CN104732026A - 一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金矿山采用堆浸法选冶作业中，设计矿石堆场和排土场的方法，步骤包括：真实场景三维环境下堆场、排土场圈定，根据堆场圈定后选定的堆场边界，对堆场进行平整，计算平整场地的填方或挖方，并且以三维模型显示所述填方量或挖方量；堆场三维模型创建；排土场三维模型创建；进行地表面缝合；最后堆场、排土场三维模型体积计算。使用本发明能显著的提高了矿山堆、排计划的工作效率和精度；直观、便利的显示矿山堆场、排土场的三维空间形态；对于设计结果，用户进行分析后，可以方便的进行调整，重新设计；可以将设计好的排土场和地表进行拟合，形成最终的三维模型，便于后期排土场的设计工作，实现多期、多年限的排土场设计。

Description

一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法

技术领域

本发明属于真三维的计算机辅助设计和矿山的信息化与数字化领域，具体涉及一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法。

背景技术

自20世纪80年代以来，国内外矿山多采用软件进行矿山设计生产管理。国外用了如Supac，Micromine，Datamine等矿业软件。国内矿山通常对矿山运营中的矿石堆浸、废石排放的辅助设计采用AUTOCAD中的绘图和计算技术，并且以绘制二维平面图为主，通过求平切图上的每个切平面的面积，采用求棱台的体积方式求算堆场和排土场的体积。

对于堆场通常在图纸上圈定堆场的底部线条，根据该线条在AUTOCAD上进行范围缩放，形成棱台的上顶面面积和下底面面积，根据堆场的高度，计算棱台的体积，作为堆场的堆放矿石体积。

对于排土场通常的做法是在二维地形图上绘制出排土场的顶部范围线条，根据线条的节点以排土场安息角向下延伸，求算该延伸线条和等高线的交点，然后以一定的高程间隔求算切平面和延伸线的交点，将该切平面上的节点连线，并且和该高程的等高线构成切平面，求算切平面的面积，由从上至下的一系列切平面面积求算构成间隔棱台的体积，由棱台体积求和构成排土场所能排放废石的体积。

因此，在上述的传统做法中，通常采用在二维图上通过想象来建立三维空间的概念，利用切片的方式，形成棱台，通过求算棱台体积来代替堆场和排土场的体积，不能直观、真实的建立三维空间的堆场、排土场模型。

另外，在求算堆场顶边界线时，一般通过缩放的形式大致的获取出堆场的顶部边界，求算出的顶部边界和底部边界形成角度变化较大，不能准确地反映出堆场的变化趋势，导致求算出的堆场体积不精确。

其次，利用传统的排土场设计方法，采用切片的方式求算出当前设计的排土场体积，对于在该排土场形成后后续设计的排土场设计，必须经过测量的方式重新绘制等高线，才能再次设计下一个排土场，难于达到一次性的制定多期的排土场计划。

目前国内真三维环境下的矿山堆场、排土场辅助设计软件模块还多在研究中。

发明内容

本发明的目的之一是为解决矿山运营中的矿石堆浸、废石排放选址的难题，提供一种简单、直观、易操作、计算精确的矿山矿石堆场和排土场设计的方法。

本发明提供一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，步骤包括：

S1：堆场设计，真实场景三维环境下矿石堆场范围圈定；

S2：真实场景三维环境下根据S1中所述堆场圈定后选定的堆场边界，对所述堆场进行平整，计算平整场地的填方量或挖方量，并且以三维模型显示填方体或挖方体；

S3：设定所述堆场的堆高及边坡角度，根据所述堆场底边界线自动生成堆场的三维模型；

S4：排土场的设计，当给定排土场顶部线条时，设定排土场顶部范围，圈定排土场顶边界线，根据地表三维模型和排土场自然安息角求算排土场底部边界范围。根据所述排土场顶边界线和排土场底边界线生成排土场三维模型，该模型与地表进行矢量剪切运算，保留地表以上部分，即为排土场三维多面体模型；

