基于數字礦山整體解決方案的礦山數字化系統

隨著人類的進步，以信息技術為代表的技術革命迅速發展，經濟全球化、信息產業的速度正在顯著加快。信息和知識技術是當今社會發展的動力和經濟發展的基礎。礦業作為國民經濟的基礎行業,它依然為整個社會乃至整個人類文明的進步發揮著舉足輕重的作用。但礦業行業的特殊性決定了礦業企業信息化的不同之處,它不是簡單的信息疊加或傳遞,而是在不斷變化的生產數據和資源數據的基礎上,通過軟件系統將這些信息集成共享后,使管理者全面、及時、準確地掌握企業生產的資源、產品、成本、安全和市場需求等信息,實現生產經營決策的科學性、及時性。因此,選擇合適的礦業軟件成為我們的首要任務。1數字礦山系統開發現狀DIMINE礦業軟件系統并是長沙迪邁信息科技有限公司依托中南大學數字礦山研究中心和中南大學資源與安全工程學院強大的科研、教學軟硬件條件,在全面研究了國內外數字礦山相關軟件和國內礦業企業實際需求的基礎上,經過多年艱苦努力,研究開發出的基于數字礦山整體解決方案的礦山數字化軟件系統。1.1采礦設計要求DIMINE軟件適用于所有礦物資源,如鐵、銅、煤炭、砂礦、金剛石、貴金屬等礦種的露天和地下采礦設計,涵蓋礦業開發的整個發展階段,可滿足不同工作任務的要求。其應用領域為:鉆孔編錄、勘探和地質模型、礦山工程測量、地表和地下采礦設計、露天礦開采設計、生產計劃和開采進度計劃、通風解算與優化、尾礦庫和復墾設計等。1.2企業應用和平臺的建設技術DIMINE軟件采用VC語言開發,采用大型數據庫SQLServer2000管理工程數據,實現了數據的共享和權限管理。系統采用三維可視化技術,以數據庫技術、三維表面建模技術、三維實體建模技術、地質統計學方法、數字采礦設計方法、網絡解算與優化技術、工程制圖技術為基礎,全面實現了從礦床地質建模、儲量計算、測量數據的快速成圖、地下礦開采系統設計與開采單體設計、回采爆破設計、露天礦境界優化與開采設計、礦井通風系統網絡解算與優化,到各種工程圖表的快速生成等工作的可視化、數字化與智能化。在國內外同類產品中,DIMINE系統首次采用數據庫技術管理用戶數據,大大提高了企業數據的共享程度和安全性。系統采用單用戶、多用戶和數據庫用戶三種不同版本,滿足各種用戶對產品的不同需求。系統充分考慮用戶的操作習慣,采用多功能視窗、多操作模式進行人機交互,實現數據的完整表達和三維對象的精確設計。DIMINE系統采用平臺+插件模式進行開發,根據用戶的不同需求提供不同的產品功能配置,同時,通過系統提供的開發程序接口,為用戶的二次功能開發提供技術支持平臺。系統采用大量的高級優化算法,對數據和模型進行參數化、智能化和可視化處理,大大提高數字建模的效率,簡化建模流程,降低了用戶對復雜理論概念理解的難度。DIMINE系統作為一套完整、全面的數字礦山解決方案,改進了地質工程師、測量工程師、采礦工程師在生產管理過程中的技術信息交流水平和工作效率。對于采礦業,不管項目成員分布在什么地方,使用DIMINE就可以提供完全交互式的協作工作方法。這種功能方便了不同地點的多用戶,可以通過網絡和單一用戶部門取得聯系,這樣就使得用戶可以更方便地獲得有關技術專家的幫助。1.3系統功能結構系統主要由下列七大功能模塊構成。(1)提供了屬性界面設計核心模塊是DIMINE的基礎部分,是必備模塊。