基于南方CASS急傾斜薄礦體采場三面圖繪制關(guān)鍵技術(shù)研究

曾 強

(江西大吉山鎢業(yè)有限公司, 江西 全南 341801)

基于南方CASS急傾斜薄礦體采場三面圖繪制關(guān)鍵技術(shù)研究

曾 強

(江西大吉山鎢業(yè)有限公司, 江西 全南 341801)

從大吉山鎢礦采場三面圖繪制現(xiàn)狀出發(fā)，分析了南方CASS軟件在繪制急傾斜薄礦體采場三面圖過程中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)難點，并將理論與實踐相結(jié)合，破解了井巷工程擺放、角度起始及旋轉(zhuǎn)方向、羅盤導(dǎo)線展繪平差等實質(zhì)性難題，為真正實現(xiàn)電腦繪制采場三面圖提供了最關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

南方CASS； 急傾斜薄礦體； 采場； 三面圖

1 前言

大吉山鎢礦位于南嶺九連山脈中部，發(fā)現(xiàn)于1918年，迄今已有近百年的開采歷史。區(qū)內(nèi)共有工業(yè)礦脈111條，呈平行、密集、間疏、分組成帶產(chǎn)在約1km2傾斜巖層中。水平延伸最長為1 150m，最短只有48m，平均長度約700m，垂直延深最大可達900m，平均延深600m；單脈幅寬由0.06m至3.00m不等，平均脈幅寬0.45m，每組礦脈寬度60～70m，脈組間距70～280m不等；礦區(qū)礦體屬于急傾斜薄脈型礦體，其走向280°～310°，傾角55°～85°。礦脈以陡傾斜產(chǎn)出，沿走向、傾向變化很大，水平方向上由西向東分散，垂直方向上由上到下收斂成楔形[1]。

幾十年來，礦山一直沿用傳統(tǒng)手工繪法將礦塊內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征和礦體空間位置形態(tài)等繪制到透明紙、硬質(zhì)紙上，作為生產(chǎn)技術(shù)管理和任務(wù)指標計算的依據(jù)。通過長期實踐發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)繪圖方法已不能滿足現(xiàn)代礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)和發(fā)展的需要，不僅給工程技術(shù)人員帶來大量的內(nèi)業(yè)工作，降低了工作效率，而且大量的紙質(zhì)資料堆積如山，加大了圖紙存放和保管難度，阻礙了企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新進步和管理提升。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

礦山所謂“采場三面圖”，是指比較完整地反映一個或幾個開采礦塊內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征和礦體空間位置形態(tài)的一組圖件，包括平面投影圖、縱投影圖和橫剖面圖，它是研究回采礦塊礦體賦存條件、開采技術(shù)條件、采場設(shè)計施工、計算采礦量和損失貧化等的必備圖件[2]。

在繪制采場三面圖時，為了既符合技術(shù)標準，又滿足生產(chǎn)實際，需要考慮井巷工程擺放、角度起始及旋轉(zhuǎn)方向、羅盤導(dǎo)線展繪平差等關(guān)鍵技術(shù)難題，解決了這些實質(zhì)性問題，所繪制的采場三面圖才能真正實現(xiàn)其所需功能。

2.1 井巷工程擺放

圖1為復(fù)合地質(zhì)平面圖，它是反映回采礦塊內(nèi)及周邊本中段和上部中段的工程位置和地質(zhì)特征、按礦區(qū)統(tǒng)一坐標垂直投影至同一平面上的綜合性地質(zhì)圖件，也是繪制縱投影圖、橫剖面圖的基礎(chǔ)圖件。

