Surpac軟件在中深孔鑿巖爆破優(yōu)化中的應(yīng)用

孔令賢，代紹波，高 偉

（黑龍江紫金龍興礦業(yè)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

礦業(yè)工程軟件建立的三維模型能夠清晰準(zhǔn)確地表述各類地質(zhì)現(xiàn)象，快速直觀了解地質(zhì)構(gòu)造、分布位置及相關(guān)影響，為礦山發(fā)展和資源合理開發(fā)提供參考依據(jù)。相關(guān)學(xué)者對礦業(yè)工程軟件在礦山應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，王月軍等3DMine軟件在司家營鐵礦的應(yīng)用，建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了地表模型、實(shí)體模型及塊體模型，并廣泛應(yīng)用于編制生產(chǎn)計劃、爆破設(shè)計、供配礦管理及采剝量核算等工作，實(shí)現(xiàn)礦山精確發(fā)展［1］；彭壽星3DMine軟件在尖山鐵礦地采穿孔爆破設(shè)計中的應(yīng)用，通過3DMine軟件詳細(xì)闡述軟件在礦山生產(chǎn)中高效應(yīng)用［2］；文柏茂3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設(shè)計中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了礦山三維模型的可視化中深孔爆破設(shè)計，為礦山的采礦設(shè)計、生產(chǎn)及管理等提供初步指導(dǎo)［3］。紫金礦業(yè)境外權(quán)屬企業(yè)在此基礎(chǔ)上深化研究，詳細(xì)分析Surpac和中望CAD等軟件在礦山三維地質(zhì)建模、中深孔爆破設(shè)計、生產(chǎn)動態(tài)管理等方面應(yīng)用成果，為礦山發(fā)展提供參考。

1 工程概況

龍興采用空場采礦法和無底柱分段崩落采礦法，分層從＋80到-200，分層分批次回采礦石。礦體穿脈間距為15 m左右，礦體大小不一，穿脈間距隨礦體有所變化。在分層適合位置布置切割井，設(shè)立切割槽；以切割槽為自由面后退回采，每次爆破1～2排炮孔。采用Atlas Simba 1354采礦鑿巖臺車施工上向扇形孔，孔徑為76 mm。龍興公司前期采用中望CAD軟件進(jìn)行采準(zhǔn)設(shè)計、中深孔爆破設(shè)計，在二維平面分析爆破情況、采空區(qū)狀況等。無法立體展現(xiàn)礦山生產(chǎn)全流程，給生產(chǎn)帶來諸多不便。

根據(jù)龍興采礦方法、地質(zhì)構(gòu)造、中深孔爆破試驗(yàn)研究確定中深孔孔網(wǎng)參數(shù)，結(jié)合Surpac和中望CAD等多種軟件進(jìn)行三維模型構(gòu)造、中深孔設(shè)計、爆破設(shè)計等，優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，把握現(xiàn)場安全，提高生產(chǎn)和爆破效率，為公司高效發(fā)展提供蓬勃動力。

＋80采場位于分層采場最上部，距離地表約85 m，開采位于1 699～1 735 m標(biāo)高之間的礦體。＋80礦體下盤圍巖為碳黑色黃鐵礦化含碳玄武巖凝灰?guī)r，不穩(wěn)固；由于裂隙發(fā)育，巖石不穩(wěn)固礦石類型為塊狀硫化物型多金屬礦石。

2 三維模型構(gòu)建

2.1 地表建模

地表模型由若干地形線和地表散點(diǎn)生成。采用中望CAD軟件繪制地形圖，保留采區(qū)地形線、首曲線和計曲線圖層，保留高程點(diǎn)，其余部分刪除。導(dǎo)入Surpac軟件后，查看導(dǎo)入數(shù)據(jù)是否正常，如不正常，參照周邊點(diǎn)及CAD內(nèi)高程，使用編輯-點(diǎn)-屬性功能調(diào)整不合適的點(diǎn)坐標(biāo)；坡頂和坡底匹配對應(yīng)的高程點(diǎn)，使用DTM工具-由當(dāng)前層創(chuàng)建DTM功能創(chuàng)建。

2.2 礦體模型建立

龍興礦體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，相鄰兩勘探線上礦石品位不一，需要多組勘探線對礦體進(jìn)行控制，結(jié)合地表孔數(shù)據(jù)，15 m間距一組勘探線鉆探。鉆探礦石化驗(yàn)后編入巖性表、品位表、定位表、測斜表，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surpac軟件。通過對鉆孔進(jìn)行平推、肩推，編輯三角網(wǎng)，DTM面，優(yōu)化驗(yàn)證生成礦體模型。龍興＋80礦體模型如圖1所示。

圖1 龍興＋80礦體模型示意圖

2.3 塊體模型建立

在Surpac打開礦體模型，新建塊體模型，系統(tǒng)自動匹配礦體的坐標(biāo)參數(shù)，提高塊體報量準(zhǔn)確性，龍興塊體尺寸定為2 m×2 m×1 m，次塊尺寸1 m×1 m×0.5 m，主要屬性有礦巖屬性、體積、Zn、Pb、Cu、Au、Ag礦體及密度等。

