專利名稱：一種真三維采礦爆破單元體模型建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機三維建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種采礦技術(shù)中爆破單元體真三維模型的建立方法。
背景技術(shù)：
無底柱分段崩落法自20世紀60年代中期在我國開始使用以來，在金屬礦山獲得迅速推廣，特別是鐵礦山更為廣泛。該方法可應(yīng)用于礦巖穩(wěn)固性中等以上，回采巷道不需要大量支護的礦山。它具有采場結(jié)構(gòu)簡單、安全性好、生產(chǎn)能力大、機械化程度小、勞動效率高等優(yōu)點，是采礦生產(chǎn)和礦山資源儲量管理最重要的對象和手段。無底柱分段崩落法的特點在于，將礦塊劃分為分段，由上下三個分層菱形布置的回采進路與崩礦步距控制的實體為無底柱分段崩落法采礦回采工序的爆破單元體，在分段回采進路中進行落礦、出礦等回采作業(yè)，不需要開掘?qū)Ｓ玫某龅V底部結(jié)構(gòu)；崩落礦石在崩落圍巖覆蓋下放出。在空間布置上，各分段的回采進路落在礦體平切面上，由回采進路和崩礦步距控制的爆破單元體在空間垂直于回采進路。傳統(tǒng)的二維繪圖顯示方式，通過垂直于進路的縱剖面，可以顯示某一截面上所有爆破單元體的剖面圖(見圖1)，但不能對每個爆破單元體進行獨立和空間全方位的顯示。由于不能對爆破單元體及爆破單元體與巷道空間位置關(guān)系作空間真實表達，爆破單元體擁有的地質(zhì)儲量只能根據(jù)設(shè)計體積與平均比重大概估算。實際由于爆破的因素，巷道真實尺寸與設(shè)計尺寸會有一定的誤差，爆破單元體也會因為其所處采區(qū)工程布置的因 素或礦體的因素(特別是礦體邊部)，與設(shè)計形狀和尺寸有出入。因此二維方式對爆破單元體的認知是抽象的，對爆破單元體的管理是粗放的，顯示出的二維模型不夠精確，誤差率高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種采礦爆破單元體真三維模型建立方法，利用計算機三維建模技術(shù)，對爆破單元體建模，可實現(xiàn)對爆破單元體真實表達及獨立和全方位的三維顯示，達到對爆破單元體認知的全面性和管理的精細化目的。為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種真三維采礦爆破單元體模型建立方法，包括如下步驟:
(1)根據(jù)回采進路設(shè)計間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進路間距的中心線，并形成線文件保存；
(2)對待建爆破單元體的回采進路及其上兩個分層的回采進路按崩礦步距同時切剖面，并在本分層回采進路兩側(cè)生成回采進路設(shè)計間距在Z方向上的中心線； (3)把本分層及上分層平面中心線文件及待建爆破單元實體的回采進路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進行空間對象選擇；
(4)運行算法進行實體建模。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟(4)包括如下具體運算過程:
(4.1)由鉆機高度和最小爆破角生成兩個分層楔形線；
(4.2)利用步驟(4.1)中生成的楔形線和各分層回采進路輪廓線進行運算得出與構(gòu)成爆破單元體的實測的四個回采進路斷面局部完全重合的輪廓線；
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟(3)中輸入的參數(shù)包括崩礦步距、鉆機高度和最小爆破角參數(shù)，空間對象包括本分層及上分層進路間距中心線和上下三個分層的回采進路輪廓。作為本發(fā)明的一種改進方案，在所有步驟之后還包括如下步驟:
(5)對輪廓線進行手動編輯處理。本發(fā)明提供的真三維模型建立方法，具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:
