紫金山金铜矿地测采三维协同平台开发实践

李海泉 夏 林 黄 琨 刘 鹏

（1.北京中矿智信科技有限公司，北京100043；2.紫金矿业集团股份有限公司紫金山金铜矿，福建上杭364200）

矿山地质、测量、采矿是矿山智能化建设中最基 础的环节，实现地质、测量、采矿的信息化可以从源头上为智慧矿山建设提供数据支撑。随着三维矿业软件在矿山的推广应用，矿山资源储量估计、采矿设计等日常工作大多在三维矿业软件中开展，实现了从二维到三维的转换，作业效率有一定程度提高。由于绝大多数的三维矿业软件是C/S架构，是通过人机交互方式开展地质、测量和采矿专业技术工作，各项作业操作步骤多、工作效率低，作业成果大多通过U盘或共享文件夹的方式实现共享，数据成果易成为信息孤岛，不利于实时查询和管理作业成果，在一定程度上制约了矿山智能化建设。

近年来，矿业领域Surpac软件的主要应用方向有：①三维地质建模方面，主要根据矿床地质条件，建立矿床地质数据库，构建矿床地表、采空区、巷道、矿体的三维模型；利用地质统计学方法，对样长、品位进行基本统计，分析频率累计曲线，确定特高品位并进行处理，开展矿体走向、倾向、厚度方向的变异函数分析和曲线拟合，建立变异函数模型；确定估值方法和估值参数，采用普通克里格法和距离幂次反比法进行估值，建立带有属性值的矿体块体模型［1-4］。②采矿设计方面，根据Surpac软件地质建模成果，进行采场划分、三级矿量报告、中深孔凿岩爆破设计等，并实现矿石损失贫化控制［5］；用Surpac软件二次开发技术针对上向水平分层充填采矿方法开发一些宏命令，简化部分设计和绘图操作［6］；通过对矿山采场进路损失贫化计算方法的分析和探讨，总结出应用Surpac软件精细化计算损失贫化的方法和条件［7］。由此可见，现阶段对Surpac软件的操作以人机交互为主，尽管不少学者和工程技术人员通过二次开发编制一些宏命令，在一定程度上简化了软件操作的复杂程度，但未能形成矿山地质模型更新及资源储量管理、测量数据处理、特定采矿方法设计的完整操作技术流程，并且所得数据无法实现有效共享。

本研究提出了融合Surpac软件及其二次开发技术的协同办公系统的解决方案，结合紫金山金铜矿的生产实际，将地质、测量、采矿工作内业各环节的操作步骤进行有序地分解、合并，利用Surpac软件二次开发技术，编制体系化的功能模块，解决软件操作难度大、人员素质要求高的问题，大幅提高工作效率。利用网络信息化技术，编制地质、测量、采矿专业技术工作的协同办公平台，按权限、流程化管理技术作业成果；将技术成果文件和数据集中存储在矿山服务器和数据库，实现数据集中存储、全程可溯，从根本上解决矿山地质、测量、采矿生产数据的安全问题；可从数据库中提取相关数据，实时生成B/S架构的采矿生产报表，为矿山生产经营决策提供可靠依据。

1 Surpac软件功能及二次开发接口

1.1 Surpac软件功能

Surpac软件是一款模块化设计软件，主要分为地质建模、露天采矿设计、露天爆破设计、地下采矿设计、地下开采中深孔设计、测量和绘图等模块。

（1）地质建模。根据各类探矿工程的样品和岩性数据，建立地质数据库，在三维空间平面和剖面上根据数据库的信息圈连矿体，创建矿体实体模型；对矿体内的样品进行统计分析，根据需要处理样品的特高品位将样品进行等长化分割，根据加权品位创建矿体变异函数；在矿体的空间位置建立块体模型，用距离幂次反比法或普通克立格法估算矿体内所有块体品位，根据矿体特征和探矿工程空间分布特征，对块体模型进行资源储量分类后报告资源储量。

（2）露天采矿设计。根据Whittle等优化软件的境界壳，设计台阶、边坡、安全平台、出入沟等运输系统，用于编制矿山的采矿生产计划。

（3）露天爆破设计。在采掘条带上，根据生产参数设计炮孔，输出结果用于指导露天采矿生产。

（4）地下采矿设计。对于各类井巷工程，设计巷道中心线，以各类工程的断面轮廓沿巷道设计中心线进行拉伸得到设计巷道的空间实体。利用采场剖切器，根据矿体的空间实体剖切矿房用于地下开采中深孔设计。

（5）地下开采中深孔设计。在设计矿房内按照一定的排距设计扇形布置或垂直布置的中孔和深孔，输出结果用于指导地下采矿生产。

（6）测量。根据导线测量数据，建立测量数据库；能够直接导入早期徕卡等一些型号测量仪器的实测数据，进行坐标解算和简单的平差处理。

（7）绘图。Surpac软件有两种图件绘制方式，一种是类似屏幕硬拷贝方式的自动绘图方法，可以“所见即所得”的方式完成图件绘制；另一种方式为文件绘制方式，先定义各种地质要素的绘制方式，根据各种地质要素的线串数据文件，为不同的线串指定相应的绘制方式，进而绘制图件。

