基于DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的淌塘銅礦六中段開采方法研究

馮興隆，吳東旭，李剡兵，汪德文，吳自勉，王 毅，林吉飛

（1.玉溪礦業(yè)有限公司，云南玉溪 653100；2.玉溪礦業(yè)礦山研究院，云南玉溪 653100；3.會東鑫聯(lián)礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川會東 615200；4.昆明冶金高等?？茖W(xué)校，云南昆明 650033）

·采 選·

基于DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的淌塘銅礦六中段開采方法研究

馮興隆1，2，吳東旭1，2，李剡兵3，汪德文1，2，吳自勉3，王 毅3，林吉飛4

（1.玉溪礦業(yè)有限公司，云南玉溪 653100；2.玉溪礦業(yè)礦山研究院，云南玉溪 653100；3.會東鑫聯(lián)礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川會東 615200；4.昆明冶金高等專科學(xué)校，云南昆明 650033）

淌塘銅礦于2006年8月建成投產(chǎn)，現(xiàn)已達到設(shè)計生產(chǎn)能力，礦山建有完善的開拓、運輸系統(tǒng)，六中段為礦山的持續(xù)接替中段。文章在礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查和建立三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的采礦設(shè)計功能，對六中段礦體可行的開采方案進行設(shè)計，通過對比分析后選擇最優(yōu)的開采方案，最后應(yīng)用建立的三維模型對六中段回采進行整體規(guī)劃。

淌塘銅礦；DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)；回采方案

礦山生產(chǎn)是一套極其復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及測量、地質(zhì)、采礦等多學(xué)科領(lǐng)域，實現(xiàn)資源的科學(xué)開采就必須要求各學(xué)科技術(shù)人員密切配合［1，2］。采用三維的可視化技術(shù)手段輔助對礦體的開采方法進行研究，能夠充分發(fā)揮其對空間各項信息解釋的全面性，利用其快速計算的功能，不但減少了工作量，而且保證了采礦方法的合理性［3～5］。

本文以DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)為平臺，在礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過對比選擇適合六中段礦體的采礦方法，運用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的采礦設(shè)計功能對六中段礦體進行開采方案設(shè)計，在此基礎(chǔ)上對六中段回采進行整體規(guī)劃。

1 礦山概況

淌塘銅礦于2006年8月建成投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為1 500 t／d，現(xiàn)已達到1 500 t／d生產(chǎn)能力。礦山銅礦石資源儲量427萬t，平均品位0.65%。礦體走向總體北10°東，傾向北東，陡傾，傾角在65°～85°之間，厚度在1～40 m之間變化。已控制礦體走向長620 m，傾向延伸300 m。淌塘銅礦擁有完整齊全的開拓、提升、運輸、通風(fēng)、供電、供水、供風(fēng)、排水系統(tǒng)和選礦生產(chǎn)系統(tǒng)，生活、輔助設(shè)施完備。淌塘銅礦共建有六個中段，四中段以上礦體開采已接近收尾，目前主要開采五中段（2 385 m水平），六中段（2 335 m水平）為持續(xù)接替中段［6］。

淌塘銅礦礦體開采全部使用淺孔留礦法，采礦方法布置如圖1所示，采場沿走向布置，采場高度50 m，長度50 m左右，采用YTP－26鑿巖機鑿巖，淺孔落礦，平底結(jié)構(gòu)進路式出礦，翻渣機裝礦［6］。在礦巖不穩(wěn)固的條件下，淺孔留礦法只適宜厚度為5 m以下的礦體開采，但隨著淌塘銅礦礦體延伸和下降礦體厚度逐漸變大，淺孔留礦法已不適宜，并且此種采礦方法生產(chǎn)能力較低，不能滿足礦山擴大產(chǎn)能的要求，需要選擇一種更適合的開采方法。

圖1 淺孔留礦法采場布置圖

2 三維地質(zhì)建模成果

對三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)進行分析，結(jié)合DIMINE軟件的功能已完成了淌塘銅礦三維地質(zhì)建模工作，建立了整個礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、塊段模型、地形模型、斷層模型、工程實體模型，并采用普通克里格法對塊段模型進行了估值。

建立的三維地質(zhì)模型復(fù)合圖形如圖2所示，從建立的三維地質(zhì)模型中可以完整地看出礦區(qū)的地理位置條件、礦體分布、現(xiàn)有工程布置等礦山要素，立體再現(xiàn)礦山開采技術(shù)條件，為進行礦床的資源開發(fā)利用提供可視化基礎(chǔ)條件。