1.能夠盡量真實地模擬爆破單元體的實際尺寸和和形狀，使得采礦生產(chǎn)計劃編制不再依靠空間想象和估算，而是在計算機三維圖形界面通過選擇已經(jīng)對實際空間位置、形狀和尺寸進行真三維模擬了的爆破單元體實現(xiàn)。通過對爆破單元體賦地質(zhì)屬性，在選擇爆破單元體時，可實現(xiàn)對爆破單元體地質(zhì)儲量和元素地質(zhì)品位的自動統(tǒng)計。2.與傳統(tǒng)儲量動態(tài)核銷統(tǒng)計利用上下分層礦體平面布置圖和分層采掘現(xiàn)狀圖，采用塊段法計算方式不同，采用本發(fā)明提供的方法建立爆破單元體后，可直接統(tǒng)計每個生產(chǎn)階段實際消耗爆破單元體的地質(zhì)儲量進行儲量核銷統(tǒng)計，不僅技術(shù)手段簡單方便，而且統(tǒng)計結(jié)果的精確性也有了巨幅提聞。3.此外，由于生產(chǎn)計劃編制與儲量動態(tài)核銷都以爆破單元體為對象，爆破單元體實體模型建立后，采礦過程管理以數(shù)字化了的爆破單元體為對象，資源利用更加科學。


圖1為利用傳統(tǒng)的二維繪圖方式顯示的某一截面上所有爆破單元體的剖面 圖2為整個采場不同崩落排位剖面線；
圖3為生成回采進路間距中心線及Z方向的中心線的回采進路剖面 圖4為輸入崩礦步距的軟件界面示意 圖5為選擇本分層網(wǎng)格線的軟件界面示意 圖6為選擇本分層回采進路輪廓的軟件界面示意 圖7為輸入鉆機高度與最小爆破角參數(shù)的軟件界面示意 圖8為生成本分層的楔形線的回采進路剖面 圖9為生成上分層兩側(cè)回采進路的楔形線的回采進路剖面 圖10為將圖9中楔形線與回采進路輪廓線后的回采進路剖面 圖11為將圖10中的楔形線執(zhí)行兩兩相交運算后的回采進路剖面 圖12為運算出爆破單元體最終輪廓線的回采進路剖面 圖13為爆破單元實體模型； 圖14為特殊形狀爆破單元體模型；
附圖標記列表:
1-回采進路輪廓線，2-本分層回采進路間距的中心線，3-上分層回采進路間距的中心線，4-本分層回采進路間距在Z方向的中心線，5-本分層楔形線，6-上分層第一楔形線，7-上分層第二楔形線，8-上分層第一合并楔形線，9-上分層第二合并楔形線，10-本分層相交楔形線，11-兩兩運算線，12-爆破單元體最終輪廓線。
具體實施例方式以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，應(yīng)理解下述具體實施方式
僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。采用無底柱分段崩落采礦法，采場設(shè)計參數(shù)為:分段高度15米，進路間距20米。礦體呈南北走向，南北長約800米，東西寬約500米，礦體方位角為北偏東20°。按照上述設(shè)計參數(shù)，利用軟件生成采場和各分層回采進路輪廓線I。本發(fā)明優(yōu)選由專業(yè)三維數(shù)字礦業(yè)軟件Surpac軟件二次開發(fā)完成，采用半自動方式實現(xiàn):程序提供參數(shù)錄入界面，在運行過程中與用戶交互選擇待處理空間對象(巷道斷面、中心線等)；程序?qū)τ脩糨斎氲膮?shù)和選擇的空間對象自動進行處理，生成爆破單元體。本文中所稱巷道即為回采進路。自-273米水平開始，采用本發(fā)明對爆破單元體進行三維建模，
具體建模步驟如下:
步驟(I):根據(jù)回采進路間距設(shè)計參數(shù)，在XY平面上生成本分層回采進路間距的中心線2和上分層所有回采進路間距的中心線3，中心線2和中心線3亦被稱為網(wǎng)格線。由于實際掘進后巷道規(guī)格與設(shè)計值會有差距，因此本發(fā)明的中心線采用設(shè)計參數(shù)，以便對爆破單元體的空間位置進行更好地約束。由于設(shè)計進路間距為20米，則在離回采進路設(shè)計中心線左右各10米處生成回采進路間距中心線，并形成線文件保存。步驟(2):按設(shè)計崩落排位對待建爆破單元體的回采進路及其上兩個分段的回采進路按崩礦步距同時切剖面，采場不同崩落排位剖面線如圖2所示，以其中一個剖面為例，圖中一共有三個分層，其中最下層為本分層，由下而上數(shù)第二層為上分層。在切剖面時生成本分層回采進路設(shè)計間距在Z方向的中心線4，以便在視覺上和算法上對爆破單元體的邊界進行技術(shù)約束。圖3為生成回采進路間距中心線及Z方向的中心線的回采進路剖面圖。