大爆破采場跟蹤三維探測及其可視化分析與計算

曹勝祥

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512000)

大爆破采場跟蹤三維探測及其可視化分析與計算

曹勝祥

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512000)

針對凡口鉛鋅礦S6#南采場工程實際，運用三維激光探測儀CMS對S6#南采場空區(qū)進行跟蹤探測，通過復合跟蹤探測模型實現(xiàn)了采空區(qū)三維空間信息的完整獲取及其三維可視化。利用地質(zhì)資料所構(gòu)建的設計模型與復合模型在垮塌最嚴重區(qū)域內(nèi)剖面對比，準確獲取了S6#南采場兩幫垮塌程度(其中最大垮塌寬度接近5 m)，確定了兩幫邊界信息，為周邊采場回采爆破設計提供依據(jù)。通過對S6#南采場回采指標的量化，準確計算出了回采貧損率，其中貧化率為5.67%，損失率為0.17%，實現(xiàn)了采場貧損率的可視化計算。

大爆破采場；跟蹤探測；三維可視化；貧化率

0 采場概況

凡口鉛鋅礦S6#S采場采用無底柱深孔后退式采礦方法，該采場為礦房采場，回采范圍為-455 m二分段至-400 m水平，采場南北幫控制線分別為X=396.8，X=406.8，采場寬10m；上部硐室采切完畢，采切高度3.6m，下部硐室拉底巷已施工，采切工作已經(jīng)完成，采切高度3.0m；采場上部硐室在-400m水平，下部硐室在-455二分段。采場內(nèi)礦體主要賦存在F3斷層的上、下盤，在空間形態(tài)分布為層狀、似層狀。F3上盤為Sh217礦體，規(guī)模較小，主要分布在中段的中上部，礦體產(chǎn)狀較緩；Sh32a主要賦存在F3斷層下盤的D3ta地層中。礦體緊貼F3斷層，以上礦體在靠近主斷層F3附近的小裂隙較為發(fā)育，且有穿插，對礦體的穩(wěn)固性有所降低，在靠斷層2～15m內(nèi)應采取相應的安全措施。采場礦灰交錯，且夾石大，對采場的貧化率影響大。

S6#S采場在回采過程中兩幫冒落比較嚴重，為了能夠準確獲取兩幫冒落情況、空區(qū)邊界信息、采場三維模型及計算該采場貧損指標，利用非接觸式三維激光掃描儀—CMS(CavityMonitoringSystem)對空區(qū)進行跟蹤探測，這樣避免了單次探測時冒落嚴重的地方容易出現(xiàn)局部遮擋情況的出現(xiàn)[1￣3]。通過對跟蹤探測獲得模型進行復合，可以完整地得到空區(qū)的真實模型。利用復合模型與設計模型間的布爾運算，可以計算出該采場超挖、欠挖量，進而得到該采場的貧損指標，實現(xiàn)了采場貧損指標的數(shù)字化計算。

1 大爆破采場跟蹤探測

空區(qū)三維激光探測系統(tǒng)CMS能夠?qū)崿F(xiàn)對井下溜井、巷道、硐室、采空區(qū)的精密探測。CMS可通過360°旋轉(zhuǎn)并集成有激光測距儀的掃描頭實現(xiàn)對空區(qū)的探測，具體工作步驟如下：安裝掃描頭并對其進行位置初始化；掃描頭水平調(diào)零；掃描參數(shù)設置；掃描頭實施掃描，同時把掃描數(shù)據(jù)傳送到控制箱內(nèi)。CMS掃描時每個傾角連續(xù)旋轉(zhuǎn)360°，探測傾角范圍為0°～140°[4￣5]。

(1) 第一次探測。S6#S采場在破頂爆破之后兩幫出現(xiàn)嚴重的冒落，為了準確得到兩幫冒落量及該采場邊界信息，需要及時對該空區(qū)進行第一次探測。第一次探測能夠精確覆蓋空區(qū)兩幫垮塌凹陷處，避免了采場爆破完之后探測遮擋。探測靶坐標位置見表1。通過三維激光探測儀得到的探測模型如圖1所示。

表1 第一次探測靶坐標位置

(2) 第二次探測。S6#S采場進行側(cè)崩之后，在采場西頭及時對空區(qū)進行了第二測探測。由于探測位置距離東頭垮塌區(qū)較遠且東頭垮塌嚴重，在采場東頭垮塌凹陷區(qū)出現(xiàn)了局部遮擋。探測靶坐標位置見表2。第二次探測模型如圖2所示。