圖1 復(fù)合地質(zhì)平面圖

從圖1可以看出，礦脈走向不是東西水平走向，與之有一定夾角，如果不考慮井巷工程擺放問題，直接繪制出的縱投影圖就不能真實地反映采場長度情況。據(jù)有關(guān)資料證實，這樣繪制出的縱投影圖上采場的長度為41.8m，而采場實際長度為43.6m，相差1.8m。因縱投影圖上采場的長度是計算采礦量的重要參數(shù)之一，如果差異太大會影響采礦量計算的準確性；井巷工程擺放不合理，極可能會使正規(guī)采場變?yōu)榫C采采場，而綜采單價為正規(guī)采場單價的兩倍，這樣會使企業(yè)翻倍支付工程費用。所以，在繪制采場復(fù)合地質(zhì)平面圖時，應(yīng)沿采場礦脈總體走向?qū)⒕锕こ虜[放水平，所繪制的縱投影圖上采場長度與實際長度才能大體一致，這樣既保證了采礦量計算的精確度，使企業(yè)避免了多支付工程費用的風(fēng)險，又進一步提高了企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理能力和水平。

對于平面圖旋轉(zhuǎn)，一般是直接用南方CASS軟件中的旋轉(zhuǎn)功能完成，但通過操作發(fā)現(xiàn)，這樣簡單旋轉(zhuǎn)后的平面圖坐標網(wǎng)與坐標系不一致。

如圖2所示，橫縱坐標線交點(50200，50600)所對應(yīng)的實際坐標為(50202.043，50603.698)，如果使用這樣旋轉(zhuǎn)的平面圖展繪導(dǎo)線、砂斗等將會偏離實際位置，既不能滿足工作需要，又不能保證后續(xù)工作質(zhì)量。

圖2 簡單旋轉(zhuǎn)后的采場復(fù)合地質(zhì)平面圖

為了保證平面圖旋轉(zhuǎn)時，坐標系也隨之改變，首先把要旋轉(zhuǎn)的平面圖沿采場礦脈總體走向畫一條直線，然后打開正交功能，再畫一條水平線(與前一直線同一起點)，利用標注功能查詢其角度并記下，如圖3所示，礦脈總體走向線與水平線夾角為9°；最后選中平面圖，輸入命令DV，回車；選擇輸入TW(扭曲)，回車；輸入剛才記錄下的角度，回車，再回車。

圖3 采場復(fù)合地質(zhì)平面圖旋轉(zhuǎn)示意圖

經(jīng)過上述兩步操作后，平面圖與坐標系一同旋轉(zhuǎn)，平面圖坐標網(wǎng)與坐標系也完全一致，橫縱坐標線交點(50200，50600)所對應(yīng)的實際坐標也為(50200.000，50600.000)，如圖4所示。

圖4 扭曲旋轉(zhuǎn)后的采場復(fù)合地質(zhì)平面圖

2.2 角度起始及旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置

急傾斜薄礦體采場回采時，常采用淺孔留礦法，由于采場寬度較窄、傾角較大，以及行人樓梯、平臺、支柱等諸多因素的影響，無法使用全站儀等先進測量儀器進行測量，而只能通知已知導(dǎo)線點，使用礦山懸掛羅盤儀、坡度規(guī)和皮尺等敷設(shè)低精度羅盤導(dǎo)線測量邊長、傾角和磁方位角；然后計算水平距離和垂直距離；最后根據(jù)磁方位角和水平距離，利用相對極坐標法在扭曲旋轉(zhuǎn)后的采場復(fù)合地質(zhì)平面圖上展繪羅盤導(dǎo)線點。

如圖5，假設(shè)通過羅盤導(dǎo)線測量并計算得到已知導(dǎo)線點326至未知點A的水平距離為9.2m，且磁方位角為152°。然后在扭曲旋轉(zhuǎn)后的采場復(fù)合地質(zhì)平面圖中，以導(dǎo)線點326為起點，利用相對極坐標法輸入@9.2<152繪制導(dǎo)線326- A，但通過繪圖操作得到了導(dǎo)線326- A′，導(dǎo)線大大偏離實際位置。

