孔令賢，代紹波，高 偉

（黑龍江紫金龍興礦業(yè)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

礦業(yè)工程軟件建立的三維模型能夠清晰準確地表述各類地質現象，快速直觀了解地質構造、分布位置及相關影響，為礦山發(fā)展和資源合理開發(fā)提供參考依據。相關學者對礦業(yè)工程軟件在礦山應用進行了深入研究，王月軍等3DMine軟件在司家營鐵礦的應用，建立了地質數據庫，構建了地表模型、實體模型及塊體模型，并廣泛應用于編制生產計劃、爆破設計、供配礦管理及采剝量核算等工作，實現礦山精確發(fā)展［1］；彭壽星3DMine軟件在尖山鐵礦地采穿孔爆破設計中的應用，通過3DMine軟件詳細闡述軟件在礦山生產中高效應用［2］；文柏茂3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設計中的應用，實現了礦山三維模型的可視化中深孔爆破設計，為礦山的采礦設計、生產及管理等提供初步指導［3］。紫金礦業(yè)境外權屬企業(yè)在此基礎上深化研究，詳細分析Surpac和中望CAD等軟件在礦山三維地質建模、中深孔爆破設計、生產動態(tài)管理等方面應用成果，為礦山發(fā)展提供參考。

1 工程概況

龍興采用空場采礦法和無底柱分段崩落采礦法，分層從＋80到-200，分層分批次回采礦石。礦體穿脈間距為15 m左右，礦體大小不一，穿脈間距隨礦體有所變化。在分層適合位置布置切割井，設立切割槽；以切割槽為自由面后退回采，每次爆破1～2排炮孔。采用Atlas Simba 1354采礦鑿巖臺車施工上向扇形孔，孔徑為76 mm。龍興公司前期采用中望CAD軟件進行采準設計、中深孔爆破設計，在二維平面分析爆破情況、采空區(qū)狀況等。無法立體展現礦山生產全流程，給生產帶來諸多不便。

根據龍興采礦方法、地質構造、中深孔爆破試驗研究確定中深孔孔網參數，結合Surpac和中望CAD等多種軟件進行三維模型構造、中深孔設計、爆破設計等，優(yōu)化孔網參數，把握現場安全，提高生產和爆破效率，為公司高效發(fā)展提供蓬勃動力。

＋80采場位于分層采場最上部，距離地表約85 m，開采位于1 699～1 735 m標高之間的礦體。＋80礦體下盤圍巖為碳黑色黃鐵礦化含碳玄武巖凝灰?guī)r，不穩(wěn)固；由于裂隙發(fā)育，巖石不穩(wěn)固礦石類型為塊狀硫化物型多金屬礦石。

2 三維模型構建

2.1 地表建模

地表模型由若干地形線和地表散點生成。采用中望CAD軟件繪制地形圖，保留采區(qū)地形線、首曲線和計曲線圖層，保留高程點，其余部分刪除。導入Surpac軟件后，查看導入數據是否正常，如不正常，參照周邊點及CAD內高程，使用編輯-點-屬性功能調整不合適的點坐標；坡頂和坡底匹配對應的高程點，使用DTM工具-由當前層創(chuàng)建DTM功能創(chuàng)建。

2.2 礦體模型建立

龍興礦體結構復雜多變，相鄰兩勘探線上礦石品位不一，需要多組勘探線對礦體進行控制，結合地表孔數據，15 m間距一組勘探線鉆探。鉆探礦石化驗后編入巖性表、品位表、定位表、測斜表，將數據導入Surpac軟件。通過對鉆孔進行平推、肩推，編輯三角網，DTM面，優(yōu)化驗證生成礦體模型。龍興＋80礦體模型如圖1所示。

圖1 龍興＋80礦體模型示意圖

2.3 塊體模型建立

在Surpac打開礦體模型，新建塊體模型，系統(tǒng)自動匹配礦體的坐標參數，提高塊體報量準確性，龍興塊體尺寸定為2 m×2 m×1 m，次塊尺寸1 m×1 m×0.5 m，主要屬性有礦巖屬性、體積、Zn、Pb、Cu、Au、Ag礦體及密度等。

