露天矿数字开采模型构建关键技术及其应用研究

Digital mining construction is a hot and frontier problem in our country mining field at present. And production planning automatic establishment by virtual mining is a necessary technical way to realize the digital and green mining in surface mine. Some shortcomings exist in traditional manual method for mining plan compilation such as heavy workload, plans lagging behind actual production, being not able to conduct economic evaluation etc. moreover, being not able to conduct multi-plan optimization quickly, timely and accurately. A new method is proposed for simulating the process of stripping, coal extraction and dumping by surface mining digital technology. This approach is based on establishment of 3D surface model, rock mass model, coal seam model, coal seam property and mining model. Virtualize the whole mining process, comparatively analyze multiple mining plans for adopting different mining technology, mining procedure, developing method, mining parameter etc. Thereby, obtain corresponding technical and economical indexes such as stripping and mining quantities, engineering investment, stripping and mining efficiency etc. Select most reasonable mining scheme to solve problems such as production plan compilation automation and precision. This research provides new effective approach for mining design automatic compilation based on geological model and promotes wide application of virtual realization effectively in the field ofproduction management, land reclamation planning etc.

数字矿山建设是当前我国矿业领域研究的热点前沿问题，虚拟开采与生产计划的自动编制是实现露天矿山数字绿色开采的必要技术途径。针对露天矿山生产计划高效自动精准的可视化编制难题，本申请提出露天矿山数字开采技术模拟剥采排生产过程的方法。该方法以构建三维实体地表模型、岩层模型、煤层模型、煤层属性模型和开采模型为基础，根据剥离、采煤、运输、排土工程构成的时空发展关系，通过计算机仿真手段，虚拟整个开采过程，对比分析采用不同的开采工艺、开采程序、开拓方式、开采参数等多个开采方案，进而获得相应的剥采工程量、工程投资、剥采效率等技术经济指标，选取最为合理的开采方案，有效地解决生产计划编制自动化、精确化的难题。该研究对基于地质模型的开采设计自动编制提供了新的有效途径，并有力促进虚拟现实在生产管理、土地复垦规划领域等方面的广泛应用。

数字化矿山建设是我国未来实现绿色智慧矿山的重要基础与前提，数字化露天矿虚拟开采是实现绿色智能开采的必要技术途径。本项目针对露天矿山生产计划高效自动精准的可视化编制难题，系统地研究了真三维工程地质开挖体精确建模技术、不规则矿体快速建模技术、三维地模与虚拟现实相互融合等技术， 提出了露天矿山数字开采技术模拟剥采排生产过程的方法。主要工作如下：. 1.根据矿山工程数据特点，提出按照点、线、面、体的抽象原则进行概化处理，设计矿山数据库功能模块，采用ADO数据访问技术完成数据库与应用程序的接口；. 2.根据矿山数据分布特点，详细分析了适合于矿山地质空间插值的三大类（整体内插、分块内插、逐点内插）共九种方法，提出了参数优化的有效方法；. 3.根据露天矿山采场/排土场呈阶梯状分布特点，提出了一种顾及台阶属性露天矿DEM分块生长算法；针对矿区范围大、采动范围小特点，提出了一种数据更新、局部重构的基态修正算法，以此解决模型间的无缝拼接问题；. 4.深入研究不规则矿体包络面拓扑关系和数据结构，提出了SAT文件映射还原导入技术快速创建不规则矿体的构模方法，并利用实体间的布尔运算快速创建复杂地质体（断层、矿体分叉、矿体尖灭、无煤区、煤层露头）的方法；. 5.在已构建的地形/采场/排土场模型的基础上，提出了基于实体布尔耦合运算的露天矿集成模型构建方法；提出了基于数据局部自动更新、实体模型快速重构的更新方法，实现了三维动态集成实体模型的构建与更新；. 6.以露天矿三维集成实体模型为基础，根据矿山工程发展状态及几何约束关系，定义了以台阶为单元的分层式开采模板；以开采模板作为模拟工程位置的切割工具，以实体构模技术及实体间布尔切割运算技术作为矿岩量快速分类计算的技术手段，提出了通过层间组合与定位显示驱动开采模板进行模拟开采的新方法。. 通过研究，设计并开发了数字化露天矿虚拟开采计算机辅助系统，为后续的露天矿综合优化开采设计提供了有效的技术支撑。