張 靜

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院，陜西 西安 712046)

?

空場采礦法計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)探討

張 靜

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院，陜西 西安 712046)

空場采礦法是一種非常重要的采礦方法，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。對空場采礦法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要介紹，隨后對空場采礦法分類及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)對留礦采礦法進(jìn)行設(shè)計。

空場采礦法；計算機(jī)輔助設(shè)計；礦塊

我國是礦業(yè)大國，礦業(yè)的開采對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。目前，我國各個煤礦企業(yè)正聯(lián)合起來，共同開發(fā)計算機(jī)輔助設(shè)計軟件[1]。由于國外運(yùn)用信息化技術(shù)開采煤礦已經(jīng)有了一定成績，我國礦業(yè)領(lǐng)域的研究人員也開始對其進(jìn)行深入研究，并得到了政府以及相關(guān)部門的大力支持[2]。本文研究的空場采礦法計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)具有重大意義。

1 空場采礦法的研究現(xiàn)狀

我國運(yùn)用CAD技術(shù)采礦是在八十年代初期，針對開采石油和煤炭的系統(tǒng)比較多，其次是冶金。對于礦山來說，研究比較多的是露天礦，而對于地下礦的研究比較少[3]。我國的采礦專業(yè)、測量專業(yè)以及地質(zhì)專業(yè)在八十年代中期產(chǎn)生，同時一些應(yīng)用軟件也隨之研發(fā)出來，該軟件可以有效解決一些專業(yè)性問題，并且效果比較好，成功的典型例子如下。

1) “露天設(shè)計軟件包”是由鞍山黑色冶金設(shè)計研究院所研發(fā)出來的。利用計算機(jī)技術(shù)可以編制并且輸出設(shè)計好的工程圖表，對汽車的運(yùn)輸路線的設(shè)計起到輔助作用；同時構(gòu)建地質(zhì)模型，對境界進(jìn)行優(yōu)化圈定，對所有礦巖量進(jìn)行統(tǒng)計并且計算出最終結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)的剖面圖，設(shè)計出地質(zhì)的平面圖[4]。

2) 北京有色冶金設(shè)計研究總院通過對英國、加拿大以及美國的一些礦業(yè)公司進(jìn)行研究分析，針對礦床模型系統(tǒng)的軟件進(jìn)行重點(diǎn)分析，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的方法對地質(zhì)勘探資料進(jìn)行詳細(xì)分析，從而創(chuàng)建了空間地形模型、空間巖性模型、空間品味模型。與此同時，該系統(tǒng)軟件還有助于平面方塊圖以及剖面方塊圖的輸出，使得礦床開采設(shè)計獲得了有效依據(jù)[5]。

3) 中國礦業(yè)大學(xué)在煤炭系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域所做的工作也很多，例如采礦方法、露天采礦策劃、優(yōu)化境界等方面的軟件[6]。

4) 除了上述研究以外，長沙礦山研究院、北京科技大學(xué)等單位也做了一些關(guān)于礦床開采輔助設(shè)計，并將該技術(shù)進(jìn)行推廣[7]。

2 空場采礦法的分類及其特點(diǎn)分析

由于采礦的影響因素不同，其對應(yīng)的開采方法也不同。

2.1 留礦采礦法的概念及特點(diǎn)

留礦采礦法不僅操作簡單，而且成本較低，是一種既簡單又經(jīng)濟(jì)的采礦方法，主要應(yīng)用領(lǐng)域有冶金開采、黃金開采、有色金屬開采、稀有金屬開采等。然而采用留礦采礦法要符合一些條件：礦體的厚度在0.8～8 m之間，礦體的傾斜角需要大于55(°)。如果傾角較小，會加大放礦的難度，平常工作量以及粉礦的損失也會有所加大。大量的礦石存儲于礦房當(dāng)中，并且儲存期為一年，所以，周圍的巖石和礦石都不具有結(jié)塊性、自燃性以及氧化性，而礦石本身具有一定的反射性，在采礦時一定要慎重考慮。

