空?qǐng)霾傻V法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)探討

張 靜

(陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院，陜西 西安 712046)

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空?qǐng)霾傻V法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)探討

張 靜

(陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院，陜西 西安 712046)

空?qǐng)霾傻V法是一種非常重要的采礦方法，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。對(duì)空?qǐng)霾傻V法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，隨后對(duì)空?qǐng)霾傻V法分類及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)留礦采礦法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

空?qǐng)霾傻V法；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；礦塊

我國(guó)是礦業(yè)大國(guó)，礦業(yè)的開(kāi)采對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。目前，我國(guó)各個(gè)煤礦企業(yè)正聯(lián)合起來(lái)，共同開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件[1]。由于國(guó)外運(yùn)用信息化技術(shù)開(kāi)采煤礦已經(jīng)有了一定成績(jī)，我國(guó)礦業(yè)領(lǐng)域的研究人員也開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行深入研究，并得到了政府以及相關(guān)部門的大力支持[2]。本文研究的空?qǐng)霾傻V法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)具有重大意義。

1 空?qǐng)霾傻V法的研究現(xiàn)狀

我國(guó)運(yùn)用CAD技術(shù)采礦是在八十年代初期，針對(duì)開(kāi)采石油和煤炭的系統(tǒng)比較多，其次是冶金。對(duì)于礦山來(lái)說(shuō)，研究比較多的是露天礦，而對(duì)于地下礦的研究比較少[3]。我國(guó)的采礦專業(yè)、測(cè)量專業(yè)以及地質(zhì)專業(yè)在八十年代中期產(chǎn)生，同時(shí)一些應(yīng)用軟件也隨之研發(fā)出來(lái)，該軟件可以有效解決一些專業(yè)性問(wèn)題，并且效果比較好，成功的典型例子如下。

1) “露天設(shè)計(jì)軟件包”是由鞍山黑色冶金設(shè)計(jì)研究院所研發(fā)出來(lái)的。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以編制并且輸出設(shè)計(jì)好的工程圖表，對(duì)汽車的運(yùn)輸路線的設(shè)計(jì)起到輔助作用；同時(shí)構(gòu)建地質(zhì)模型，對(duì)境界進(jìn)行優(yōu)化圈定，對(duì)所有礦巖量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并且計(jì)算出最終結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)的剖面圖，設(shè)計(jì)出地質(zhì)的平面圖[4]。

2) 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院通過(guò)對(duì)英國(guó)、加拿大以及美國(guó)的一些礦業(yè)公司進(jìn)行研究分析，針對(duì)礦床模型系統(tǒng)的軟件進(jìn)行重點(diǎn)分析，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行詳細(xì)分析，從而創(chuàng)建了空間地形模型、空間巖性模型、空間品味模型。與此同時(shí)，該系統(tǒng)軟件還有助于平面方塊圖以及剖面方塊圖的輸出，使得礦床開(kāi)采設(shè)計(jì)獲得了有效依據(jù)[5]。

3) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在煤炭系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域所做的工作也很多，例如采礦方法、露天采礦策劃、優(yōu)化境界等方面的軟件[6]。

4) 除了上述研究以外，長(zhǎng)沙礦山研究院、北京科技大學(xué)等單位也做了一些關(guān)于礦床開(kāi)采輔助設(shè)計(jì)，并將該技術(shù)進(jìn)行推廣[7]。

2 空?qǐng)霾傻V法的分類及其特點(diǎn)分析

由于采礦的影響因素不同，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)采方法也不同。

2.1 留礦采礦法的概念及特點(diǎn)

留礦采礦法不僅操作簡(jiǎn)單，而且成本較低，是一種既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的采礦方法，主要應(yīng)用領(lǐng)域有冶金開(kāi)采、黃金開(kāi)采、有色金屬開(kāi)采、稀有金屬開(kāi)采等。然而采用留礦采礦法要符合一些條件：礦體的厚度在0.8～8 m之間，礦體的傾斜角需要大于55(°)。如果傾角較小，會(huì)加大放礦的難度，平常工作量以及粉礦的損失也會(huì)有所加大。大量的礦石存儲(chǔ)于礦房當(dāng)中，并且儲(chǔ)存期為一年，所以，周圍的巖石和礦石都不具有結(jié)塊性、自燃性以及氧化性，而礦石本身具有一定的反射性，在采礦時(shí)一定要慎重考慮。

