3Dmine軟件在空區(qū)處理中的應(yīng)用

劉 亮

(洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471542)

1 前言

3DMine礦業(yè)軟件是采用國(guó)際上先進(jìn)的三維引擎技術(shù)、全中文操作的國(guó)產(chǎn)化礦業(yè)軟件系統(tǒng)，是符合中國(guó)礦業(yè)行業(yè)規(guī)范和技術(shù)要求的全新三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)。3DMine廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)量、采礦和生產(chǎn)管理等方面，主要為固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)處理、礦床地質(zhì)模型、構(gòu)造模型、地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算、露天及地下礦山采礦設(shè)計(jì)、露天短期進(jìn)度計(jì)劃以及生產(chǎn)設(shè)施數(shù)據(jù)、規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)建立實(shí)用三維可視化基礎(chǔ)平臺(tái)，為礦山資源管理、資源開(kāi)采效率管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理提供技術(shù)支持服務(wù)。

2 三道莊礦區(qū)概況

洛鉬集團(tuán)三道莊礦區(qū)為開(kāi)采規(guī)模3 000t/d的特大型有色露天礦山，經(jīng)過(guò)20世紀(jì)80年代、90年代初無(wú)序的地下開(kāi)采，在露天開(kāi)采境界內(nèi)形成了大量的地下空區(qū)，這些采空區(qū)大小形態(tài)不規(guī)則，高度和跨度不一致，形態(tài)復(fù)雜，在空間位置上重疊交錯(cuò)，雜亂無(wú)章，嚴(yán)重影響了礦山的正常生產(chǎn)，給礦山施工人員和設(shè)備帶來(lái)了安全隱患，如何安全合理地治理采空區(qū)成為礦山生產(chǎn)的重要課題。

經(jīng)過(guò)與高校的多年合作，已經(jīng)形成探測(cè)先行、聲發(fā)射與微震聯(lián)合監(jiān)測(cè)、強(qiáng)制崩落與成井充填等處理工藝的一體化空區(qū)治理方案，為保證露天安全生產(chǎn),從1998年至2006年底共進(jìn)行了107次空區(qū)處理,處理空區(qū)面積329 336m2，體積3 197 445m3，消除了大量的安全隱患。近年來(lái)隨著SURPAC、3Dmine等礦業(yè)三維軟件的引入，使空區(qū)處理工作逐步實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化、合理化。

3 軟件在空區(qū)處理中的應(yīng)用

3.1 地表與空區(qū)模型建立

(1)經(jīng)掃描后的空區(qū)。該區(qū)域?yàn)镋區(qū)1270/1280復(fù)合空區(qū)，空區(qū)基本分為3部分：第一部分為空區(qū)西部，頂?shù)装宸謩e為1292/1273，空區(qū)高度19m，空區(qū)面積412m2；第二部分為空區(qū)東部，分上下兩層，為1280、1270復(fù)合部分，上層1280空區(qū)頂?shù)装宸謩e為1295/1283，空區(qū)高度12m，空區(qū)面積495m2，下部1270空區(qū)頂?shù)装宸謩e為1281/1272，空區(qū)高度9m，空區(qū)面積372m2，兩層間有2m左右樓板；第三部分為一巷道，位于空區(qū)北部，底板標(biāo)高1 300m，巷道高2m，長(zhǎng)31m。具體掃描平面圖如圖1。

圖1 空區(qū)平面圖

(2)將地表GPS地表數(shù)據(jù)導(dǎo)入3Dmine軟件形成地表三維模型。通過(guò)地表模型與空區(qū)疊合，空區(qū)位于1318水平下部，南部為并段臺(tái)階，地表三維模型如圖2。

圖2 地表三維模型

(3)將三維激光探測(cè)系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)文件經(jīng)過(guò)預(yù)處理后形成.dxf格式的原始數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)文件可以被3Dmine軟件接受，導(dǎo)入3Dmine后形成空區(qū)三維實(shí)體模型，如圖3所示。地表與空區(qū)三維模型如圖4。

圖3 空區(qū)三維掃描圖

圖4 地表與空區(qū)三維模型

3.2 穿孔設(shè)計(jì)

穿孔設(shè)計(jì)是空區(qū)處理成功的關(guān)鍵，關(guān)鍵在于空區(qū)上方穿孔合格率。首先，穿孔深度需達(dá)到空區(qū)上方3m，既保證空區(qū)崩落又防止爆破能量散失；其次，要避開(kāi)巷道，因巷道會(huì)導(dǎo)致炮孔坍塌，同時(shí)增加裝藥難度，以往孔深的確定依據(jù)探測(cè)孔和透孔來(lái)推斷周邊孔的深度，既造成了孔深浪費(fèi)，后期裝藥還要吊孔充填，推斷的孔深也不精確，多方面影響爆破質(zhì)量，通過(guò)3Dmine礦業(yè)軟件三維設(shè)計(jì)功能可以實(shí)現(xiàn)批量布孔、快速生成布孔文件、精確確定孔深等，使穿孔設(shè)計(jì)更加精確，徹底克服了傳統(tǒng)的手工輸入炮孔、逐個(gè)編輯的不足。

