蔡官東

(涼山礦業(yè)股份有限公司拉拉公司，四川 會(huì)理 615100)

0 引 言

隨著數(shù)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，利用各類專業(yè)礦山軟件進(jìn)行三維采礦設(shè)計(jì)已經(jīng)成為采礦設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。以往的采礦設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)者是處于二維平面視覺下，通過平剖面圖結(jié)合的方法來表述相關(guān)工程布置，這種方法所表述的信息量少、圖形缺乏直觀感，非專業(yè)人員及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員不易理解。同時(shí)存在著設(shè)計(jì)者作業(yè)量大、工作效率低等相關(guān)問題。該文中，借助DIMINE三維數(shù)字化礦山軟件，在礦山三維實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，以2 335 m水平②號(hào)礦體為例，直接體現(xiàn)工程空間分部情況，可進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、剖切，直觀感受工程空間布局及相互關(guān)系，并自動(dòng)生成相關(guān)工程平面圖、施工卡片、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表等，為設(shè)計(jì)者及現(xiàn)場(chǎng)施工組織者提供直觀、準(zhǔn)確的圖形數(shù)據(jù)，從而提高設(shè)計(jì)者工作效率及準(zhǔn)確性，減小設(shè)計(jì)者勞動(dòng)強(qiáng)度，并有助提高施工過程中的施工質(zhì)量水平。

1 礦山概況

礦區(qū)已查明3個(gè)主要礦體，其中①號(hào)礦體呈南北走向，傾角58°～76°傾向西北，平均傾角72°急傾斜礦體，控制深度500 m，走向長(zhǎng)830 m，礦體厚度5.3 ～22.4 m，平均厚度12.3 m，礦石性質(zhì)為碳質(zhì)板巖原生硫化礦部分氧化；②號(hào)礦體位于①號(hào)礦體西側(cè)上盤，呈南北走向，傾角68°～79°傾向西北，平均傾角75，控制深度500 m，急傾斜礦體，走向長(zhǎng)350 m，礦體厚度14.5 ～47.8 m，平均厚度24.5 m，礦石性質(zhì)為碳質(zhì)板巖原生硫化礦，礦石含水量高，礦體斷層節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)固性差；③號(hào)礦體位于①②號(hào)礦體北側(cè)，呈近東西走向，傾角62°～73°傾向東北，平均傾角70°急傾斜礦體，控制深度300 m，走向長(zhǎng)200 m，礦體厚度1.00 ～15.4 m，平均厚度7.5 m，上部出露地表氧化率較高。

礦山2 435 m水平以上礦體開采已接近收尾，目前主要開采2 385 m，2 335 m水平。采用斜井-平硐-溜井的開拓方式，卷揚(yáng)機(jī)提升，電機(jī)車運(yùn)輸，主要采用空?qǐng)霾傻V法。2 335 m水平以下采用豎井開拓方式，主要采用分段崩落采礦法。

2 三維實(shí)體建模

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和收集，創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

DIMINE三維數(shù)字化礦山軟件中所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括等高線地形圖、鉆孔資料、中段平面圖、勘探線剖面圖、井巷及采切工程的設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)圖。在實(shí)際操作過程中，坑道探礦資料視同為鉆孔資料進(jìn)行使用，鉆孔資料是將工程起始點(diǎn)、方位、走(傾)向、地質(zhì)編錄、取樣化驗(yàn)等信息進(jìn)行綜合分析，來呈現(xiàn)鉆孔完整的信息，從而建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 三維實(shí)體模型的建立

在地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立好以后，在三維視圖情況下顯示地質(zhì)工程，信息包括鉆孔或坑道的形態(tài)、礦石品位、巖性等，在此基礎(chǔ)上利用所獲得的綜合信息對(duì)礦山進(jìn)行三維實(shí)體建模工作。

三維實(shí)體建模也就是地質(zhì)體模型的建立分為2個(gè)方面：地形模型和礦體實(shí)體。建立地形模型是運(yùn)用軟件的創(chuàng)建DTM功能，通過測(cè)量所獲得的地表等高線數(shù)據(jù)，由CAD圖形利用導(dǎo)入功能導(dǎo)入到DIMINE礦業(yè)軟件后，為等高線賦予相應(yīng)的高程從而生成精確的數(shù)字地表模型，見圖1。

