露天矿采剥仿真过程中CAD应用

9:10,1374/j.issnl(001053x.19913.045 第16卷增刊 北京科技大学学报 Vol.16 1994年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1994 露天矿采剥仿真过程中CAD应用 刘胜富 (北京科技大学矿研究所) 摘要露天矿采剥过程是一个空间推进过程，台阶与台阶之间在生产进程中存在相互制约 关系。本文介绍了露天矿采剥仿真系统中CAD技术应用方法，配合生产管理仿真，形象表达了 采场的空间关系。 关键词盛天矿生产，台阶推进，管理仿真，CAD技术 Application of CAD in the Open Pit Mine simulation Liu Shenfu ABSTRACT In the open pit mine,benchs status are relative to each over.This peper intro- duced the application of CAD for open pit mine productional simulation.Wiht the simulation, CAD System express the space relation of mining fields. KEY WORDS open pit mine,benchs,management simulation,CAD 文献[1]，[2]中给出露天矿采剥过程的管理仿真模型，在实际应用中，借助CAD技 术，表现了采剥生产过程中台阶之间的空间关系和状态。对于应用此仿真系统的管理人员， 在作生产计划、采场状况预测或对管理人员培训时可以获得采场管理的形象概念，便于获 得管理“经验”，准确预测采场空间发展，提高生产管理水平。 1开采过程空间几何模型 模拟采场采剥过程，是以推进线向前推进方式进行的，因此在应用CAD技术时，首先 要建立相应的推进模型和生产矿化模型，以满足仿真要求。 1.1建立矿床地质数学模型 在矿山已建立的地质模型基础上，建立计算推进条带矿量、岩量、品位等参数的地质 1994-07-10收稿第一作者，男，45岁，副教授

第 卷增刊 年 。 月 北 京 科 技 大 学 学 报 露天矿采剥仿真过程 中 应用 刘胜 富 北京科技大学矿研究所 摘 要 露天矿采剥过程是一个空 间推进过程 ， 台阶与 台阶之间在生产进程 中存在相互制约 关系 。 本文介绍 了露天矿采剥仿真系统 中 技术应用方法 ， 配合生产管理仿真 ， 形象表达 了 采场的空 间关系 。 关键词 露天矿生产 ， 台阶推进 ， 管理 仿真 ， 技术 ， ， ， ， ， 文献 「〕 ， 「幻 中给出露天矿采剥过程 的管理仿真模型 ， 在实际应用 中 ， 借助 技 术 ， 表现 了采剥生产过程 中台阶之间的空 间关系和状态 。 对于应用此仿真系统的管理人员 ， 在作生产计划 、 采场状况预测 或对管理人员 培训 时可 以获得采场管理 的形象概念 ， 便于 获 得管理 “ 经验 ” ， 准确预测采场空 间发展 ， 提高生产管理水平 。 开采过程空间几何模型 模拟采场采剥过程 ， 是 以推进线 向前推进方式进行 的 ， 因此在应用 技术时 ， 首先 要建立相 应 的推进模型 和生产矿化模型 ， 以满足仿真要求 。 建立矿床地质数学模型 在矿 山 已建立 的地质模型基础 上 ， 建立计算推进条带矿量 、 岩量 、 品位等参数的地质 辛 一 一 收稿 第一作者 ， 男 ， 岁 ， 副教授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．s3．045

刘胜富：露天矿采剥仿真过程中CAD应用 ·47· 模型，将推进线数量化，并且将其与矿量、矿岩、品位等建立起数学上的对应关系。 (1)推进线数量化方法在台阶平面（图1）中根据矿山计划生产部门工作面计划推进 线组，进行数量化。 首先确定推进线的位置在台阶开采区外侧。选一参照点O,从O点作一条直线，称参 照线。设推进线与参照线的交点到O点的距离为t,则每条推进线与直线交点均对应一个t 值，这样推进线位置就可由t值给定。 (2)确定推进线上矿线与岩线长度一般每一推进线常切成几个矿体，推进线在矿体 中的长度称矿线。设每一实际矿线长度为，矿线与参照线交角为α，则矿线长度记录为： IXsina。推进线在岩体中的长度称为岩线，其长度为lg,则岩线长度记录为：l。X sina。 (3)矿线上品位计算根据地质上提供的台阶平面上点品位值，用距离反比法来计算 矿线上品位值。设定每一可矿旷线取3点⊙，2，，用距离反比法计算其品位，取3点算术平 均值σ为矿线品位（图2）。 推进方向 岩线 广线 图1推进线数量化示意图 图2品位计算示意图 N 0= (G=1,2,3); 0= (4)第一推进线较均匀地记录P点，每点由X坐标、Y坐标确定，高度为台阶水平标 高。 每一推进线相应记录的数据依次为：推进线参数t,矿线长度和，岩线长度和，磁性铁 品位，全铁品位，推进线第一点坐标X,推进线第一点坐标Y,…,推进线第P点坐标 Y。这些数据均由数字化仪输人。 1.2矿量、岩量及品位计算方法 (1)矿量计算方法 以参照线为准，工作面推进线由tA推进至tB,计算ta到tB之间矿量。设tA,B之间已有 标号为2,3，…(S一1)的推进线

