劉興學(xué)

（新疆能源（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 哈密分公司，新疆 哈密 839000）

3DMine 礦業(yè)軟件是一套服務(wù)于地質(zhì)、測(cè)量、采礦等技術(shù)應(yīng)用的三維礦業(yè)軟件。3DMine 礦業(yè)軟件已廣泛應(yīng)用于金屬、非金屬、核工業(yè)、煤炭、建材等固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質(zhì)模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代資源量估算、露天及地下采礦設(shè)計(jì)和礦山三維可視化管理等多方面。軟件采用三維引擎技術(shù)，按照組件開(kāi)發(fā)思路，采用全新的軟件構(gòu)架組成的三維軟件平臺(tái)。集成了三維可視化、編輯工具、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地質(zhì)建模[1]、測(cè)量數(shù)據(jù)、資源量估算、采礦設(shè)計(jì)、境界優(yōu)化、炮孔設(shè)計(jì)、進(jìn)度計(jì)劃、打印制圖等功能模塊。應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)量[2]、采礦、生產(chǎn)控制及資源管理等專業(yè)，為礦業(yè)行業(yè)提供了全方位的專業(yè)軟件工具。

1 工程概況

石頭梅露天煤礦一期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模5.0 Mt/a。剝離采用單斗－卡車開(kāi)采工藝[3]。新近系及表土層不需爆破，新近系以下巖石需松動(dòng)爆破后采裝，煤系地層以上剝離臺(tái)階水平分層，標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階高度10 m。表土層不需爆破的巖層單獨(dú)劃分臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)采，表土層以下巖石臺(tái)階經(jīng)松動(dòng)爆破后采裝。采裝設(shè)備選用斗容8.0 m3液壓挖掘機(jī)，運(yùn)輸設(shè)備選用載重91 t自卸卡車。采掘帶寬度為20 m，挖掘機(jī)端工作面作業(yè)水平裝車。采煤工藝為單斗－卡車＋半移動(dòng)破碎站半連續(xù)工藝，采出的煤由自卸卡車運(yùn)至地面半移動(dòng)破碎站，破碎后的煤由帶式輸送機(jī)運(yùn)往二次破碎及后續(xù)系統(tǒng)。煤層臺(tái)階劃分方式采用水平分層，標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階高度10 m。采用從煤層頂板向底板推進(jìn)的采煤方式。

2 爆破工程驗(yàn)收

石頭梅露天煤礦由2 家爆破單位進(jìn)行爆破作業(yè)，每月進(jìn)行1 次爆破工程驗(yàn)收計(jì)量及結(jié)算。由于剝采工程是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)工程，工程推進(jìn)速度快，對(duì)各爆破區(qū)采裝后要及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)量，需要投入大量的人力。采場(chǎng)剝采作業(yè)環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)爆破區(qū)采裝后的驗(yàn)收測(cè)量，在月度爆破作業(yè)時(shí)，爆破工程會(huì)存在上下相鄰水平的作業(yè)區(qū)重疊的現(xiàn)象，基于對(duì)3DMine 礦業(yè)軟件“按臺(tái)階分類匯報(bào)”功能的研究，通過(guò)論證“按臺(tái)階分類匯報(bào)”中的“臺(tái)階”可以根據(jù)工程實(shí)際施工臺(tái)階高度設(shè)置，適用于露天煤礦爆破工程分水平計(jì)量。同一平盤(pán)由2 家爆破單位交替作業(yè)，通過(guò)對(duì)“三角網(wǎng)法”算量原理及方法分析研究，解決了2 家爆破單位在同一平盤(pán)多區(qū)域作業(yè)時(shí)，分區(qū)計(jì)量難的問(wèn)題。石頭梅露天煤礦特殊位置爆破工程計(jì)量方法：①地表層爆破量計(jì)算，采用“三角網(wǎng)法”從地表爆破布孔基準(zhǔn)面算至設(shè)計(jì)水平[4]；②煤層頂板巖石爆破量計(jì)算，采用“三角網(wǎng)法”從設(shè)計(jì)水平算至煤層頂板面；③標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階爆破量計(jì)算，采用“爆破布孔區(qū)域平面面積“乘以”設(shè)計(jì)臺(tái)階高度”。

