关于3Dmine矿业软件在凌空三维道路设计中的应用

黄成成，杨 忠

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 马关 663701）

露天矿山的运输成本大小主要取决于运输道路的长短与质量。设计一条在技术上可行、经济上合理、安全上可靠的运输道路，是每一位工程技术人员梦寐以求的目标。要得出合理的设计参数，需设计出合理的运输路线。

1 以某山谷型排土场场内运输道路设计为例

某排土场场区地形为北西—南东走向的沟谷地形，沟谷延伸长，山体上植被发育；排土场基底平缓，坡度约3°，排土场两侧为自然山脊，两侧山脊可以作为自然屏障，排土场属缓坡山沟排土场。由于排土场需要库容量较大，设计考虑分二期建设，排土场一期坡脚位于尾矿库坝址下游1.24km处，该处山谷狭窄。且东帮运输胶带一期到达位置为排土场内东帮750m转载站，距离排土场底部630m标高，垂直高差120m。原有道路不能满足矿用卡车通行。为保证排土场排土计划的顺利实施，需从750转载站修建一条运输道路至排土场底部。

1.1 排土场排土工艺及道路服务范围

该排土场一期排土采用汽车逆排的排土工艺，该道路服务的区域及运输方量见表1。

表1 道路服务区域及运输方量

1.2 设计方案概述

修建该道路，主要以东帮胶带运送来的废石先堆积成坡面，再从坡面上修筑道路。每下坡300m～400m设30m～50m缓冲路段。路宽B=25m（含内侧排水沟、外侧安全埂）、整体坡度i=6.83%，路长L=1.73km。

1.3 道路设计参数

1.3.1 道路通过能力

（1）该段道路每小时通过车辆数量能力为：

（Nd—道路通过能力,辆/h；V—自卸汽车在计算区段的平均行车速度，km/h，取20；n—线路数目系数，单车道时取0.5，双车道取1；k—道路行车不均衡系数，一般取0.5～0.7；s—同方向行驶汽车不追尾的最小安全距离，即停车视距m）。

（备注：根据《公司露天采矿工艺标准》雨、雾天影响能见度时，应开亮车前黄灯与标志灯，并靠右侧减速行驶，前后车间距应不小于30m；多雨季节道路较滑时，应有防滑措施并减速行驶；前后车距应不小于40m）。

Md—道路通过能力，t/班；Nd—以车辆数表示的道路通过能力，辆/h；T—班工作时间，h；q—汽车载重量，t；η—班工作时间利用系数。

1.3.2 路面宽度

由于该路段需要通行100t级矿用卡车，且有辅助车辆通过，故设计为满足100t级矿用卡车的双车道。

按照双车道通行100t级矿用卡车的要求，路面宽度为：

其中：x—行车线数，A—汽车宽度（TR50为4.06m，SRT55为5.65m，TR60为4.98m、TR100为5.9m、取5.90m），m—两车之间的互错距离，一般为0.7m～1.7m，n—后轮外缘距路面的距离，一般取0.4m～1m。根据公司露天采矿工艺标准，支线双车道净宽18m～22.5m，考虑到该道路服务年限长，且全程路段均为填方,受自然沉降影响，故双车道（错车道）路宽取25m。

1.3.3 内侧排水沟及安全埂

公路内侧排水沟设计规格1m×1m（宽×深），公路外侧安全埂设计规格：底宽2m，顶宽0.5m，高1.5m。

2 运用3Dmine软件对道路进行凌空三维化设计

2.1 确定道路起点终点

首先根据排土场设计总平面图，将整个排土场及其东帮750转载站三维化，为描绘出公路中心线提供三维状态下的空间位置关系，然后根据750转载站的位置及矿用卡车出入转载站的方式确定公路起点，最后根据排土场初期坝位置确定公路终点。

2.2 描绘公路中心线

由于凌空划线不依托于地表等高线，在描绘的过程中难于找到合适的拐点及确定其坡度，没有依托的基准面或者点，可通过建模的方式解决该问题。描绘公路中心线需从公路起点开始，逐段向公路终点靠近，以便控制线路坡度及确定缓冲路段位置。