圖2 淌塘銅礦三維地質(zhì)建模復(fù)合圖

3 基于三維礦業(yè)軟件的采礦方法選擇與設(shè)計

3.1 六中段礦體賦存條件

淌塘銅礦床賦存于前震旦系會理群淌塘組第二段第二層中亞層（Pt2t22－2）中部主含礦層中，與炭質(zhì)灰質(zhì)千枚巖關(guān)系密切，呈層狀、似層狀單斜產(chǎn)出。含礦層及其頂?shù)装鍑鷰r巖石質(zhì)量指標(biāo)低，巖石風(fēng)化強烈，厚度較大，以層狀巖類為主，巖體完整程度差；頂?shù)装鍑鷰r直接充水，使巖體失穩(wěn)的工程地質(zhì)問題發(fā)育較多，坑道片幫、冒頂、整體沉降變形地段多。該礦床屬以變質(zhì)巖類碎裂狀結(jié)構(gòu)為主的工程地質(zhì)條件復(fù)雜類型礦床。

本文研究對象是六中段2?！?＃川之間1＃、2＃礦體的已探明部分，該部分礦體主要分布在＋1～7線之間，根據(jù)建立的三維礦體模型對其賦存情況進行了分析，其賦存情況見表1。從表1中可以看出開采對象具備如下特點：（1）在礦體傾角上，1＃礦體為72°～77°，整體向西傾，而2＃礦體為65°～80°，整體向東傾，因此礦體上下盤情況不明；（2）在礦體水平厚度上，1＃礦體為1～36 m，2＃礦體為2.6～38 m，礦體厚度變化較大，兩頭薄、中間厚大，上下盤均分布有多支薄小礦脈；（3）1＃、2＃礦體相距10～35 m不等；（4）1＃礦體走向總體北5°西，走向長350 m，2＃礦體走向總體北25°東，走向長180 m。

表1 淌塘銅礦六中段＋1～7線1＃、2＃礦體賦存情況統(tǒng)計表

3.2 采礦方法選擇

根據(jù)采礦方法選擇原則、開采技術(shù)條件及對三大類采礦方法的整體分析，當(dāng)?shù)V體厚度大于5 m時，適合的采礦方法主要有分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱電耙出礦分段崩落法、有底柱振機出礦階段崩落法四種［7］。

通過對每一種采礦方法的回采工藝、生產(chǎn)能力和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等進行綜合分析比較后，認為有底柱振機出礦階段崩落法是現(xiàn)階段最適合淌塘銅礦的采礦方法。按照炮孔及爆破補償空間布置形式對采礦方案進行劃分，適合淌塘銅礦的有底柱振機出礦階段崩落法可以分為水平扇形孔方案、上向扇形孔方案（切割槽垂直走向布置）、下向平行孔方案（分切割槽沿走向和垂直走向布置）四種采礦方案，詳見文獻［6］。應(yīng)用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件對這四種方案進行了設(shè)計，設(shè)計的三維工程布置情況如圖3所示。通過對這四種方案的對比分析后，確定在礦體厚度大于15 m時采用下向平行孔－切割槽沿走向布置方案，礦體厚度為5～15 m時采用扇形孔落礦方案，礦體厚度小于5 m時采用淺孔留礦法作為最終的礦體回采方案。下面對下向平行孔－切割槽沿走向布置方案的詳細設(shè)計進行論述。

圖3 采場三維采切設(shè)計方案圖

3.3 底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

采場的底部結(jié)構(gòu)是包括從運輸水平到拉底水平之間受礦、出礦和裝礦巷道的有機組合。采場底部結(jié)構(gòu)是采礦方法的重要組成部分，決定著采場的生產(chǎn)能力等重要指標(biāo)，其設(shè)計的合理性影響著采場的勞動生產(chǎn)率、工程量、損失貧化以及放礦工作的安全性等。

采場的底部結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)滿足下列基本要求：（1）在采場整個放礦過程中，應(yīng)保證底柱的穩(wěn)定性，以使采下的礦石按計劃的礦量放出；（2）保證放礦、二次破碎和搬運工作的安全和良好的勞動條件；（3）放礦能力大，提高采礦方法的效率；（4）結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。

基于上述考慮，結(jié)合本采礦方法的特點，提出采用振動放礦機放礦的底部結(jié)構(gòu)。它的特點是：便于實現(xiàn)放礦控制，降低貧損指標(biāo)，提高采場生產(chǎn)能力。按照間距15 m布置裝礦道，裝礦道兩側(cè)漏斗交替布置，漏斗間距7.5 m，斗頸長7 m，底柱高9 m，漏斗口直徑6.5 m，為了保護裝礦道，靠近裝礦道一側(cè)漏斗形狀為矩形，遠離裝礦道一側(cè)漏斗口形狀為半圓形，斗頸高7 m，斷面尺寸為2 m×2 m，斗穿斷面尺寸為1.6 m×1.8 m。

