自然崩落法放礦控制管理系統開發

李興平,陳江川 ,何遠富

(1.中國黃金集團中原礦業有限公司， 河南 三門峽市 472200； 2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程研究中心， 湖南 長沙 410012)

自然崩落法放礦控制管理系統開發

李興平1,陳江川1,何遠富2,3

(1.中國黃金集團中原礦業有限公司， 河南 三門峽市 472200； 2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程研究中心， 湖南 長沙 410012)

針對自然崩落法放礦易產生較大貧化損失的難點,開發出自然崩落法放礦與生產管理控制系統。該系統主要解決自然崩落采礦過程中的出礦計劃編制、出礦量控制、出礦品位預測、出礦大塊率統計等管理技術問題，實現數據采集自動化、數據處理智能化、指令輸出數字化的總體目標。該系統的建立，對礦山高度智能化控制具有實際意義。

自然崩落法；放礦控制；管理系統；智能化

0 引 言

自然崩落采礦法和傳統崩落采礦法一樣都是通過頂板崩落來控制地壓活動，在放礦過程中都存在礦石和崩落圍巖直接接觸，容易產生較大的貧化損失。其特點有以下幾個方面。

(1) 回采礦石是在一定的條件下自然崩落的。崩落的發展方式和崩落礦石的塊度主要受礦巖物理力學條件、地質結構、賦存條件等因素的制約，但合理的放礦控制，也能使崩落向人們預期的方向發展。

(2) 高階段放礦?；夭筛叨纫话阍?0～100 m以上，有的達到200多米甚至更高。其放礦過程的失控則意味著大量的損失和貧化。

(3) 一般采用大規模連續回采方式。持續崩落一旦開始，拉底或放礦的停止，則意味著破壞性應力和其他不可預測情況的發生。處理好拉底速度、放礦速度、崩落速度3者之間的關系將顯得異常重要。

(4) 除了投產初期和結束期，始終存在待崩礦體下放礦和覆蓋巖下放礦。這種狀態隨著拉底與崩落的發展，沿回采方向動態地向前移動。

正是由于自然崩落法放礦過程的特殊性，其放礦同傳統崩落法相比更加復雜，更為重要，要求也更加嚴格。建立放礦生產管理系統，嚴格控制放礦則是自然崩落法生產的關鍵。

1 自然崩落法放礦與生產管理系統結構

根據生產管理過程自動、精準、綜合、智能的總體要求，將整個系統軟件劃分為5大模塊，數十個子模塊，各模塊之間的基本邏輯關系見圖1。

在系統正式投入使用之前，需要使用預處理模塊初始化各類數據和參數；初始化完成后，使用排產分析模塊制定生產計劃，預測出礦品位及金屬量等數據；生產過程中使用生產記錄模塊，記錄各類生產數據；數據統計及維護模塊無需人工干預，完全自動化運行；統計結果可以多種形式輸出，如表格、曲線或三維模型等。

生產記錄的各類數據，除手工錄入外，也可能來自外部系統，如巖體厚度監測系統、井下礦石計量系統等。使用外部系統導入數據，不但可以減輕工作量，還降低了出錯的概率。有時生產記錄的數據可能與預處理模塊的結果產生矛盾，由于生產數據往往更為準確，因此需要根據生產記錄的反饋修正預處理數據。

如果生產記錄與排產計劃差別較大，統計模塊可自動識別并提示用戶。用戶還可以根據輸出模塊的反饋，決定是否需要調整排產計劃。

2 放礦管理系統開發及應用

2.1 開發平臺

系統運行在Windows平臺上，因此使用一系列基于Windows的軟件進行開發。系統的開發語言以C++為主，IDE工具使用Microsoft Visual Studio，應用程序框架使用MFC，后臺數據庫選擇SQL Server Express，應用程序與數據庫之間的對象關系映射框架使用ODB，應用程序的可視化工具使用VTK。

2.2 數據庫設計

(1) 出礦口相關表。設計M3的底層數據結構時，以出礦口為核心，貫穿于M3系統的各個模塊中。預處理模塊的計算結果，是將適當部位的礦體切割，落實到不同的出礦口上；排產分析模塊，計算的是各個出礦口承擔的出礦量、金屬量等數據；生產記錄模塊，記錄的是各個出礦口的實際出礦量、品位、大塊率等數據；統計和輸出模塊則是將各個出礦口在不同時間范圍內的記錄統計匯總，并展示輸出。