2.4 采準設計

將礦體模型導入Surpac軟件，切割橫、縱剖面，確定分層高度、穿脈數量、切割槽位置，退采方向、鏟裝點、車輛運輸方向、通風系統(tǒng)等。根據鏟裝設備確定巷道大小為4 m寬、4 m高，1／4三心拱設計。

2.5 地采巷道模型建立

地質測量人員進行巷道實測，標注巷道大小，底板頂板高程。將實測巷道底板邊界線導入Surpac軟件，在實體建模中創(chuàng)建三角網，編輯三角網；驗證優(yōu)化根據設計斷面大小建立巷道實體模型。龍興＋80分層巷道三維實體模型如圖2所示。

圖2 龍興＋80巷道實測模型示意圖

3 Surpac中深孔爆破設計

3.1 爆破參數確認

龍興中深孔采用Atlas Simba 1354采礦鑿巖臺車施工，孔徑76 mm。結合地質情況、其他分層爆破后參數，確定孔網參數方案一、方案二見表1。

表1 孔網參數 m

3.2 建立數據庫

中深孔鉆機Atlas Simba 1354錄入參數，包括鉆機極軸點高度（機芯高度）、傾斜慣例和限制（扇形面前后角度）、應用旋轉限制（扇形面左右角度）、鉆頭直徑、鉆桿長度等。

礦石和主巖（圍巖）參數錄入，礦石名稱多金屬礦、圍巖名稱凝灰?guī)r、礦石密度3.6 g／cm3、地震P波速度3 184 m／s、地震S波速度1 900 m／s、巖石靜態(tài)拉伸強度8.6 MP等。

ACP-1炸藥參數錄入，包括炸藥名稱、密度0.85 g／cm3、比重1.176 g／cm3、溶于水、散裝炸藥、需要起爆藥包等。

起爆藥包硝銨炸藥參數錄入，爆破裝藥名稱AMOMONIUM NITRATE、直徑32 mm、長度200 mm、密度1 g／cm3、重量0.2 kg等。

起爆雷管參數錄入，包括雷管名稱、非電延遲、延遲間隔時間25 ms、雷管腳線長度21 m等。

3.3 導入模型

Surpac線框文件分為巷道工程、采場邊界、礦體模型三種，按照類型分別導入實體，再導入多段線＋80／T1巷道中心線，如圖3所示。

圖3 實體模型示意圖

3.4 方案一中深孔設計

將巷道工程設置為采空區(qū)，隱藏采場邊界和礦體。選擇創(chuàng)建新扇形孔集合中的扇形孔集合，選擇對應的采場限制為＋80／T1采準邊界與參考線＋80／T1巷道中心線，選擇上向孔。

布置參數界面輸入孔直徑為76 mm、最大掃描角-50°、最小掃描角50°、最大掃孔長25 m、最小掃孔長3 m、起始傾角90°、結束傾角90°、扇面間距2 m、孔間距2.5 m、首扇面偏2 m、礦石接觸偏移-0.5 m等參數。

裝藥參數界面選擇數據庫內炸藥、起爆、雷管類型；采用耦合裝藥、輸入填塞距1 m、球體半徑1 m、最小孔口長度3 m、在孔底布置起爆點等。

Surpac軟件在創(chuàng)建新扇形孔集合中輸入參數時，系統(tǒng)生成方案一的中深孔設計。

中深孔設計自動生成后，還可以利用軟件編輯功能，直接修改參數。

3.5 塊模型功能

在Surpac軟件中導入塊體模型，在扇形孔評估中選擇扇面R4，系統(tǒng)自動生成R4等值面，密度填入3.6 t／m3，在塊體中選擇要的參數比如sg、cs-pb、cs-zn等，結果出現R4排炮孔個數、炮孔長度、體積、重量、金屬品位等，為生產發(fā)展提供數據化指導。