采用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件按照選定的底部結(jié)構(gòu)參數(shù)對六中段采場進行了底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置，如圖4所示。

3.4 回采方案設(shè)計

圖4 底部結(jié)構(gòu)布置圖

有底柱振機出礦階段崩落法平行深孔爆破方案時采場分為上下兩個分段，上分段礦體高度10 m，采用用水平孔爆破，鑿巖巷道和鑿巖硐室作為補償空間，下分段高度30 m，在上下分段間布置鑿巖巷道，打下向平行深孔崩落礦石，在采場中間用淺孔留礦法采出切割槽作為下分段崩礦的補償空間，采場整體一次爆破，總體上按照放礦計劃采用底部結(jié)構(gòu)振動放礦機進行放礦，以減少礦石損失和貧化。根據(jù)六中段的礦體賦存情況，其中有底柱振機出礦階段崩落法（下向平行孔－切割槽沿走向布置方案）為最主要的回采方法，采礦方法如圖5所示，下面對這種方法的工程布置情況及回采工作進行論述。

圖5 有底部結(jié)構(gòu)分段落礦階段振機出礦方案圖

3.4.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場單元沿走向布置，按走向長50 m劃分，寬度等于礦體厚度，階段高度50 m左右。

3.4.2 采準(zhǔn)切割工程布置

整個采場高42 m，分成上下兩個分段。上分段根據(jù)分段間鑿巖巷道提供的補償空間反算得到高度10 m左右，可以隔開上中段崩落礦巖，以保證分段間鑿巖巷道安全。在礦體下盤布置脈外材料井和人行井，兩個采場共用一條材料井和人行井。

3.4.2.1 采準(zhǔn)系統(tǒng)

上下分段之間垂直礦體走向方向布置鑿巖巷道，鑿巖巷道間隔3 m，由于鑿巖巷道間隔較窄，在礦巖不穩(wěn)固地段需要加強支護。在切割槽兩邊，距離切割槽6 m左右距離，回采單元走向的中間位置布置淺采人行井，走向上距離本采場人行井50 m處的相應(yīng)位置布置一條下渣井，作為回采采場分段間鑿巖工程出渣用，在本采場回采后作為下一采場的人行井。在鑿巖分層上采用聯(lián)道聯(lián)通巖井、鑿巖巷道及脈外人行井和材料井。底部結(jié)構(gòu)漏斗上部布置棋盤式拉底巷道，保證底部結(jié)構(gòu)擴漏效果。

為了回采上分段礦體，在上分段內(nèi)共布置6條巖井，從鑿巖巷道通五中段相應(yīng)工程，在巖井旁布置鑿巖硐室。

3.4.2.2 切割系統(tǒng)

切割槽沿礦體走向布置在采場垂直走向的中間對應(yīng)漏斗的上部，切割槽寬度根據(jù)礦體厚度做相應(yīng)調(diào)整（爆破補償系數(shù)按20%計算，寬4.5 m切割槽加上拉底空間，可提供厚度為25.5 m左右的礦石崩落所需補償空間），在切割槽和崩落的礦體間留3 m寬的礦柱（即切割槽長度47 m），礦柱自然跨落。在切割槽淺采人行井上，每隔5 m高度布置切割聯(lián)道聯(lián)通切割槽。由漏斗口向上切割形成切割槽初始爆破空間，用淺孔留礦法方式形成切割槽。

切割工程的布置如圖3（c）所示，相應(yīng)的切割工程斷面尺寸列于表2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法圖計算出的主要技術(shù)指標(biāo)列于表3。

表2 切割工程斷面尺寸表

表3 主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)表

3.4.3 回采工藝

3.4.3.1 平行深孔爆破參數(shù)確定

孔間距a取5 m，排間距b取3 m。

3.4.3.2 上分段鑿巖

上分段采用水平孔落礦，采用YQ－100鑿巖機在鑿巖硐室打眼，孔徑Ф80 mm，孔深7～15 m。根據(jù)礦巖的堅固性系數(shù)、礦體的完整性以及礦山的實際應(yīng)用情況，爆破采用最小抵抗線為1.5～2.5 m，最大孔底距為3.0～3.5 m，密集系數(shù)為1.2～2.33，梅花型布置的水平孔。爆破所需補償空間主要由分段間鑿巖巷道和上分段鑿巖硐室形成的空間來提供。