刘胜富 露天矿采剥仿真过程 中 应用 模型 ， 将推进线数量化 ， 并且将其与矿量 、 矿岩 、 品位等建立起数学上 的对应关系 。 推进线数量化方法 在 台阶平面 图 中根据矿 山计划生产部 门工作面计划推进 线组 ， 进行数量化 。 首先确定推进线的位置在台阶开采 区外侧 。 选 一参照点 ， 从 点作一条直线 ， 称参 照 线 。 设推进线与参照线的交点到 点的距离为 ， 则每条推进线与直线交点均对应一个 值 ， 这样推进线位置就可 由 值给定 。 确定推进线上矿线与岩线长度 一般每一推进线 常切成几个矿体 ， 推进线在矿体 中的长度称矿线 。 设每一实际矿线长度 为 ， 矿线与参照线交角为 ， 则矿线长度记录为 。 推进线在岩体中的长度称为岩线 ， 其长度为 ， 则岩线长度记录 为 。 矿线上 品位计算 根据地质上提供的台阶平面上点品位值 ， 用距离反 比法来计算 矿 线上品位值 。 设定每一矿线取 点 云 ， 云 ， 云 ， 用距离反 比法计算其品位 ， 取 点算术平 均值 。 为矿线品位 图 。 图 推进线数 化示意图 图 品位计算示意图 ， ， 口 二二二 二尸 右、 ， 氏 廿 ’ 一训卜、夕 弱一狄 一 第一推进线较均匀地记录 点 ， 每点 由 坐标 、 坐标确定 ， 高度为 台阶水平标 高 。 每一推进线相应记录 的数据依次为 推进线参数 ， 矿线长度和 ， 岩线长度和 ， 磁性铁 品位 ， 全铁品位 ， 推进线第一点坐标 ， 推进线第一点坐标 ， … … ， 推进线第 点坐标 。 这些数据均 由数字化仪输人 。 矿量 、 岩量及品位计算方法 矿量计算方法 以参照线为准 ， 工作面推进线 由 推进至 ， 计算 到 之间矿量 。 设 坛 之间已有 标号为 ， ， … … 一 的推进线

·48· 北京科技大学学报 首先利用插值法计算参数为tA,tB的矿线长度lA,B,公式为： k=6+=是w-0+。2哈-是-者×-6： 6=6+t。-w+a=-=二之a-w2 从而得到上、下二台阶的矿线长度W,P(i=1,A,2,,(S-1),B,S)台阶截面积用 梯形公式： S=生，严.h(为台阶高度) 2 从而得到推进线t值与t值处截面积的对应数组S,(i=1,A,2,,(S一1)，B,S)。推 进线tA与推进线tB之间矿石体积VA,B)由下列二式给出： Vun-avu (A一矿石比重) 1=A 1=s+=u-0+,×=-=a-wh 岩量计算办法与矿量计算办法相同。 (2)品位计算方法 条件同(1)，计算tA,tB二推进线之间矿石平均品位，各条推进线品位用σ，0A,c2: …,s-1,g,s表示。 仍用插值法计算tA,tg推进线品位 队-+二-0+号-是-=曾×- t1-t2 =+瓷=瓷6-w+1二瓷-是二)×e-w加 ts-1-ts 计算出上、下台阶推进线的品位值，(i=1,A,2,,(S一1)，B,S)。利用下式托 转为推进线的“金属量值”： F:=G·p·l(p,矿石比重) 则得到：F,FP(i=1,A,2,…,(S-1),B,S)。 台阶截面“金属量值”为： R,=Y十四xhh:台阶高度) 2 由此得到推进线截面的金属量值F:(i=1,A,2,…,(S-1),B,S)。 每二推进线截面之间纯金属量由下式计算 f-国+=-w+×=贵-=2a-a