特點(diǎn)：首先將階段分為礦塊，再將礦塊分為礦柱、礦房?jī)蓚€(gè)步驟將其回采，其對(duì)應(yīng)的順序是先開(kāi)采礦房，待工作完成以后，再去開(kāi)采礦柱；將礦房進(jìn)行合理分層，從下到上依次按層回采；采下的礦石依靠自身的重力，從漏斗中釋放出大概1/3，剩余的2/3用于下一次的鑿巖爆破工作搭建臨時(shí)工作臺(tái)。礦房所有的開(kāi)采工作結(jié)束以后，將剩余的2/3都釋放出來(lái)即可，該項(xiàng)操作叫做大量放礦。在留礦堆上，鑿巖工作人員進(jìn)行開(kāi)采工作，此種開(kāi)采方法不受環(huán)境的影響，工人可以直接在暴露面下進(jìn)行工作。

2.2 房柱采礦法的概念及特點(diǎn)

房柱采礦法的工程量比較小，但是強(qiáng)度卻很大。相比之下，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，礦石貧化率較小，可以有效地降低成本。這種開(kāi)采方法適合礦石和周圍的巖石都比較穩(wěn)固的礦體。

特點(diǎn)：將劃分礦塊作為基礎(chǔ)，將走向作為劃分的規(guī)則，可以將其劃分為礦柱、礦房。

將礦柱和礦房進(jìn)行交替布置，不僅要對(duì)礦房進(jìn)行回采，同時(shí)需要留下規(guī)則的礦柱，對(duì)其連續(xù)性不做要求，這樣做的主要目的是為了支撐開(kāi)采的空間，從而實(shí)現(xiàn)低壓管理。

2.3 全面采礦法的概念及特點(diǎn)

在我國(guó)化學(xué)礦山、有色金屬以及黑色金屬都在應(yīng)用全面采礦法，而此開(kāi)采法要求所開(kāi)采的頂板巖石和礦石的穩(wěn)固性在中等以上，并且礦體的表面較為平緩或者傾斜，礦體的厚度要在3～4 m之間，最佳厚度是3 m。

特點(diǎn)：在盤區(qū)或者是階段將礦體劃分為礦塊進(jìn)行開(kāi)采。對(duì)礦體進(jìn)行回采時(shí)，對(duì)其規(guī)則性沒(méi)有具體要求。如果不對(duì)礦體進(jìn)行劃分，在對(duì)礦塊進(jìn)行連續(xù)回采的過(guò)程中，所留下的礦柱不具有規(guī)則性。在開(kāi)采的過(guò)程中，如果礦體的厚度在3 m以下，需要按層進(jìn)行回采，如果礦體的厚度在3 m以上，就需要分層進(jìn)行回采；在進(jìn)行回采的過(guò)程當(dāng)中，需要注意的是夾石和貧礦是不可以進(jìn)行回采，要將其作為礦柱。而對(duì)于礦柱之間的距離、礦柱的形狀以及礦柱的規(guī)格沒(méi)有具體的要求，主要根據(jù)礦石自身的價(jià)值以及頂板的穩(wěn)固性來(lái)對(duì)礦柱進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)開(kāi)采的礦體是貴重金屬時(shí)，一般采用木垛、廢石垛或者混凝土制成的礦垛來(lái)取代礦柱的作用，從而達(dá)到多收資源的目的。

2.4 分段礦房法的概念及特點(diǎn)

分段礦房法就是將階段劃分為多個(gè)分段，再將劃分好的分段繼續(xù)進(jìn)行劃分，形成分段礦柱和礦房。各個(gè)分段之間是相互獨(dú)立的回采單元，每個(gè)回采單元都有獨(dú)立的出礦系統(tǒng)和落礦系統(tǒng)。由于每個(gè)礦體的傾斜角有所不同，因此，需要依據(jù)傾斜角選取不同的底部結(jié)構(gòu)對(duì)搬運(yùn)礦石時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行有效處理。然而這種底部結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用的范圍非常廣泛，不管是緩傾斜，還是急傾斜都可以進(jìn)行有效處理。雖然這種辦法的好處有很多，但是該辦法的采準(zhǔn)切割工程量非常大，適合對(duì)中厚以上的礦體進(jìn)行開(kāi)采。

