浅谈开阳磷矿数字矿山的应用实践

浅谈开阳磷矿数字矿山的应用实践

许洪波何明清黎云先 任秀文

贵州开磷有限责任公司

摘要：介绍了开阳磷矿数字矿山建设和应用的现状和取得的成果，包括技术规范、测量应用、地质应用、采矿设计、编制生产计划和队伍建设等，分析目前存在的问题及其原因，以及为实现智能矿山而开展的软件平台研发和数字矿山的深层次应用。

关键词：数字矿山；智能矿山；软件平台

Discussion on the Application of Digital Mine of Kaiyang Phosphorus Mine

XU Hongbo  HE Mingqing  LI Yunxian  REN Xiuwen

(Guizhou Kailin Co., Ltd.)

Abstract  This article introduces the current situation and achievements of the construction and application of digital mine in Kaiyang Phosphate Mine, including technical specifications, measurement applications, geological applications, mining design, mine planning, and team development, analyzes the current problems and their causes, and the development of software and deep application of digital mines to achieve intelligent mine.

Keywords Digital mine, intelligent mine, software

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当前，随着数字矿山及智能矿山理念的普及和三维矿业软件的推广应用，国内众多矿山企业均在大力地推进数字矿山建设，并取得了一系列明显的应用成果，为智能矿山建设和应用创造了必要的基础条件。本文以贵州开磷有限责任公司（简称“开阳磷矿”）为例，介绍其数字矿山建设和应用的实践，以及后续结合智能矿山应用的初步实践。

1 矿山简介

开阳磷矿是从事磷矿石开采的国有大型矿山企业，它成立于1958年，是国家第二个五年计划期间投资建设的全国三大磷矿石生产基地之一，也是目前国内最大的磷矿石地下开采企业。由于矿体走向长达15公里，为便于矿山开发，矿山划分为沙坝土矿、马路坪矿、青菜冲矿和用沙坝矿等多个矿区分别进行开采。

开阳磷矿是国内数字矿山建设和应用的早期参与者之一。早在2004年，开阳磷矿便通过引进美国Mintec公司开发的MineSight软件，对地质勘探数据进行数字化，并建立起三维数字矿山模型。

近二十年来，开阳磷矿通过持续的建设和应用，建成了以马路坪矿为代表的数字矿山，并在下属各矿山单位普及数字矿山技术的应用，取得了明显的技术效益、经济效益[1]。

开阳磷矿数字矿山建设和应用的流程如图1所示。

图1  数字矿山建设和应用简要流程

2 数字矿山建设和应用实践

2.1 制定数字矿山技术规范

统一、规范的数字矿山技术规范，不仅有助于在开阳磷矿下属的各个矿区和公司管理部门之间普及数字矿山技术，也有助于企业数字矿山建设及应用的可持续发展。

近年来，开阳磷矿基于各个矿区自身矿体的赋存条件、采矿方法和生产管理等因素，制订并完善数字矿山建设和应用的技术规范，促进了各矿技术人员和管理人员的交流、学习及应用。

技术规范对文件分类、命名、着色、存储和共享，以及模型更新等作了详细的说明[2]，以便于模型成果在各个矿区的共享应用。为了有效地推广技术规范，开阳磷矿自上而下，以公司内部管理文件将技术规范下达到下属各个矿区单位，确保公司管理层、矿山基层管理层和技术人员均了解技术规范的内容。

2.2 地质应用

开阳磷矿综合地质勘探、生产探矿和矿山生产取得的矿山地质信息，建立起三种矿体模型[3]，以满足不同阶段的应用需求，矿体模型分类及其应用领域如图2所示。

通过持续地收集、整理矿山地质信息，并按公司要求定期更新矿体模型，不断提高矿体模型的精度，尤其是开拓矿量模型和备采矿量模型，为矿山井巷工程设计、编制矿山生产计划和三级矿量管理等提供可靠的地质依据。

图2  矿体模型分类及应用领域

除了矿体形态的更新管理，开阳磷矿还应用矿业软件对P2O5、杂质（MgO、CaO等）进行品位估算，进而根据选矿厂对矿石品质的入选要求，以矿石品位或杂志含量均衡为目标，合理安排不同盘区/采场的开采顺序，实现矿石品质的动态平衡。

