基于MineSight軟件的地下礦井巷工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

姚 華 胡慶雄 王 停 王 松 譚成杰

（1.貴州開(kāi)磷有限責(zé)任公司；2.南昌致輝泰克科技有限公司）

得益于采掘裝備制造技術(shù)的進(jìn)步，靈活、高效、大型化、智能化的無(wú)軌設(shè)備在地下礦山的應(yīng)用越來(lái)越普及。礦山生產(chǎn)中，為了充分發(fā)揮無(wú)軌設(shè)備高效作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，采用無(wú)軌設(shè)備作業(yè)的地下礦山往往需要掘進(jìn)大量斷面尺寸不小的井巷工程。通常，井巷工程多數(shù)位于礦體外部，其掘進(jìn)時(shí)安全、通風(fēng)條件差，單位成本高。因此，工程進(jìn)尺的增加，意味著單位礦石運(yùn)營(yíng)成本的增加，同時(shí)，也增加了采礦的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何在確保無(wú)軌設(shè)備作業(yè)優(yōu)勢(shì)的前提下，優(yōu)化井巷工程的設(shè)計(jì)，降低不必要的工程進(jìn)尺，已成為礦山高效管理面臨的一大課題。

本研究以國(guó)內(nèi)某大型地采磷礦山（以下簡(jiǎn)稱“該礦”）為例，介紹該礦應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)的礦業(yè)軟件Mine-Sight進(jìn)行井巷工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法及取得的應(yīng)用成果。

1 礦山簡(jiǎn)介

該礦為淺—濱海相沉積磷礦床，礦層呈緩傾斜狀態(tài)，走向近南北向，總體傾向東，平均傾角為20°［1］，現(xiàn)已查明磷礦石總資源量約為10億t，是我國(guó)磷礦資源的重要生產(chǎn)基地。

該礦采用平硐膠帶斜井輔助斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓、盤區(qū)開(kāi)采，盤區(qū)長(zhǎng)600 m，中段高60 m或80 m。采用的采礦方法主要為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，采?chǎng)長(zhǎng)為15~20 m，采場(chǎng)寬為礦體水平厚度。主要采礦設(shè)備均為無(wú)軌設(shè)備，包括鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、自卸卡車和錨桿臺(tái)車等。

因礦層頂板不穩(wěn)定，該礦井巷工程布置在礦層上盤，盤區(qū)采切工程包括盤區(qū)斜坡道、脈外分層運(yùn)輸平巷、采場(chǎng)石門、脈內(nèi)鑿巖平巷、盤區(qū)溜井和充填管線井等［2］，見(jiàn)圖1。

2 井巷工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 礦山開(kāi)拓工程的優(yōu)化

該礦通過(guò)以下兩步驟依次對(duì)礦山開(kāi)拓工程進(jìn)行優(yōu)化。

（1）分析礦體和地質(zhì)構(gòu)造的三維空間關(guān)系。在礦山開(kāi)拓設(shè)計(jì)階段，利用勘探模型［3］在MineSight-MS3D界面中分析地表、礦體、斷層和巖性模型之間的三維空間關(guān)系，避開(kāi)斷層發(fā)育、圍巖穩(wěn)定性較差的區(qū)域，將開(kāi)拓工程優(yōu)先布置在地質(zhì)條件較好的區(qū)域。

（2）三維快速建模，之后對(duì)比多種方案的工程量、施工條件、服務(wù)范圍、運(yùn)輸距離等，進(jìn)行確定最優(yōu)的方案。

首先，應(yīng)用MineSight軟件便捷的三維建模工具快速構(gòu)建出多種可能的方案。

其次，通過(guò)MineSight軟件的查詢工具快速得到各種方案的工程量。

最后，在MS3D界面中全方位地分析礦體與各工程之間的三維空間關(guān)系，并結(jié)合工程造價(jià)選取最優(yōu)的開(kāi)拓方案。

圖2 和圖3是該礦排碴方案的2種可能方案，經(jīng)對(duì)比分析，該礦最終選取工程量較少的方案一。

對(duì)于礦山深部的開(kāi)拓工程（如中段大巷），其設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是勘探模型，而隨著礦山開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，礦山淺部的礦體已基本探明（按該礦技術(shù)規(guī)范要求升級(jí)為備采模型）。此時(shí)，可結(jié)合備采模型與礦山深部鉆孔見(jiàn)礦位置對(duì)勘探模型進(jìn)行修改得到更高精度的礦體模型［4］，見(jiàn)圖4。這為礦山深部中段或分層脈外運(yùn)輸平巷的布置、盤區(qū)溜井的選址提供更為可靠的礦體依據(jù)，有助于在合理回采礦石的前提下降低盤區(qū)石門的總長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化開(kāi)拓工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

2.2 盤區(qū)工程的優(yōu)化

該礦采用的采礦方法對(duì)應(yīng)的盤區(qū)采切工程量大，由于盤區(qū)部分區(qū)域礦層厚度變化大，因此，盤區(qū)采切工程的優(yōu)化也有實(shí)際的意義。

在該礦推廣數(shù)字礦山技術(shù)之前，盤區(qū)采切工程多數(shù)是依靠采礦工程師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于地質(zhì)條件不同、不同工程師經(jīng)驗(yàn)不同，這種情況容易導(dǎo)致礦山額外掘進(jìn)一些不必要的采切工程，無(wú)形之中給企業(yè)增加了生產(chǎn)成本。

類似于開(kāi)拓工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化，該礦通過(guò)不斷的實(shí)踐，探索得到了采切工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的途徑。

如圖5所示，在MS3D界面中打開(kāi)待設(shè)計(jì)的盤區(qū)礦體，借助MineSight軟件的切剖面/平面工具，可在MS3D界面中沿任意方向快速切剖面［5］，進(jìn)而在剖面上分析礦體厚度、礦體與工程的空間關(guān)系等。

通過(guò)比較、分析，對(duì)于厚度達(dá)不到開(kāi)采要求的薄礦體，將其作為未可采礦量（即這些薄礦體所在的區(qū)域暫不具備回采的條件），此時(shí)，薄礦體所在區(qū)域不設(shè)計(jì)具體的采切工程，這樣從設(shè)計(jì)層面減少工程掘進(jìn)量（見(jiàn)圖6），降低了盤區(qū)總的掘進(jìn)費(fèi)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的數(shù)字礦山建設(shè)及應(yīng)用實(shí)踐，該礦已成功探索出了一種優(yōu)化礦山開(kāi)拓工程和盤區(qū)采切工程的設(shè)計(jì)，從而降低礦山工程掘進(jìn)費(fèi)用的途徑。

該礦根據(jù)鉆探數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的勘探模型、開(kāi)拓模型和備采模型3種礦體模型，依次由低到高地提高了盤區(qū)礦體的模型精度，使得井巷工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化具備了可靠的地質(zhì)條件。

應(yīng)用MineSight軟件，一方面提高了井巷工程方案設(shè)計(jì)和決策的效率，另一方面，三維可視化、可量化的軟件界面，為礦山分析、管理井巷工程提供了可靠的工具平臺(tái)。