S5：当给定排土场底边界线时，由排土场自然安息角、排土场底边界线和给定的所述排土场的堆高，生成排土场的三维模型；

S6：根据所述排土场设计前的地表模型和所述排土场三维模型生成后的模型，进行地表缝合，使缝合后的地表模型为设计的排土场形成后的地表模型，便于后期排土场的设计；

S7：根据所述步骤S1-S6所述堆场和排土场三维模型建立后，对所述堆场和排土场三维模型对象，计算构成所述堆场和排土场的三维实体，求取所述堆场和排土场的体积。

进一步的，所述步骤S1中按预设计所述堆场的底部高程或者所述排土场的顶部高程，在三维模型基础上提供顶视图的设计环境进行所述矿石堆场及排土场圈定。

进一步的，所述步骤S2中对计算平整场地的填方量或挖方量时需调用三维矢量剪切分析和三维面、体BOOL运算模块。

进一步的，所述步骤S3中根据所述堆场底边界线自动生成堆场的三维模型具体为：由堆场底边界线，根据矢量运算规则，求取堆场的顶边界线，对堆场的顶边界线进行检查处理，消除歧义情况，根据所述堆场底边界线和堆场的顶边界线，以及顶、底的对应规则，生成三维的堆场体模型。

进一步的，所述步骤S4中所述排土场三维模型根据所述排土场顶边界线和排土场底边界线生成，并将此模型与地表进行矢量剪切分析，保留地表以上部分，生成排土场三维多面体模型。

进一步的，所述步骤S5中所述排土场底边界线为排土场最终形成后底部在地表的投影线。

进一步的：

所述堆场是指在矿山运营中，堆积破碎后的有用矿石，采用堆浸方法来获得矿石中金属的矿石堆放场地；

所述排土场是指在矿山运营中，在有利的地形处，对矿石采集过程中形成的废石、夹石以及矿渣进行定点排放的区域。

本发明的有益效果在于，使用本发明提供的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法来进行矿石堆场、排土场的设计比现有技术主要具有如下优点：

其一，由于本系统的目标是变革传统的由二维图件设计矿山堆场、排土场的工作模式，实现矿山堆、排设计的全程计算机辅助设计，显著的提高了矿山堆、排计划的工作效率和精度；

其二，本系统采用三维平台来进行堆场、排土场的辅助设计，直观、便利的显示矿山堆场、排土场的三维空间形态，改变了传统的二维图件通过想象进行切片计算的方式；

其三，由于采用堆场、排土场的全程计算机辅助设计方式，对于设计结果，用户进行分析后，可以方便的进行调整，重新设计，实现了设计中的简单易更改的设计方式；

其四，便于进行多期、多年限的设计，本系统提供了简单方便的地表拟合方法，可以将设计好的排土场和地表进行拟合，形成预期的地表模型，便于后期排土场的设计工作，实现多期、多年限的排土场设计。

附图说明

图1所示为本发明一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法流程图。

图2所示为本发明堆场辅助设计流程图。

图3所示为堆场示意图。

图4所示为堆场纵切设计示意图。

图5所示为由排土场顶部设计排土场流程图。

图6所示为排土场示意图。

图7所示为排土场纵切设计示意图。

图8所示为由排土场底部设计排土场流程图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

图1所示为本发明一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法流程图。

图2所示为本发明堆场辅助设计流程图。

图3所示为堆场示意图。

图4所示为堆场纵切设计示意图。

图5所示为由排土场顶部设计排土场流程图。

图6所示为排土场示意图。

图7所示为排土场纵切设计示意图。

图8所示为由排土场底部设计排土场流程图。

如图1、3～4、6～7所示，本发明提供一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，步骤包括：

S1：堆场设计，真实场景三维环境下矿石堆场范围圈定；

S2：真实场景三维环境下根据S1中所述堆场圈定后选定的堆场边界，对所述堆场进行平整，计算平整场地的填方量或挖方量，并且以三维模型显示填方体或挖方体；

S3：设定所述堆场的堆高7及边坡角度4，根据所述堆场底边界线1自动生成堆场的三维模型；

S4：排土场的设计，当给定排土场顶部线条时，设定排土场顶部范围，圈定排土场顶边界线9，根据地表三维模型和排土场自然安息角13求算排土场底部边界范围。根据所述排土场顶边界线9和排土场底边界线14生成排土场三维模型，该模型与地表进行矢量剪切运算，保留地表以上部分，即为排土场三维多面体模型；