它用于系統的運行和數據處理檢查。它提供了DIMINE系統的操作界面,用于二維和三維空間內數據觀察、重疊、圖層和屬性管理,也可兼容其他類型數據的轉換與表達。系統提供對點和線的編輯修改功能,其操作風格與工程上常用的軟件AutoCAD相似。(2)測量應用程序模塊主要包括測量控制數據庫、放線工具、坐標系統轉換、DTM體積、挖方和填方體積、傳輸和轉化記錄數據、井下測量數據、地表測量數據等。(3)數據庫設計模塊該模塊能進行勘探數據編錄、樣品組合與分析、地質統計學分析、地質體塊段建模、品位估值、塊段地質屬性查詢與探測、多約束條件下礦石儲量計算、儲量報告生成等操作。在DIMINE軟件中,用樣品組合、樣品統計分析(品位直方分布圖/品位分布Q-Q、P-P檢驗圖、樣品相關性散點分布圖、累計概率分布圖)、試驗變異函數計算、理論變異函數擬合、變異函數模型交叉驗證等操作,來進行勘探數據分析。塊段模型數據采用八叉樹數據結構來存儲,這樣有利于快速查詢定位子塊位置。塊段模型的子塊估值可實現算法的多樣性,比如地質上常用的最近距離法、距離冪次反比法和克里格法等。塊段模型建立后,DIMINE軟件可以快捷對模型進行查詢、統計等,查詢包括鼠標隨機查詢,并用探針和探面的方式對塊段模型內部屬性進行可視化表達。地質上對塊段模型統計報告要求較高,DIMINE可實現在靈活約束條件下的統計報告,能迅速處理例如在實體模型、DTM面、高程、屬性字段和線條邊界等各種約束下礦石量和品位的報告,用戶可自定義采場、礦塊進行礦量統計。(4)開采單體設計模塊該模塊包括地下開采系統設計模塊、開采單體設計模塊、露天開采設計模塊和回采爆破設計模塊。地下開采設計模塊包括斜坑道、平坑道、斜坡和穿脈和回采單體開采設計;所有坑道均可做成隧道實體,該模塊能根據礦床的埋藏條件,對開采中段礦體進行切割,并將切割實體沿任意方向進行投影,以生成最大投影輪廓線,進而幫助用戶快速確定各主要井巷的位置。開采單體設計模塊,主要用于地下礦山回采單元開采設計。其主要功能包括:根據回采單元的結構參數,對礦體進行自動切割、采切工程設計、底部結構的參數化、智能化與可視化設計,以及各種工程量、開采儲量、品位、金屬量和貧損指標計算。露天開采設計包括:臺階面寬度、角度、坡度、斜坡寬度、斜坡方向、臺階到斜坡的尖端等。在斜坡道的設計中,根據斜坡道的類型,確定集中斜坡道的樣式,通過簡單的配置,讓用戶快速設計出理想的斜坡道,還可生成三維斜坡道實體,進而能得到設計該斜坡道的采掘的巖石量和礦石量。另外,DIMINE軟件還提供基于LG法的經濟剝采境界優化功能,優化出不同開采時期和不同經濟指標條件下的境界,為露天采礦設計提供依據。系統還提供按臺階和按照不同高差進行臺階礦巖量的計算和生產、境界剝采比的計算等。回采爆破設計模塊,用于地下礦回采單元爆破設計,設計對象以礦山常用的扇型中深孔爆破設計為主。拋空設計以開采實體為邊界,根據爆破參數一次自動形成開采范圍內全部的炮孔。回采爆破設計模塊允許用戶對自動生成的炮孔參數(如長度、角度、裝藥長度等)進行交互式修改和編輯,最終生成三維炮孔圖和爆破施工卡。(5)短期排產計劃DIMINE最終解決了開采計劃中物質多樣性、目標多樣性、采礦地點多樣性等復雜情況帶來的項目規劃中的難題。短期排產計劃。