3.6 方案一爆破設計

在創(chuàng)建爆破設計窗口新建一個爆破，以方案一為例，更改爆破名稱，在爆破序列中選擇順序中間孔為第一個孔，優(yōu)先爆破、每次延遲孔數為3個、無藥段順序孔底到孔口在爆破間隔更改時序參數等。

選擇R1-R5排創(chuàng)建爆破設計。選擇等值面，可以清晰顯示孔布局視圖爆破輪廓線、長剖面圖爆破輪廓、3D視圖實體爆破模型，清晰表達爆破效果。

選擇Dilution，選擇1 m分辨率，系統(tǒng)根據等值面自動分析爆破方量、礦石方量、廢石方量，貧化率等。在添加到項目中，可將爆破影響下排孔具體位置，在等值面中標出，判斷中深孔參數是否合理。

方案一R1-R5排中深孔米數、爆破礦石量、炸藥單耗等見表2。

表2 方案一R1-R5排爆破參數

3.7 方案二中深孔設計

如方案一步驟，填寫方案二參數值，布置扇面間距2.5 m、孔間距2.6 m、首扇面偏2.5 m、礦石接觸偏移-2 m。系統(tǒng)自動生成方案二中深孔設計。

3.8 方案二爆破設計

如方案一步驟進行爆破設計，爆破方案二R1-R4排。方案二R1-R4排中深孔米數、爆破礦石量、炸藥單耗等見表3。

表3 方案二R1-R4排爆破參數

3.9 爆破對比

R1孔布局如圖4所示，爆破后方案一R1爆破輪廓線明顯比方案二爆破輪廓線大，爆破后廢石更多，貧化率高，對其他采區(qū)破壞性大。

圖4 R1孔布局圖示意圖

炮孔排面剖面示意圖如圖5所示，方案一R1排爆破輪廓線直接覆蓋R2排面線，容易出現炮孔破壞、炮孔錯位、眉線破壞等現象；方案二R1爆破輪廓線離R2排面線有一定距離。

圖5 炮孔排面剖面示意圖

3.10 導出與報告

完成中深孔設計，選擇界面的‘采場’，右鍵選擇導出，所有孔導出，包含坐標，排號、孔號等信息。

完成中深孔設計，在創(chuàng)建扇形孔集合-采場-報告，點擊新建報告模板，選擇扇面頁-扇面視圖、扇面表、扇面屬性等，保存為中深孔報告。

采場爆破等值面，形成爆破實體，設置為空區(qū)，設計其他采場中深孔時，系統(tǒng)控制鉆孔深度，炮孔不會穿透到其他采場。

Surpac軟件建立好數據庫，確定導出模板，方案一參數調整為方案二參數，系統(tǒng)可以自動生產新的中深孔設計和爆破設計，導出報告5 min完成設計。

采用Surpac軟件中深孔設計和爆破設計，方案一參數調整為方案二參數，需重新畫排位線，創(chuàng)建爆破爆破單元，切割剖面。每排炮孔重新確定機芯、鉆機位置，采準邊界，編輯炮孔，創(chuàng)建炮孔邊界，計算爆破量，導出爆破數據。重復每排炮孔的上述操作，生成實體，平面成圖，導出中望CAD，需要2 h以上。

3.11 現場工業(yè)試驗

Surpac軟件數據庫輸入龍興地質、鉆機、雷管、炸藥等參數，分別采用方案一、方案二在-120／1-3采場進行工業(yè)試驗。方案二進爆破后眉線正常、頂板、邊幫、眉線、鉆孔完好。方案二礦石貧化降低42.86%，炸藥單耗降低28.43%，炸藥成本減少30.77%，鉆孔時間減少32.90%。

4 結 語

1.Surpac軟件在中深孔爆破設計人機交互界面良好，可視化程度高；數據庫管理讓礦山發(fā)展模塊化；自動生產中深設計，工作效率提高10倍；模擬爆破，直接分析孔網參數是否合理。

2.采用方案二孔網參數，貧化降低42.86%，炸藥單耗降低28.43%，炸藥成本減少30.77%，鉆孔時間減少32.90%，對類似礦山具有指導意義。