礦體的實(shí)體建模相對(duì)于地形模型的建立要更為復(fù)雜，我們通過2種方法來對(duì)礦體進(jìn)行建模。第一種是通過對(duì)已有的CAD平、剖面圖數(shù)據(jù)進(jìn)行整理簡(jiǎn)化，保留所需數(shù)據(jù)后導(dǎo)入到Dmine系統(tǒng)，根據(jù)平、剖面圖所表述的礦體空間形態(tài)及走向展布，通過軟件的連線框-基于輪廓線三維重建功能建立礦體模型。這種建模的優(yōu)勢(shì)在于建模速度快，方法簡(jiǎn)單，但存在著建模后數(shù)據(jù)單一，估值結(jié)果不精確等弊端，只可用作精度要求不高的臨時(shí)示意性礦體的建模工作。第二種是通過已建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)資料，以各條勘探線剖面輪廓形態(tài)，按地質(zhì)推論規(guī)律形成礦體基本輪廓，通過線框模型構(gòu)建法建立礦體模型。模型建立后從圖2能直觀的反映出礦體的空間分布狀態(tài)，見圖2。

圖1 礦區(qū)地表模型(等軸側(cè)視圖)Fig.1 Surface model of mine area (isometric side view)

圖2 礦體模型Fig.2 Ore body model

3 采準(zhǔn)切割工程設(shè)計(jì)

3.1 劃定礦塊

確定礦塊回采條件確定礦塊的范圍，根據(jù)已建立的礦體模型，利用實(shí)體分割功能，分別在平面和剖面根據(jù)所需要求切割，就可以劃定準(zhǔn)備進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)的礦塊模型，見圖3。在使用此功能進(jìn)行礦塊切割時(shí)注意：①切割面?zhèn)€數(shù)必須是奇數(shù)；②選擇剪切封口。

3.2 采準(zhǔn)切割工程設(shè)計(jì)

采準(zhǔn)切割工程設(shè)計(jì)其實(shí)是對(duì)所有采切工程巷道進(jìn)行建模的一個(gè)過程，該礦體設(shè)計(jì)采礦方法為分段崩落采礦法為主、淺孔留礦采礦法為輔的聯(lián)合開采方法，工程主要包括出礦進(jìn)路、裝礦運(yùn)輸巷道、鑿巖巷道、廢石溜井、人行天井、材料天井、切割天井、切割槽等。只需先建立巷道中心線，確定巷道斷面及規(guī)格尺寸通過井巷工程功能即可完成。本文所示礦體采切工程見圖4。

圖3 回采礦塊模型(俯視圖)Fig.3 Back mining block model (top view)

1.601穿脈；2.602穿脈；3.603穿脈；4.604穿脈；5.605穿脈；6.1#裝礦道；7.2#裝礦道；8.3#裝礦道；9.1分層鑿巖道；10.2分層鑿巖道；11.3分層鑿巖道；12.4分層鑿巖道；13.1分層切割井；14.2分層切割井；15.3分層切割井；16.4分層切割井；17.1分層聯(lián)道；18.2分層聯(lián)道；19.3分層聯(lián)道；20.4分層聯(lián)道；21.1#材料井；22.1#人行井；23.2#材料井；24.2#人行井；25.下渣井

圖4 采切工程模型(等軸側(cè)視圖)
Fig.4 Mining engineering model (isometric side view)

4 爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)是地下采礦設(shè)計(jì)的重要組成部分，直接關(guān)系到礦石回采率和貧損率的高低。根據(jù)前期工作建立的礦塊模型和采切工程模型，就可以進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)了。

4.1 生成爆破邊界、設(shè)置爆破參數(shù)

