三维矿业软件在我国应用情况综述

1三维矿业软件在我国应用情况综述陈兴海，贺云（华刚矿业股份有限公司，北京 100039）摘 要：文章对近十年来我国矿山企业在数字化矿山建设过程中所推广和应用的Minesight、Datamine、3DMine、Dimine、Surpac、Micromine 和 Vulcan七大三维矿业软件的基本情况进行了介绍、同时对各软件技术特点、软件功能以及各软件在我国的应用情况进行了阐述，通过对这些大型三维矿业软件的总体认识和了解，对我国的矿山企业根据自身的实际情况选择适合自己的矿业软件具有重要指导意义。关键词：Minesight；Datamine；3DMine；Dimine；Surpac；Micromine；Vulcan引 言20世纪中叶以来，随着世界科技水平和手段的不断提高，伴随着以前图纸化办公和管理的矿山企业的生产经营和管理模式发生了翻天覆地的变革，管理信息化已成为矿山企业现代化的一个重要标志，建设数字矿山就成为我国现代化矿山发展的必然趋势。中国现有矿山 11.25万座，目前许多矿山的信息化程度较低，数字化矿山软件给企业带来的价值还没有充分体现，而要建设成为国际知名的现代化矿山，那么矿山数字化道路是必要条件之一。因此，这些通用的三维矿业软件在未来发展应用的潜力巨大。文章通过对我国现阶段推广和应用较为普遍的Minesight、Datamine、3DMine、Dimine、Surpac、Micromine 和 Vulcan等七款三维矿业软件的功能特点以及在我国矿山企业的实际应用情况的介绍，对现阶段国内、国际著名的大型矿业软件有总体了解和认识，同时对我国的矿山企业根据自身的实际情况选择适合自己的矿业软件也将具有重要指导意义。1 软件基本情况介绍随着我国矿山企业现代化方向的发展，自上世纪九十年代以来，国际矿业界知名度较高的矿业软件如澳大利亚的 WHITTLES，澳大利亚 MAPTEK公司的 VULCAN，美国 MINTEC公司的 MINESIGHT，英国 MICL公司的 DATAMINE、澳大利亚 Surpac Minex等软件公司纷纷在我国进行推广和应用，矿业软件用户急剧增加。我国国土资源部储量司也先后发文认定DATAMINE、MINESIGHT、MICROMINE、SURPAC、SD、3DMine、DIMINE 等软件可以用于我国固体矿产资源储量的估算与评价，说明我国对矿业软件的推广和应用也日益关注和重视。现阶段，在我国矿山企业掌握和应用较多的国际矿业软件主要有Minesight、Datamine、3DMine、Dimine、Surpac、Micromine 和 Vulcan七款大型三维矿业软件。1.1 Medsystem/minesight软件由美国 Mintec公司开发，公司创建于 1970年，是世界上著名的矿业软件公司，其软件产品已遍及世界，有 300多个矿山在使用。该软件应用于矿山规划的循环分析过程（图 1） 。2图 1 Minesight软件矿山规划循环分析过程Mintec公司的软件系统主要是由 Medsystem和 MineSight两部分组成。Medsystem 包含软件的大部分功能，即矿山原始数据及生产信息的管理、相关统计分析、组合样计算、建立地质资源模型、储量计算、开采境界优化和长期规划制作及短期生产计划的编制；而 MineSight则是真三维图形系统（图 1） ，实现对 Medsystem的数据、结果的图形显示，并进行图形编制处理，功能强大。MedsystemMineSight 系统功能丰富，三维图形处理功能强大，系统与其他的软件（如Datamine、Surpac 等）都有接口，在数据处理上，采用 ODBC、Text、DXF 等多种格式进行转换，兼容性极好，其软件核心模块主要包括：钻孔数据库模块地质统计分析（变异函数）地质模型建立矿山经济评价采矿设计生产安排。图 2 MineSight软件系统工作界面1.2 Datamine软件Datamine 矿业软件公司成立于 1981年伦敦，是世界矿业领域内具有领先水平的采矿技术应用软件，在全球 53个国家和地区有 1300多个用户。