露天矿山工程中模拟开采系统的建立方法及应用

卷第期地辽宁工程技术大学学报自然科学版年月露天矿山工程中模拟开采系统的建立方法及应用魏春启张军马云锋辽宁工程技术大学资源与环境工程学院赤峰市黄金公司赤峰摘要编写合理优良的计算机模拟开采系统软件，对于露天矿山工程长短期生产计划的编制及开采方案的优选有着特别重要的意义。

本文以霍林河露天矿为例，阐述了计算机模拟开采系统的建立方法及其应用。

关键词露天矿山工程地质模型模拟开采系统辅助设计中图号引言近年来，计算机技术迅猛发展，其在露天矿山工程中的应用也越来越广泛，尤其是计算机技术的出现，使得采矿工程技术人员能够利用技术进行采矿辅助设计，大大提高了露天开采设计工作的效率。

但是，由于露天矿地质条件复杂多变，不可能圆满地解决由计算机自动解算以形成适应性较强的通用软件系统。

因此，近年来的发展趋势是针对具体的露天矿地质条件，研究开发特定的计算机模拟开采系统。

为此，我们编写了适于霍林河露天矿的模拟开采系统。

矿床地质模型的建立构模技术的甚本原理块段构模，它是把要建立模型的整个立方空间分割成规则的三维立方网格，我们称之为块段。

每个块段赋以相应的属性特征存储在计算机中，其在计算机中的存储位置与其在自然矿床里的位置相对应。

界面构模，其实质是用若干个多边形面拼接起来形成一个多边形网来模拟矿床的各种地质界面和开挖工程界面。

构模方法的选择考虑到描述矿床地质结构特征的自然途径不是一组块段，而是若干个多边形面，而且存储多边形远比存储块段所需的空间少，因此，我们采用界面构模技术。

界面模型的构模方法主要有种线框构模法网格构模法等值线构模法。

本次建模采用了网格构模法，即用矩形网格化区域来实现矿床特征的有序性描述。

估值方法的选择目前，常用的估值方法有如下种距离幂次反比法。

它是一种滑动加权平均的内插方法，该方法认为待估点的地质参数与其周围一定距离内的临近钻孔中同一地质参数有关，并认为这种关系与参估点到待估点距离的次幂成反比。

克立金法。

它是一种以矿石品位和储量的精确计算为目的以矿化的空间结构为基础以区域化变量既有规律性又有随机性的变量为核心以变异函数为基本工具的数学地质方法。

趋势面分析法。

根据参估点按某种多项式拟合成待估量的空间曲面，再利用曲面方程求出待估点的值。

4）加权最小二乘拟合法。

它是距离幂次反比法和趋势面分析法相结合的一种估值方法。

该方法既考虑了临近参估样品的趋势性变化特征，又考虑了局部变化特征，因此，加权最小二乘拟合法一第一作者魏春启，男，年生，副教授。

本文编校王锦山辽宁工程技术大学学报自然科学版第卷的估值效果要较距离幂次反比法和趋势面分析法为优。

考虑到霍林河煤矿的实际情况，为了保证估值结果的精确性，本次建模时采用了加权最小二乘拟合法进行估值。

断层露头褶曲的处理当存在断层和露头时，以往的做法是将其做分区处理，以断层面作为自然估值分区的边界线，断层两侧属于不同分区。

露头线作为露头区域的分界线。

对不同分区分别进行估值，估值结束后，再合并组装成完整的矿床模型。

但是，当估值区断层较多时，这样做会出现判断及处理失真问题，使估值精度下降。

为此，我们用断层屏蔽法进行处理，即当参估点与待估点的连线与断层面相交时，则屏蔽该参估点。

这样处理，在采用全区估值时既不会受断层异侧钻孔影响，同时又保证了断层尖灭点外侧有较好的连续性和平滑性。

当存在褶曲时，可采用如下处理方法当褶曲轴两翼倾角小于时，褶曲轴两侧不必分区，连续估值。

当褶曲轴两翼倾角为时，也不必分区，但应在褶曲轴上补充若干虚拟钻孔以屏蔽褶曲轴某一侧钻孔对另一侧估值点的不合理影响。

当褶曲轴两翼倾角超过时，应将褶曲轴作为分区边界，两侧分别估值，但也要补充虚拟钻孔，以便模拟好褶曲形态。

本次建模区内褶曲轴两翼倾角小于故按情况处理。

开采地质模型的形成矿床地质模型建立好后的下一步是形成矿床开采地质模型。

台阶开采是露天开采的基本特征，露天开采中错综复杂的矿山工程发展状态及各种约束关系，都是通过台阶间的相对时空关系体现出来的，因此，应用技术，建立以台阶为单元的分层式矿床开采地质模型是本次建模的核心内容。