根據(jù)空區(qū)平面位置結(jié)合臺(tái)階現(xiàn)狀確定合理的穿孔范圍，為確保施工進(jìn)度，減少施工強(qiáng)度，原則上施工范圍以確?？諈^(qū)得到治理為界。根據(jù)爆破區(qū)域地質(zhì)巖性信息，結(jié)合空區(qū)處理要求確定爆破參數(shù)，依次執(zhí)行露天—爆破設(shè)計(jì)—布孔參數(shù)，輸入表面文件及相應(yīng)參數(shù)值，再通過(guò)布置多孔實(shí)現(xiàn)批量布孔，通過(guò)單孔布孔實(shí)現(xiàn)孔位微調(diào)，重新編號(hào)后輸出各孔位坐標(biāo)信息，現(xiàn)場(chǎng)放孔后收回各孔信息，在3Dmine礦業(yè)軟件上精確確定各孔孔位，炮孔布設(shè)如圖5所示。

圖5 炮孔布設(shè)圖

根據(jù)空區(qū)及地表三維圖顯示，本次空區(qū)穿孔場(chǎng)地滿足空區(qū)處理要求，前方已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并段，具備24m自由面，爆破自由面良好，穿孔區(qū)域揭露地層為硅灰石、石榴子石矽卡巖(zjs2- 2)，區(qū)域內(nèi)無(wú)明顯構(gòu)造帶揭露，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備選取KY- 250鉆機(jī)施工，孔徑250mm，設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)5m×7m，三角形布孔，共設(shè)計(jì)炮孔70個(gè)，炮孔穿至空區(qū)上方3m，其余部位穿兩個(gè)臺(tái)階，超深2.5m。

3.3 爆破設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外露天礦均為正常臺(tái)階爆破，鑿巖條件好、成孔率高、爆破自由面充足。地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采的礦山，露天爆破既是為了采礦，也是為崩落空區(qū)頂板、礦柱或圍巖，成功處理空區(qū)。

3Dmine爆破模塊實(shí)現(xiàn)了露天礦山臺(tái)階爆破數(shù)字化設(shè)計(jì)，爆破效果好壞與爆破網(wǎng)絡(luò)關(guān)系密切，在應(yīng)用非電導(dǎo)爆管雷管實(shí)現(xiàn)逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)多種可視化、快捷的技術(shù)分析方法使爆破網(wǎng)路得到最優(yōu)效果。

(1)爆破網(wǎng)絡(luò)連接?？梢赃x取常用段別非電管進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，自動(dòng)進(jìn)行地表網(wǎng)絡(luò)連接，起爆點(diǎn)設(shè)置后可以自動(dòng)顯示地表或地下起爆時(shí)間，便于檢查漏連以及核查起爆網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的合理性，并能快捷地統(tǒng)計(jì)爆區(qū)各段別雷管的數(shù)目。

(2)網(wǎng)絡(luò)合理性分析。連接完起爆網(wǎng)絡(luò)并設(shè)置起爆點(diǎn)后，可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬來(lái)演示爆破網(wǎng)路的點(diǎn)火傳爆；通過(guò)等時(shí)線及巖石移動(dòng)方向整體分析爆破網(wǎng)絡(luò)的合理性，爆破網(wǎng)絡(luò)如圖6。

圖6 爆破網(wǎng)絡(luò)圖

本次爆破孔內(nèi)不分段，采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，非電毫秒延期雷管起爆，網(wǎng)絡(luò)為行列式地表逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)?？刂婆挪捎秒p發(fā)17、25ms非電毫秒雷管傳爆，普通排采用42ms非電毫秒雷管傳爆，孔內(nèi)采用400ms非電毫秒雷管起爆，地表總傳爆時(shí)間511ms。

本次爆破以4#孔起爆點(diǎn)，V型起爆，通過(guò)采用3Dmine軟件模擬，本次爆破網(wǎng)絡(luò)等時(shí)線分布均勻，爆破巖石移動(dòng)方向合理，網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

3.4 爆破效果

爆破后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，后部形成一個(gè)12m深的塌陷坑，爆堆松散，塊度均勻，大塊率較低。通過(guò)對(duì)爆堆塌陷體積實(shí)測(cè)核算，符合預(yù)期塌落情況，1270、1280空區(qū)均得到治理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)3DMine礦業(yè)軟件可以實(shí)現(xiàn)二維和三維界面技術(shù)的完美整合、對(duì)多種軟件如AutoCAD、Excel兼容，完全支持.dwg和.dxf文件格式，操作簡(jiǎn)便，極大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

(2)利用3DMine軟件建立礦山地表和空區(qū)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些模型的動(dòng)態(tài)顯示和基本三維分析功能，有助于明確空區(qū)的狀態(tài)，確定空區(qū)賦存狀態(tài)，為穿爆設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

(3)通過(guò)3DMine軟件中的爆破模塊可以實(shí)現(xiàn)從孔位布置、裝藥設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接、動(dòng)態(tài)模擬等多種爆破設(shè)計(jì)功能，使空區(qū)處理爆破設(shè)計(jì)更加合理準(zhǔn)確。

[1] 汪旭光，等．爆破手冊(cè)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2010．

[2] 吳光玲，李守杰．3DMine在建立空區(qū)和殘礦模型中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2010，(9)．

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[5] 于亞倫，等．工程爆破理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2008．

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