地下金属矿山三维可视化采矿设计研究张勇

地下金属矿山三维可视化采矿设计研究张勇

张勇

山东省烟台莱州市三山岛金矿山东莱州261400

摘要：在三维可视化采矿设计中要完成的主要工作是进行矿块或者盘区划分、建立采切工程模型(包括采准巷道、出矿进路、漏斗和切割槽等工程模型)、进行爆破设计、计算采矿工程量和爆破量等。

关键词：金属矿山；三维可视化；采矿设计

1矿山井下开采三维建模及可视化技术的介绍

现代信息技术的发展，推动了采矿业的发展。矿山井下开采三维建模及可视化技术克服了传统CAD二维平面的缺点，三维建模是利用计算机技术，生成人机交互式的三维实体模型，该实体模型等同于真实矿山的内部缩小版，透过实体模型可以观察到矿山内部的采准，切割工程的布置方式和顺序，同时观察矿山内部结构，设计剖切面，并可以进行实验性切割，生成剖面图，选择合适的切点，这样可以减小施工过程中的误差，提高施工效率。另外，根据三维建模的数据还可以计算出采切的工程量，采切比以及矿石量，通过三维模型进行模拟采矿演练，可以减少在实际操作中的失误，降低危险。最后，通过软件可以直接输出施工图，爆破点位图等在采矿过程需要的图纸，为以后施工提供资料依据。

2地下金属矿山三维可视化采矿设计

2.1工程概况

以某矿山为例,位于某省境内，矿区含有丰富的铁、铜、金、银等多种元素，形成了较大的可采矿床。矿体产状走向为东西向至近东西向，倾向为南至南西，倾角20°～30°。I号铁铜矿带自上而下分为7个矿体，在垂直方向上铁、铜矿体呈互层产出，相间排列;在水平方向上主要矿体I3、I2连续分布，呈层状、似层状产出，其他次要矿体断续分布，似层状产出。矿体赋存标高为+450～+650m。一期回采标高为+550～+640m，分为+535、+550、+575、+600m4个中段，回采主要采用有底部结构(漏斗)的空场嗣后充填采矿法。

2.2三维可视化采矿方法模型的建立

2.2.1采矿方法设计准备工作

采矿方法设计准备工作非常重要，前期准备工作做到位，才能保证后期实施工作的有序进行。采矿方法设计的准备工作繁杂多样，是进行单体采矿的基础，首先要建立三维实体模型，主要是4个方面的模型、矿体、地表、开拓系统以及储量系统。这些实体模型可以用于采矿的演练，根据矿体选择合适的采矿方法，确定出所选方法的参数，确定这些参数是关键，包括采准和切割工程的规模尺寸合适，爆破点的位置，矿房矿柱的尺寸，并应用这些尺寸在实体模型中演练，确保尺寸合适，再应用于实际操作中。

2.2.2矿块的划分

矿块的划分是确定开采的准确位置，根据矿体矿层的分布，将矿体分出不同的块层。首先要确定矿山的开采顺序，开采参数，然后利用三维建模软件将三维实体模型分割成不同的块层。在分割出的块层中选择出需要开采的块层，并设计出开采方式，这时可以进行阶段矿体的切割，将所选块层进行进一步的分割，分割出含有矿石的块层，进行进一步的提炼加工得到金属。在矿块划分过程中，主要的过程是通过建模软件划分出含有金属矿石的矿块，找到合适的爆破和切割点，免除在实际操作过程中不必要的损耗。

2.2.3采准工程实体建模

采准工程实体建模，主要有两种方法：分段空场法和留矿采矿法。本文中采准工程实体建模采用的是分段凿岩阶段空场法，属于分段空场法的一种，此种方法更加安全，运输矿石都是采用专门的巷道，采矿效率高，但是成本相对较高。分段凿岩阶段空场法在采准工程中主要有运输巷道、人行天井、电靶道、凿岩过程中的巷道和溜井等。其中最重要的就是巷道的建立，它是这个方法的最重要的部分，也是保证工程安全的部分，目前巷道的建模主要有两种方法，即中线加断面方法与延伸断面生成实体法。

2.2.4采切工程可视化设计

采切工程设计需要利用建立好的盘区划分模型、相邻工程模型、断层模型以及开拓运输系统和具体采矿方法规范要求。首先选择采切设计的位置，然后在三维可视化环境中布置设计，绘制出巷道的中心线，采切设计模型的建立利用设计巷道中心线和断面参数通过巷道建模方法实现。采切模型中需要建立的模型主要包括底部结构模型、凿岩巷道模型、切割天井模型、天溜井模型等。

2.2.5爆破可视化设计

爆破设计是采矿可视化设计中的重要内容，爆破可视化设计首先要建立采准工程模型。以分段空场嗣后充填采矿方法为例，首先进行中深孔爆破设计，形成采准工程后进行切割槽爆破设计，完成切割工作后进行较大规模的采场爆破设计。

(1)切割槽中深孔设计

以600-40-I盘区中的一个采场为例，

a.确定爆破参数。孔径为40mm，孔底距为0.8m，堵填长度为1～1.5m，根据凿岩断面调节起始角度，炮孔排距为0.8m，凿岩天井第1排距离为1.0m，放射中心位置为凿岩巷道中心。

b.按照炮孔排距，通过竖直面对凿岩巷道模型、切割槽范围矿体模型和采准巷道进行剖切，得到多个爆破断面，然后进行爆破设计。

c.按照炮孔排距沿底板中心线对扇形炮孔进行复制，然后可以根据需要对各爆破断面依据不同的爆破边界进行调整，提高爆破范围的准确度，改善爆破效果。

(2)矿房中深孔设计

矿房中深孔设计在切割槽爆破设计之后进行，利用三维模型进行可视化矿房中深孔爆破设计，使相关采准切割工程的空间关系更直观。

a.确定爆破参数。孔径为40mm，孔底距为1.8m，堵填长度为1～1.5m，根据凿岩断面调节起始角度，按照5°～85°进行设计，炮孔排距为1.0m，凿岩天井第1排距离为1.2m，放射中心位置为凿岩巷道中心。

b.按照炮孔排距，对采准设计中建立的凿岩巷道模型和爆破范围矿房模型进行剖切，得到多个矿房中深孔爆破断面，进行单个扇形断面的爆破设计。

c.完成另外2条凿岩巷道的爆破断面设计，然后按排距复制炮孔。

(3)爆破工程量计算

计算爆破工程量首先要利用爆破边界建立爆破模型。通过爆破模型和矿体块段模型计算爆破工程量、平均品位和金属量等。块段模型在矿体建模过程中完成，即将矿体在三维空间内划分为多个基本单元块，然后对每个单元块的品位等属性进行估算，从而反映矿体内部属性变化，用于矿体资源储量的计算。

爆破模型建立的数据有矿房中深孔设计中的爆破边界、炮孔位置和爆破径向长度。

利用块段模型进行完整矿房爆破模型的建立，对爆破量进行统计，得到各排炮孔的爆破工程量、品位和金属量等。

结论

通过对实际矿体进行三维可视化分析研究，可以发现三维实体更具真实性，通过三维可视化采矿，使施工技术人员可以更加清晰地了解采矿过程，更有利于采矿施工，避免了不必要的损失，提高采矿效率，从而为矿山实现数字化建设的目标奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]张明.地下金属矿山三维可视化采矿设计研究[J].中国新技术新产品，2018(9).

[2]荆永滨，孙光中，毕林.地下金属矿山三维可视化采矿设计研究[J].金属矿山，2017(4).

[3]向昶吉.三维可视化技术在地矿工程中应用研究[J].世界有色金属，2018(3).