若上下平盤(pán)屬于同一爆破單位作業(yè)，上部平盤(pán)爆破區(qū)采裝后出現(xiàn)的拉底，采用破碎錘處理或在下平盤(pán)爆破作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行處理。若上下平盤(pán)分別為2 家爆破單位作業(yè)，上部平盤(pán)爆破區(qū)采裝后出現(xiàn)的拉底，爆破單位可采用2 種處理方式：①由上部平盤(pán)爆破單位采用破碎錘處理；②下部平盤(pán)爆破單位在下部平盤(pán)爆破作業(yè)時(shí)進(jìn)行處理，同時(shí)拉底量計(jì)入下部平盤(pán)爆破作業(yè)單位。

經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦爆破工程驗(yàn)收中應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦多家爆破單位在相鄰上下水平重疊作業(yè)時(shí)，分水平計(jì)量。多家爆破單位在同一平盤(pán)多區(qū)域作業(yè)時(shí)，分區(qū)計(jì)量，計(jì)算爆破工程量速度快、精度高。

3 剝采工程驗(yàn)收

3.1 剝采工程驗(yàn)收的特點(diǎn)

1）延續(xù)計(jì)量。露天煤礦剝采工程是一項(xiàng)持續(xù)動(dòng)態(tài)作業(yè)的工程，一般在剝采施工期間，每月進(jìn)行1 次爆破和剝采工程量驗(yàn)收計(jì)量及費(fèi)用結(jié)算，每次計(jì)量是以上月剝采工程驗(yàn)收面算至本月剝采工程驗(yàn)收面所產(chǎn)生的工程量[5]，以此類推。

2）分類計(jì)量。煤礦巖體主要是沉積巖，層理明顯，各層強(qiáng)度不同，軟硬巖層相間。一般情況下地表層巖石強(qiáng)度較低，深部巖石強(qiáng)度相對(duì)較高。由于巖石硬度的不同，地表層強(qiáng)度較低的巖石，軟巖無(wú)需松動(dòng)爆破，挖掘機(jī)可直接采裝。深部巖層強(qiáng)度較高，硬巖層只能在松動(dòng)爆破后，挖掘機(jī)才能進(jìn)行采裝。不同硬度的地層開(kāi)采難易程度不同，開(kāi)采投資成本不同。石頭梅露天煤礦開(kāi)采煤層與巖層的難易程度不同，土石方剝離和采煤的合同單價(jià)不同[6]，在剝采工程量計(jì)算時(shí)，采煤量與土石方剝離量分類計(jì)量。土石方剝離工程的表土、非爆破巖石和爆破巖石合同單價(jià)不同。在土石方剝離工程計(jì)算時(shí)，結(jié)合采場(chǎng)現(xiàn)狀，把表土、非爆破巖石量與爆破巖石量分類計(jì)量。

3.2 工程量計(jì)算方法

3DMine 礦業(yè)軟件根據(jù)計(jì)算原理的不同，DTM 表面填挖方體積計(jì)算分為3 種方法：三角網(wǎng)法、網(wǎng)格法和斷面法。三角網(wǎng)法的原理是將上表面三角網(wǎng)投影到下表面，形成新的結(jié)點(diǎn)，新結(jié)點(diǎn)連接成的三角網(wǎng)向上延伸成為三棱柱，將三棱柱作為計(jì)算單元[7]，累加算出總體積；三角網(wǎng)法可實(shí)現(xiàn)1 次進(jìn)行多個(gè)區(qū)域同時(shí)計(jì)算，每個(gè)區(qū)域可分水平計(jì)量，同時(shí)可生成各區(qū)域填挖方部分的實(shí)體模型。網(wǎng)格法的原理是在填挖方的空間里填充柱狀塊體，累加算出總體積。斷面法的原理是在填挖方位置切割若干斷面，根據(jù)圓錐體積公式，計(jì)算每個(gè)斷面的填挖方面積乘以斷面間距得出體積。通過(guò)對(duì)3DMine 礦業(yè)軟件功能研究，結(jié)合石頭梅露天煤礦爆破、剝采工程現(xiàn)狀和施工合同的要求，將以上3 種方法進(jìn)行對(duì)比，最終選擇“三角網(wǎng)法”[8]計(jì)算工程量。