2.3 测量应用

开阳磷矿数字矿山测量专业的应用主要集中在地表、井巷工程三维建模及管理两个方面。

地表：基于实测的地形等高线或测量点，应用MineSight软件面三角化工具快速得到三维地表模型，并在此基础上开展矿区范围管理、碴场管理和矿堆管理等的应用（主要为平面范围面积和堆场体积的管理），实现地表、碴场或矿堆形态的动态更新管理和应用。图

3为青菜冲矿更新的地表和992碴场的三维形态示意图。

图3  地表和碴场三维形态更新管理

井巷工程：作为生产中的地下矿山，开阳磷矿几乎每天都有新的掘进数据产生，每月矿山累积有大量的工程掘进实测数据。依据实测的巷道数据，各个矿区按公司要求定期更新三维井巷工程，从而实现动态了解矿区各盘区井巷工程的施工现状及工程完成进度，同时结合井巷工程三维设计模型对工程的施工质量进行监督，防止出现较大的偏差和避免潜在的安全隐患。

2.4 采矿设计

基于更新的三维矿体模型，开阳磷矿在以下几方面开展采矿设计的应用[4]。

（1）矿山开拓工程选址的优化。借助矿业软件便利的三维可视化环境，在三维空间中分析开拓工程与矿体或主要地质构造的空间关系，将开拓工程布置在远离断层发育、围岩稳定性较差的区域，确保矿山开拓工程的安全性。

（2）中段大巷、分层运输平巷的优化。随着采矿生产的不断推进，矿山根据揭露的矿体界线和深部钻孔见矿位置，修正、更新未开采区域的矿体形态，并以此为依据调整原中段大巷、分层运输平巷的设计，在确保采场联络道顶板距上分层采场底板具有足够的安全距离前提下，优化、减少采场出矿联络道的长度，最终降低矿区采准工程的掘进量。

图4为沙坝土矿300中段大巷调整前后的局部形态对比，经统计分析，基于更新的矿体形态，调整后的中段大巷，其采场联络道相对调整前减少了近6km的掘进工程量，相应地为企业节省掘进费用约3000万元。

图4  中段大巷调整前后形态对比（局部）

（3）盘区工程的优化。基于更新的盘区矿体模型，在三维视图环境中查看矿体的赋存条件、产状和厚度等，并借用矿业软件便利的切剖面工具，分析矿体和采切工程的空间关系，对达不到开采厚度的矿体区域，不进行采切工程的设计，这样从设计层面减少工程掘进量，进而实现节省掘进费用的目标。

2.5 编制生产计划

开阳磷矿矿体走向长、地下采场数量众多。为了高效地管理采场和编制矿山生产计划，各个矿区于每月底定期根据地下各个采场的生产实际调整矿区的采场现状，并更新其对应的三维模型。

根据开阳磷矿制订的数字矿山技术规范，采场现状共包括备采矿量、正在回采、已充填和不可采矿量4种属性。参照更新的采场现状基础，每月初，各个矿区综合出矿任务、矿石品质、充填任务、采矿设备、施工队伍等因素：首先，在三维视图环境中初步挑选满足开采条件的采场；接着，统计其对应的矿量和品位信息；最后，参考本月的出矿量和矿石品质，确定本月开采的采场，并将其对应的三维模型复制到新的几何体对象中进行单独存放和管理，以便于共享和应用。图5为用沙坝矿编制的月度生产计划示意图。

图5  月度生产计划（局部）

2.6 队伍建设

过去几年，一方面，由于岗位调动或离职导致基层技术人员频繁流动，部分初步学会应用矿业软件的技术人员离开技术岗位，未能进一步学习、掌握和应用数字矿山技术；另一方面，矿山的管理制度、岗位工作要求及基层技术人员自身存在的认知局限性等也影响了各个矿区深入开展数字矿山的应用。这两者导致了开阳磷矿数字矿山的应用较长一段时间内停留在矿体实体建模和井巷工程实测建模的基础应用，而井巷工程三维设计和应用矿业软件编制生产计划等未能得到较好地推广应用。

考虑到各个矿区技术队伍存在的种种问题，开阳磷矿通过引进第三方专业技术团队，通过：（1）、现场组织软件培训；（2）、编制基于MineSight软件的数字矿山建设实例；（3）、现场组织软件上机操作考试；（4）、定期检查各单位更新、上传的模型等途径[5]，协助各个矿区开展数字矿山技术队伍的建设，促进数字矿山技术在各个矿区的普及应用。

