3DMine 在石頭梅露天煤礦工程量驗收中的應(yīng)用

劉興學

（新疆能源（集團）有限責任公司 哈密分公司，新疆 哈密 839000）

3DMine 礦業(yè)軟件是一套服務(wù)于地質(zhì)、測量、采礦等技術(shù)應(yīng)用的三維礦業(yè)軟件。3DMine 礦業(yè)軟件已廣泛應(yīng)用于金屬、非金屬、核工業(yè)、煤炭、建材等固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質(zhì)模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代資源量估算、露天及地下采礦設(shè)計和礦山三維可視化管理等多方面。軟件采用三維引擎技術(shù)，按照組件開發(fā)思路，采用全新的軟件構(gòu)架組成的三維軟件平臺。集成了三維可視化、編輯工具、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地質(zhì)建模[1]、測量數(shù)據(jù)、資源量估算、采礦設(shè)計、境界優(yōu)化、炮孔設(shè)計、進度計劃、打印制圖等功能模塊。應(yīng)用于地質(zhì)、測量[2]、采礦、生產(chǎn)控制及資源管理等專業(yè)，為礦業(yè)行業(yè)提供了全方位的專業(yè)軟件工具。

1 工程概況

石頭梅露天煤礦一期工程設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模5.0 Mt/a。剝離采用單斗－卡車開采工藝[3]。新近系及表土層不需爆破，新近系以下巖石需松動爆破后采裝，煤系地層以上剝離臺階水平分層，標準臺階高度10 m。表土層不需爆破的巖層單獨劃分臺階進行開采，表土層以下巖石臺階經(jīng)松動爆破后采裝。采裝設(shè)備選用斗容8.0 m3液壓挖掘機，運輸設(shè)備選用載重91 t自卸卡車。采掘帶寬度為20 m，挖掘機端工作面作業(yè)水平裝車。采煤工藝為單斗－卡車＋半移動破碎站半連續(xù)工藝，采出的煤由自卸卡車運至地面半移動破碎站，破碎后的煤由帶式輸送機運往二次破碎及后續(xù)系統(tǒng)。煤層臺階劃分方式采用水平分層，標準臺階高度10 m。采用從煤層頂板向底板推進的采煤方式。

2 爆破工程驗收

石頭梅露天煤礦由2 家爆破單位進行爆破作業(yè)，每月進行1 次爆破工程驗收計量及結(jié)算。由于剝采工程是一項動態(tài)工程，工程推進速度快，對各爆破區(qū)采裝后要及時進行驗收測量，需要投入大量的人力。采場剝采作業(yè)環(huán)境很難實現(xiàn)爆破區(qū)采裝后的驗收測量，在月度爆破作業(yè)時，爆破工程會存在上下相鄰水平的作業(yè)區(qū)重疊的現(xiàn)象，基于對3DMine 礦業(yè)軟件“按臺階分類匯報”功能的研究，通過論證“按臺階分類匯報”中的“臺階”可以根據(jù)工程實際施工臺階高度設(shè)置，適用于露天煤礦爆破工程分水平計量。同一平盤由2 家爆破單位交替作業(yè)，通過對“三角網(wǎng)法”算量原理及方法分析研究，解決了2 家爆破單位在同一平盤多區(qū)域作業(yè)時，分區(qū)計量難的問題。石頭梅露天煤礦特殊位置爆破工程計量方法：①地表層爆破量計算，采用“三角網(wǎng)法”從地表爆破布孔基準面算至設(shè)計水平[4]；②煤層頂板巖石爆破量計算，采用“三角網(wǎng)法”從設(shè)計水平算至煤層頂板面；③標準臺階爆破量計算，采用“爆破布孔區(qū)域平面面積“乘以”設(shè)計臺階高度”。

若上下平盤屬于同一爆破單位作業(yè)，上部平盤爆破區(qū)采裝后出現(xiàn)的拉底，采用破碎錘處理或在下平盤爆破作業(yè)的同時進行處理。若上下平盤分別為2 家爆破單位作業(yè)，上部平盤爆破區(qū)采裝后出現(xiàn)的拉底，爆破單位可采用2 種處理方式：①由上部平盤爆破單位采用破碎錘處理；②下部平盤爆破單位在下部平盤爆破作業(yè)時進行處理，同時拉底量計入下部平盤爆破作業(yè)單位。