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 首先利用插值法计算参数为 ， 的矿线长度 ， ， 公式为 ，一 ， 决 一 六 默 一 兴 一 ，一 ‘ · 黔提一 疏告瓦 从而得到上 、 下二 台阶的矿线长度 ， 一 ，概， 壳， … ， 弓 一 鬓行 ， 雀， 一台阶截面积用 梯形公式 。 产 不 乙 － 艺 · 为台阶高度 从而得到推进线 值与 值处截面积的对应数组 。 一 ， ， ， … ， 一 ， ， 。 推 进线 与推进线 之间矿石体积 ， 由下列二式给出 ， ， 一 兄只 ‘ ， ‘ 只一 矿石 比重 仆 尸 。 一 ， 一 。 ， 、 、 ， 、 一 平 一 乃 十 － 以 一 口 州卜 － 入 － 一 一 一 一 一 一 岩量计算办法与矿量计算办法相 同 。 一 卜 一 一 一 。 “ 品位计算方法 条件同 ， 计算 ， 二推进线之间矿石平均 品位 ， 各条推进线品位用 。 ，， 奴 ， 。 ， … ， 吮一 ， 几 ， 飞 表示 。 仍用插值法计算 ， 推进线 品位 口 一 口， ， 、 ， 口， 一 ， 口 一 、 、 ， ， 叭 几 一 丁 丁 气 一 一 丁一一，丁 叹丁一一一花厂 一 了一 一二习 入 一 夕 “ 一 一 一 一 民 ， 一 民 、 口。 、 ， 一 氏 口。 一 口。 、 ， ， ， 走 、 一 ， 曰 二 ‘ 、 、 ， ‘ 卜 、 ‘ 卞 下一一气二下厂 气 一 少 一 二 一丫二万一 ‘ 味一一二丁二 一 丁一二 丁…一 少 入 、 一 少 一 ‘ ‘ ‘ 一 ‘ 一 计算出上 、 下 台阶推进线的品位值 韶 ， 毋 一 ， ， ， … ， 一 ， ， 。 利用下式扑 氏 转为推进线的 “ 金属量值 ” 则得到 ， 黔 一 ， ， 台阶截面 “ 金属量值 ” 为 氏 · · … ， 一 ， 矿石 比重 ， 。 乙 台阶高度 由此得到推进线截面的金属量值 一 ， ， ， 一 ， 一 ， ， 。 每二推进线截面之间纯金属量 由下式计算 ，宜 一 犷 ‘ 〔 一 一 卜 一 、 ， ， 一 一 一 、 ， ‘ 一 、 一 血夕 州卜 － 入 、 － 一 于二－ 节尸一 少 、 一 户 一 一 一 一 一

刘胜富：露天矿采剥仿真过程中CAD应用 ·49· tu与t推进线截面间金属量为：Fa,一F 2Fi+1 tA,tB推进线截面间平均品位：G(A,BD=FA,B/VA,B) 1.3台阶空间关系控制 推进线参数t值直接赋于距离意义，故由上、下台阶推进线参数t值比较，来控制推进 的合理性。 如设平台车道宽度为50m,则上下二台阶推进线t值之差不能小于50m。 2开采模拟过程图示 尽管程序中设置了诸如安全台阶、最终境线这些限制条件，使得开采空间位置合理，但 采场较大或境界内放置2台以上电铲，模拟时将采场划分为子采场。这样通过分配电铲能 力便可使程序处理子采场问题，但这时会遇到子采场空间位置协调问题。在图形显示器上 很容易发现这些问题，作相应调整。 图形显示分两部分：一是随模拟实时动态显示；二是方案模拟结束后显示整个模拟开 采过程。 2.1显示内容 显示内容包括所有采场各模拟时间间隔内的推进过程，同时，为了区分不同水平，不 同水平用不同颜色表示。具体内容为：境界线、故岩界线、模拟时间段各采场推进情况及 矿量、品位。 2.2计算方法 (1)颜色处理。根据同时显示水平数，确定各水平颜色码。 (2)推进线处理。由于输人推进线为一系列离散曲线，当显示时需作插值处理。 设模拟时间段内推进线始，终值为t1、t2,则要对t1t2间隔内推进线进行插值以显示推 进过程。 i-1 ①判断t值落人区间 由图3可以看出，该时间段内推进线应 1 由(i,i+1)及(i+1,i+2)分别插值求得。 i+1 t值落人区间用依次和各输人推进线比较方 法获得。 i+2 a)i=1,比较t、T(i); i+3 b)如果t>T(i),当i=1时出错，i≠ 1时，T(1)为区间端点，转c)；如果t= T(i),T(i)为区间端点转c)；如果t<T (i)则i=i+1,转以c)。 。基准点 c)求得另一区间（用t2)。 图3推进线插值示意图 ②插值处理 对跨过一条输入推进线的t1、t2,以输人推进线为界，分为子区间：(t,t2)1,(t, t2)2)…