1.2 Surpac软件二次开发接口

Surpac软件共计1 300多项功能，作为一款矿业类工具软件，能够满足矿山地质、测量、采矿生产的技术作业需求，由于地质、测量、采矿的每项作业往往需要数项或数十项功能来完成，操作较为繁琐，在一定程度上影响着工作效率。为提高工作效率，Surpac软件提供了二次开发技术，供有一定基础的用户使用。

Surpac 软 件 内 嵌 了 TCL［8］（Tool Command Language）编程语言作为脚本语言，Surpac软件将自身的程序功能以API函数的方式扩展到TCL脚本语言中，形成SCL语言［9］。有两种方式实现Surpac软件的二次开发。

（1）宏命令方式。在Surpac软件操作过程中，对操作步骤录制宏命令，通过宏命令的回放，实现对软件的重复操作。按TCL语法适当修改宏命令，可以实现软件的批处理操作。

（2）第三方软件集成Surpac软件。利用软件内存共享和进程通信技术，由第三方软件嵌入Surpac软件，建立通信通道，向Surpac软件发送指令，控制Surpac软件功能的执行。

Surpac软件启动运行时，创建一个名称为“Gemcom Shared Memory＜unsigned process ID＞”的共享内存，unsigned process ID为Surpac软件进程ID号，共享内存块的内容见表1。

第三方应用程序开发时，通过读取“Gemcom-Shared Memory＜unsigned process ID＞”共享内存块的内容获取信息，建立与Surpac软件的通信通道，实现远程控制Surpac软件运行。

2 紫金山金铜矿地测采三维协同平台开发

2.1 协同平台框架

本研究采用现代网络通信技术和流程化作业管理技术开发了紫金山金铜矿地测采三维协同平台，系统架构如图1所示。将Surpac软件嵌入到平台系统中，将组织机构、人员、权限管理与技术作业流程融合在一起管理，实现地质、测量、采矿内业的信息化管理。协同平台框架是B/S和C/S混合模式，协同平台的信息管理部分是B/S架构，地质、测量、采矿专业技术作业是在客户端Surpac软件环境中实现的，为C/S架构。紫金山金铜矿露天采矿和地下采矿两种采矿方法有各自的地质、测量、采矿作业流程，本研究将3个专业的技术工作有序衔接起来，利用Surpac软件的二次开发技术开发程序，完成相关流程的操作。

2.2 协同平台数据存储和管理

协同平台由服务端和客户端构成，将服务端安装到矿山服务器上，客户端安装到技术人员和管理人员的计算机上。

在矿山服务器上搭建SQL Server数据库和FTP文件服务器，在SQL Server数据库中建立地质、测量、采矿数据库，将地质、测量、采矿3个专业的技术成果数据和文件集中贮储于SQL Server数据库和FTP文件服务器。

地质、测量和采矿技术人员开展作业时，在本地计算机上建立独立的文件夹，将本次作业所需的基础数据从服务器下载到该文件夹，用Surpac软件二次开发功能完成作业，所有作业成果也存储于该文件夹。作业成果数据分为两类：一类是可用二维表形式保存的数据，如探矿工程的井口坐标、测斜数据、样品分析数据、三级矿量、测量验收成果、单体设计成果等，通过平台或Surpac软件上传SQL Server到数据库，审核通过后，分专业按照权限调用报表模块，从数据库中提取数据创建各种生产报表；另一类是作业形成的文件，如地表模型、空区模型、剖面解译线串、矿体模型、巷道设计模型等文件，由平台上传到FTP服务器保存，审核通过后，按照权限共享给其余作业环节的技术人员。

将作业成果上传到服务器后，本地计算机上可以不留存作业成果数据，实现矿山对地质、测量和采矿专业数据的集中存储，既能解决矿山数据安全问题，又可实现所有数据操作的全程可追溯。

2.3 协同平台办公

矿山采矿生产中，地质、测量、采矿3个专业的技术内业工作可通过相互之间协作完成，如图2所示。

首先是测量专业的内业作业操作。具体流程为：①从服务器上下载最近一次作业的采场现状、导线测量等数据成果到本地客户端，在此基础上，采用Surpac软件二次开发的测量模块对本次外业作业的收测成果进行处理，形成最新的采场现状和导线测量的数据成果；②将测量成果上传到服务器的SQL Server数据库和文件服务器，上传后，系统会给测量专业的主管人员发送一条消息；③测量主管人员将作业成果下载到本地客户端，并对其进行审核，如果成果合格，可交由上级主管逐级审核；否则，可驳回，重新开展相关作业；④待最终审核通过后，测量技术人员用报表模块创建测量成果报表，用绘图模块绘制专业图件；⑤根据地质和采矿专业的不同需求，将测量作业成果分别共享给这两个专业的技术人员。