一般指圈定或者指定采掘計劃線,計算出該采掘線到坡底或者固定臺階的礦石量和巖石量,通過調整采掘計劃線,可得到用戶所需要的礦石量和巖石量。采掘計劃線的設計靈活,可以跨臺階,也可以不跨,如果跨臺階設計采掘計劃線,就相當采掘計劃里面的并段。在這個意義上,DIMINE軟件滿足了露天礦山短中期采掘計劃的需要。(6)數據庫管理模塊該模塊具有通風系統設計和仿真功能,根據工程自動建立通風系統拓撲關系,這樣既節約人力又提高效率。該模塊采用數據庫管理礦井通風系統的實體屬性,計算機自動將數據和圖形實體之間進行無縫連接,通過圖形進行參數的輸入、修改等操作;進行仿真數據檢查時,通過改變滿足特定條件的實體圖形的顏色,從而快速、直觀地得到相應實體的位置。(7)diwell軟件設計圖圖DIMINE軟件輸出編輯具備較強的功能,可建立有DIMINE輸出的紙制圖,包括打印前的瀏覽檢查和建立打印文件等多種功能。DIMINE軟件能夠按照用戶定義的圖幅、比例、坐標網格和間隔、樣式(圖案陰影,顏色充填、文字、標注、繪制用戶定義符號等)產生圖紙,包括水平比例和垂直比例各不相同的圖紙。可以自動的生成平面圖、剖面圖、投影圖和組合圖,并能自動進行著色。圖紙能夠直接輸出不同圖層屬性的DXF和DWG文件格式,并提供與MAPGIS的數據交換方案。2維圖形模塊DIMINE三維礦業工程軟件已得到我國有色金屬、黃金、鋼鐵等行業的數十家礦業企業實際數據的完整檢驗,且取得了良好效果,在國內多家大型礦業企業擁有上百個用戶。DIMINE軟件的培訓工作,已在國內多次舉辦,經過這些研討培訓,學員對軟件產品的功能性和操作性等方面,給予了極高的評價和認可。其技術優勢特點如下:三維可視化。系統采用先進的三維引擎,核心是一個完全集成的數據可視化可編輯的、真正意義上的三維圖形模塊,在三維顯示和渲染上,采取一系列優化算法,同時對計算機配置要求不高。可針對礦山實際需求進行二次開發。系統采用VC語言開發,滿足個性化的需求,并支持立足于礦山實際需求應用進行二次開發。AutoCAD風格。AutoCAD操作,習慣選擇集、圖元捕捉、鼠標交互等。兼容、開放性強。不存在文件轉換的問題,可導入導出AutoCAD、MapGis、Datamine、Surpac、Micromine、Excel、Text等文件格式,支持CAD、Wotd、Excel、Text與DIMINE之間剪貼板復制粘貼數據,支持多種數據庫產品。模塊化。系統分成7大基本模塊:系統核心模塊、地質勘探數據分析、礦床建模與儲量計算模塊、測量應用模塊、開采設計模塊(地下開采設計模塊、開采單體設計模塊、露天開采設計模塊回采爆破設計模塊)、礦井通風網絡設計與優化模塊、輸出模塊。易學易用。操作習慣接近AutoCAD的操作方式,完全的中文操作界面,無語言障礙。價格成本低。普及型的產品,模塊構成與國外軟件一致,學過這些軟件的人員,無需增加額外的培訓即可使用。實用性。在測量和采礦設計方面,充分考慮了礦山一線工程師的實際要求,有針對性的開發,具有許多優化和自動功能,使其在日常工作中,成為技術人員的有力工具。3礦產資源評價的必要性在推進礦山數字化的過程中,礦山企業如何選擇一款適合礦山自身發展的礦業軟件產品,成為礦山企業的首要任務。而在過去的幾年里,提起三維礦業軟件,都是以國外的為主,國外軟件不能做到全面并符合我國礦山的生產實際需要。DIMINE軟件正是在