CN117759245A - 利用三维智能设计的露天矿山开采***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及露天矿山开采技术领域，具体涉及利用三维智能设计的露天矿山开采***及方法。该方法包括基于GIS***获取矿体的三维模型；利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线；依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线进行偏移，得到曲线f1；将f1与进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；分别连接第一曲线和L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型。本发明利用三维智能设计技术，设计人员可以通过建立三维终了边坡模型来直观地展示矿体的结构和开采布局，实现对开采方案的高效优化和可视化展示。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿山开采技术领域，具体涉及利用三维智能设计的露天矿山开采***及方法。
背景技术
随着科技的不断发展，数字化和智能化已成为各行各业的重要发展方向。露天矿山开采作为传统行业之一，面临着资源利用率低、安全风险高、环境污染严重等问题。为了解决这些问题，越来越多的矿山企业开始探索和应用三维智能设计技术，以提高开采效率和安全性，降低环境污染，实现可持续发展。
三维智能设计技术是一种基于三维模型和人工智能技术的设计方法，能够实现对复杂***的智能化设计和优化。在露天矿山开采***中，三维智能设计技术可应用于矿山规划、开采方案设计、采场建模、设备配置等多个方面，为矿山的开采提供全面的技术支持。
在传统的露天矿山开采***中，设计人员通常采用二维图纸进行设计，这种方法不仅效率低下，而且容易出错。同时，由于缺乏对矿山地形、地质等信息的全面了解，设计方案的可行性和安全性难以得到保证。因此，亟需一种利用三维智能设计的露天矿山开采***及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用三维智能设计的露天矿山开采***及方法：解决现有方案中在传统的露天矿山开采***中，设计人员通常采用二维图纸进行设计，导致效率且设计方案的可行性和安全性难以得到保证的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一方面，利用三维智能设计的露天矿山开采方法，方法包括：
步骤一：基于GIS***获取矿体的三维模型；
步骤二：利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序；
步骤三：依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1；
步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；
步骤五：重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；
步骤六：将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型；
步骤七：依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
进一步地，在利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型中，根据不同采矿工艺，H的取值范围为5至15m。
进一步地，该方法还包括：在步骤三之前，根据矿体开展岩石力学试验或地质勘察报告，确定矿体岩石力学参数。
进一步地，依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'包括：
将台阶高度、台阶坡面角转化为平面和垂直方向距离参数，并依据距离参数进行偏移，得到L1'，其中，台阶高度为H，台阶坡面角：岩石坚固性系数m＝15～20：台阶坡面角取75～85°；m＝8～14：台阶坡面角取:70～75°；m＝3～7：台阶坡面角取60～65°；m＝1～2：台阶坡面角取45～60°。
进一步地，将曲线按照安全台阶宽度或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1，该方法包括：
设置安全台阶的宽度为3-6m，清扫台阶的宽度为6-8m；
安全台阶与清扫台阶的设置方式采用隔一设一或隔二设一。
进一步地，步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1，包括：
判断f1与L2是否有交点，若是，确定所有交点位置，并距离交点外侧的一定预设距离生成曲线f1，若否，依据f1与L2内外的关系，确定外侧的曲线，并距离外侧的曲线一定预设距离生成曲线f1。
另一方面，一种利用三维智能设计的露天矿山开采***，***包括获取模块、生成模块、融合模块：
获取模块用于基于GIS***获取矿体的三维模型；
生成模块用于利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序；
依据依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1；
将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；
重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；
将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型；
融合模块用于依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
相比于现有方案，本发明实现的有益效果：
本发明利用三维智能设计技术，设计人员可以通过建立三维终了边坡模型来直观地展示矿体的结构和开采布局，实现对开采方案的高效优化和可视化展示。这不仅能够提高设计效率，降低出错率，还能为矿体开采的决策提供更加科学和可靠的依据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法的流程图；