特點(diǎn)：首先將階段分為礦塊，再將礦塊分為礦柱、礦房兩個步驟將其回采，其對應(yīng)的順序是先開采礦房，待工作完成以后，再去開采礦柱；將礦房進(jìn)行合理分層，從下到上依次按層回采；采下的礦石依靠自身的重力，從漏斗中釋放出大概1/3，剩余的2/3用于下一次的鑿巖爆破工作搭建臨時工作臺。礦房所有的開采工作結(jié)束以后，將剩余的2/3都釋放出來即可，該項操作叫做大量放礦。在留礦堆上，鑿巖工作人員進(jìn)行開采工作，此種開采方法不受環(huán)境的影響，工人可以直接在暴露面下進(jìn)行工作。

2.2 房柱采礦法的概念及特點(diǎn)

房柱采礦法的工程量比較小，但是強(qiáng)度卻很大。相比之下，勞動生產(chǎn)率高，礦石貧化率較小，可以有效地降低成本。這種開采方法適合礦石和周圍的巖石都比較穩(wěn)固的礦體。

特點(diǎn)：將劃分礦塊作為基礎(chǔ)，將走向作為劃分的規(guī)則，可以將其劃分為礦柱、礦房。

將礦柱和礦房進(jìn)行交替布置，不僅要對礦房進(jìn)行回采，同時需要留下規(guī)則的礦柱，對其連續(xù)性不做要求，這樣做的主要目的是為了支撐開采的空間，從而實(shí)現(xiàn)低壓管理。

2.3 全面采礦法的概念及特點(diǎn)

在我國化學(xué)礦山、有色金屬以及黑色金屬都在應(yīng)用全面采礦法，而此開采法要求所開采的頂板巖石和礦石的穩(wěn)固性在中等以上，并且礦體的表面較為平緩或者傾斜，礦體的厚度要在3～4 m之間，最佳厚度是3 m。

特點(diǎn)：在盤區(qū)或者是階段將礦體劃分為礦塊進(jìn)行開采。對礦體進(jìn)行回采時，對其規(guī)則性沒有具體要求。如果不對礦體進(jìn)行劃分，在對礦塊進(jìn)行連續(xù)回采的過程中，所留下的礦柱不具有規(guī)則性。在開采的過程中，如果礦體的厚度在3 m以下，需要按層進(jìn)行回采，如果礦體的厚度在3 m以上，就需要分層進(jìn)行回采；在進(jìn)行回采的過程當(dāng)中，需要注意的是夾石和貧礦是不可以進(jìn)行回采，要將其作為礦柱。而對于礦柱之間的距離、礦柱的形狀以及礦柱的規(guī)格沒有具體的要求，主要根據(jù)礦石自身的價值以及頂板的穩(wěn)固性來對礦柱進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)開采的礦體是貴重金屬時，一般采用木垛、廢石垛或者混凝土制成的礦垛來取代礦柱的作用，從而達(dá)到多收資源的目的。

2.4 分段礦房法的概念及特點(diǎn)

分段礦房法就是將階段劃分為多個分段，再將劃分好的分段繼續(xù)進(jìn)行劃分，形成分段礦柱和礦房。各個分段之間是相互獨(dú)立的回采單元，每個回采單元都有獨(dú)立的出礦系統(tǒng)和落礦系統(tǒng)。由于每個礦體的傾斜角有所不同，因此，需要依據(jù)傾斜角選取不同的底部結(jié)構(gòu)對搬運(yùn)礦石時所出現(xiàn)的問題進(jìn)行有效處理。然而這種底部結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用的范圍非常廣泛，不管是緩傾斜，還是急傾斜都可以進(jìn)行有效處理。雖然這種辦法的好處有很多，但是該辦法的采準(zhǔn)切割工程量非常大，適合對中厚以上的礦體進(jìn)行開采。