特點(diǎn)：將劃分出的階段作為基礎(chǔ)，繼續(xù)對(duì)階段進(jìn)行劃分，對(duì)所劃分出的分段構(gòu)建獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)以及出礦系統(tǒng)。在進(jìn)行連續(xù)回采的過(guò)程當(dāng)中，分段間需要保留臨時(shí)底柱、頂柱，或者是只保留底柱和頂柱其一即可。接下來(lái)沿著礦體的傾斜方向向上繼續(xù)進(jìn)行劃分，要求劃分好的礦柱和礦房是條帶狀的。踩礦房操作和回采礦柱操作是同時(shí)進(jìn)行的，但是前者與后者之間需要保持已經(jīng)設(shè)定的超前距離。在進(jìn)行非連續(xù)回采操作時(shí)，在分段之間按照要求，達(dá)到一定的距離就需要留取一個(gè)臨時(shí)間柱。將分段劃分為多個(gè)回采單元礦塊，先對(duì)礦房記性開(kāi)采，在完成以后，再對(duì)礦房周圍比較近的頂柱和間柱進(jìn)行開(kāi)采，同時(shí)還需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理。

期末閉卷測(cè)試要求學(xué)生掌握ESOL課程的相關(guān)理論知識(shí)，成績(jī)要達(dá)到80分以上。不合格的學(xué)生要對(duì)所有出錯(cuò)的題目用自己的話語(yǔ)進(jìn)行分析闡述（一題一段，每題至少寫半頁(yè)紙），五日內(nèi)提交，然后還要在不參照筆記和課本的情況下去授課教師處口頭答辯，通過(guò)成績(jī)最高為80分。

2.5 階段礦房法的概念和特點(diǎn)

在選用階段礦房法進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，需要注意所開(kāi)采的礦石以及周圍的巖石都是穩(wěn)固的礦體，并且該礦體的傾斜度的要求要高一些，平緩傾斜或者是急傾斜，厚度要求也是相當(dāng)高的，要求礦體的厚度是極厚的。所開(kāi)采的礦體的形狀必須是規(guī)則的，這樣才不會(huì)引起礦石的貧化和造成嚴(yán)重的損失。對(duì)于深孔落礦來(lái)說(shuō)，礦石的損失貧很大，其中夾石是非常難以處理的，所以，在開(kāi)采時(shí)需要選用較低的礦石品位，價(jià)格也比較低，并且在礦體之中沒(méi)有夾石。

特點(diǎn)：將形狀規(guī)則的礦石劃分為礦柱和礦房，首先對(duì)礦房進(jìn)行回采，操作結(jié)束以后，再對(duì)礦柱進(jìn)行回采。階段礦房法主要有兩種方法，分別是垂直深孔階段礦房法和水平深孔階段礦房法。在使用水平深孔階段礦房法時(shí)，需要拉底礦房底部，而后需要進(jìn)行礦房全高開(kāi)切割槽操作。

3 空?qǐng)霾傻V法的操作步驟

1) 采準(zhǔn)操作

采準(zhǔn)操作是根據(jù)礦塊的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)進(jìn)行布置的，對(duì)礦體進(jìn)行開(kāi)拓工作以后，需要在礦體中掘進(jìn)巷道，該巷道就叫做采準(zhǔn)巷道。通常情況下，采準(zhǔn)巷道包括穿脈巷道、電耙巷道、放礦溜井、鑿巖酮室等。然而這些采準(zhǔn)工作都是為了解決設(shè)備材料運(yùn)送順利、礦石運(yùn)放順利以及工作人員行走安全等問(wèn)題。

2) 切割操作

切割操作就是在做好采準(zhǔn)工作以后，在礦塊內(nèi)開(kāi)辟補(bǔ)償空間以及自由面，從而解決了大規(guī)模回采問(wèn)題。需要強(qiáng)調(diào)的是在進(jìn)行礦塊回采之前，需要保證補(bǔ)償空間和自由面都已經(jīng)切割出來(lái)。切割巷道就是在補(bǔ)償空間以及自由面開(kāi)掘出的巷道，而主要的切割工作就是拉底操作、辟漏操作以及切割槽操作。