(3) 探測模型復合。由于第一次探測模型只包含了空區(qū)東部一部分，第二次探測雖然探測了整個空區(qū)，但采場東頭垮塌凹陷處出現(xiàn)了遮擋，因此利用第一次對空區(qū)東頭垮塌凹陷處地精確探測模型可以實現(xiàn)對第二次探測模型的修整。兩次跟蹤探測復合模型如圖3所示。復合模型能夠精確反映出空區(qū)完整模型，為采場垮塌范圍分析及貧化指標計算提供了依據(jù)[6￣9]。

圖1 第一次探測模型

圖2 第二次探測模型

采空區(qū)名稱測點編號坐標YXZ測點1與掃描頭中心距離/mS6#南18203.3272594.857-398.5420.2528204.5132591.105-398.782

圖3 跟蹤探測復合模型

2 大爆破采場垮塌范圍分析

在前后2次探測模型復合的基礎上，去除上下部硐室與采場設計模型進行對比?？逅顕乐氐膮^(qū)域主要集中在標高為X=2619 m到X=2634 m區(qū)間內(nèi)。通過探測模型與設計模型縱剖面對比，北幫垮塌區(qū)域從X=2619 m到X=2627 m逐漸加重，其中在X=2627 m處最大垮塌寬度接近5 m；南幫垮落程度稍有增大，但不是特別明顯。在X=2619 m到X=2635 m范圍內(nèi)，采場北幫垮塌范圍逐漸減小，在X=2635 m處減小到2 m左右；南幫最大垮塌范圍從3 m減小到2 m。通過分析采場兩幫垮塌范圍，確定兩幫邊界信息，為周邊采場回采爆破設計提供依據(jù)。

3 大爆破采場貧損率計算

3.1 回采總體積計算

回采總體積包括回采過程中采下的礦石體積和采下廢石體積。為計算回采總體積，先根據(jù)采場采準切割后的實測剖面構(gòu)建起采場上部硐室底板面模型、下部硐室頂板面模型以及切割天井模型。圖4為S6#南上部硐室底板面模型、下部硐室頂板面模型、切割天井模型與采場空區(qū)模型復合圖?；夭煽傮w積的計算結(jié)果見表3。

圖4 模型復合

表3 S6#南采場回采總體積計算結(jié)果

3.2 廢石量計算

采場回采中采下的廢石包括采場西端采下廢石、采場東端采下廢石及采場內(nèi)部夾石，其中東西兩端廢石根據(jù)設計模型與探測模型間的布爾運算可以求得，采場內(nèi)部夾石通過建立夾石模型直接求取體積。根據(jù)采場各個采下廢石部分的三維模型計算出采場回采過程中采下的廢石量，其結(jié)果見表4。

3.3 采下純礦石量計算

采下純礦石量等于回采總量減去兩端采下廢石及采場內(nèi)部夾石，通過計算獲得S6#南采場回采過程采下的純礦石量,結(jié)果見表5。

表4 S6#南采場回采采下廢石量計算結(jié)果

表5 S6#南采場回采采下純礦石量計算結(jié)果

3.4 回采貧化率計算

采場回采貧化率等于采下廢石總量(包括東西兩端采下的廢石及采場內(nèi)部夾石)除以采場回采總量[10￣15]，計算結(jié)果見表6。

表6 S6#南采場回采貧化率計算結(jié)果

3.5 回采損失率計算

采場底部無存留礦量，故采場無回采采下?lián)p失；采場回采設計范圍的東西兩端存在欠挖礦石，南北兩幫幾乎不存在欠挖礦石，因此只有采場東西兩端欠挖礦石參與回采未采下?lián)p失計算。

采場回采未采下?lián)p失率為東西兩端欠挖礦石量除以采場回采采下純礦石量，其計算結(jié)果見表7。

表7 S6#南采場未采下?lián)p失率計算結(jié)果

4 結(jié) 論

(1) 運用三維激光探測儀(CMS)對S6#南采場空區(qū)進行跟蹤探測，通過兩次探測模型復合，實現(xiàn)了采空區(qū)模型的精確獲取。

(2) 通過設計模型與復合模型在垮塌最嚴重區(qū)域X=2619 m到X=2634 m內(nèi)剖面對比，準確獲取了S6#南采場兩幫垮塌范圍，確定了兩幫邊界信息，其中在X=2627 m處最大垮塌寬度接近5 m。為周邊采場回采爆破設計提供依據(jù)。

(3) 通過對S6#南采場回采總量、廢石量的計算，準確計算出了回采貧化率，其中貧化率為5.67%，損失率為0.17%，實現(xiàn)了采場貧化率可視化計算。

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2015￣02￣12)

曹勝祥(1965-)，男，湖南汝城人，采礦高級工程師,主要研究方向為采礦技術及管理,Email：csuqyg@163.com。