根據(jù)采用的采礦方法特點(diǎn)，以各分層鑿巖巷道中心線為法線，左右9 m為爆破控制邊界，每層鑿巖道控制層高10 m，通過實(shí)體分割獲取礦塊，賦予礦塊屬性為采場(chǎng)，根據(jù)巷道中心線利用基于已有線創(chuàng)建工作面，確定炮孔排距2 m創(chuàng)建工作面，點(diǎn)擊爆破邊界命令由工作面切割生成爆破邊界。

切巷的爆破參數(shù)設(shè)置有：炮孔參數(shù)：孔底距3 m；孔底距容差0.2 m(孔底距容差指孔底距允許偏差的范圍)；最小孔口距0.5 m；邊界容差-0.5 m(邊界容差指炮孔實(shí)際長(zhǎng)度與爆破邊界允許偏差范圍，負(fù)值為炮孔在爆破邊界內(nèi))。鉆機(jī)參數(shù)：機(jī)身高度1.5 m；鉆機(jī)支高0.2 m(鉆機(jī)支高指鉆機(jī)下部墊起高度)；鉆機(jī)最大高度1.8 m；鉆孔直徑80 mm；最大孔深15 m。炮孔參數(shù)：炮孔角度：左側(cè)角度20°、右側(cè)角度15°；采場(chǎng)邊界點(diǎn)為最遠(yuǎn)點(diǎn)；炮孔方向向上。

4.2 生成炮孔文件

點(diǎn)擊扇形孔命令軟件根據(jù)以設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)生成炮孔，如果出現(xiàn)生成的炮孔不滿足設(shè)計(jì)要求的情況，我們可以通過編輯炮孔功能對(duì)不符合要求炮孔進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時(shí)軟件會(huì)對(duì)調(diào)整炮孔參數(shù)進(jìn)行顯示，以免調(diào)整炮孔超出容差范圍，若存在超出容差范圍炮孔時(shí)，命令窗口會(huì)進(jìn)行提示。炮孔調(diào)整完成后對(duì)炮孔進(jìn)行編號(hào)，方便后期施工中進(jìn)行管理。

4.3 裝藥量設(shè)計(jì)

在各排炮孔設(shè)計(jì)完成后，通過自動(dòng)裝藥功能設(shè)置炮孔裝藥量。裝藥參數(shù)設(shè)置，充填長(zhǎng)度3～5m；炸藥比重參照礦山所使用的2#巖石乳化炸藥取1.1。裝藥完成后視窗右側(cè)顯示每個(gè)炮孔長(zhǎng)度、充填長(zhǎng)度，通過觀察可對(duì)不符合要求炮孔進(jìn)行裝藥長(zhǎng)度的調(diào)整，見圖5。

圖5 生成單排炮孔示意圖Fig.5 Schematic diagram of a single row of blastholes

4.4 生成爆破作業(yè)卡

設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文檔是設(shè)計(jì)成果的體現(xiàn)，主要用于指導(dǎo)工程施工。設(shè)計(jì)完成后，把設(shè)計(jì)好的各個(gè)爆破斷面炮孔數(shù)據(jù)及裝藥量輸出為CAD形式的二維施工卡片，見圖6，這樣在施工過程中作業(yè)人員就能方便地根據(jù)施工卡片上的信息來控制工程施工。

圖6 炮孔施工卡片F(xiàn)ig.6 Blasthole construction card

設(shè)計(jì)完成后，通過爆破實(shí)體，見圖7，對(duì)爆破量和爆破所得礦石量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，得出相關(guān)數(shù)值，見表1。

圖7 爆破實(shí)體(等軸側(cè)視圖)Fig.7 Blasting entity (isometric side view)

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表Tab.1 Technical and economic indicators

注：爆破經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

5 結(jié) 語

爆破設(shè)計(jì)是采礦設(shè)計(jì)的重要組成部分，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作工程計(jì)算和繪圖的工作量大、成果輸出表述不直觀，借助DIMINE三維數(shù)字化礦山軟件，不僅提高了設(shè)計(jì)者的工作效率和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，同時(shí)更準(zhǔn)確和直觀的為施工組織人員提供施工憑據(jù)，能夠有效的提高礦山生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。礦山三維化和數(shù)字化應(yīng)成為礦山可持續(xù)發(fā)展的方向。