S5：当给定排土场底边界线14时，由排土场自然安息角13、排土场底边界线14和给定的所述排土场的堆高，生成排土场的三维模型；

S6：根据所述排土场设计前的地表模型和所述排土场三维模型生成后的模型，进行地表缝合，使缝合后的地表模型为设计的排土场形成后的地表模型，便于后期排土场的设计；

S7：根据所述步骤S1-S6所述堆场和排土场三维模型建立后，对所述堆场和排土场三维模型对象，计算构成所述堆场和排土场的三维实体，求取所述堆场和排土场的体积。

进一步的，所述步骤S1中按预设计所述堆场的底部高程或者所述排土场的顶部高程，在三维模型基础上提供顶视图的设计环境进行所述矿石堆场及排土场圈定。

进一步的，所述步骤S2中对计算平整场地的填方量或挖方量时需调用三维矢量剪切分析和三维面、体BOOL运算模块。

进一步的，所述步骤S3中根据所述堆场底边界线1自动生成堆场的三维模型具体为：由堆场底边界线1，根据矢量运算规则，求取堆场的顶边界线2，对堆场的顶边界线2进行检查处理，消除歧义情况，根据所述堆场底边界线1和堆场的顶边界线2，以及顶、底的对应规则，生成三维的堆场体模型。

进一步的，所述步骤S4中所述排土场三维模型根据所述排土场顶边界线9和排土场底边界线14生成，并将此模型与地表进行矢量剪切分析，保留地表以上部分，生成排土场三维多面体模型。

进一步的，所述步骤S5中所述排土场底边界线14为排土场最终形成后底部在地表的投影线。

进一步的：

所述堆场是指在矿山运营中，堆积破碎后的有用矿石，采用堆浸方法来获得矿石中金属的矿石堆放场地；

所述排土场是指在矿山运营中，在有利的地形处，对矿石采集过程中形成的废石、夹石以及矿渣进行定点排放的区域。

实施例：

图2为计算机辅助设计堆场的流程图：

1、在该系统中导入实测的矿区地表三维地形数据，一般为DXF格式的地形数据，由地形数据建立整个矿区的三维地表模型，该地表模型为GRID数据模型的空间曲面；

2、在地表模型上根据地势变化选择建立堆场的区域，给定堆场的底部高程7，在三维空间中以顶视图视图下圈定给定高程的堆场边界范围；

3、并由圈定的堆场底边界线1生成堆场平整场地后的堆场底面，该底面为TIN数据模型的空间曲面，利用空间面与面之间的矢量剪切分析模块进行剪切分析，由地表面和堆场底面建立填方或挖方模型，并计算填方和挖方量；

4、输入堆场的利用率，即实际堆放矿石的底面边界和堆场范围的比例，计算出堆场的实际底面界线；

5、输入堆场的堆高7和堆场角度4，如图3-4所示，堆场的堆高7为堆场形成后的顶面和底面之间的高差，堆场角度4为堆场边坡3与水平面的夹角α，即堆场边坡3和地表水平面6之间形成的二面角，输入以上信息后由堆场底边界线1求算出堆场顶边界线2；

6、由顶线、底线的对应关系，形成堆场边坡3的控制线，根据控制线建模的方法，建立堆场模型；

7、显示模型，保存设计信息文档；

8、根据堆场进行堆浸前矿石的品位以及堆浸一段时间后的矿石品位，计算堆场的出金量。

根据矿山进行排土场设计的要求，本发明实现了两种形式排土场的辅助设计功能，一是根据排土场圈定的顶部范围建立排土场模型；二是根据排土场最终的排放地表界线建立排土场模型。

图5为由设计的排土场顶部进行排土场设计的流程图，该流程图反映创建排土场的基本计算流程：1、圈定排土场顶部范围；2、创建排土场上表面；3、上表面切割地表，形成地表切线；4、给定排土场自然安息角13；5、求取顶线节点射线与地表的交点；6、根据节点顺序求取地表交线；7、最终排土场模型底线；8、构建排土场坡面；9、构建排土场顶面；10、求取排土场底面；11、求算体积，形成报表。

排土场示意图如图6及图7所示。在三维地表模型上选择排土场范围，圈定排土场顶部界线9，根据排土场自然安息角13，以及矢量运算规则，求取顶部线条节点到地表的射线，求出交点，由底部交点构成排土场底边界线14，由排土场顶边界线9构成的排土场顶部曲面与地表的交线作为排土场坡顶线11，排土场坡顶线11，排土场底边界线14构成排土场的范围，通过与地表的剪切分析操作，获取排土场的底面，地面顶面和边坡面构成排土场的三维模型，通过与地表的剪切运算后，剔除模型中地表以下部分，构成精确的排土场模型。计算体积并形成排土场基本信息的结果报告。

