三維可視化環(huán)境下采礦設(shè)計(jì)與生產(chǎn)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，信息技術(shù)愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的信息化改造與提升成為大勢(shì)所趨。對(duì)于古老的采礦業(yè)而言更是如此，采礦業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展-數(shù)字采礦成為必然趨勢(shì)。
　　 礦山采礦工程設(shè)計(jì)作為礦山建設(shè)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是一切工作的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣將直接影響到建設(shè)項(xiàng)目的工期、成本、生產(chǎn)能力和整體經(jīng)濟(jì)效益。礦山是一個(gè)真三維地理/地質(zhì)環(huán)境，要真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字采礦設(shè)計(jì)，那也應(yīng)是真三維的，即必須以三維地質(zhì)體和人造工程模擬為基礎(chǔ)

2、。
　　 三維可視化技術(shù)的發(fā)展以及各種建模技術(shù)的出現(xiàn)，為真三維環(huán)境下的采礦設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。一方面，在三維環(huán)境下，露天、地下各種采掘工程的空間形態(tài)及其空間分布變得十分清晰明了；另一方面，三維塊段模型為地質(zhì)體屬性，如品位，巖性等，提供了多尺度描述方法，這樣在采礦設(shè)計(jì)中可以方便地查詢(xún)和利用這些信息。采礦設(shè)計(jì)的對(duì)象是地質(zhì)體，需要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)是各種井巷施工、采場(chǎng)爆破、生產(chǎn)計(jì)劃等工程圖表，在這過(guò)程中需要進(jìn)行諸如井巷設(shè)計(jì)、采場(chǎng)設(shè)計(jì)

3、、爆破設(shè)計(jì)、露天境界優(yōu)化、工程驗(yàn)收等各種復(fù)雜的計(jì)算，而這種計(jì)算與采礦設(shè)計(jì)是緊密結(jié)合的。因此，以地質(zhì)體模型為基礎(chǔ)，將各種復(fù)雜的計(jì)算與開(kāi)采設(shè)計(jì)集成起來(lái)，無(wú)論對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率還是設(shè)計(jì)質(zhì)量都具有非常重要的作用。
　　 本文從采礦設(shè)計(jì)的具體需求出發(fā)，著重對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：
　　 (1)三維采礦設(shè)計(jì)實(shí)體模型的選擇。采礦設(shè)計(jì)的核心對(duì)象是復(fù)雜地質(zhì)體，而混合模型難以滿(mǎn)足采礦設(shè)計(jì)的需要，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)用性等角

4、度出發(fā)，確定采用基于 TIN的表面模型表示復(fù)雜礦體的邊界、地表、人工工程等，采用基于八叉樹(shù)的塊段模型表示復(fù)雜地質(zhì)體內(nèi)部品位屬性。同時(shí)，提出了一種基于平面隱函數(shù)的實(shí)體切割思想和區(qū)域自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的地質(zhì)體剖面圖生成方法。
　　 (2)地下井巷設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。包括井巷斷面設(shè)計(jì)、支護(hù)設(shè)計(jì)、岔道口設(shè)計(jì)；給出了兩種井巷實(shí)體三維建模方案：局部建模和整體建模；提出了基于中心線(xiàn)的雙線(xiàn)巷道自動(dòng)生成算法。上述算法為虛擬漫游、采掘量估算和施工圖設(shè)計(jì)提供了新

5、的快捷方法。
　　 (3)地下開(kāi)采設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。包括采場(chǎng)設(shè)計(jì)、底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及爆破設(shè)計(jì)；給出了基于 TriCut算法的三維實(shí)體任意切割算法；提出了開(kāi)口、封閉三維實(shí)體的特征輪廓線(xiàn)提取算法，根據(jù)提取的輪廓線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)體投影圖的自動(dòng)生成。
　　 (4)對(duì)露天開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)所涉及到的模型與關(guān)鍵算法進(jìn)行了深入研究。提出了一種改進(jìn)的幾何約束新模型，基于該模型，提出了一種新的露天境界優(yōu)化算法，為解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的多邊坡角露天境界優(yōu)化

6、問(wèn)題提供了一種新的有效方法；提出了一種基于成本流的開(kāi)采錐模型，采用圖論的方法將正價(jià)值塊與其開(kāi)采錐內(nèi)相關(guān)負(fù)價(jià)值塊聚合，大大減少了混合整數(shù)規(guī)劃模型中的變量個(gè)數(shù)，極大地降低了計(jì)算復(fù)雜度，從而使解決實(shí)際的大規(guī)模露天礦生產(chǎn)計(jì)劃編制問(wèn)題變成可能；提出了基于KD樹(shù)的露天礦采場(chǎng)示坡線(xiàn)自動(dòng)生成方法，提高了露天礦采場(chǎng)示坡線(xiàn)的繪制效率和精度。
　　 (5)提出實(shí)測(cè)地表、實(shí)測(cè)露天礦坑及實(shí)測(cè)巷道的建模方法。針對(duì)露天礦坑散亂點(diǎn)多、手工操作繁雜等問(wèn)題，提出基

7、于Voronoi圖和三角剖分的曲線(xiàn)重建算法，實(shí)現(xiàn)露天礦邊坡線(xiàn)的自動(dòng)生成；提出了一種基于巷道底板邊界線(xiàn)的巷道實(shí)體分層建模方法，解決了同一中段邊界線(xiàn)任意復(fù)雜情況下的實(shí)測(cè)巷道三維建模。提出了步距法、斷面法和腰線(xiàn)法下的巷道實(shí)體建模算法，解決了手工建模效率低、精度不高的問(wèn)題。
　　 (6)分析了地下采掘生產(chǎn)計(jì)劃編制的基本依據(jù)、計(jì)劃編制的目標(biāo)以及各種約束條件，在此基礎(chǔ)上給出了生產(chǎn)計(jì)劃編制的技術(shù)路線(xiàn)和設(shè)計(jì)流程，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃編制所涉及三維實(shí)體檢測(cè)