图2是本发明实施例的一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法的曲线剖面图；
图3是本发明实施例的平面和垂直方向距离参数的示意图；
图4是本发明实施例的矿体的三维终了边坡模型示意图；
图5是本发明实施例的矿体的三维终了边坡模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
本实施例提供了一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法，图1是本发明实施例的一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤一：基于GIS***获取矿体的三维模型。
步骤二：利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序。
步骤三：依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1。
步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'。
步骤五：重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'。
步骤六：将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型。
步骤七：依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
综上，本发明利用三维智能设计技术，设计人员可以通过建立三维终了边坡模型来直观地展示矿体的结构和开采布局，实现对开采方案的高效优化和可视化展示。这不仅能够提高设计效率，降低出错率，还能为矿体开采的决策提供更加科学和可靠的依据。
在一些实施例中，在步骤一中，基于GIS***获取矿体的三维模型具体包括：基于GIS***获取矿体的三维模型是一种先进的技术手段，其应用广泛且具有重要意义。通过GIS***，可以整合各种来源的地质数据，包括地形数据、地质数据、矿产数据等，并利用这些数据构建矿体的三维模型。
首先，GIS***可以通过地理信息***技术(GIS technology)对各种来源的地质数据进行采集、整理、分析和存储。这些数据包括矿区的地形数据、地质构造数据、矿产资源分布数据等。
其次，GIS***可以利用三维建模软件，如AutoCAD或GIS自带的三维建模工具，对矿体的形态进行三维建模。建模过程中需要综合考虑地质数据的空间分布特征和地质构造特征，建立矿体的三维几何模型。
此外，GIS***还可以利用三维可视化技术对矿体的三维模型进行可视化展示。可视化技术可以将矿体的形态、规模、产状等特征以直观的方式展示出来，为后续的矿山规划和开采工作提供重要依据。
在一些实施例中，步骤二：利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序。其中，H的取值范围为5至15m。将第一曲线拟合为圆滑曲线可以使用数学上的平滑曲线拟合方法：
数据准备：准备要拟合的数据。这些数据通常是一系列离散的点，代表第一曲线的各个点。
选择平滑曲线模型：选择一个适合的平滑曲线模型，例如多项式曲线、指数函数、幂函数等。这些模型可以根据具体的应用场景和数据特征进行选择。
参数估计：使用适当的参数估计方法，例如最小二乘法、梯度下降法等，来估计所选模型的参数。这些参数将使模型尽可能地拟合数据。
拟合曲线：使用估计的参数，将所选的平滑曲线模型拟合到数据上，得到拟合后的圆滑曲线。
评估和优化：评估拟合曲线的性能，例如使用均方误差(MSE)等指标来衡量拟合效果。如果拟合效果不理想，可以调整模型或参数估计方法，优化拟合过程。
图2是本发明实施例的一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法的曲线剖面图，如图2所示，拟合后的曲线为L1、L2、L3，这里以n等于3为例，截取了3个垂直间隔平面。
在一些实施例中，在步骤三之前，在步骤三之前，根据矿体开展岩石力学试验或地质勘察报告，确定岩石力学参数。具体地，通常，岩石力学试验的目的是为了获取岩石的力学性质。
通过综合运用岩石力学试验和地质勘察报告所获得的信息，可以对矿体的岩石力学参数进行全面而准确的评估，为后续的采矿工程提供科学依据。矿体所属岩石力学参数包括岩石坚固性系数m。
在一些实施例中，步骤三：依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶、清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1。其中，矿体岩石力学参数包括岩石坚固性系数m。
依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'包括：
将台阶高度、台阶坡面角转化为平面和垂直方向距离参数，并依据距离参数进行偏移，得到L1'，其中，台阶高度为H，台阶坡面角：岩石坚固性系数m＝15～20：台阶坡面角取75～85°；m＝8～14：台阶坡面角取:70～75°；m＝3～7：台阶坡面角取60～65°；m＝1～2：台阶坡面角取45～60°。具体地，以矿体岩石属性为灰岩类为例，图3是本发明实施例的平面和垂直方向距离参数的示意图，如图3所示，h等于H，其值为10-15米。这里取15米，m为台阶宽度，台阶宽度有安全台阶的宽度为3-6m，清扫台阶的宽度为6-8m；这里选取其中任意一种为5.46米，就可达到坡面角a＝70°的效果，b根据矿体赋存状态确定，一般取值小于a。矿体的赋存状态主要描述的是矿体在地下空间中的存在方式和形态，包括其倾角、厚度、连续性等因素。
值得说明的是，安全台阶与清扫台阶的设置方式采用隔一设一或隔二设一。
在一些实施例中，步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1，具体地，参照图2，判断f1与L2是否有交点，若是，确定所有交点位置，并距离交点外侧的一定预设距离生成曲线f1'，若否，依据f1与L2内外的关系，确定外侧的曲线，并距离外侧的曲线一定预设距离生成曲线f1'。
在一些实施例中，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型，图4是本发明实施例的矿体的三维终了边坡模型示意图，图5是本发明实施例的矿体的三维终了边坡模型示意图。