其次是地质和采矿专业的内业作业操作。操作流程与测量专业类似，只是地质专业除了下载本专业的上期末作业数据成果外，还要下载测量专业共享的本期作业成果，按照图2中⑥、⑦、⑧、⑨、⑩等步骤完成作业任务。采矿专业除了下载本专业的上期末的作业数据成果外，还要下载测量专业和地质专业共享的本期作业成果，按照图2中⑪、⑫、⑬、⑭、⑮等步骤完成作业任务。

2.4 协同平台功能模块

不同的矿山之间无论采矿方法是否相同，采矿生产工艺、内业技术方法和技术管理工作都有各自的特点。为此，本研究根据紫金山金铜矿的采矿生产特点，将地测采三维协同平台功能分为作业文件管理、生产报表管理、权限管理、基础数据维护和专业应用5个部分（图3）。

2.4.1 系统权限管理

协同平台由部门、角色、人员、权限等功能组成，纳入了紫金山金铜矿技术管理涉及的行政部门、管理者、技术人员的相关信息，设置角色和权限。

2.4.2 基础数据维护

（1）计划类型。分为年、季、月、周、半年、3 a、5 a、10 a、生命期等计划类型。

（2）矿岩种类。分为低金、高金、超低铜、低铜、中铜、高铜、废石、金矿废石、铜矿废石等矿岩类型。

（3）溜井编号。露采场内的溜井编号，如1#、2#、5#等。

（4）排土场编号。露采生产的排土场编号信息，如490排土场等。

（5）采矿施工单位。数个采矿生产建设商的单位记录。

2.4.3 专业应用

地测采三维协同平台集成Surpac软件（图4），并从平台发送指令控制Surpac软件，执行露采和地采的二次开发功能，实现流程化作业。

紫金山金铜矿为坑露联合开采的矿山，按采矿方式分为露天采矿技术流程和地下采矿技术流程两类。其中，露天采矿流程分为3个部分（图5）：

（1）地质工作流程。以月度为单位，建立炮孔数据库，根据测量收测成果，将炮孔信息每日入库并圈定爆堆边界，根据炮孔样品化验分析结果，完成二次圈矿，计算爆堆储量，用于指导铲装作业；以爆堆为单位对储量计算结果登记入库；根据本台阶的炮孔数据估算下一台阶的模型数据，用于编制月度采剥计划；将生产模型和生产探矿模型进行对比，完成探采对比分析；绘制各类地质图件。

（2）露天测量工作流程。按月度采矿现状验收，分台阶计算各采掘条带的剥岩量；每日炮孔的收测数据登记入库。

（3）露天采矿工作流程。根据地质生产模型和采矿现状数据，圈定采掘条带范围，根据设计的采矿损失率、贫化率计算矿石量，编制月度生产计划，形成报表；动态调整采掘条带范围，实现与月度计划目标相匹配；为实现生产管理精细化，每周编制一次周生产计划。

地下采矿流程分为3个部分（图6）：

（1）地采地质工作流程。根据地采生产探矿数据更新地质勘查模型，形成品位控制模型，创建各类生产探矿储量报告；根据矿房和大孔数据更新品位控制模型，得到生产模型，报告三级矿量、探采对比分析结果；绘制地质图件。

（2）地采测量工作流程。根据测量收测的巷道和空区数据分别形成巷道和空区的实体模型，绘制实测现状图。

（3）地采采矿工作流程。根据品位控制模型、巷道及空区实体，剖切一步采和二步采矿房；完成单排巷或双排巷的凿岩巷道设计和大孔设计，自由面井巷或大孔设计，拉底空间的拉底巷道和扇形孔设计，装药设计；设计损失率和贫化率计算；绘制施工图。

2.4.4 作业文件管理

作业文件管理模块分为作业上传、领导审核、通过与驳回，作业共享等功能。作业上传可实现各专业技术人员的整个工作文件夹（如01露采地质）数据上传；作业上传后，会触发消息给管理者进行审批，审批通过后，技术人员可以形成报表和绘图文件，管理者可以查询报表和各种三维模型。

2.4.5 生产报表管理

协同平台的报表是独立的报表模块，不与Surpac软件关联，只是从数据库抽取各种数据形成各种所需的地质、测量和采矿报表，可以在客户端、浏览器、移动端显示，如图7所示。

3 结 论

针对矿山Surpac三维矿业软件应用现状，结合紫金山金铜矿的采矿生产实践，提出了无缝融合Surpac软件及其二次开发的协同办公平台技术，开发了紫金山金铜矿地测采三维协同平台，并详细分析了平台的各项功能特点。主要结论如下：

（1）该平台可将作业成果集中存储，地测采作业审批流程线上运转，实现审批进度共享查看、数模同步生成生产报表；利用软件容器和软件进程间通信技术，将Surpac软件与协同平台无缝集成，通过业务流程梳理，对具体业务操作模块进行定制开发，实现了矿山地质、测量、采矿专业数据互通共享，进一步提升了矿山数据的标准化水平。

（2）地测采协同平台仅在地质、测量及采矿专业之间实现了数据共享和数据循环利用。未来应加强与矿山其他领域如实验室信息管理系统、选矿自动化运营系统、财务系统等的集成研究，进一步提升矿山信息化的整体管理水平。