3) 回采操作

4 運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)留礦采礦法進(jìn)行設(shè)計(jì)

1) 二維施工圖圖層的生成

本研究采用二維施工圖圖層方法對(duì)圖層進(jìn)行劃分。二維施工圖的圖層主要包括礦塊圖層、階段運(yùn)輸巷道圖層、拉底巷道圖層、漏斗圖層、標(biāo)注圖層以及礦塊各分層圖層。對(duì)于礦塊的回采需要進(jìn)行分層操作，保證礦塊的各個(gè)分層位于的圖層是不相同的，并且要對(duì)分層數(shù)目進(jìn)行計(jì)算。

2) 生成礦塊

礦塊的生成操作實(shí)際上就是將礦塊的參數(shù)進(jìn)行有效保存，對(duì)于留礦采礦法來(lái)說(shuō)，需要將其保存為留礦采礦法.txt文件，其具體的文件格式為L(zhǎng)iuKuang Mine、標(biāo)注初始點(diǎn)三維坐標(biāo)、傾斜方向、傾斜角度、礦塊的總長(zhǎng)度、階段的總高度以及礦塊的厚度。

3) 生成二維巷道

一個(gè)巷道由多邊形元素來(lái)對(duì)其進(jìn)行表示，并且這個(gè)多邊形的頂點(diǎn)數(shù)是4。首先對(duì)巷道的初始點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，而后通過(guò)巷道自身的長(zhǎng)度和寬度就可以將剩余的3個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)，最后輸入?yún)?shù)就可以生成巷道。

4) 生成漏斗

生成漏斗的操作非常簡(jiǎn)單，首先讀取漏斗的間距、高度、下漏斗口的長(zhǎng)度以及上漏斗口的長(zhǎng)度，然后計(jì)算出漏斗的數(shù)量，而漏斗的總頂點(diǎn)個(gè)數(shù)只需要在漏斗數(shù)量的基礎(chǔ)上乘以6即可。通過(guò)計(jì)算出第1個(gè)坐標(biāo)，利用漏斗的其它參數(shù)就可以計(jì)算出剩余的5個(gè)坐標(biāo)，從而生成漏斗。

5) 標(biāo)注操作

標(biāo)注工作主要包括長(zhǎng)度的標(biāo)注以及名稱的標(biāo)注。長(zhǎng)度標(biāo)注的工作內(nèi)容主要有角度和直線兩個(gè)方面的標(biāo)注；名稱標(biāo)注的工作內(nèi)容主要有階段運(yùn)輸巷道、天井、回風(fēng)巷道、漏斗等方面的標(biāo)注。在標(biāo)注的過(guò)程中，需要保證礦塊的長(zhǎng)度、厚度以及階段的高度，還有各個(gè)巷道的高度、寬度、長(zhǎng)度等標(biāo)準(zhǔn)正確。

5 結(jié) 語(yǔ)

空?qǐng)霾傻V法實(shí)際上就是在礦體之中創(chuàng)建一個(gè)采空區(qū)，頂板巖石需要依靠在開(kāi)采過(guò)程中所留下來(lái)的礦柱以及礦石自身的穩(wěn)固性進(jìn)行支撐。通過(guò)對(duì)地壓進(jìn)行嚴(yán)格的管理，而不需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行特殊處理。本文通過(guò)對(duì)二維施工圖圖層、礦塊、二維巷道、漏斗以及標(biāo)注操作進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而完成了留礦踩空法的設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)一步探討了在計(jì)算機(jī)輔助下的空?qǐng)鲩_(kāi)礦法。

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Open Stope Method With Computer Aid

ZHANG Jing

(ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xi'an,Shanxi712046,China)

We know the open stope method is a very important mining skill. Its application field is very broad. In this paper, the research status of open stope method is briefly introduced. The classification of open stope method and its characteristic are analyzed in details to use computer technology in designing the shrinkage stope.

Open stope method; Computer aided design; Ore blocks

2016-10-15

張靜(1979-)，女，河南開(kāi)封人，在讀碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，手機(jī)：18066533091，E-mail：378684913@qq.com.

TD853.32；TP391.72

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.019