3.3 剝采工程計(jì)算

石頭梅露天煤礦生產(chǎn)時(shí)，每月進(jìn)行1 次剝采工程驗(yàn)收計(jì)量及結(jié)算。剝采工程施工時(shí)，會(huì)存在同一水平投影區(qū)域內(nèi)既有土石方剝離量又有采煤量。煤礦為了更好地掌握剝采工程施工進(jìn)度，月度剝采工程量計(jì)算時(shí)，需按照設(shè)計(jì)剝采臺(tái)階高度分水平計(jì)量，剝采工程分水平計(jì)量與爆破工程分水平計(jì)量原理相同。在“三角網(wǎng)法”計(jì)算月度剝離工程量時(shí)，以上月剝離驗(yàn)收工作面為剝離前基準(zhǔn)面，以本月剝離驗(yàn)收面與本月露煤頂板面形成的組合面為剝離后基準(zhǔn)面，利用剝離前基準(zhǔn)面與剝離后基準(zhǔn)面計(jì)算月度剝離量并自動(dòng)生成工程量表。在月度采煤量計(jì)算時(shí)，以上月采煤驗(yàn)收工作面與本月露煤頂板面形成的組合面為采煤前基準(zhǔn)面，以本月采煤驗(yàn)收面為采煤后基準(zhǔn)面，利用采煤前基準(zhǔn)面與采煤后基準(zhǔn)面計(jì)算月度采煤量并自動(dòng)生成工程量表[9]。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程量計(jì)算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦剝采工程計(jì)量，且計(jì)算速度快、精度高。

3.4 剝采工程運(yùn)距計(jì)算

石頭梅露天煤礦排土場(chǎng)在采場(chǎng)南側(cè)，剝離采用單斗－卡車開(kāi)采工藝，采煤采用單斗－卡車＋半移動(dòng)破碎站半連續(xù)開(kāi)采工藝，剝采工程采用分層采裝工藝[10]。土石方剝離和采煤在不同采裝區(qū)與卸車區(qū)的運(yùn)輸距離不同，不同運(yùn)輸距離的運(yùn)輸成本不同，運(yùn)輸單價(jià)不相同?？ㄜ囘\(yùn)輸距離越遠(yuǎn)，耗費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)，燃油量越高，運(yùn)輸成本隨運(yùn)輸距離的增加而增大。剝采運(yùn)距以實(shí)際運(yùn)輸線路在3DMine 礦業(yè)軟件中的水平投影長(zhǎng)度為準(zhǔn)。采場(chǎng)剝離物拉運(yùn)至南外排土場(chǎng)排棄，有2 條剝離運(yùn)輸線路：第1 條采場(chǎng)上部水平的剝離物→采場(chǎng)移動(dòng)坑線→四號(hào)出入溝→運(yùn)輸干線3→排土入口2→排土場(chǎng)下部平盤(pán)排棄；第2 條采場(chǎng)下部水平剝離物→采場(chǎng)移動(dòng)坑線→二號(hào)出入溝→運(yùn)輸干線2→排土入口1→排土場(chǎng)上部平盤(pán)排棄。為能準(zhǔn)確地計(jì)算剝采運(yùn)距，通過(guò)對(duì)3DMine 礦業(yè)軟件功能的研究，利用“三角網(wǎng)法”計(jì)算剝離工程量時(shí)選擇“生成實(shí)體”，通過(guò)把計(jì)算剝離工程量生成的實(shí)體按水平“切分實(shí)體”后，采用“printsc”命令可快速準(zhǔn)確的計(jì)算出分水平實(shí)體質(zhì)心，通過(guò)計(jì)算論證“分水平實(shí)體質(zhì)心”＝“分水平剝采工程量實(shí)際重心”；排土工程量重心采用同樣的方法計(jì)算，解決了石頭梅露天煤礦在剝采運(yùn)距計(jì)算中，確定各水平裝車點(diǎn)和卸車點(diǎn)難的問(wèn)題。剝離運(yùn)距計(jì)算時(shí)，首先分別計(jì)算每條剝離運(yùn)輸線路的加權(quán)運(yùn)距，再通過(guò)2 條剝離運(yùn)輸線路的加權(quán)運(yùn)距計(jì)算出綜合加權(quán)平均運(yùn)距。采場(chǎng)原煤拉運(yùn)至破碎站和臨時(shí)煤場(chǎng)，原煤生產(chǎn)運(yùn)距與剝離運(yùn)距計(jì)算原理相同。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程運(yùn)距計(jì)算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦采用單斗－卡車開(kāi)采工藝，分水平采裝和排土作業(yè)時(shí)，卡車運(yùn)輸距離計(jì)算。