(2) 井巷工程相關表。M3系統的數據庫中還有一批與井巷工程相關的表，用于井巷工程建模，是三維模型顯示的基礎，也包含部分在預處理模塊中使用的基礎數據。這批表的起點是中段表，內容主要是中段的名稱和高程等信息。與中段直接關聯的表是采場表和巷道表，都是一對多的關系，即一個中段包含多個采場和多條巷道。與巷道表直接或間接關聯的相關表還有巷道類型表、巷道斷面表和巷道樣品數據表等。

(3) 出礦數據相關表。出礦數據可分為出礦前的排產計劃及出礦后實際記錄的出礦結果兩類。

(4) 其它系統支持表。除了上述幾部分與核心業務相關的表之外，數據庫中還有一些表，與上述內容關聯不多，但在系統中也起著必不可少的支持作用。

圖1 自然崩落法放礦與生產管理系統

2.3 模型同步設計

M3作為生產管理系統，用戶的主要關注點是出礦量、品位、大塊率等生產過程中的核心數據。另一方面它也提供了礦體、井巷工程等元素的三維可視化手段，用戶可以從三維模型中直觀地了解目前的井巷開拓、放礦等的進展。

(1) 勘探數據同步?，F有勘探結果使用Micromine軟件生成?？碧浇Y果中的鉆孔數據和礦體模型數據，只需簡單地復制到M3系統的對應文件夾中，即可在三維模型中展示出來,數據同步流程見圖2。已有地礦勘探數據已打包在系統中，今后如果數據有更改，只需將新版的文件復制到對應的文件夾中替換舊版，即可實現模型的更新。

圖2 勘探數據同步流程

(2) 崩落動態同步。在M3中，采場出礦口上方的礦塊是根據勘探結果重構而來的。如勘探結果有更新，只需再次重構即可。隨著放礦過程的進展，采場崩落高度不斷發生變化。系統可根據出礦記錄，以及一些可調節的參數，估算出整個采場的崩落趨勢，并繪制出當前的崩落狀態模型。崩落動態同步流程見圖3。

圖3 崩落動態同步流程

(3) 巷道和鉆孔同步。在M3中，用戶只需提供巷道中線的坐標，系統即可自動生成巷道的三維模型。相對于勘探數據和礦塊，巷道的更新需要做的工作略多一些。用戶需要新建或打開一個已有的參數文件，將巷道中線的測量結果輸入并保存。系統讀取參數文件時，還可根據特定的標記，識別出巷道的名稱，以及該巷道是實測結果，還是設計結果，然后在模型中以不同的方式顯示。鉆孔的處理方法，與巷道類似。巷道和鉆孔同步流程見圖4。

圖4 巷道和鉆孔同步流程

2.4 模型的顯示及管理

M3使用VTK來實現模型的可視化。M3提供了綜合模型視圖，可以同時顯示鉆孔、礦體、巷道、溜井、采場、地形圖、平面坐標等可視化元素。這些元素以樹狀控件的形式在模型左側窗口列出。樹狀控件中所有復選框打勾的元素，將顯示在綜合模型窗口中。點擊某個打勾的元素，使其處于選中狀態，右側的屬性窗口中，會列出該元素的若干屬性，調整這些屬性，可改變該元素在模型窗口的顯示方式。

2.5 系統應用效果

2016年9月～11月，系統投入正式使用。使用期間，各項主要功能如出礦計劃、放礦控制、品位預測、大塊率統計等得到了充分的檢驗，產出的數據也都滿足設計規定的指標。

(1) 在工業化應用試驗期間，軟件運行穩定可靠，模型直觀清晰，原始數據保存完整，產出數據規范明確。

(2) 應用管理試驗采場共安全采出礦石135923 t，采場采礦生產能力達到1527.2 t/d。采礦損失率3.5%、采礦貧化率1.5%的技術指標，與國內外同類礦山類似礦體的回采指標相比，處于先進水平。

(3) 軟件平均指標預測誤差為4.58%。

3 結 論

通過自然崩落放礦與生產管理系統軟件的開發，建立和完善放礦計劃管理模型，實行自然崩落采礦生產過程的計算機智能化、自動化管理。建立的自然崩落采礦管理模型，主要解決自然崩落采礦過程中的出礦計劃編制、出礦量控制、出礦品位預測、出礦大塊率統計等管理技術問題。實現數據采集自動化、數據處理智能化、指令輸出數字化的總體目標。

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2017-03-29)

李興平(1966-)，男，湖北麻城人，高級工程師，主要從事礦山開采技術及礦山管理工作，Email：lxp8186@126.com。