SMCAD计算机辅助系统在红沙泉北露天煤矿的应用

2022-09-16

1 引言

近年来随着数字地球、数字中国等概念的不断涌现, “数字矿山”的概念也逐步得到推广和实施。早在二十世纪八十年代, 一些矿山企业、科研院所、大专院校就已经开始探索计算机技术在矿山设计和生产中的应用, 并开发了一些应用系统软件。九十年代后, 随着国家信息化的高速发展和市场环境的变化, 矿山信息化进入快速发展阶段, 围绕着如何提高矿山生产效率和管理效率、降低开采成本、提高矿山开采的技术水平和生产能力等开展了大量的研究, 数字露天矿作为数字矿山的重要分支, 也成为我国各大露天矿的数字化进程中的重要研究内容。

红沙泉北露天煤矿资源储量丰富, 开采条件优越, 设计的开采工艺和技术装备先进, 有条件建设一流的高产高效现代化露天煤矿。在露天矿开发过程中, 涉及到地质信息的科学预测、地质储量管理与预报、剥采排工程的优化控制设计、生产计划编制和优化调整、剥采排工程量的精准化验收等技术管理工作。对于如此巨大而复杂的生产技术管理工作, 传统的工程技术管理方法远不能适应现代化露天矿管理的技术需求, 在寻求先进的技术方法和手段, 实现建设安全、经济、高产、高效现代化露天矿的目标的过程中, 引进了由辽宁工程技术大学露天开采研究所, 矿业及软件专家们共同研究开发出的基于三维辅助设计, 具有国内先进水平的矿山数字化软件系统 (SMCAD) , 在实际使用过程中切实有效的解决了诸多技术问题。

2 SMCAD的组成

该软件以三维实体构模为核心, 以Auto CAD为基础平台运用VBA进行二次开发而成。主要由地质信息管理系统、测量验收系统、采矿计划三部分构成。系统的主要构成如图1所示。

三维实体构模技术作为软件的核心, 实现了数据的可视化编辑, 在整套系统中承担支撑作用。考虑到软件的通用性, SMACAD与国内主流制图软件Auto CAD实现了无缝兼容, 并兼顾以往工程技术资料二维到三维完美自动转换, 同时增加了外部文本和Excel数据导入生成数据图形及数据格式化输出的接口, 增强了软件的实用性。

(1) 地质信息管理系统在对原始钻孔数据、地质平/剖面图数据、地质界面等值线数据、断层数据分析处理的基础上, 建立了动态地质数据库, 实现了地质数据的可视化管理。采用包络面固化成体技术构建露天矿地形模型、地质模型, 真实表达矿区地形地貌、煤岩层赋存特征。同时利用地质写实数据和生产补勘信息可对集成模型进行动态的更新与修改, 以地质模型为基础进行储量计算、煤质分析、地质出图表等, 为采矿设计与生产提供相对精确可靠的地质信息资料。其详细功能如表1所示。

(2) 测量验收系统支持多格式数据点的导入, 实现了实测数据Auto CAD之间的数据与图形互换功能, 从而使测量内业工作变得更加直观、便捷。在该功能中, 工程技术人员可快速形成不同形式下的三维成果, 包括建立地表DEM模型 (见图2) 和生成等值线、露天矿现状和掘进坑道模型, 采动区域内的煤、岩工程量分类计算, 快捷、准确的完成工程验收。其详细功能如表2所示。

(3) 生产计划系统。生产计划子系统是上述两个系统的信息数据接收端, 以露天矿三维集成实体模型为基础, 利用层间组合与定位显示的方法进行露天矿的虚拟开采, 实现了采、运、排工程量计算和具体的工程位置计划安排, 并同时自动生成图形和数值结果。

3 实际使用效果

下面就SMCAD在红沙泉北露天煤矿解决实际问题情况对其功能实际效果进行演示。

3.1 工程量验算精度比较

由于实际工程地貌的复杂性, 在计算其真实体积的过程中难免会产生误差, 所以技术组取一个理想状态下的规则体, 本次以长宽高分别为180、100、100的规则长方体为实例, 选用SMCAD和其他具有同类功能的软件进行计算结果对比, 过程中沿上述长方体对角线按台阶坡面角45°、平盘宽度20将长方体分割成体积相同的两块, 模拟出露天矿山边坡的形状。利用SMCAD三维实体技术将上述长方体展示如图3所示。

计算方法的选择上, SMCAD以三维实体方法计算体积, 其他同类功能软件以网格法计算体积, 计算结果对比如表3所示。

从计算结果上不难看出, 两款软件的计算结果中总体积都与实际吻合, 但是分别算上下两块时另外一款运用网格法计算的结果与实际体积存在误差, 而且随网格宽度的增大误差增大。

3.2 地质储量校正

红沙泉北露天煤矿现在开采的B2煤层西部露头位置勘探程度低, 属于333推断资源, 可信度低, 在工程实际中煤层贮存的深度及煤层厚度与勘探报告有较为明显的出入, 导致采剥关系不均衡、工程布局不合理。在引进SMCAD系统后, 利用系统的地质信息管理模块, 根据现状采集顶底板点标高结合勘探钻孔的数据采用距离幂次反比法进行格网内插值, 最终形成更接近真实的煤层模型, 解决了因勘探程度低对工程施工产生的问题。过程如图4。

4 结语

通过学习、分析、使用, 笔者认为SMCAD为露天矿设计和生产计划提供了一个高效可靠的三维可视化的软件平台, 实现了不规则矿床实体模型的快速、准确构建和更新, 改善了露天煤矿日常的地质测量验收、生产计划编制设计的技术手段, 提高了工作效率和剥采排工程计划的设计质量, 达到了提高露天矿综合管理水平和经济效益的目的, 对露天矿安全、高效生产具有重要指导意义和实用价值。

摘要：数字化露天煤矿虚拟开采计算机辅助系统 (SMCAD) , 是以矿山三维动态实体模型为基础, 紧密结合露天矿山的生产实际, 以简洁实用为目标, 采用人机交互、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, 从而获得最为合理的开采方案。其最终目的在于为露天矿生产提供一个动态、直观、立体的开采对象数字信息平台以及功能强大而有效的采矿辅助设计系统, 实现工程设计三维可视化, 降低设计难度和设计人员的劳动强度, 减少设计失误, 提高设计质量, 更有效地指导实际生产, 提高露天矿技术管理水平和经济效益。

关键词：露天煤矿,SMCAD,设计,三维可视化