2.2.1 首段绘制方法

具体步骤如下：

（1）首先将排土场等高线运用3Dmine矿业软件功能菜单：表面→生成DTM面。在道路起点处根据实际标高建立排土堆积模型，该模型的建立要求先绘制出排土坡顶线，即整个排土平台顶部闭合线。通过3Dmine矿业软件功能菜单：表面→线扩展至DTM面功能，根据矿岩自然安息角（36）°设置向下扩展角度，向上扩展角度不涉及到开挖可由系统默认，若涉及到开挖则根据开挖区域的地质构造、岩性等确定边坡角度。得到扩展线后便可建立排土堆积模型，运用3Dmine矿业软件功能菜单：表面→闭合线内生成DTM面，建成模型。

（2）依托建立的排土堆积模型描绘线路中心线，从公路起点到排土堆积模型底部画线，长度为300m～400m。运用3Dmine矿业软件功能菜单：表面→点线落在DTM面，将所描绘线路中心线落在落在排土堆积模型上，得到该线后运用3Dmine矿业软件功能菜单：工具→线赋高程→两点圆滑高程，将线赋予设计坡度。得到的线路中心线后左右偏移出线路宽度，结果会因为两点圆滑高程赋值后的影响与建立的排土堆积模型不贴合，那么通过三角函数。

式中：L---坡顶线与坡底线在水平面的垂直距离。

H---坡顶线与坡底线在高差上的垂直距离。

计算道路边坡坡顶线偏移距离来调整排土堆积模型的坡顶线模拟矿岩自然堆积所形成的坡底线刚好达到公路边。

（3）根据建立的排土堆积模型及通过线路中心线偏移而得的公路线，调整最终排土坡底线。运用3Dmine矿业软件功能菜单：表面→线扩展至DTM面功能，得到公路扩展线。依据排土扩展线和公路扩展线的剪切连接便得到首段道路最终排土范围线。

2.2.2 缓冲段绘制方法

以首段道路中心线末端端点，运用3Dmine矿业软件功能菜单：视图→查询→查询点，得出线路末端端点高程，并以此高程绘制30m～50m缓冲路段，绘制出该段线路中心线后，其后续建模步骤与首段公路建模一致。

2.2.3 剩余段绘制方法

依据缓冲段末端端点标高建立排土堆积模型，即为下一段公路中心线的绘制建立参照模型，也是为下一段公路的修建打基础，重复首段线路中心线的绘制方法建立出排土堆积模型，从缓冲段道路中心线末端端点沿着已建立的排土堆积模型坡顶线绘制公路中心线，长度一般为300m～400m,其具体长度根据排土场内地势情况进行调整。绘制出公路中心线，运用运用3Dmine矿业软件功能菜单：工具→线赋高程→两点圆滑高程将该线赋值使其达到设计坡度，剩下路段便重复上述操作步骤逐段绘至线路终点。依据各路段建立的公路扩展线与排土扩展线的相互关系，运用上述三角函数进行计算调整公路各段坡顶线与排土坡顶线的位置关系，可将整条公路模型设计成功。最终根据建立好的公路模型与地表模型运用3Dmine矿业软件功能菜单：表面→体积计算→三角网法→点选公路模型闭合线→右键执行→点选地表面→公路模型，得出修筑该道路所需填方量。经计算该道路需填废石方量6985526m3。

图1 道路设计效果图

3 运用3Dmine软件导出道路主要拐点坐标

依据设计出的公路，运用3Dmine矿业软件功能菜单：创建→坐标标注→绘制(点号及文字高度按需设置)→输出到EXCEEL表格。通过该功能得出该道路主要拐点坐标见：表2。

得出该表格结合所涉及图纸便可直观的看出各路段坡度是否合理，以便调整设计。

4 结语

运用3Dmine矿业软件，凌空三维道路设计的画法，可模拟出完全以填方方式修筑道路的效果图、计算填方量、并导出线路主要拐点坐标。对道路组织施工方案及道路施工给予直观的空间参照及关键设计参数支持。适用于与该排土场情况相似露天矿山相关道路设计。

表2 道路主要拐点坐标