圖5 設(shè)置前羅盤導(dǎo)線展繪示意圖

經(jīng)大量實踐分析研究證明，上述導(dǎo)線偏離問題主要是由于角度起始、旋轉(zhuǎn)方向與平面圖坐標方位角起始、旋轉(zhuǎn)方向不一致造成的。對于角度起始0°和旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置研究如下。

(1)進入AutoCAD菜單欄。在南方CASS軟件菜單欄中，點選“文件”，點擊“AutoCAD系統(tǒng)配置”，彈出“選項”窗口。在“配置”選項中，選擇“《未命名配置》”，點擊“置為當前”，點擊“確定”，南方CASS菜單欄變成AutoCAD菜單欄。

(2)設(shè)置角度起始及旋轉(zhuǎn)方向。在AutoCAD菜單欄中，點擊“格式—單位”，彈出“圖形單位”窗口，如圖6所示。

圖6 角度起始及旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置圖

在窗口中，先勾選“順時針”，點擊“方向”，彈出“方向控制”窗口，如圖6。然后，點選“其他”，并點擊“拾取角度”按鈕，自動轉(zhuǎn)到CAD繪圖區(qū)后，先指定平面圖中任意一條縱坐標線南端，再指定其北端，自動回到“方向控制”窗口，點擊“確定”完成設(shè)置。

(3)返回南方CASS菜單欄。在AutoCAD菜單欄中，點擊“工具—選項”，彈出“選項”窗口。在“配置”選項中，選擇“CASS70”，點選“置為當前”，點擊“確定”，返回南方CASS菜單欄。

(4)驗證設(shè)置正確性。如圖7所示，在設(shè)置完成好的采場復(fù)合地質(zhì)平面圖中，同樣以導(dǎo)線點326為起點，利用相對極坐標法輸入@9.2<152畫線即可得到導(dǎo)線326- A。

圖7 設(shè)置后羅盤導(dǎo)線展繪示意圖

2.3 羅盤導(dǎo)線展繪平差

礦山懸掛羅盤儀測量時，與全站儀通過測量水平角來計算方位角不同，是直接測出導(dǎo)線的方位角，但此方位角為磁方位角，與全站儀測量計算得到的坐標方位角之間存在一定夾角，再加上采場行人井中鐵樓梯、鐵管等金屬物料對羅盤測量的影響和儀器自身誤差，當使用羅盤從采場一端已知點開始，經(jīng)過行人井、采礦面等，測量至另一端已知點后，通過在采場平面圖上展繪羅盤導(dǎo)線，會發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線末端點不能完全附合到已知點上，同一導(dǎo)線點位置存在一定偏差，如圖8所示。

圖8 羅盤導(dǎo)線繪制示意圖

為了保證采場測量精度，需要進行內(nèi)業(yè)平差處理來消除測量誤差。對于采場羅盤導(dǎo)線測量平差計算，一般運用EXCEL函數(shù)公式，先將導(dǎo)線末端點與已知點在X、Y軸上的偏差值按邊長成正比例分配到各導(dǎo)線邊上；然后根據(jù)改正后的導(dǎo)線方位和水平距離重新繪圖來實現(xiàn)已知導(dǎo)線點完全附合。但這種方法過程繁瑣、工作效率低，而利用南方CASS軟件相關(guān)命令可以簡單、快捷地實現(xiàn)導(dǎo)線附合平差處理。如圖9所示，具體操作方法如下。第一步，分別從導(dǎo)線點326開始，畫直線326- 328和326- 328′；第二步，輸入命令ROTATE后，選擇羅盤導(dǎo)線326- 328′和直線326- 328′，并以導(dǎo)線點326為基點將其旋轉(zhuǎn)，使直線326- 328′與直線326- 328完全重合；第三步，輸入命令SCALE后，選擇羅盤導(dǎo)線326- 328′和直線326- 328′，并以導(dǎo)線點326為基點將其縮放，使點328′與導(dǎo)線點328完全重合，最后將繪圖輔助線刪除，羅盤導(dǎo)線平差就此結(jié)束。

