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(jì)算機(jī)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(jì)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(hù)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(jī)械化程度小、勞動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是采礦生產(chǎn)和礦山資源儲(chǔ)量管理最重要的對象和手段。無底柱分段崩落法的特點(diǎn)在于，將礦塊劃分為分段，由上下三個(gè)分層菱形布置的回采進(jìn)路與崩礦步距控制的實(shí)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(jìn)路中進(jìn)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(jìn)路落在礦體平切面上，由回采進(jìn)路和崩礦步距控制的爆破單元體在空間垂直于回采進(jìn)路。傳統(tǒng)的二維繪圖顯示方式，通過垂直于進(jìn)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(gè)爆破單元體進(jìn)行獨(dú)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(shí)表達(dá)，爆破單元體擁有的地質(zhì)儲(chǔ)量只能根據(jù)設(shè)計(jì)體積與平均比重大概估算。實(shí)際由于爆破的因素，巷道真實(shí)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸會(huì)有一定的誤差，爆破單元體也會(huì)因?yàn)槠渌幉蓞^(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(jì)形狀和尺寸有出入。因此二維方式對爆破單元體的認(rèn)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(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)，對爆破單元體建模，可實(shí)現(xiàn)對爆破單元體真實(shí)表達(dá)及獨(dú)立和全方位的三維顯示，達(dá)到對爆破單元體認(rèn)知的全面性和管理的精細(xì)化目的。為了達(dá)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(jìn)路設(shè)計(jì)間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進(jìn)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(jìn)路及其上兩個(gè)分層的回采進(jìn)路按崩礦步距同時(shí)切剖面，并在本分層回采進(jìn)路兩側(cè)生成回采進(jìn)路設(shè)計(jì)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(shí)體的回采進(jìn)路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進(jìn)行空間對象選擇；
(4)運(yùn)行算法進(jìn)行實(shí)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(yùn)算過程:
(4.1)由鉆機(jī)高度和最小爆破角生成兩個(gè)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(jìn)路輪廓線進(jìn)行運(yùn)算得出與構(gòu)成爆破單元體的實(shí)測的四個(gè)回采進(jìn)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(jī)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(jìn)路間距中心線和上下三個(gè)分層的回采進(jìn)路輪廓。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，在所有步驟之后還包括如下步驟:
(5)對輪廓線進(jìn)行手動(dòng)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(diǎn)和技術(shù)效果:
1.能夠盡量真實(shí)地模擬爆破單元體的實(shí)際尺寸和和形狀，使得采礦生產(chǎn)計(jì)劃編制不再依靠空間想象和估算，而是在計(jì)算機(jī)三維圖形界面通過選擇已經(jīng)對實(shí)際空間位置、形狀和尺寸進(jìn)行真三維模擬了的爆破單元體實(shí)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(shí)，可實(shí)現(xiàn)對爆破單元體地質(zhì)儲(chǔ)量和元素地質(zhì)品位的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。2.與傳統(tǒng)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)核銷統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)每個(gè)生產(chǎn)階段實(shí)際消耗爆破單元體的地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行儲(chǔ)量核銷統(tǒng)計(jì)，不僅技術(shù)手段簡單方便，而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精確性也有了巨幅提聞。3.此外，由于生產(chǎn)計(jì)劃編制與儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)核銷都以爆破單元體為對象，爆破單元體實(shí)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(xué)。


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(gè)采場不同崩落排位剖面線；