步驟(3):把本分層及上分層平面中心線文件及待建爆破單元實體的回采進路剖面圖在Surpac軟件圖形窗口打開，運行單元體建模程序，本程序由Surpac軟件提供的二次開發(fā)語言Tcl語言開發(fā)而成，嵌入Surpac軟件運行，專門用于解決爆破單元體的實體建模。下述為利用本程序建立爆破單元體模型的具體步驟:單元體建模程序在軟件界面中提供輸入窗口并顯示相應(yīng)的提示語句，按程序提示分別輸入?yún)?shù)及進行空間對象選擇，隨后運行算法進行實體建模。在本例中，具體步驟如下:如圖4所示，軟件界面上彈出輸入排距的提示窗口(即崩礦步距)，此時手動輸入排距。隨后程序提示選擇空間對象，具體分為兩個步驟:如圖5所示，軟件界面上顯示“選擇本分層網(wǎng)格線的”提示語句，用鼠標或熱鍵選擇本分層網(wǎng)格線，圖中最下層回采進路所在的分層為本分層。選中本分層網(wǎng)格線后，如圖6所示，軟件界面上顯示“選擇本分層巷道輪廓線”的提示語句，此時用鼠標或熱鍵選擇本分層回采進路輪廓。完成本分層回采進路選擇后，如圖7所示，軟件界面上彈出鉆機高度與最小爆破角參數(shù)錄入界面，在界面上輸入鉆機高度和最小爆破角參數(shù)。完成本分層操作后，同理進行上分層網(wǎng)格線及上分層與頂層巷道斷面的選擇和參數(shù)輸入。從而完成三個分層的參數(shù)輸入。步驟(4):單元體建模程序運行算法進行實體建模。(4.1)由鉆機高度和最小爆破角生成兩個分層實體輪廓線四條斜邊，從而形成爆破單元體輪廓特征線。獲取本分層回采進路剖面底邊兩端點的坐標，具體的做法為:程序遍歷回采進路剖面上所有點，Z坐標最小的兩個點即為剖面底邊兩端點，計算底邊中心點坐標(即本分層回采進路底邊中心點坐標)，根據(jù)鉆機高度上移中心點(即用底邊中心點Z坐標加上鉆機高度)，得到鉆機中心點坐標(xo，Y0, Z0);根據(jù)鉆機中心坐標和回采進路剖面文件中進路間距中心線端點(圖中A點，A和B分別是剖面底邊延長線與本分層回采進路間距中心線2及Z方向中心線4的交點)平面坐標或空間點到直線距離計算公式計算鉆機中心到中心線的水平距離，圖中S，則點②的XY平面坐標等于A點平面坐標，點②Z坐標為:Z1=Z0+S*tana (α為最小爆破角)。與點②相同平面位置上移一定距離，得到點③坐標，前述的上移距離應(yīng)預(yù)先設(shè)定，一般大于三個分段高度。如圖8所示，同理計算得出點④、點⑤的三維坐標，所有點確定后，程序自動將點①、點②、點③、點④、點⑤連成閉合線，得到本分層楔形線5。獲取上分層回采進路中心點Al和BI坐標，根據(jù)上述相同算法，生成上分層兩側(cè)回采進路的上分層第一楔形線6和上分層第二楔形線7，如圖9所示。

(4.2)通過運算使爆破單元體模型輪廓線與構(gòu)成爆破單元體的實測的四個回采進路斷面局部完全重合:
根據(jù)鉆機高度和最小爆破角生成楔形線后，分別利用Surpac軟件本身提供的線與線內(nèi)相交、外相交、線合并算法，對楔形線與巷道輪廓線、楔形線與楔形線之間分別進行兩兩運算處理，由圖9中上分層第一楔形線6與上分層回采進路輪廓線執(zhí)行線合并運算得到如圖10所示的上分層第一合并楔形線8，由圖9中上分層第二楔形線7與上分層回采進路輪廓線執(zhí)行線合并運算得到如圖10所示的上分層第二合并楔形線9，由圖9中本分層楔形線5與本分層回采進路輪廓線執(zhí)行外相交得到圖10所示的本分層相交楔形線10。再將圖10中的楔形線執(zhí)行兩兩相交運算，圖10中楔形線9與楔形線10執(zhí)行外相交運算得到圖11中的兩兩運算線11，線11再與線8執(zhí)行外相交，得到的線再與頂層回采進路輪廓線執(zhí)行外相交，最后得到圖12所示爆破單元體最終輪廓線12 ;隨后根據(jù)崩礦步距完成爆破單元體模型建立，如圖13所示，從而完成實體建模。建模完成后的爆破單元體模型底邊與本分層巷道拱頂完全重合；兩邊與上分層左右巷道的底板、半壁幫完全重合，而且不超過進路間距設(shè)計值的二分之一中心線；頂端不超出構(gòu)成單元體的頂層巷道底板，采用本發(fā)明提供的方法建立的爆破單元體能夠真實表達實際的爆破單元體形狀和尺寸。 值得注意的是，對礦體內(nèi)，特別是礦體邊部不完整爆破單元體，在爆破單元輪廓線生成后，對輪廓線進行進一步手動編輯處理，即可生成如圖14所示的特殊形狀單元體。