2.4 采準(zhǔn)設(shè)計

將礦體模型導(dǎo)入Surpac軟件，切割橫、縱剖面，確定分層高度、穿脈數(shù)量、切割槽位置，退采方向、鏟裝點(diǎn)、車輛運(yùn)輸方向、通風(fēng)系統(tǒng)等。根據(jù)鏟裝設(shè)備確定巷道大小為4 m寬、4 m高，1／4三心拱設(shè)計。

2.5 地采巷道模型建立

地質(zhì)測量人員進(jìn)行巷道實(shí)測，標(biāo)注巷道大小，底板頂板高程。將實(shí)測巷道底板邊界線導(dǎo)入Surpac軟件，在實(shí)體建模中創(chuàng)建三角網(wǎng)，編輯三角網(wǎng)；驗(yàn)證優(yōu)化根據(jù)設(shè)計斷面大小建立巷道實(shí)體模型。龍興＋80分層巷道三維實(shí)體模型如圖2所示。

圖2 龍興＋80巷道實(shí)測模型示意圖

3 Surpac中深孔爆破設(shè)計

3.1 爆破參數(shù)確認(rèn)

龍興中深孔采用Atlas Simba 1354采礦鑿巖臺車施工，孔徑76 mm。結(jié)合地質(zhì)情況、其他分層爆破后參數(shù)，確定孔網(wǎng)參數(shù)方案一、方案二見表1。

表1 孔網(wǎng)參數(shù) m

3.2 建立數(shù)據(jù)庫

中深孔鉆機(jī)Atlas Simba 1354錄入?yún)?shù)，包括鉆機(jī)極軸點(diǎn)高度（機(jī)芯高度）、傾斜慣例和限制（扇形面前后角度）、應(yīng)用旋轉(zhuǎn)限制（扇形面左右角度）、鉆頭直徑、鉆桿長度等。

礦石和主巖（圍巖）參數(shù)錄入，礦石名稱多金屬礦、圍巖名稱凝灰?guī)r、礦石密度3.6 g／cm3、地震P波速度3 184 m／s、地震S波速度1 900 m／s、巖石靜態(tài)拉伸強(qiáng)度8.6 MP等。

ACP-1炸藥參數(shù)錄入，包括炸藥名稱、密度0.85 g／cm3、比重1.176 g／cm3、溶于水、散裝炸藥、需要起爆藥包等。

起爆藥包硝銨炸藥參數(shù)錄入，爆破裝藥名稱AMOMONIUM NITRATE、直徑32 mm、長度200 mm、密度1 g／cm3、重量0.2 kg等。

起爆雷管參數(shù)錄入，包括雷管名稱、非電延遲、延遲間隔時間25 ms、雷管腳線長度21 m等。

3.3 導(dǎo)入模型

Surpac線框文件分為巷道工程、采場邊界、礦體模型三種，按照類型分別導(dǎo)入實(shí)體，再導(dǎo)入多段線＋80／T1巷道中心線，如圖3所示。

圖3 實(shí)體模型示意圖

3.4 方案一中深孔設(shè)計

將巷道工程設(shè)置為采空區(qū)，隱藏采場邊界和礦體。選擇創(chuàng)建新扇形孔集合中的扇形孔集合，選擇對應(yīng)的采場限制為＋80／T1采準(zhǔn)邊界與參考線＋80／T1巷道中心線，選擇上向孔。

布置參數(shù)界面輸入孔直徑為76 mm、最大掃描角-50°、最小掃描角50°、最大掃孔長25 m、最小掃孔長3 m、起始傾角90°、結(jié)束傾角90°、扇面間距2 m、孔間距2.5 m、首扇面偏2 m、礦石接觸偏移-0.5 m等參數(shù)。

裝藥參數(shù)界面選擇數(shù)據(jù)庫內(nèi)炸藥、起爆、雷管類型；采用耦合裝藥、輸入填塞距1 m、球體半徑1 m、最小孔口長度3 m、在孔底布置起爆點(diǎn)等。

Surpac軟件在創(chuàng)建新扇形孔集合中輸入?yún)?shù)時，系統(tǒng)生成方案一的中深孔設(shè)計。

中深孔設(shè)計自動生成后，還可以利用軟件編輯功能，直接修改參數(shù)。

3.5 塊模型功能

在Surpac軟件中導(dǎo)入塊體模型，在扇形孔評估中選擇扇面R4，系統(tǒng)自動生成R4等值面，密度填入3.6 t／m3，在塊體中選擇要的參數(shù)比如sg、cs-pb、cs-zn等，結(jié)果出現(xiàn)R4排炮孔個數(shù)、炮孔長度、體積、重量、金屬品位等，為生產(chǎn)發(fā)展提供數(shù)據(jù)化指導(dǎo)。