3.4.3.3 下分段鑿巖

下分段采用下向豎直平行孔落礦。在鑿巖巷道中采用KQD100組合型潛孔鉆機打下向豎直平行深孔，孔徑Ф120 mm，孔深8～30 m。下分段回采爆破時指向切割空間。炮孔孔距5 m，排間距3 m。爆破所需補償空間主要由切割槽空間和拉底空間來提供。

3.4.3.4 爆破

淺采形成切割槽之后，暫不放空，待單元內(nèi)所有工程形成之后，再行放空切割槽，同時形成炮孔。爆破準(zhǔn)備工作完成之后，首先破掉拉底巷道礦柱，然后爆破下分段平行深孔礦巖，最后崩落上分段水平扇形孔礦巖，整個單元微差一次爆破。

4 六中段回采整體規(guī)劃

根據(jù)建立的六中段三維礦體模型，分析1＃、2＃礦體的賦存形態(tài)后，對＋1～7勘探線間的礦體進行了采礦方案的規(guī)劃，采場的規(guī)劃如圖6所示。

六中段＋1～7勘探線間的礦體共規(guī)劃為12個采場，其中應(yīng)用有底部結(jié)構(gòu)分段落礦階段振機出礦法的采場共有10個，回采地質(zhì)礦量為144.41萬t，占規(guī)劃總礦量的98%，應(yīng)用淺孔留礦法進行回采的的采場共有2個，回采地質(zhì)礦量為2.20萬t，占規(guī)劃總礦量的2%。

中段內(nèi)回采順序按照從北到南的順序回采，即后退式回采?？紤]到生產(chǎn)的接替、礦體探礦程度等因素，六中段2＃礦體和1＃礦體采場回采順序如圖7所示。

5 結(jié) 論

1.針對淌塘銅礦六中段礦巖開采技術(shù)條件及淌塘銅礦目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，選用了兩種采礦方法進行回采礦體，即有底部結(jié)構(gòu)分段落礦階段振機出礦法（礦體厚度大于15 m時采用沿走向布置切割槽平行深孔落礦方案，礦體厚度為5～15 m時采用扇形孔落礦方案）和淺孔留礦法（礦體厚度小于5 m時采用此方案）。

2.應(yīng)用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)對提出的四種方案進行了設(shè)計，并對選中的最優(yōu)方案的底部結(jié)構(gòu)和回采工程的布置進行了論述，最后對六中段的整體回采順序進行了規(guī)劃。

圖6 六中段＋1～7勘探線間設(shè)計采場分布圖

圖7 六中段2＃礦體和1＃礦體采場回采順序圖

3.三維采礦方法設(shè)計是采礦設(shè)計的一次革命，應(yīng)用三維礦業(yè)軟件可以方便快捷地完成采礦方法的設(shè)計，并能迅速、準(zhǔn)確地計算出設(shè)計技術(shù)參數(shù)，為采礦方案優(yōu)化提供了快捷的工具。三維采礦方法設(shè)計的應(yīng)用可以彌補當(dāng)前礦山技術(shù)人員不足的缺陷，把工程設(shè)計人員從繁重的重復(fù)勞動中解放出來，使其把更多的精力投入到方案優(yōu)化中去。

2006，6（2）：59－61.

［3］ 徐帥，柳小波，孫豁然，等.基于AutoCAD的礦山三維實體井巷實現(xiàn)研究術(shù)［J］.金屬礦山，2006，358（4）：39－42.

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M ining M ethod Research of the Sixth Level of Tangtang Copper M ine Based on DIM INE 3D M ining Software System

FENG Xing-long1，2，WU Dong-xu1，2，LIYan-bing3，WANG De-wen1，2，WU Zi-mian3，WANG Yi3，LIN Ji-fei4
（1.YuxiMining Co.，Ltd.，Yuxi653100，China；2.Mining Institute of YuxiMining Co.，Ltd，Yuxi653100，China；3.East County Xin Alliance Minging Co.，Ltd.，Huidong 615200，China；4.Kunming Metallurgy College，Kunming 650033，China）

Tangtang copperminewas put into operation in August2006 and has already reached the designed production capacity.Themine has perfect development and transportation system.The sixth level is a transitional level of mine development.With the application ofmining design features in DIMINE 3D mining software system，and based on mine production survey and the established three-dimensional geologicalmodel，several feasible mining plans of sixmiddle ore body were designed.Therefore the optimalmining plan was selected through the comparative analysis of the feasiblemining plans.The overall recovery program of the sixth level orebody is created based on the established three-dimensional geologicalmodel.

Tangtang coppermine；DIMINE three-dimensionalmining software system；recovery program

TD853

：A

：1003－5540（2013）01－0001－06

2012－09－12

馮興?。?980－），男，工程師，博士，主要從事自然崩落法與數(shù)字礦山技術(shù)的研究。