本發(fā)明采用標準化命名方式對爆破單元體的實體文件進行組織管理，不僅實體文件名與爆破單元體空間位置有關(guān)，單元體輪廓線線號、實體編號也根據(jù)爆破單元體所在空間位置進行編碼。爆破單元體模型建立后，由塊體模型對其賦地質(zhì)屬性,并將其存入數(shù)據(jù)庫中，采用文件和數(shù)據(jù)庫兩種方式分別對模型的體文件和地質(zhì)屬性進行管理，文件與數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)交互訪問。由于爆破單元體是采礦生產(chǎn)和礦山資源儲量管理最重要的對象和手段，通過建立三維實體模型，礦山的生產(chǎn)計劃編制、生產(chǎn)過程管理、資源儲量核銷都實現(xiàn)了以真三維模型為對象的可視化，改變了利用平面圖，依靠想象和估算對爆破單元體進行管理的二維技術(shù)手段，以可視化、數(shù)字化的技術(shù)手段，實現(xiàn)了礦山生產(chǎn)及資源的精細化管理。本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種真三維采礦爆破單元體模型建立方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)根據(jù)回采進路設(shè)計間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進路間距的中心線，并形成線文件保存； (2)對待建爆破單元體的回采進路及其上兩個分層的回采進路按崩礦步距同時切剖面，并在本分層回采進路兩側(cè)生成回采進路設(shè)計間距在Z方向上的中心線； (3)把本分層及上分層平面中心線文件及待建爆破單元實體的回采進路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進行空間對象選擇； (4)運行算法進行實體建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維采礦爆破單元體模型建立方法，其特征在于，所述步驟(4)包括如下具體運算過程: (4.1)由鉆機高 度和最小爆破角生成兩個分層楔形線； (4.2)利用步驟(4.1)中生成的楔形線和各分層回采進路輪廓線進行運算得出與構(gòu)成爆破單元體的實測的四個回采進路斷面局部完全重合的輪廓線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維采礦爆破單元體模型建立方法，其特征在于，所述步驟(3)中輸入的參數(shù)包括崩礦步距、鉆機高度和最小爆破角參數(shù)，空間對象包括本分層及上分層進路間距中心線和上下三個分層的回采進路輪廓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的真三維采礦爆破單元體模型建立方法，其特征在于，在所有步驟之后還包括如下步驟: (5)對輪廓線進行手動編輯處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采礦爆破單元體真三維模型建立方法，適用于無底柱分段崩落采礦法，利用計算機三維建模技術(shù)，對采礦爆破單元體建模，可實現(xiàn)對爆破單元體真實表達及獨立和全方位的三維顯示，達到對爆破單元體認知的全面性和管理的精細化目的。本發(fā)明提供的真三維采礦爆破單元體模型建立方法，包括如下步驟根據(jù)回采進路設(shè)計間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進路間距的中心線，并形成線文件保存；對待建爆破單元體的回采進路及其上兩個分層的回采進路按崩礦步距同時切剖面，并生成本分層回采進路在Z方向上的中心線；把本分層及上分層平面中心線文件及待建爆破單元實體的回采進路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進行空間對象選擇；運行算法進行實體建模。
文檔編號G06F17/50GK103218850SQ20131009404
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者陳小文, 吳榮高, 許元清, 宋革文, 王連生, 江學 申請人:南京梅山冶金發(fā)展有限公司, 上海梅山鋼鐵股份有限公司