它具有通用三维矿业软件关于地质勘探、储量评估、矿床模型、地下及露天开采设计基本功能外，主要延伸到生产控制和仿真、进度计划编制、结构分析、场址选择，以及环保领域等。Datamine软件是北京有色设计研究总院于 1997年引进国内并在设计项目中进行应用，在他们3的支持下，于 2001年就储量计算功能通过了国土资源部储量评审的认证，这也是我国政府最早认证的国外矿业软件。Datamine软件系统拥有 Datamine三维软件（Datamine Studio） ，露天境界优化及进度计划（NPVS）,地下采掘计划（Mine24D）和虚拟现实（VR） ，四个产品可独立使用，也可以合并，其系统工作流程（图 3）如下：图 3 Datamine系统工作及数据流程图Datamine软件实行模块化配置，总共由 10大模块组成。可以根据实际工作的需要进行定制和选择，极大的提高了应用效率和节省成本。软件提供单机版和网络版，通过网络进行的配置，将极大的提高工作效率和数据共享，同时降低成本。其软件的主要模块为核心模块、数据输入/导出、三维浏览器、线框模型、地质统计、块体模型、露天采矿设计、地下采矿设计、矿山测量和虚拟现实十大模块（图 4） 。图4 Datamine软件系统工作界面41.3 3DMine软件3DMine软件由北京东澳达科技有限公司综合我国现阶段正在推广和使用的各矿业软件的设计特点，结合各矿山生产企业的自身需要，于 2006年底开发的拥有自主知识产权、全中文操作界面的国产化矿业软件系统，为矿山企业建立“矿业 Office系统”提供了基础数据处理平台。3DMine矿业软件主要功能有三维可视化核心、CAD 辅助设计与原始资料处理、勘探和炮孔数据库、矿山地质建模、地质储量估算、露天采矿设计、地下采矿设计、采掘计划编排、测量仪器接口与数据应用、打印出图等（图 5） 。其软件基本特点包括二维和三维界面技术的整合，结合 AutoCAD通用技术，方便实用的右键功能，支持选择集的概念，快速编辑和提取相关信息，集成国外同类软件的功能特点，步骤更为简单，使 Excel、Word 以及 Text数据与图形的直接转换，交互直观的斜坡道设计，快速采掘带实体生成算法以及采掘量动态调整，爆破结存量的计算和实方虚方的精确计算，多种全站仪的数据导入和南方 Cass的兼容，兼容通用的矿业软件文件格式。图5 3DMine 2010软件系统工作界面1.4 Dimine软件DIMINE矿业软件是由长沙迪迈信息科技有限公司依托中南大学数字矿山研究中心和资源与安全工程学院强大的科研、教学软硬件条件，在中南大学古德生院士及王李管教授领导下，由中南大学数字矿山研究中心的矿业及软件专家们，在全面研究了国内外数字矿山相关软件和国内矿山企业实际需求的基础上，研究开发出的新一版基于数字化矿山整体解决方案的矿山数字化软件系统（图6） 。该系统主要适用于矿山企业的地质、测量、采矿专业的技术人员及技术管理人员，全面实现了从矿床三维地质建模、储量计算与动态管理、测量验收及数据的快速成图；露天矿开采境界优化、露天采场设计、采剥顺序优化与计划编制到各种工程图表的快速生成等工作的可视化、数字化与智能化，是各矿山企业进行数字化矿山建设的软件平台。5图6 DIMINE 2011软件系统工作界面1.5 Surpac软件Surpac软件是由澳大利亚 SURPAC MINEX GROUP（简称 SURPAC）公司研发的一套应用于矿产资源业开发采矿规划及管理的软件系统，该公司成立于 1981年，总部位于西澳州首府佩斯(Perth)。2006年，SURPAC 公司与 GEMCOM公司合并之后，GEMCOM 公司成为了全球最大的矿业软件公司，也是全球唯一一家上市的三维矿业软件公司（图 7） 。图7 Surpac软件系统工作界面SURPAC软件是地质、采矿、测量和生产管理的共享信息平台；兼容多种流行的数据库和数据格式；提供简单易学、功能强大的二次开发函数库。在地质勘探领域主要用于: 建立地质数据库及管理、储量资源量估算、生成地质图件等； 在采矿领域，在矿山领域主要应用于：露天境界优化、露天采矿设计、露天爆破设计、采矿生产进度计划、地下采矿设计、中深孔爆破等；在测量方面可6用于地表测量、地下测量、工程量验收等环节（图 8） 。