3.5 剝采工程提升高度計(jì)算

露天煤礦剝采工程采用單斗－卡車開(kāi)采工藝時(shí)，土石方剝離和采煤在不同采裝區(qū)與卸車區(qū)的提升高度不同，不同提升高度的單價(jià)也不相同?？ㄜ囘\(yùn)輸提升高度越高，耗費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)，燃油量越高，運(yùn)輸成本隨提升高度的增加而增大。石頭梅露天煤礦剝采工程采用分層采裝工藝，在月度土石方剝離提升高度計(jì)算時(shí)，通過(guò)采用3DMine 礦業(yè)軟件的“按臺(tái)階分類匯報(bào)”，按照石頭梅露天煤礦設(shè)計(jì)剝采排臺(tái)階高度，分水平計(jì)算各水平土石方剝離工程量和排土工程量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采裝工藝計(jì)算出各水平采裝基準(zhǔn)高程，剝離物卸車高程以各排土平盤(pán)設(shè)計(jì)高程為準(zhǔn)。采用土石方剝離各水平采裝基準(zhǔn)高程和剝離量計(jì)算出綜合加權(quán)平均采裝高程，采用土石方排棄各排土平盤(pán)設(shè)計(jì)高程和排土量計(jì)算出綜合加權(quán)平均卸車高程，綜合加權(quán)平均卸車高程減綜合加權(quán)平均采裝高程的差值為本月土石方剝離工程實(shí)際提升高度。在月度采煤提升高度計(jì)算時(shí)，按照設(shè)計(jì)分水平計(jì)算采煤工程量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采裝工藝計(jì)算出各水平采煤基準(zhǔn)高程，破碎站卸煤以礦卡卸料平臺(tái)高程為基準(zhǔn)，臨時(shí)煤場(chǎng)卸煤以實(shí)際卸車高程為基準(zhǔn)。采用各水平采煤基準(zhǔn)高程和采煤量計(jì)算出綜合加權(quán)平均采煤高程，根據(jù)破碎站和臨時(shí)煤場(chǎng)卸車高程和卸煤量計(jì)算出卸車綜合加權(quán)平均高程，卸車綜合加權(quán)平均高程減采煤綜合加權(quán)平均高程的差值為本月采煤工程實(shí)際提升高度。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程提升高度計(jì)算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦采用單斗－卡車開(kāi)采工藝，分水平采裝和排土作業(yè)時(shí)，卡車運(yùn)輸提升高度計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦爆破和剝采工程驗(yàn)收中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過(guò)對(duì)3DMine 礦業(yè)軟件功能的研究及應(yīng)用，證明軟件適用于采用單斗－卡車開(kāi)采工藝露天煤礦的剝采工程分水平計(jì)量、分水平采裝及排土作業(yè)時(shí)卡車運(yùn)輸運(yùn)距計(jì)算、分水平采裝及排土作業(yè)時(shí)卡車運(yùn)輸提升高度計(jì)算、多家爆破單位在相鄰上下水平重疊作業(yè)時(shí)分水平計(jì)量、多家爆破單位在同一平盤(pán)多區(qū)域作業(yè)時(shí)分區(qū)計(jì)量。3DMine 礦業(yè)軟件計(jì)算工程量的速度快、精度高。石頭梅露天煤礦通過(guò)應(yīng)用3DMine 礦業(yè)軟件提高了爆破和剝采工程驗(yàn)收的工作效率及質(zhì)量。