图8为根据排土场的最终排放地表界线进行排土场设计的流程图，该设计方案主要解决的问题是计算排土场在该范围内排放至一定高度所能排放的废石方量。基本流程如下：

1、在三维地表模型上圈定排土场最终的排放界线，该界线反映设计的排土场所能够堆放废石的最终边界；

2、由地表模型求算该界线在地表的投影线；

3、该投影线对地表进行投影截取，截取地表模型在该范围内的空间曲面，作为排土场的最终底面；

4、给定排土场自然安息角13，该角度控制排土场在地面以上部分的形状；

5、根据排土场自然安息角13计算投影线、示坡线8；

6、根据每个节点射线在空间的相交情况，依次获取存在相交点的排土场截面；

7、由排土场底面，投影线以及水平切面边界，建立初始的锥形排土场模型；

8、根据给定的排土场排放高度进行空间矢量剪切分析；

9、建立一定高度的最终排土场模型。

使用本发明提供的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法来进行矿石堆场、排土场的设计比现有技术主要具有如下优点：

其一，由于本系统的目标是变革传统的由二维图件设计矿山堆场、排土场的工作模式，实现矿山堆、排设计的全程计算机辅助设计，显著的提高了矿山堆、排计划的工作效率和精度；

其二，本系统采用三维平台来进行堆场、排土场的辅助设计，直观、便利的显示矿山堆场、排土场的三维空间形态，改变了传统的二维图件通过想象进行切片计算的方式；

其三，由于采用堆场、排土场的全程计算机辅助设计方式，对于设计结果，用户进行分析后，可以方便的进行调整，重新设计，实现了设计中的简单易更改的设计方式；

其四，便于进行多期、多年限的设计，本系统提供了简单方便的地表拟合方法，可以将设计好的排土场和地表进行拟合，形成预期的地表模型，便于后期排土场的设计工作，实现多期、多年限的排土场设计。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (7)

1.一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，步骤包括：

S1：堆场设计，真实场景三维环境下矿石堆场范围圈定；

S2：真实场景三维环境下根据S1中所述堆场圈定后选定的堆场边界，对所述堆场进行平整，计算平整场地的填方量或挖方量，并且以三维模型显示填方体或挖方体；

S3：设定所述堆场的堆高及边坡角度，根据所述堆场底边界线自动生成堆场的三维模型；

S4：排土场的设计，当给定排土场顶部线条时，设定排土场顶部范围，圈定排土场顶边界线，根据地表三维模型和排土场自然安息角求算排土场底部边界范围。根据所述排土场顶边界线和排土场底边界线生成排土场三维模型，该模型与地表进行矢量剪切运算，保留地表以上部分，即为排土场三维多面体模型；

S5：当给定排土场底边界线时，由排土场自然安息角、排土场底边界线和给定的所述排土场的堆高，生成排土场的三维模型；

S6：根据所述排土场设计前的地表模型和所述排土场三维模型生成后的模型，进行地表缝合，使缝合后的地表模型为设计的排土场形成后的地表模型，便于后期排土场的设计；

S7：根据所述步骤S1-S6所述堆场和排土场三维模型建立后，对所述堆场和排土场三维模型对象，计算构成所述堆场和排土场的三维实体，求取所述堆场和排土场的体积。

2.如权利要求1所述的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，所述步骤S1中按预设计所述堆场的底部高程或者所述排土场的顶部高程，在三维模型基础上提供顶视图的设计环境进行所述矿石堆场及排土场圈定。

3.如权利要求1所述的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，所述步骤S2中对计算平整场地的填方量或挖方量时需调用三维矢量剪切分析和三维面、体BOOL运算模块。

4.如权利要求1所述的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，所述步骤S3中根据所述堆场底边界线自动生成堆场的三维模型具体为：由堆场底边界线，根据矢量运算规则，求取堆场的顶边界线，对堆场的顶边界线进行检查处理，消除歧义情况，根据所述堆场底边界线和堆场的顶边界线，以及顶、底的对应规则，生成三维的堆场体模型。

5.如权利要求1所述的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，所述步骤S4中所述排土场三维模型根据所述排土场顶边界线和排土场底边界线生成，并将此模型与地表进行矢量剪切分析，保留地表以上部分，生成排土场三维多面体模型。

6.如权利要求1所述的一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于，所述步骤S5中所述排土场底边界线为排土场最终形成后底部在地表的投影线。

7.如权利要求1至6所述任一项一种金矿山设计矿石堆场和排土场的方法，其特征在于：

所述堆场是指在矿山运营中，堆积破碎后的有用矿石，采用堆浸方法来获得矿石中金属的矿石堆放场地；

所述排土场是指在矿山运营中，在有利的地形处，对矿石采集过程中形成的废石、夹石以及矿渣进行定点排放的区域。