特點(diǎn)：將劃分出的階段作為基礎(chǔ)，繼續(xù)對階段進(jìn)行劃分，對所劃分出的分段構(gòu)建獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)以及出礦系統(tǒng)。在進(jìn)行連續(xù)回采的過程當(dāng)中，分段間需要保留臨時底柱、頂柱，或者是只保留底柱和頂柱其一即可。接下來沿著礦體的傾斜方向向上繼續(xù)進(jìn)行劃分，要求劃分好的礦柱和礦房是條帶狀的。踩礦房操作和回采礦柱操作是同時進(jìn)行的，但是前者與后者之間需要保持已經(jīng)設(shè)定的超前距離。在進(jìn)行非連續(xù)回采操作時，在分段之間按照要求，達(dá)到一定的距離就需要留取一個臨時間柱。將分段劃分為多個回采單元礦塊，先對礦房記性開采，在完成以后，再對礦房周圍比較近的頂柱和間柱進(jìn)行開采，同時還需要對采空區(qū)進(jìn)行處理。

期末閉卷測試要求學(xué)生掌握ESOL課程的相關(guān)理論知識，成績要達(dá)到80分以上。不合格的學(xué)生要對所有出錯的題目用自己的話語進(jìn)行分析闡述（一題一段，每題至少寫半頁紙），五日內(nèi)提交，然后還要在不參照筆記和課本的情況下去授課教師處口頭答辯，通過成績最高為80分。

2.5 階段礦房法的概念和特點(diǎn)

在選用階段礦房法進(jìn)行開采時，需要注意所開采的礦石以及周圍的巖石都是穩(wěn)固的礦體，并且該礦體的傾斜度的要求要高一些，平緩傾斜或者是急傾斜，厚度要求也是相當(dāng)高的，要求礦體的厚度是極厚的。所開采的礦體的形狀必須是規(guī)則的，這樣才不會引起礦石的貧化和造成嚴(yán)重的損失。對于深孔落礦來說，礦石的損失貧很大，其中夾石是非常難以處理的，所以，在開采時需要選用較低的礦石品位，價格也比較低，并且在礦體之中沒有夾石。

特點(diǎn)：將形狀規(guī)則的礦石劃分為礦柱和礦房，首先對礦房進(jìn)行回采，操作結(jié)束以后，再對礦柱進(jìn)行回采。階段礦房法主要有兩種方法，分別是垂直深孔階段礦房法和水平深孔階段礦房法。在使用水平深孔階段礦房法時，需要拉底礦房底部，而后需要進(jìn)行礦房全高開切割槽操作。

3 空場采礦法的操作步驟

1) 采準(zhǔn)操作

采準(zhǔn)操作是根據(jù)礦塊的結(jié)構(gòu)尺寸來進(jìn)行布置的，對礦體進(jìn)行開拓工作以后，需要在礦體中掘進(jìn)巷道，該巷道就叫做采準(zhǔn)巷道。通常情況下，采準(zhǔn)巷道包括穿脈巷道、電耙巷道、放礦溜井、鑿巖酮室等。然而這些采準(zhǔn)工作都是為了解決設(shè)備材料運(yùn)送順利、礦石運(yùn)放順利以及工作人員行走安全等問題。

2) 切割操作

切割操作就是在做好采準(zhǔn)工作以后，在礦塊內(nèi)開辟補(bǔ)償空間以及自由面，從而解決了大規(guī)模回采問題。需要強(qiáng)調(diào)的是在進(jìn)行礦塊回采之前，需要保證補(bǔ)償空間和自由面都已經(jīng)切割出來。切割巷道就是在補(bǔ)償空間以及自由面開掘出的巷道，而主要的切割工作就是拉底操作、辟漏操作以及切割槽操作。

3) 回采操作

4 運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)對留礦采礦法進(jìn)行設(shè)計

1) 二維施工圖圖層的生成

本研究采用二維施工圖圖層方法對圖層進(jìn)行劃分。二維施工圖的圖層主要包括礦塊圖層、階段運(yùn)輸巷道圖層、拉底巷道圖層、漏斗圖層、標(biāo)注圖層以及礦塊各分層圖層。對于礦塊的回采需要進(jìn)行分層操作，保證礦塊的各個分層位于的圖層是不相同的，并且要對分層數(shù)目進(jìn)行計算。