Surpac软件系统功能模块主要包括：地质和资源建模、矿山设计、矿山生产、Gemcom Whittle：经济分析和优化、Gemcom MineSched：生产进度计划和 Gemcom InSite： 矿山绩效管理。图7 Surpac软件工作流程图1.6 Micromine软件Mciromine矿业软件是由澳大利亚 Micromine公司研发，为地质勘探图件编制、三维地质建模和储量估算、采掘进度计划安排、采矿设计以及技术经济评价提供软件支持系统体系。经历了 20多年的发展，MICROMINE 软件安装用户超过 2000个，遍布全球主要矿产生产国。 MICROMINE 软件也被认为是业界最易学的软件之一。图9 MICROMINE软件系统工作界面MICROMINE软件由下列八模块组成:核心模块、勘探模块、开采模块（矿山设计） 、测量模块、7资源评估模块、输出模块、线框模块（三维）和露天境界优化模块。全套 MICROMINE是一个整体系统，不是单独子模块的集合体，这样有效的解决了数据共享和兼容问题。 1.7 Vulcan软件Vulcan软件系统是由澳大利亚 MAPTEK公司开发成功的。该系统功能强大、内容丰富，主要用于地表及地下三维数据的处理，包括地质工程、环境工程、地理地形、采矿工程、水库工程、地震分析等方面的数据处理及工程设计。VULCAN 软件系统有单机版、工作站版等版本，操作使用方便、适应性强、性能优越。Vulcan软件系统基本结构由以下三个子系统组成：Envisage子系统：包括 First Time Users(新用户)、FILE(文件)、DESIGN(设计)、VIEW(图视)、ANALYSE(分析)、BLOCK(模块)、MODEL(模型)、ROAD(道路)、SURVEY(测量)、GEOLOGY(地质)、OPEN PIT(露天开采)、UNDERGROUND(地下开采)、RESERVOIR(水库)、SEISMIC(地震)等。Utilities子系统(实用部分子系统)：包括 Borehole Graphics(图示钻孔)、Database Editor(数据库编辑器)、Query Language(查询语言)、Database Generation(创建数据库)、Drafting Editor(草图编辑)、Symbol Editor(代码编辑)、GridModelling(网格模型)、Font Edit(字体编辑)等。General 子系统(综合部分子系统)：包括 System A dm inistration(系统管理)、VULCAN File Name(VULCAN 文件名)、Release Notes(注释) 、Hamilton C Shell(C语言外壳)、Awk Programming(Awk程序设计)、Glossary(术语汇编)、OreReserve Estimation (矿石储量估算)、Getting help(获得帮助)等。图10 VULCAN软件系统工作界面2.各软件特点分析2.1 功能设计现阶段我国推广应用较为广泛的七大矿业软件，功能设计上总体均适用于地质、采矿、测量等技术管理人员的日常工作，都具有较强的 3D功能，但由于各软件针对的客户需求不一，在功能设计的侧重点还是略有不同：8Minesight软件的三维功能强大，数据管理简单快捷，特别针对大型露天矿山的地质建模和采矿设计以及日常生产管理具有很高的技术水平，同时其软件本身自带的 GRAIL程序语言，可以使用户很方便快捷的根据自己的需求对现有功能进行扩展；Datamine软件重点在于强调基于基础数据后的延伸应用，如开采设计，露天境界优化和排采计划都具有强大的功能模块，同时数据兼容性好，而且 Datamine是一个灵活而开放的系统平台，它对外开放几乎所有的命令接口和用户界面对象，用户可以使用包括VBSCRIPT、JSSCRIPT、VB、VC 和 JAVA等编程语言，轻松的访问 Datamine软件，定制自己所需要的特定功能；3DMine软件是参照国外各矿业软件的模块组成，主要针对国内矿山生产技术人员日常管理工作的需要设计而成，功能设计上方便实用，与矿山常用的 AutoCAD等软件兼容性好，对矿山设计、矿山经济评价方面略弱。