圖3為生成回采進(jìn)路間距中心線及Z方向的中心線的回采進(jìn)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(jìn)路輪廓的軟件界面示意 圖7為輸入鉆機(jī)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(jìn)路剖面 圖9為生成上分層兩側(cè)回采進(jìn)路的楔形線的回采進(jìn)路剖面 圖10為將圖9中楔形線與回采進(jìn)路輪廓線后的回采進(jìn)路剖面 圖11為將圖10中的楔形線執(zhí)行兩兩相交運(yùn)算后的回采進(jìn)路剖面 圖12為運(yùn)算出爆破單元體最終輪廓線的回采進(jìn)路剖面 圖13為爆破單元實(shí)體模型； 圖14為特殊形狀爆破單元體模型；
附圖標(biāo)記列表:
1-回采進(jìn)路輪廓線，2-本分層回采進(jìn)路間距的中心線，3-上分層回采進(jìn)路間距的中心線，4-本分層回采進(jìn)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(yùn)算線，12-爆破單元體最終輪廓線。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實(shí)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(jì)參數(shù)為:分段高度15米，進(jìn)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(jì)參數(shù)，利用軟件生成采場和各分層回采進(jìn)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(dòng)方式實(shí)現(xiàn):程序提供參數(shù)錄入界面，在運(yùn)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(dòng)進(jìn)行處理，生成爆破單元體。本文中所稱巷道即為回采進(jìn)路。自-273米水平開始，采用本發(fā)明對爆破單元體進(jìn)行三維建模，
具體建模步驟如下:
步驟(I):根據(jù)回采進(jìn)路間距設(shè)計(jì)參數(shù)，在XY平面上生成本分層回采進(jìn)路間距的中心線2和上分層所有回采進(jìn)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(shí)際掘進(jìn)后巷道規(guī)格與設(shè)計(jì)值會(huì)有差距，因此本發(fā)明的中心線采用設(shè)計(jì)參數(shù)，以便對爆破單元體的空間位置進(jìn)行更好地約束。由于設(shè)計(jì)進(jìn)路間距為20米，則在離回采進(jìn)路設(shè)計(jì)中心線左右各10米處生成回采進(jìn)路間距中心線，并形成線文件保存。步驟(2):按設(shè)計(jì)崩落排位對待建爆破單元體的回采進(jìn)路及其上兩個(gè)分段的回采進(jìn)路按崩礦步距同時(shí)切剖面，采場不同崩落排位剖面線如圖2所示，以其中一個(gè)剖面為例，圖中一共有三個(gè)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(shí)生成本分層回采進(jìn)路設(shè)計(jì)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(jìn)行技術(shù)約束。圖3為生成回采進(jìn)路間距中心線及Z方向的中心線的回采進(jìn)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(shí)體的回采進(jìn)路剖面圖在Surpac軟件圖形窗口打開，運(yùn)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(yùn)行，專門用于解決爆破單元體的實(shí)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(jìn)行空間對象選擇，隨后運(yùn)行算法進(jìn)行實(shí)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(shí)手動(dòng)輸入排距。隨后程序提示選擇空間對象，具體分為兩個(gè)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(biāo)或熱鍵選擇本分層網(wǎng)格線，圖中最下層回采進(jìn)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(shí)用鼠標(biāo)或熱鍵選擇本分層回采進(jìn)路輪廓。完成本分層回采進(jìn)路選擇后，如圖7所示，軟件界面上彈出鉆機(jī)高度與最小爆破角參數(shù)錄入界面，在界面上輸入鉆機(jī)高度和最小爆破角參數(shù)。完成本分層操作后，同理進(jìn)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(gè)分層的參數(shù)輸入。步驟(4):單元體建模程序運(yùn)行算法進(jìn)行實(shí)體建模。(4.1)由鉆機(jī)高度和最小爆破角生成兩個(gè)分層實(shí)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(jìn)路剖面底邊兩端點(diǎn)的坐標(biāo)，具體的做法為:程序遍歷回采進(jìn)路剖面上所有點(diǎn)，Z坐標(biāo)最小的兩個(gè)點(diǎn)即為剖面底邊兩端點(diǎn)，計(jì)算底邊中心點(diǎn)坐標(biāo)(即本分層回采進(jìn)路底邊中心點(diǎn)坐標(biāo))，根據(jù)鉆機(jī)高度上移中心點(diǎn)(即用底邊中心點(diǎn)Z坐標(biāo)加上鉆機(jī)高度)，得到鉆機(jī)中心點(diǎn)坐標(biāo)(xo，Y0, Z0);根據(jù)鉆機(jī)中心坐標(biāo)和回采進(jìn)路剖面文件中進(jìn)路間距中心線端點(diǎn)(圖中A點(diǎn)，A和B分別是剖面底邊延長線與本分層回采進(jìn)路間距中心線2及Z方向中心線4的交點(diǎn))平面坐標(biāo)或空間點(diǎn)到直線距離計(jì)算公式計(jì)算鉆機(jī)中心到中心線的水平距離，圖中S，則點(diǎn)②的XY平面坐標(biāo)等于A點(diǎn)平面坐標(biāo)，點(diǎn)②Z坐標(biāo)為:Z1=Z0+S*tana (α為最小爆破角)。與點(diǎn)②相同平面位置上移一定距離，得到點(diǎn)③坐標(biāo)，前述的上移距離應(yīng)預(yù)先設(shè)定，一般大于三個(gè)分段高度。如圖8所示，同理計(jì)算得出點(diǎn)④、點(diǎn)⑤的三維坐標(biāo)，所有點(diǎn)確定后，程序自動(dòng)將點(diǎn)①、點(diǎn)②、點(diǎn)③、點(diǎn)④、點(diǎn)⑤連成閉合線，得到本分層楔形線5。獲取上分層回采進(jìn)路中心點(diǎn)Al和BI坐標(biāo)，根據(jù)上述相同算法，生成上分層兩側(cè)回采進(jìn)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(yùn)算使爆破單元體模型輪廓線與構(gòu)成爆破單元體的實(shí)測的四個(gè)回采進(jìn)路斷面局部完全重合:
根據(jù)鉆機(jī)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(jìn)行兩兩運(yùn)算處理，由圖9中上分層第一楔形線6與上分層回采進(jìn)路輪廓線執(zhí)行線合并運(yùn)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(jìn)路輪廓線執(zhí)行線合并運(yùn)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(jìn)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(yùn)算，圖10中楔形線9與楔形線10執(zhí)行外相交運(yùn)算得到圖11中的兩兩運(yùn)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(jìn)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(shí)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(jìn)路間距設(shè)計(jì)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(shí)表達(dá)實(shí)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(jìn)行進(jìn)一步手動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)化命名方式對爆破單元體的實(shí)體文件進(jìn)行組織管理，不僅實(shí)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(shí)體編號也根據(jù)爆破單元體所在空間位置進(jìn)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(jìn)行管理，文件與數(shù)據(jù)庫實(shí)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(chǔ)量管理最重要的對象和手段，通過建立三維實(shí)體模型，礦山的生產(chǎn)計(jì)劃編制、生產(chǎn)過程管理、資源儲(chǔ)量核銷都實(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了礦山生產(chǎn)及資源的精細(xì)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(shí)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(jìn)路設(shè)計(jì)間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進(jìn)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(jìn)路及其上兩個(gè)分層的回采進(jìn)路按崩礦步距同時(shí)切剖面，并在本分層回采進(jìn)路兩側(cè)生成回采進(jìn)路設(shè)計(jì)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(shí)體的回采進(jìn)路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進(jìn)行空間對象選擇； (4)運(yùn)行算法進(jìn)行實(shí)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(yùn)算過程: (4.1)由鉆機(jī)高 度和最小爆破角生成兩個(gè)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(jìn)路輪廓線進(jìn)行運(yùn)算得出與構(gòu)成爆破單元體的實(shí)測的四個(gè)回采進(jìn)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(jī)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(jìn)路間距中心線和上下三個(gè)分層的回采進(jìn)路輪廓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)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(jìn)行手動(dòng)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(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)，對采礦爆破單元體建模，可實(shí)現(xiàn)對爆破單元體真實(shí)表達(dá)及獨(dú)立和全方位的三維顯示，達(dá)到對爆破單元體認(rèn)知的全面性和管理的精細(xì)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(jìn)路設(shè)計(jì)間距，在XY平面上生成本分層和上分層所有回采進(jìn)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(jìn)路及其上兩個(gè)分層的回采進(jìn)路按崩礦步距同時(shí)切剖面，并生成本分層回采進(jìn)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(shí)體的回采進(jìn)路剖面圖在軟件圖形窗口打開，輸入?yún)?shù)及進(jìn)行空間對象選擇；運(yùn)行算法進(jìn)行實(shí)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(xué) 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