3.6 方案一爆破設(shè)計

在創(chuàng)建爆破設(shè)計窗口新建一個爆破，以方案一為例，更改爆破名稱，在爆破序列中選擇順序中間孔為第一個孔，優(yōu)先爆破、每次延遲孔數(shù)為3個、無藥段順序孔底到孔口在爆破間隔更改時序參數(shù)等。

選擇R1-R5排創(chuàng)建爆破設(shè)計。選擇等值面，可以清晰顯示孔布局視圖爆破輪廓線、長剖面圖爆破輪廓、3D視圖實(shí)體爆破模型，清晰表達(dá)爆破效果。

選擇Dilution，選擇1 m分辨率，系統(tǒng)根據(jù)等值面自動分析爆破方量、礦石方量、廢石方量，貧化率等。在添加到項目中，可將爆破影響下排孔具體位置，在等值面中標(biāo)出，判斷中深孔參數(shù)是否合理。

方案一R1-R5排中深孔米數(shù)、爆破礦石量、炸藥單耗等見表2。

表2 方案一R1-R5排爆破參數(shù)

3.7 方案二中深孔設(shè)計

如方案一步驟，填寫方案二參數(shù)值，布置扇面間距2.5 m、孔間距2.6 m、首扇面偏2.5 m、礦石接觸偏移-2 m。系統(tǒng)自動生成方案二中深孔設(shè)計。

3.8 方案二爆破設(shè)計

如方案一步驟進(jìn)行爆破設(shè)計，爆破方案二R1-R4排。方案二R1-R4排中深孔米數(shù)、爆破礦石量、炸藥單耗等見表3。

表3 方案二R1-R4排爆破參數(shù)

3.9 爆破對比

R1孔布局如圖4所示，爆破后方案一R1爆破輪廓線明顯比方案二爆破輪廓線大，爆破后廢石更多，貧化率高，對其他采區(qū)破壞性大。

圖4 R1孔布局圖示意圖

炮孔排面剖面示意圖如圖5所示，方案一R1排爆破輪廓線直接覆蓋R2排面線，容易出現(xiàn)炮孔破壞、炮孔錯位、眉線破壞等現(xiàn)象；方案二R1爆破輪廓線離R2排面線有一定距離。

圖5 炮孔排面剖面示意圖

3.10 導(dǎo)出與報告

完成中深孔設(shè)計，選擇界面的‘采場’，右鍵選擇導(dǎo)出，所有孔導(dǎo)出，包含坐標(biāo)，排號、孔號等信息。

完成中深孔設(shè)計，在創(chuàng)建扇形孔集合-采場-報告，點(diǎn)擊新建報告模板，選擇扇面頁-扇面視圖、扇面表、扇面屬性等，保存為中深孔報告。

采場爆破等值面，形成爆破實(shí)體，設(shè)置為空區(qū)，設(shè)計其他采場中深孔時，系統(tǒng)控制鉆孔深度，炮孔不會穿透到其他采場。

Surpac軟件建立好數(shù)據(jù)庫，確定導(dǎo)出模板，方案一參數(shù)調(diào)整為方案二參數(shù)，系統(tǒng)可以自動生產(chǎn)新的中深孔設(shè)計和爆破設(shè)計，導(dǎo)出報告5 min完成設(shè)計。

采用Surpac軟件中深孔設(shè)計和爆破設(shè)計，方案一參數(shù)調(diào)整為方案二參數(shù)，需重新畫排位線，創(chuàng)建爆破爆破單元，切割剖面。每排炮孔重新確定機(jī)芯、鉆機(jī)位置，采準(zhǔn)邊界，編輯炮孔，創(chuàng)建炮孔邊界，計算爆破量，導(dǎo)出爆破數(shù)據(jù)。重復(fù)每排炮孔的上述操作，生成實(shí)體，平面成圖，導(dǎo)出中望CAD，需要2 h以上。

3.11 現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)

Surpac軟件數(shù)據(jù)庫輸入龍興地質(zhì)、鉆機(jī)、雷管、炸藥等參數(shù)，分別采用方案一、方案二在-120／1-3采場進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。方案二進(jìn)爆破后眉線正常、頂板、邊幫、眉線、鉆孔完好。方案二礦石貧化降低42.86%，炸藥單耗降低28.43%，炸藥成本減少30.77%，鉆孔時間減少32.90%。

4 結(jié) 語

1.Surpac軟件在中深孔爆破設(shè)計人機(jī)交互界面良好，可視化程度高；數(shù)據(jù)庫管理讓礦山發(fā)展模塊化；自動生產(chǎn)中深設(shè)計，工作效率提高10倍；模擬爆破，直接分析孔網(wǎng)參數(shù)是否合理。

2.采用方案二孔網(wǎng)參數(shù)，貧化降低42.86%，炸藥單耗降低28.43%，炸藥成本減少30.77%，鉆孔時間減少32.90%，對類似礦山具有指導(dǎo)意義。