刘胜 富 露 天矿采剥仿真过程 中 应用 与 推进线截面 间金属量 为 ， 一 习 、 十 ， 推进线截面 间平均 品位 。 ， ， 台阶空间关 系控制 推进线参数 值直接赋于距离意义 ， 故 由上 、 下 台阶推进线参数 值 比较 ， 来控制推进 的合理性 。 如设平 台车道宽度为 ， 则上下二 台阶推进线 值之差 不能小于 。 开采模拟过程图示 尽管程序中设置 了诸如安全 台阶 、 最终境线这些 限制条件 ， 使得开采空 间位置合理 ， 但 采场较大或境界 内放置 台以上 电铲 ， 模拟 时将采场划分为子采场 。 这样通过分配 电铲能 力便可使程序处理子采场问题 ， 但这时会遇到子采场空 间位置协调 问题 。 在图形显示器上 很容易发现这些 问题 ， 作相应调整 。 图形显示 分两部分 一是 随模拟实时动态显示 二是方案模拟结束后显示 整个模拟开 采过程 。 显示 内容 显示 内容包括所有采场各模拟时 间间隔 内的推进过程 ， 同时 ， 为 了区分不 同水平 ， 不 同水平用不 同颜色表示 。 具体内容为 境界线 、 故岩界线 、 模拟时间段各采场推进情况及 矿量 、 品位 。 计算方法 颜色处理 。 根据同时显示 水 平数 ， 确定各水平颜 色码 。 推进线处理 。 由于输人推进线为一系列离散 曲线 ， 当显示 时需作插值处理 。 设模拟时 间段 内推进线始 ， 终值为 、 ， 则要对 ， 间隔 内推进线进行插值 以显示推 孚 进过程 。 ①判 断 值落人 区间 由图 可 以 看 出 ， 该时间段 内推进线应 由 ， 及 ， 分别插值求得 。 值落人 区 间用依次和 各输人 推进 线 比较方 法获得 。 ， 比较 、 如果 ， 当 时 出错 ， 笋 时 ， 为 区间端点 ， 转 如果 ， 为区 间端点转 如果 ， 则 ， 转 以 。 求得另一 区 间 了用 。 ②插值处理 禾 “ 、 ‘ 基准点 图 推进线插值示意图 对跨过一条输人 推进 线 的 、 ， 以输人推进 线为界 ， 分为子 区 间 ，， ， ， …

·50· 北京科技大学学报 X-X+是二是×-w t∈[t1t2] =+= ×(t-tk) 对每一插值区间[t1,t2],当t从t1~t2按一定步距变化时，便可求出一系列推进线， 依次显示，便可显现出开采动态过程。 由于每一输入推进线用若干点表示，这样插值时需相应点插值。显示程序是以子程序 形式出现的，它需要以下几个参数：采场名（包括水平），模拟间隔内推进线变化范围t,t2。 根据采场名，程序调用相应境界和矿岩界线数据显示，并根据水平计算颜色，由t1,t2 和输入推进线序列插值动态显示。 程序逻辑流程见图4。 棋拟程序给出采矿名，， 滨人境界☐ 判断分解括值城 >T,攻<T> 出错处理】 显示境界，矿岩界线 对各插值城进行插值 显示各插值推进线 图4图形显示逻辑流程 参考文献 1采剥计划系统动力学模拟编制.北京科大科研鉴定报告，1988年，编号：冶矿科182号 2刘胜富.北京科技大学学报，1989

北 京 科 技 大 学 学 报 、 一 、 摹些二华 卜 “ ’ 一 “ 一 、 票 互土 二漂 竺 一 一 任 〔 ， 对每一插值区间 ， ， 〕 ， 当 从 一 按一定步距变化时 ， 便可求出一系列推进线 ， 依次显示 ， 便可显现 出开采动态过程 。 由于每一输人推进线用若干点表示 ， 这样插值时需相应点插值 。 显示程序是 以子程序 形 式 出现 的 ， 它需要 以下几个参数 采场名 包括水平 ， 模拟 间隔 内推进线变化范围 ， 。 根据采场名 ， 程序调用相应境界和矿岩界线数据显示 ， 并根据水平计算颜色 ， 由 ， ， 和输人推进线序列插值动态显示 。 程序逻辑流程见 图 。 图 图形显示逻辑流程 参考文献 采剥计划系统动力学模拟编制 北京科大科研鉴定报告 ， 年 ， 编号 冶矿科 号 刘胜富 北京科技大学学报