分层式矿床开采地质模型是指将开采设计的每一个台阶都作为一个独立分层，每个分层中都包含许多平面尺寸相同但高度可以不同的网块，不同分层中网块高度可根据工程工艺需要而变化。

每个分层的数据都用一个独立的数据文件保存。

数据文件名由其矿名加上该分层号构成。

分层号按分层间由上向下的顺序排列。

利用分层号对模型进行控制。

这样，将建模区内所有的分层按对应的平面坐标系及高程次序顺序迭加在一起，就形成了矿床开采地质模型。

模拟开采模型本模拟系统是利用数字化仪和显示器来模拟开采过程的。

模拟采掘过程主要在绘有前期次采掘计划工作线位置的图上进行。

当输入工作线新的推进位置后，计算机自动完成有关工程量的计算，屏幕显示工作线推进过程并显示计算结果。

本模拟开采系统提供两种台阶推进方式自动推进在输入最下部台阶的推进位置后，系统自动按满足几何约束要求完成上部台阶的推进。

非自动推进逐台阶输入推进位置。

这两种推进方式的模拟过程是类似的。

模拟开采的具体应用本文以霍林河为例，利用所开发的模拟开采系统，对原设计方案和宽采宽组合台阶方案进行了模拟开采，并对模拟结果作了细致的分析比模拟开采过程初始位置的选择选择原设计方案中的达产位置为模拟开采初始位置。

2）初始台阶工作线的形成输入最下层煤台阶拉沟台阶位置线，并依据掘沟参数和煤层底板等高线的控制要求，以及开采方案所确定的开采参数，调用模拟开采程序，从下到上依次生成初始位置各水平台阶线。

3）台阶线的推进通过台阶线的推进来实现扩帮。

在扩帮过程中只须确定最下台阶的工作第期魏春启等露天矿山工程中模拟开采系统的建立方法及应用线位置及推进量，其上的各台阶只需在满足各台。32阶相互间的时空约束条件下，由计算机自动产生。

工作线推进的局部调整需根据实际情况对台阶线进行局部调整。

模拟开采方案与原设计方案开采结果的比较两方案的比较结果表方案的各期剥离费用对比表均衡期原设计方案组合台阶方案生产期一年剥离量差值丫万单位剥离费用元一年剥离费用差值一万元一10力0刀一肠1山。1，产ù、、习一内`门J门、à，tl一傀比峨第一期第二期由上表确定的数据可以计算出模拟开采方案在服务年限内节省的剥离费用净现值公式如下c二丫式中一服务年限内采用模拟开采方案节省的剥离费用净现值总和一服务年限一折现率按计算一第年方案的剥离费用减去方案的剥离费用。

由上表的数据计算得42万元。

由计算结果可知，模拟开采方案方案比原设计方案方案优越。

初期年节省剥离费用万元，服务年限内按净现值法计算提高经济收益万元。

统具有以下特点采用加权最小二乘拟合法估值，充分利用了其能反映趋势变化具有较好的外推能力又有距离幂次反比法反映局部特征的优点。

针对断层露头褶曲等地质现象，提出断层屏蔽，补充虚拟钻孔等的思想，充分保证了估值界面有较好的连续性和平滑性。

作为一种辅助设计手段，该模拟开采软件系统使得采矿设计人员对方案比选和设计优化有了较为直观的认识。

通过比较可以看出，组合台阶推迟了超前剥离，降低了初期生产剥采比，提高了经济效益。

结论魏春启。

露天煤矿模拟开采系统的研究〔学位论文」。

阜新辽本文以霍林河矿为例，详细论述了露天矿山工程模拟开采软件系统的建立和具体应用，具有较强的理论意义和现实价值。

该模拟开采软件系本文审稿人中国矿业大学宁工程技术大学资源与环境工程学院，杨荣新教授一