在一些实施例中，步骤七：依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。具体地：
数据收集与分析：首先，需要收集关于矿体的详细数据，包括地质勘探数据、岩土工程参数、水文地质条件等。这些数据可以通过各种勘探技术和测量方法获得。
建立三维模型：利用收集的数据，建立矿体的三维模型。这包括建立地层模型、构造模型和矿体模型，以模拟矿体的形态、规模和产状。同时，要考虑到矿体的赋存状态、岩石的物理力学性质等因素。
终了边坡设计：基于三维模型，设计合理的终了边坡。终了边坡是矿体开采后的边坡，其稳定性对于防止滑坡、崩塌等地质灾害至关重要。设计时要考虑边坡的角度、高度、坡脚等因素，确保边坡的稳定性。
开采方案制定：根据矿体的赋存状态、地理位置和开采技术条件，制定合理的开采方案。这包括选择合适的采矿方法(如露天开采)、确定采掘顺序、布置采场等。
设备与技术支持：根据开采方案，选择合适的采矿设备和辅助设施，如挖掘机、运输车辆、通风设备等。同时，要确保技术支持到位，包括地质勘探、测量、监测等。
环境影响评估：在开采过程中，要关注对环境的影响，并进行评估。这包括对土地资源的占用、对水资源的影响、对生态环境的破坏等。采取必要的措施减少负面影响。
安全监控与预警：建立完善的安全监控***，对矿体和终了边坡进行实时监测。当发现异常情况时，及时预警并采取应对措施，确保开采过程的安全。
持续改进与优化：在开采过程中，根据实际情况对方案进行持续改进和优化。这包括调整采掘顺序、改进设备配置、提高生产效率等。
本发明实施例还提供一种利用三维智能设计的露天矿山开采***，***包括获取模块、生成模块、融合模块：
获取模块用于基于GIS***获取矿体的三维模型；
生成模块用于利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序；
依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶、清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1；
将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；
重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；
将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型；
融合模块用于依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一些逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种利用三维智能设计的露天矿山开采方法，其特征在于，方法包括：
步骤一：基于GIS***获取矿体的三维模型；
步骤二：利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序；
步骤三：依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1；
步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；
步骤五：重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；
步骤六：将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型；
步骤七：依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型中，根据不同采矿工艺，H的取值范围为5至15m。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在步骤三之前，根据矿体开展岩石力学试验或地质勘察报告，确定矿体岩石力学参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'包括：
将台阶高度、台阶坡面角转化为平面和垂直方向距离参数，并依据距离参数进行偏移，得到L1'，其中，台阶高度为H，台阶坡面角：岩石坚固性系数m＝15～20：台阶坡面角取75～85°；m＝8～14：台阶坡面角取:70～75°；m＝3～7：台阶坡面角取60～65°；m＝1～2：台阶坡面角取45～60°。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将曲线按照安全台阶宽度或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1，该方法包括：
设置安全台阶的宽度为3-6m，清扫台阶的宽度为6-8m；
安全台阶与清扫台阶的设置方式采用隔一设一或隔二设一。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四：将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1，包括：
判断f1与L2是否有交点，若是，确定所有交点位置，并距离交点外侧的一定预设距离生成曲线f1，若否，依据f1与L2内外的关系，确定外侧的曲线，并距离外侧的曲线一定预设距离生成曲线f1。
7.一种利用三维智能设计的露天矿山开采***，其特征在于，***包括获取模块、生成模块、融合模块：
获取模块用于基于GIS***获取矿体的三维模型；
生成模块用于利用垂直高度为H的间隔平面截取矿体的三维模型，得到n个截面的第一曲线L1、L2、L3……Ln，并将该第一曲线拟合为圆滑曲线，其中，n个截面按照高度从低到高进行排序；
依据矿体岩石力学参数和台阶参数对圆滑曲线L1进行偏移，得到L1'，再将曲线按照安全台阶或清扫台阶宽度进行偏移，得到曲线f1；
将f1与L2进行内外关系判断，按最外侧的取值得到曲线f1'；
重复步骤三与步骤四，依次得到f1'，f2'，……fn'；
将L1、L1'、f1、f1'、f2、f2'……fn、fn'分别连接得到离散的台阶状曲面，依据该台阶状曲面生成包络矿体的三维终了边坡模型；
融合模块用于依据矿体的三维终了边坡模型和矿体的地理位置信息对矿体进行开采。
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