地下金屬礦山三維可視化采礦設計研究

張明

摘 要：本文就地下金屬礦山三維可視化采礦設計進行探究，首先對礦山井下開采三維建模及可視化技術進行介紹，然后闡述地下金屬礦的三維可視化采礦設計，最后詳細介紹如何建立三維可視化采礦模型，以期為未來采礦設計提供資料依據。

關鍵詞：金屬礦山；三維可視化 ；采礦設計

中圖分類號：TD673 文獻標志碼：A

1 礦山井下開采三維建模及可視化技術的介紹

現代信息技術的發(fā)展，推動了采礦業(yè)的發(fā)展。礦山井下開采三維建模及可視化技術克服了傳統(tǒng)CAD二維平面的缺點，三維建模是利用計算機技術，生成人機交互式的三維實體模型，該實體模型等同于真實礦山的內部縮小版，透過實體模型可以觀察到礦山內部的采準，切割工程的布置方式和順序，同時觀察礦山內部結構，設計剖切面，并可以進行實驗性切割，生成剖面圖，選擇合適的切點，這樣可以減小施工過程中的誤差，提高施工效率。另外，根據三維建模的數據還可以計算出采切的工程量，采切比以及礦石量，通過三維模型進行模擬采礦演練，可以減少在實際操作中的失誤，降低危險。最后，通過軟件可以直接輸出施工圖，爆破點位圖等在采礦過程需要的圖紙，為以后施工提供資料依據。

2 地下金屬礦山三維可視化采礦設計

2.1 工程概況

筆者所在地區(qū)的礦山為鐵礦山，以生產鐵礦為主，同時含有多種金屬的元素，比如：金、銀、鉛、鋅、銅等。礦山分為多個巖體，主巖體有兩個，周圍有5個小巖體圍繞。礦體外圍主要是大理石，礦體主要在地下200m～800m，整個礦體的面積大約為600m2，礦體的開采分為兩個階段，開始在200m～400m，之后是400m～800m。兩個主要礦體都為鐵礦體，礦體層層分布，分布均勻。周圍是小巖體，分布的銅礦體較多，礦體的完整性就遭到破壞，整體的含鐵量較高，達到整體礦物的90%。此處的礦體主要是赤鐵礦，部分含有磁鐵礦，含銅礦體主要是黃銅礦。

2.2 三維可視化采礦方法模型的建立

（1）采礦方法設計準備工作

采礦方法設計準備工作非常重要，前期準備工作做到位，才能保證后期實施工作的有序進行。采礦方法設計的準備工作繁雜多樣，是進行單體采礦的基礎，首先要建立三維實體模型，主要是4個方面的模型、礦體、地表、開拓系統(tǒng)以及儲量系統(tǒng)。這些實體模型可以用于采礦的演練，根據礦體選擇合適的采礦方法，確定出所選方法的參數，確定這些參數是關鍵，包括采準和切割工程的規(guī)模尺寸合適，爆破點的位置，礦房礦柱的尺寸，并應用這些尺寸在實體模型中演練，確保尺寸合適，再應用于實際操作中。

（2）礦塊的劃分

礦塊的劃分是確定開采的準確位置，根據礦體礦層的分布，將礦體分出不同的塊層。首先要確定礦山的開采順序，開采參數，然后利用三維建模軟件將三維實體模型分割成不同的塊層。在分割出的塊層中選擇出需要開采的塊層，并設計出開采方式，這時可以進行階段礦體的切割，將所選塊層進行進一步的分割，分割出含有礦石的塊層，進行進一步的提煉加工得到金屬。在礦塊劃分過程中，主要的過程是通過建模軟件劃分出含有金屬礦石的礦塊，找到合適的爆破和切割點，免除在實際操作過程中不必要的損耗。

（3）采準工程實體建模

采準工程實體建模，主要有兩種方法：分段空場法和留礦采礦法。本文中采準工程實體建模采用的是分段鑿巖階段空場法，屬于分段空場法的一種，此種方法更加安全，運輸礦石都是采用專門的巷道，采礦效率高，但是成本相對較高。分段鑿巖階段空場法在采準工程中主要有運輸巷道、人行天井、電靶道、鑿巖過程中的巷道和溜井等。其中最重要的就是巷道的建立，它是這個方法的最重要的部分，也是保證工程安全的部分，目前巷道的建模主要有兩種方法，即中線加斷面方法與延伸斷面生成實體法。

（4）切割工程的實現

切割工程是指利用三維建模的實體，找準切割點，切割出礦石。切割工程主要包括兩個方面，一方面是礦石和外圍的巖體之間的切割，還有一方面是底部漏斗上方的切割。對于外圍巖體的切割，要略大于礦石的體積，厚度以礦石為準，對底部漏斗上方的切割。

（5）爆破設計

爆破設計是采礦工程中的重要部分，爆破點的選擇非常重要，利用三維實體建?？梢阅M爆破點進行演練，可以直接提供爆破數據和文件，為工程的進行提供了重要數據，整個采礦工程中，爆破設計主要是巷道工程的爆破設計，切割工程爆破設計和礦場礦柱的爆破設計。爆破的鉆孔也很重要，根據鉆孔的深淺，主要分為淺孔，中深孔和深孔。

3 設計結果的輸出

3.1 采準切割工程量的計算

采切工程量的計算是開始進行開采工程的基礎，通過對模擬礦體的切割，整合來計算出所需數據，見表1。

3.2 爆破結果的輸出

爆破點的選擇，爆破大小的控制，直接影響著開采是否成功，開采量的多少，因此，爆破數據必須準確。

3.3 礦塊剖面圖和施工圖的輸出

通過三維可視化實體建模，進行切割輸出剖面圖，根據分析演練得出的數據，輸出施工圖，此方法更加直觀形象地反映礦體情況，采切過程。與傳統(tǒng)圖相比更具真實性，更有利于整個生產過程。

結論

通過對實際礦體進行三維可視化分析研究，可以發(fā)現三維實體更具真實性，通過三維可視化采礦，使施工技術人員可以更加清晰地了解采礦過程，更有利于采礦施工，避免了不必要的損失，提高采礦效率，從而為礦山實現數字化建設的目標奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1]王李管，何昌盛，賈明濤，等.三維地質體實體建模技術及其在工程中的應用[J].金屬礦山，2016，356（2）：58-62.

[2]梁艷麗，孫煜哲.基于surpac的三維空間地質建模方法[J].礦業(yè)工程，2011（6）：99-101.

[3]章林，李家泉，代碧波，等.三維實體建摸技術在露天礦設計中的應用[J].中國礦業(yè)，2008（17）：45-46.

[4]龔元祥，王李管，賈明濤，等.金川礦區(qū)復雜地質體三維可視化建模技術研究[J].中國礦山工程，2007，36（6）：8-12.

[5]王李管，何昌盛，賈明濤，等.三維地質體實體建模技術及其在工程中的應用[J].金屬礦山，2016，356（2）：58-62.