框模型，用來描述地質(zhì)體（如礦體）、地質(zhì)構(gòu)造、地形、三維輪廓和采礦工程等三維空間位置與形狀。實(shí)體模型具有以下功能： z 快速計(jì)算體積和表面積 z 任意方位切割剖面 z 用于空間約束，如內(nèi)、外約束 z 實(shí)體之間進(jìn)行并、交、差等布爾運(yùn)算 z 與地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互 在傳統(tǒng)的地質(zhì)現(xiàn)象表達(dá)與描述中， 通常以二維平面圖和剖面圖來表示地質(zhì)勘探結(jié)果，這種方式表達(dá)信息不充分，缺乏直觀，且容易造成信息傳遞的前后不一致。實(shí)體模型一般來說我們將其分成兩種類型： 3者都采用三角網(wǎng)的方式來表征物體的空間特征。 表面模型，用來描述地形、斷層等曲面，是一個(gè)不封閉的三角網(wǎng)； 3一系列相鄰三角網(wǎng)封閉成內(nèi)外不透氣的實(shí)體，常用來描述礦體。 “上”、“下”兩面之分， 3內(nèi)外之分。采用實(shí)體模型描述礦體、采礦工程、地形、斷層等的形態(tài)和所屬信息的流程如圖1示。 圖 1實(shí)體建模流程2塊體模型 塊體模型（也稱塊段模型）是礦床品位估算與儲(chǔ)量計(jì)算的基礎(chǔ)，塊體模型的基本思想是將礦床在三維空間內(nèi)按照一定的尺寸劃分為許多的單元塊， 然后根據(jù)已知的地質(zhì)勘探樣品的品位數(shù)據(jù)（往往利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理）及其空間變異特征對(duì)填滿整個(gè)礦床范圍內(nèi)的單元塊的品位進(jìn)行推算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。塊體模型的塊體屬性可以根據(jù)需要設(shè)置，一般除了必要的品位屬性以外，往往還有體重、礦巖類型等。 字地形模3維實(shí)體模型） 特征線手工、自動(dòng)或半自動(dòng)連三手工或自動(dòng)三角特征線中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 11塊體模型的研究和應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì) 60 年代初，是由美國(guó) 礦公司首先提出來的，其實(shí)質(zhì)是用一系列大小相同的正方體 (或長(zhǎng)方體 )來表示礦體，每一塊體的品位通過克立格法、距離反比法或其他估值方法確定，并認(rèn)為其品位為一常數(shù)1。其時(shí)，塊體模型主要用于描述浸染狀金屬礦床的空間分布，到目前為止， 該技術(shù)仍被認(rèn)為是描述在三維空間成漸變的品位或質(zhì)量的空間分布的最佳技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是形態(tài)簡(jiǎn)單，規(guī)律性強(qiáng)，編程容易，特別利于品位和儲(chǔ)量的估算。當(dāng)然塊體模型也有明顯的缺點(diǎn)：塊體模型描述礦體形態(tài)的能力差，礦體邊界誤差大，尤其對(duì)于復(fù)雜礦體的描述，其誤差有時(shí)大得讓人難以接受。要減小塊體模型在邊界處的誤差，就必須減小塊體尺寸。然而，用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法估值時(shí)，塊體的大小與信息樣品間距有關(guān)，一般取最小信息樣品間距的 。當(dāng)樣品稀疏時(shí)，描述的礦體邊界十分粗糙。 人在第四屆 議上提出了一個(gè)可變尺寸的三維塊體模型，即變塊模型3。所謂變塊模型是指在某一方向上塊體的尺寸可以變化，這樣在構(gòu)模時(shí)，可以使模型中部塊體尺寸較大，邊界塊體尺寸較小，從而增加了邊界模擬的精度。到 70 年代，變塊模型有了新的進(jìn)展，出現(xiàn)了 制數(shù)據(jù)軟件包和 詢系統(tǒng)，它允許塊體尺寸在一維或多維方向變化，使變塊模型更加靈活實(shí)用。到 80 年代末，英國(guó) 際軟件集團(tuán)公司推出了統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以在礦體的各部分隨意變換塊段大小，能夠表示品位的細(xì)致變化，可以處理較復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，但考慮到計(jì)算機(jī)性能和模型構(gòu)造精度的要求，該方法顯然具有一定的局限性。為了更精確地模擬礦體邊界，就必須把邊界部分的塊段劃分得更小，然而，對(duì)于這些小塊的估算不一定可靠，往往將廢石估成礦石，或?qū)⒌V石估成廢石，而且計(jì)算機(jī)性能有限，故此模型的發(fā)展受到一定的限制4。事實(shí)上，目前主要的礦業(yè)工程軟件如 是采用變塊模型的方式構(gòu)建礦床塊體模型。 三維礦床模型建模主要數(shù)據(jù)來源與依據(jù) 建立三維礦床模型需要的數(shù)據(jù)資料幾乎涵概了該礦床所有地質(zhì)、 采礦工程主體設(shè)計(jì)工程與已施工工程（實(shí)測(cè)），一般包括： z 所有探礦工程取樣、巖性記錄，定位（ X, Y, Z）測(cè)斜記錄及其他記錄 z 現(xiàn)在圖件（平面圖、縱剖面圖、構(gòu)造線圖、解譯圖） z 儲(chǔ)量計(jì)算指標(biāo)（礦石類型、體重、各種屬性） z 地形等高線圖或測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)記錄表 z 坑道工程，露天采場(chǎng)的實(shí)例記錄（圖件） z 礦山總體設(shè)計(jì)方案圖 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 12大樑子三維數(shù)字礦床模型建模數(shù)據(jù)、圖件依據(jù)主要有： 1991 年生探資料與1991 年“各中段單工程品位 “ 邊坡地槽樣品位 件；昆明地質(zhì)勘查院編寫的四川省會(huì)東縣大樑子鉛鋅礦床 1884 1944 米中段勘探報(bào)告及其附圖；會(huì)東鉛鋅礦采礦場(chǎng)地形圖及地測(cè)科地表地形與露天采場(chǎng)測(cè)量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；會(huì)東鉛鋅礦二期工程設(shè)計(jì)及附圖。 礦業(yè)工程軟件選擇 目前成熟的商業(yè)化礦業(yè)工程軟件主要有：等。其中前三個(gè)在國(guó)際上的市場(chǎng)占有率較高，在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用也比較成功。由于方方面面的原因，國(guó)產(chǎn)礦業(yè)工程軟件尚未取得足夠的市場(chǎng)， 即將正式發(fā)