2) 生成礦塊

礦塊的生成操作實(shí)際上就是將礦塊的參數(shù)進(jìn)行有效保存，對于留礦采礦法來說，需要將其保存為留礦采礦法.txt文件，其具體的文件格式為LiuKuang Mine、標(biāo)注初始點(diǎn)三維坐標(biāo)、傾斜方向、傾斜角度、礦塊的總長度、階段的總高度以及礦塊的厚度。

3) 生成二維巷道

一個巷道由多邊形元素來對其進(jìn)行表示，并且這個多邊形的頂點(diǎn)數(shù)是4。首先對巷道的初始點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計算，而后通過巷道自身的長度和寬度就可以將剩余的3個頂點(diǎn)坐標(biāo)計算出來，最后輸入?yún)?shù)就可以生成巷道。

4) 生成漏斗

生成漏斗的操作非常簡單，首先讀取漏斗的間距、高度、下漏斗口的長度以及上漏斗口的長度，然后計算出漏斗的數(shù)量，而漏斗的總頂點(diǎn)個數(shù)只需要在漏斗數(shù)量的基礎(chǔ)上乘以6即可。通過計算出第1個坐標(biāo)，利用漏斗的其它參數(shù)就可以計算出剩余的5個坐標(biāo)，從而生成漏斗。

5) 標(biāo)注操作

標(biāo)注工作主要包括長度的標(biāo)注以及名稱的標(biāo)注。長度標(biāo)注的工作內(nèi)容主要有角度和直線兩個方面的標(biāo)注；名稱標(biāo)注的工作內(nèi)容主要有階段運(yùn)輸巷道、天井、回風(fēng)巷道、漏斗等方面的標(biāo)注。在標(biāo)注的過程中，需要保證礦塊的長度、厚度以及階段的高度，還有各個巷道的高度、寬度、長度等標(biāo)準(zhǔn)正確。

5 結(jié) 語

空場采礦法實(shí)際上就是在礦體之中創(chuàng)建一個采空區(qū)，頂板巖石需要依靠在開采過程中所留下來的礦柱以及礦石自身的穩(wěn)固性進(jìn)行支撐。通過對地壓進(jìn)行嚴(yán)格的管理，而不需要對采空區(qū)進(jìn)行特殊處理。本文通過對二維施工圖圖層、礦塊、二維巷道、漏斗以及標(biāo)注操作進(jìn)行設(shè)計，從而完成了留礦踩空法的設(shè)計內(nèi)容，進(jìn)一步探討了在計算機(jī)輔助下的空場開礦法。

[1] 孫璐, 戴曉江. 建立礦山三維模型中3DMine礦業(yè)軟件的應(yīng)用[J]. 中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊, 2011(1): 60-62.

[2] 耿方明. 基于人工智能理論的采礦方法選擇的研究[J]. 城市建設(shè)理論研究, 2013(16): 2095-2104.

[3] 張海波, 宋衛(wèi)東, 許英霞. 基于灰色系統(tǒng)理論的高效采礦方法優(yōu)選[J]. 黃金, 2010, 31(12): 28-31.

[4] 趙浩, 白潤才, 劉光偉. 基于Auto CAD的露天礦三維模型與應(yīng)用研究[J]. 化工礦物與加工, 2011(1): 32-35.

[5] 溫海清, 王家華. 三維可視化技術(shù)方法研究[J]. 內(nèi)江科技, 2012(4): 88-89.

[6] 胡建明. 三維塊段儲量計算法(3DKD)的研究與應(yīng)用[J]. 礦產(chǎn)勘查, 2012(5): 673-677.

[7] 王新民, 趙彬, 張欽禮. 基于層次分析和模糊數(shù)學(xué)的采礦方法選擇[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008(5): 875-880.

Open Stope Method With Computer Aid

ZHANG Jing

(ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xi'an,Shanxi712046,China)

We know the open stope method is a very important mining skill. Its application field is very broad. In this paper, the research status of open stope method is briefly introduced. The classification of open stope method and its characteristic are analyzed in details to use computer technology in designing the shrinkage stope.

Open stope method; Computer aided design; Ore blocks

2016-10-15

張靜(1979-)，女，河南開封人，在讀碩士研究生，研究方向：計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，手機(jī)：18066533091，E-mail：378684913@qq.com.

TD853.32；TP391.72

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.019