經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦爆破工程驗收中應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦多家爆破單位在相鄰上下水平重疊作業(yè)時，分水平計量。多家爆破單位在同一平盤多區(qū)域作業(yè)時，分區(qū)計量，計算爆破工程量速度快、精度高。

3 剝采工程驗收

3.1 剝采工程驗收的特點

1）延續(xù)計量。露天煤礦剝采工程是一項持續(xù)動態(tài)作業(yè)的工程，一般在剝采施工期間，每月進行1 次爆破和剝采工程量驗收計量及費用結(jié)算，每次計量是以上月剝采工程驗收面算至本月剝采工程驗收面所產(chǎn)生的工程量[5]，以此類推。

2）分類計量。煤礦巖體主要是沉積巖，層理明顯，各層強度不同，軟硬巖層相間。一般情況下地表層巖石強度較低，深部巖石強度相對較高。由于巖石硬度的不同，地表層強度較低的巖石，軟巖無需松動爆破，挖掘機可直接采裝。深部巖層強度較高，硬巖層只能在松動爆破后，挖掘機才能進行采裝。不同硬度的地層開采難易程度不同，開采投資成本不同。石頭梅露天煤礦開采煤層與巖層的難易程度不同，土石方剝離和采煤的合同單價不同[6]，在剝采工程量計算時，采煤量與土石方剝離量分類計量。土石方剝離工程的表土、非爆破巖石和爆破巖石合同單價不同。在土石方剝離工程計算時，結(jié)合采場現(xiàn)狀，把表土、非爆破巖石量與爆破巖石量分類計量。

3.2 工程量計算方法

3DMine 礦業(yè)軟件根據(jù)計算原理的不同，DTM 表面填挖方體積計算分為3 種方法：三角網(wǎng)法、網(wǎng)格法和斷面法。三角網(wǎng)法的原理是將上表面三角網(wǎng)投影到下表面，形成新的結(jié)點，新結(jié)點連接成的三角網(wǎng)向上延伸成為三棱柱，將三棱柱作為計算單元[7]，累加算出總體積；三角網(wǎng)法可實現(xiàn)1 次進行多個區(qū)域同時計算，每個區(qū)域可分水平計量，同時可生成各區(qū)域填挖方部分的實體模型。網(wǎng)格法的原理是在填挖方的空間里填充柱狀塊體，累加算出總體積。斷面法的原理是在填挖方位置切割若干斷面，根據(jù)圓錐體積公式，計算每個斷面的填挖方面積乘以斷面間距得出體積。通過對3DMine 礦業(yè)軟件功能研究，結(jié)合石頭梅露天煤礦爆破、剝采工程現(xiàn)狀和施工合同的要求，將以上3 種方法進行對比，最終選擇“三角網(wǎng)法”[8]計算工程量。

3.3 剝采工程計算

石頭梅露天煤礦生產(chǎn)時，每月進行1 次剝采工程驗收計量及結(jié)算。剝采工程施工時，會存在同一水平投影區(qū)域內(nèi)既有土石方剝離量又有采煤量。煤礦為了更好地掌握剝采工程施工進度，月度剝采工程量計算時，需按照設(shè)計剝采臺階高度分水平計量，剝采工程分水平計量與爆破工程分水平計量原理相同。在“三角網(wǎng)法”計算月度剝離工程量時，以上月剝離驗收工作面為剝離前基準面，以本月剝離驗收面與本月露煤頂板面形成的組合面為剝離后基準面，利用剝離前基準面與剝離后基準面計算月度剝離量并自動生成工程量表。在月度采煤量計算時，以上月采煤驗收工作面與本月露煤頂板面形成的組合面為采煤前基準面，以本月采煤驗收面為采煤后基準面，利用采煤前基準面與采煤后基準面計算月度采煤量并自動生成工程量表[9]。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程量計算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦剝采工程計量，且計算速度快、精度高。

