三維可視化環(huán)境下采礦設計與生產規(guī)劃關鍵技術研究.pdf

1、隨著信息技術的迅速發(fā)展，信息技術愈來愈廣泛地應用于社會各個領域，傳統(tǒng)產業(yè)的信息化改造與提升成為大勢所趨。對于古老的采礦業(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。
　　 礦山采礦工程設計作為礦山建設非常重要的一個環(huán)節(jié)，是一切工作的基礎。設計方案的優(yōu)劣將直接影響到建設項目的工期、成本、生產能力和整體經(jīng)濟效益。礦山是一個真三維地理/地質環(huán)境，要真正實現(xiàn)數(shù)字采礦設計，那也應是真三維的，即必須以三維地質體和人造工程模擬為基礎

2、。
　　 三維可視化技術的發(fā)展以及各種建模技術的出現(xiàn)，為真三維環(huán)境下的采礦設計提供了一個很好的平臺。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，這樣在采礦設計中可以方便地查詢和利用這些信息。采礦設計的對象是地質體，需要完成的設計任務是各種井巷施工、采場爆破、生產計劃等工程圖表，在這過程中需要進行諸如井巷設計、采場設計

3、、爆破設計、露天境界優(yōu)化、工程驗收等各種復雜的計算，而這種計算與采礦設計是緊密結合的。因此，以地質體模型為基礎，將各種復雜的計算與開采設計集成起來，無論對于提高設計效率還是設計質量都具有非常重要的作用。
　　 本文從采礦設計的具體需求出發(fā)，著重對上述關鍵技術展開研究，主要內容包含以下幾個方面：
　　 (1)三維采礦設計實體模型的選擇。采礦設計的核心對象是復雜地質體，而混合模型難以滿足采礦設計的需要，從數(shù)據(jù)存儲、實用性等角

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

5、的快捷方法。
　　 (3)地下開采設計關鍵技術。包括采場設計、底部結構設計以及爆破設計；給出了基于 TriCut算法的三維實體任意切割算法；提出了開口、封閉三維實體的特征輪廓線提取算法，根據(jù)提取的輪廓線，實現(xiàn)了地質體投影圖的自動生成。
　　 (4)對露天開采優(yōu)化設計所涉及到的模型與關鍵算法進行了深入研究。提出了一種改進的幾何約束新模型，基于該模型，提出了一種新的露天境界優(yōu)化算法，為解決復雜地質條件下的多邊坡角露天境界優(yōu)化

6、問題提供了一種新的有效方法；提出了一種基于成本流的開采錐模型，采用圖論的方法將正價值塊與其開采錐內相關負價值塊聚合，大大減少了混合整數(shù)規(guī)劃模型中的變量個數(shù)，極大地降低了計算復雜度，從而使解決實際的大規(guī)模露天礦生產計劃編制問題變成可能；提出了基于KD樹的露天礦采場示坡線自動生成方法，提高了露天礦采場示坡線的繪制效率和精度。
　　 (5)提出實測地表、實測露天礦坑及實測巷道的建模方法。針對露天礦坑散亂點多、手工操作繁雜等問題，提出基

7、于Voronoi圖和三角剖分的曲線重建算法，實現(xiàn)露天礦邊坡線的自動生成；提出了一種基于巷道底板邊界線的巷道實體分層建模方法，解決了同一中段邊界線任意復雜情況下的實測巷道三維建模。提出了步距法、斷面法和腰線法下的巷道實體建模算法，解決了手工建模效率低、精度不高的問題。
　　 (6)分析了地下采掘生產計劃編制的基本依據(jù)、計劃編制的目標以及各種約束條件，在此基礎上給出了生產計劃編制的技術路線和設計流程，對生產計劃編制所涉及三維實體檢測