Dimine软件的设计结合了各矿业软件的优点和国内矿山企业生产管理人员的经验和特点，与我国矿山生产实际结合紧密，在三维地质建模的采矿境界优化和排采计划方面设计与其它软件基本一致。其主要特点在于类似 AUTOCAD的绘图技术，同时由于采用数据库技术管理用户数据，提高了用户数据的安全性和共享性，实现了多用户协同工作,此外采用线性八叉树数据查询与虚拟数据存储技术，突破了巨型块段建模受制于计算机内存的局限，实现了 G/T级数据的块段建模，而且独有的二维/三维数据共享设计，简化了工程图的图表制作方法，实现了三维矿业软件由几何建模到开采设计建模的跨越。SURPAC软件具备较强的三维图形系统，直观地生成和显示地下地质或矿体的三维构造、地面地形模型以及其他各种图形，特别是有强大的测量模块，直观快速地反映地面和地下的空间关系；并且指导测量放线。同时其宏命令语言是非常有效的二次开发工具，能够使用户方便地进行编程，并与其他程序相集成，实现快速化的自动成图功能；Micromine软件在数据采集和处理上方便快捷，特别针对地质勘探的地质解译、三维建模及储量估算上操作简单、快速，同时对三维图形处理功能强大，并具有较好的动态管理功能；VULCAN软件在三维地质建模上数据准确可靠，同时该软件不仅适用于矿山的地质模型、测量验收和采矿设计，还可用于水库工程、地震分析等工程的数据管理和工程设计等。2.2 操作界面Surpac和 Micromine软件均实现了中英双语切换的操作界面，用户可根据软件使用地区的不同可进行自由切换。3DMine软件主要在国内推广应用较多，现阶段主要为中文操作界面为主。Dimine软件具有类似 AUTOCAD绘图技术，具有支持 OLE对象插入及自动标注功能，软件系统采用 OFFICE2007及 AUTOCAD2009的界面风格，组织有条理，界面友好，便于用户学习掌握。Minesight、Datamine、Vulcan 由于更多针对国外用户，在国内用户数量相对较少，界面设计基本无汉化。2.3 实用性Minesight软件主要对大型/特大型露天矿山的地质建模、矿山设计及生产管理，要求各专业人员具有较高的技术水平和管理能力，对矿体规模较小、厚度及有用组份品位变化较大的矿山以及井下开采的矿山企业来说实用性较低。Datamine主要是基于三维可视化技术，完成地质数据库、矿体建模、品位分布和储量计算并应用于地下/露天开采设计和生产控制等方面，因此具有很强的实用性，但由于其在我国除一些大型的设计单位和科研机构外使用较多外，在各矿山企业的推广和应用一直不甚理想。3DMine软件主要是基于矿山企业地测采信息一体化数据库解决方案、矿山技术系统建立等方面为矿山企业提供一套国产化的生产管理矿业软件，因此其可以针对不同客户的需求开发出具有很9高的实用性和个性化的设计，这一优势是同行业国外矿业软件所不能比拟的。Dimine软件是基于国内外相关软件和国内矿业地勘企业实际需求的基础上，研究开发出的一套软件系统，与矿山生产管理实际结合较为紧密，简化了用户的工作程序，大大提高了工作效率，更适合中国矿业工程师使用。Surpac软件最初在国内针对井下开采的矿山企业的巷道设计、井下测量以及井下采掘与回采计划的编制以及日常生产管理作为重点推广和应用的方向，后为满足不同客户需求逐步推广到露天生产企业，因此其相对露采矿山来说对井下开采的矿山实用性更高。Micromine软件由于完成数据采集和处理、三维建模、储量估算方面具有快速和易操作性，因此其对地勘单位来说具有很强的实用性，在完成矿山设计、生产以及进度计划安排上相对于Minesight和 Datamine稍弱。Vulcan侧重于矿业咨询服务、支持矿山企业运用矿业软件、辅助开发具有个性特点的软件系统以及软件应用解决方案，总体上来说现阶段在我国的实用性不如以上几大矿业软件。 3.三维矿业软件在我国应用情况Minesight 软件在国内外有 300家以上大型/特大型矿山应用的历史。自 1998年江西铜业集团引进并在德兴和永平两大铜矿山进行推广和应用以来，均取得很高的评价，此后江西有色地勘局、南昌有色冶金设计研究院、贵州 117队先后引进并应用该软件完成了永平露天开采延深扩帮研究、城门山大矿开采研究、大红山铜矿和烂泥沟金矿等矿山的地质建模及储量估算。