2.4 坡度規(guī)導(dǎo)線繪制及平差

一般情況急傾斜薄礦體采場羅盤導(dǎo)線測量時，都需測量方位、邊長、傾角3個參數(shù)，同時利用導(dǎo)線支距法進行碎部測量和素描采場頂板邊界輪廓以及礦脈、地質(zhì)構(gòu)造等。但有時遇到采場上采高度低、礦脈變化小等情況，只用坡度規(guī)、皮尺等進行導(dǎo)線傾角、邊長測量以及采幅圈定，并直接在采場縱投影圖上展繪導(dǎo)線求得采場上采面積，來滿足計算采礦量的需要。

在采場縱投影圖上展繪導(dǎo)線時，同樣是利用相對極坐標法進行，但是因為前面對平面圖進行了扭曲旋轉(zhuǎn)以及設(shè)置了角度起始、旋轉(zhuǎn)方向，所以要特別注意角度的輸入方法，不能直接輸入現(xiàn)場測量所得的傾角數(shù)值。角度輸入具體方法為：角度=水平線方位角±傾角，當傾角為正值時，相減；當傾角為負值時，相加。還要注意，導(dǎo)線由西向東時，水平線方位角=90°+扭曲旋轉(zhuǎn)角；導(dǎo)線由東向西時，水平線方位角=270°+扭曲旋轉(zhuǎn)角。

圖10為扭曲旋轉(zhuǎn)角為9°的采場縱投影圖，假設(shè)測得導(dǎo)線W3- 1，傾角+46.5°，邊長5.5m；導(dǎo)線1- 2，傾角-19°，邊長8.2；導(dǎo)線W3- 3，傾角+10°，邊長8m，則按上述方法，畫線分別輸入@5.5<52.5、@8.2<118和@8<289，即可得到導(dǎo)線W3- 1、1- 2和W3- 3。

直接在采場縱投影圖上繪制采場導(dǎo)線時，依然存在附合偏差，其平差處理同樣可以使用南方CASS中旋轉(zhuǎn)、比例縮放命令來實現(xiàn)。

圖10 坡度規(guī)導(dǎo)線展繪示意圖

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步和經(jīng)濟社會發(fā)展日益完善，工程繪圖技術(shù)在礦山工程技術(shù)管理中的地位和作用越來越顯著，而在礦山生產(chǎn)實踐過程中，工程繪圖關(guān)鍵技術(shù)難點的研究攻關(guān)與推廣應(yīng)用，進一步鞏固和提高了工程繪圖技術(shù)在礦山技術(shù)管理中的地位，同時還為礦山工程技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展提供了科技支撐和有力保障。

[1] 張金明.江西大吉山鎢礦地質(zhì)特征[J].資源調(diào)查與環(huán)境，2006，27(2)：149-152.

[2] 曾 強.急傾斜薄礦體采場測量平差計算方法研究[J].礦山測量，2016，44(2)：29-32.

Key techniques research of three-plane drawing of stope of steeply-inclined thin orebody based on CASS software

According to the present situation of three-plane drawing of stope in Dajishan Tungsten Mine, the key technical difficulties of CASS software in three-plane drawing of stope of steeply inclined thin orebody were analyzed. Combined theory with practice, the problems such as the layout of sinking and driving engineering, the initial and rotation direction of angle and the plotting and adjustment of compass traverse and so on were solved. It provided the most critical technical support for the realization of computer drafting three-plane drawing of stope.

CASS software; steeply-inclined thin orebody; stope; three-plane drawing

TD679

A

2017-01-18

2017-02-13

曾 強(1982-),男，貴州思南人，工程師，長期從事礦山生產(chǎn)技術(shù)管理及研究工作。

1672-609X(2017)03-0024-04