3.4 剝采工程運距計算

石頭梅露天煤礦排土場在采場南側(cè)，剝離采用單斗－卡車開采工藝，采煤采用單斗－卡車＋半移動破碎站半連續(xù)開采工藝，剝采工程采用分層采裝工藝[10]。土石方剝離和采煤在不同采裝區(qū)與卸車區(qū)的運輸距離不同，不同運輸距離的運輸成本不同，運輸單價不相同?？ㄜ囘\輸距離越遠，耗費時間越長，燃油量越高，運輸成本隨運輸距離的增加而增大。剝采運距以實際運輸線路在3DMine 礦業(yè)軟件中的水平投影長度為準。采場剝離物拉運至南外排土場排棄，有2 條剝離運輸線路：第1 條采場上部水平的剝離物→采場移動坑線→四號出入溝→運輸干線3→排土入口2→排土場下部平盤排棄；第2 條采場下部水平剝離物→采場移動坑線→二號出入溝→運輸干線2→排土入口1→排土場上部平盤排棄。為能準確地計算剝采運距，通過對3DMine 礦業(yè)軟件功能的研究，利用“三角網(wǎng)法”計算剝離工程量時選擇“生成實體”，通過把計算剝離工程量生成的實體按水平“切分實體”后，采用“printsc”命令可快速準確的計算出分水平實體質(zhì)心，通過計算論證“分水平實體質(zhì)心”＝“分水平剝采工程量實際重心”；排土工程量重心采用同樣的方法計算，解決了石頭梅露天煤礦在剝采運距計算中，確定各水平裝車點和卸車點難的問題。剝離運距計算時，首先分別計算每條剝離運輸線路的加權(quán)運距，再通過2 條剝離運輸線路的加權(quán)運距計算出綜合加權(quán)平均運距。采場原煤拉運至破碎站和臨時煤場，原煤生產(chǎn)運距與剝離運距計算原理相同。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程運距計算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦采用單斗－卡車開采工藝，分水平采裝和排土作業(yè)時，卡車運輸距離計算。

3.5 剝采工程提升高度計算

露天煤礦剝采工程采用單斗－卡車開采工藝時，土石方剝離和采煤在不同采裝區(qū)與卸車區(qū)的提升高度不同，不同提升高度的單價也不相同?？ㄜ囘\輸提升高度越高，耗費時間越長，燃油量越高，運輸成本隨提升高度的增加而增大。石頭梅露天煤礦剝采工程采用分層采裝工藝，在月度土石方剝離提升高度計算時，通過采用3DMine 礦業(yè)軟件的“按臺階分類匯報”，按照石頭梅露天煤礦設(shè)計剝采排臺階高度，分水平計算各水平土石方剝離工程量和排土工程量，結(jié)合現(xiàn)場采裝工藝計算出各水平采裝基準高程，剝離物卸車高程以各排土平盤設(shè)計高程為準。采用土石方剝離各水平采裝基準高程和剝離量計算出綜合加權(quán)平均采裝高程，采用土石方排棄各排土平盤設(shè)計高程和排土量計算出綜合加權(quán)平均卸車高程，綜合加權(quán)平均卸車高程減綜合加權(quán)平均采裝高程的差值為本月土石方剝離工程實際提升高度。在月度采煤提升高度計算時，按照設(shè)計分水平計算采煤工程量，結(jié)合現(xiàn)場采裝工藝計算出各水平采煤基準高程，破碎站卸煤以礦卡卸料平臺高程為基準，臨時煤場卸煤以實際卸車高程為基準。采用各水平采煤基準高程和采煤量計算出綜合加權(quán)平均采煤高程，根據(jù)破碎站和臨時煤場卸車高程和卸煤量計算出卸車綜合加權(quán)平均高程，卸車綜合加權(quán)平均高程減采煤綜合加權(quán)平均高程的差值為本月采煤工程實際提升高度。經(jīng)3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦剝采工程提升高度計算中的應(yīng)用，該軟件適用于露天煤礦采用單斗－卡車開采工藝，分水平采裝和排土作業(yè)時，卡車運輸提升高度計算。

4 結(jié)語

3DMine 礦業(yè)軟件在石頭梅露天煤礦爆破和剝采工程驗收中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過對3DMine 礦業(yè)軟件功能的研究及應(yīng)用，證明軟件適用于采用單斗－卡車開采工藝露天煤礦的剝采工程分水平計量、分水平采裝及排土作業(yè)時卡車運輸運距計算、分水平采裝及排土作業(yè)時卡車運輸提升高度計算、多家爆破單位在相鄰上下水平重疊作業(yè)時分水平計量、多家爆破單位在同一平盤多區(qū)域作業(yè)時分區(qū)計量。3DMine 礦業(yè)軟件計算工程量的速度快、精度高。石頭梅露天煤礦通過應(yīng)用3DMine 礦業(yè)軟件提高了爆破和剝采工程驗收的工作效率及質(zhì)量。