Datamine为世界各地的矿业公司提供产品和服务方面有着长久的和成功的记录，在澳大利亚、美国、加拿大、巴西、秘鲁、印度、南非建立了分支机构，也真正使 Datamine软件公司成为名副其实的国际软件公司，并被权威机构（E&MJ Intertec/Primedia2002 Survey）认定为业界领导者。在世界用户超过 1700家，近两年来，在俄罗斯、哈萨克斯坦、印度及蒙古等国家增加了大量的用户。SURPAC软件作为 GEMCOM公司旗下最著名的软件之一，在全球 90多个国家中有 6000多个授权用户，并于 1996年进入中国市场。SURPAC 软件一直致力于矿山和地质勘探等领域的应用，得到了广大中国用户的支持和认可，并于 2004年就已获得了中国国土资源部的认证。由于 SURPAC软件功能强大，产品和服务都实现了本地化，在中国的应用获得了高速增长。目前，我国露天矿山、地下矿山、矿山设计及研究院所、地质勘查单位、矿业大学等领域超过 100家单位在使用 SURPAC软件。北京东澳达科技有限公司自 2006年开发出 3DMine软件以来，逐步加大了对该软件的推广和宣传，形成了以中铝集团、神华集团等为代表的大型矿山企业用户，随着系统的不断升级和完善，其在国内的推广应用具有广阔前景。长沙迪迈信息科技有限公司自 2008年开始推广应用 Dimine软件以来，由于操作简捷、易学，同时符合国内矿山企业生产管理的管理模式和操作习惯，该软件在国内推广应用速度较快，云铜集团玉溪大红山铜矿数字矿山建设一期、二期工程均采用了 Dimine软件作为底层平台。Micromine软件在全球有上千家矿山企业应用该软件进行着地质、测量、采矿相关的设计和日常生产管理工作，在我国的云南、河北、河南等省份和许多高校以及科研单位均有固定的用户。Vulcan软件相比较而言在我国推广应用较少，仅有辽宁元宝山矿务局露天煤矿，有色金属矿产地质调查中心等国内少数几家矿业单位引进和应用过该软件（表 1） 。10表1 三维矿业软件在我国应用情况统计表软件名称 应用单位 矿床类型 矿体形态 开采方式Minesight 美国 Mintec 公司江铜集团、江西有色勘查院、江西钨业集团、大红山铜矿、孝义铝矿、南昌有色冶金设计院等江西铜业集团等斑岩型铜矿、高温热液型钨矿、火山气液-沉积岩型铜矿、沉积型铝矿等细脉浸染状、脉状、层状、似层状露天、井下Datamine 北京东澳达科技有限公司中国矿大、恩菲工程技术公司、核工业第四设计院、象山铁矿、马钢姑山矿业、紫金山铜、金矿、金川三矿、铜陵冬瓜山铜矿、鞍山矿业、北京矿冶研究总院、山东黄金等火山沉积交代型铁矿、玢岩铁矿、陆相-次火山岩型铜金矿、硫化铜镍矿、矽卡岩型铁矿、沉积-改造型铜矿、蚀变岩型金矿、气液叠加型金矿、浅成低温热液型金矿等接触带、层状、脉状、块状、层状透镜体等露天、井下3DMine 北京东澳达科技有限公司福建地矿局、昆明有色院、澳华黄金白山金矿、平朔煤矿、玉龙铜矿、玉溪矿业、中铝集团、神华集团等热液变质型金矿、喷流沉积型铜矿、沉积型煤矿、斑岩矽卡岩复合型铜矿等脉状、透镜状、层状、似层状等 露天、井下Dimine 长沙迪迈信息科技有限公司华刚矿业、江西铜业、云南玉溪大红山、铜陵冬瓜山、中南大学、昆明理工、北京科技大学等斑岩型铜矿、沉积变质岩型铜矿、沉积-改造型铜矿等细脉侵染状、脉状、层状、似层状等露天、井下为主Surpac 加拿大 GEMCOM国际矿业软件公司SURPAC中国办事处首钢大石河铁矿、水厂铁矿、宝钢梅山铁矿、金川二矿、山东黄金焦家金矿、南昌有色设计院、安徽地矿局、新鑫矿业、东鞍山铁矿等沉积变质型铁矿、玢岩铁矿、蚀变岩型金矿、岩浆熔离型铜镍矿、沉积变质型铁矿等条带似层状、块状、脉状等露天、井下为主Micromine 澳大利亚 Micromine软件集团澳华蔡家营锌金矿、云南北衙金矿、国土资源部评审中心、中国黄金、灵宝黄金、河北峰峰集团、昆明理工、中南大学、云南狮子山铜矿、甘肃金川、江西地矿局中温热液充填交代型金矿、卡林型金矿、变质-热液型金矿、沉积型煤矿、火山气液-