3存在的问题

通过多年持续的建设实践，开阳磷矿数字矿山的应用取得了一系列明显的成果。与此同时，由于种种原因，目前，各个矿区仍存在一些问题，主要为：

（1）、现场基础数据采集、上传存在滞后：由于各个矿区地下采场数量众多、距离远，而矿山生产任务重，采场揭露的矿化信息时常来不及编录就开始回采，甚至有的区域还未完成编录已回采完毕；

（2）、人员不稳定：由于各个矿区的技术人员变动有点频繁，而新来的技术人员对软件操作不怎么熟悉，导致目前各个矿区仍难以实现专人负责模型的更新；

（3）、模型更新存在滞后：现场基础数据采集滞后以及人员不稳定，直接导致数字矿山模型的更新滞后于矿山生产，这是采矿工程设计难以有效推广的主要原因；

（4）、采矿工程三维设施和编制生产计划仍有待进一步普及。

4智能软件平台的研发

针对当前数字矿山应用的现状和存在的问题，开阳磷矿和第三方专业技术团队合作，结合各个矿区现有的软件和硬件，开展自动化、智能化软件的开发，以便促进数字矿山的深入应用和智能矿山的建设。目前，已完成或正在开展的工作包括：

（1）、三维可视化平台：该平台已完成研发，它具有自主知识产权、界面友好，主要用于解决矿业软件许可不足的问题，实现基层技术人员应用矿业软件构建和更新模型，管理层则利用研发的三维可视化平台查看模型；

（2）、采矿方法智能设计平台：该平台已完成研发，它集成了开阳磷矿当前应用的各种采矿方法模板库，模板库包括采场、采切工程三维模型，采矿方法主要技术经济指标，采场、采切工程标准的平面设计图等内容，使用时，只需要输入矿体厚度、倾角，平台即可调用满足该条件的采矿方法，以便提高采矿设计的效率，同时，减少设计误差。图6为采矿方法智能设计平台的主界面。

图6  采矿方法智能设计平台界面

（3）井下三维人员定位平台：该平台已完成研发，它主要用于在三维软件环境中呈现井下人员和采矿设备的实时位置，以辅助矿山的安全管理和调度管理，它是数字矿山的深层次应用之一。图7为马路坪矿井下三维人员定位平台应用示意图。

图7  井下三维人员定位平台

（4）、见矿点数据共享平台：该平台的研发主要是为了解决井下地质数据采集滞后的问题，后续应用时，可通过井下生产作业的人员及时将见矿点信息采集，并通过网络共享到矿区的技术部门，供专业技术人员参考和更新地质模型。

除了开展软件平台的研发，开阳磷矿也采取了一些有力措施，包括：专业人员定岗定位，工作内容考核，继续学习等人员管理措施，以促进数字矿山的深入应用。

5  结束语

经过多年的实践，开阳磷矿已探索出数字矿山建设及应用的有效途径。

基于各个矿区现有的数字矿山模型和硬件设施，依次开展智能矿山的建设和应用，同时促进数字矿山的深入应用。

开阳磷矿数字矿山和智能矿山的建设实践，一方面，为企业管理决策、矿产资源管理和采矿设计等提供较为准确的基础数据；另一方面，促进了企业技术创新、管理创新，进而为企业创造了明显的经济效益。

参考文献

[1] 黄勇，胡庆雄，姚华，等.贵州开磷数字矿山建设及应用[R].贵阳：贵州开磷有限责任公司，2018.

[2] 贵州开磷有限责任公司.开磷数字矿山技术规范(2020修订版)[R].贵阳：贵州开磷有限责任公司，2021.

[3] 姚华，胡庆雄，余家龙，等.MineSight软件在大型磷矿山储量管理的应用研究[J].现代矿业，2021(3):157-159.

[4] 姚华，胡庆雄，王停，等.基于MineSight软件的地下矿井巷工程优化设计[J].现代矿业，2021(9):260-262.

[5] 胡庆雄.开磷数字矿山建设及应用项目简介[R].南昌：南昌致辉泰克科技有限公司，2020.

作者简介：许洪波(1981-)，男，助理工程师，贵州省贵阳人。

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