三維激光掃描技術(shù)在地下礦山殘礦回收中的應(yīng)用

張 斌 王孟來，2 李樹建，2 周 帆

（1.云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 昆明650600；2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明650600）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維空間精密探測系統(tǒng)已逐步應(yīng)用于礦山安全管理過程中[1～5]。例如，基于三維激光掃描技術(shù)準(zhǔn)確獲取采空區(qū)位置、形態(tài)及其變化情況，對保護(hù)地面設(shè)施及相鄰采場結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6～8]。在礦石回收經(jīng)濟(jì)性分析方面，礦石損失率和廢石混入率一直是衡量礦山高效開采的兩個重要指標(biāo)。面對如何降低礦石損失率和廢石混入率，國內(nèi)外研究人員開展了大量的研究工作[9]，但將減少損失和降低貧化同三維激光掃描技術(shù)結(jié)合起來，仍是當(dāng)前值得深入研究和探討的。本文主要依托吉林板廟子礦業(yè)有限公司某地下礦山，開展了基于三維激光掃描技術(shù)在殘礦回收中的應(yīng)用研究，為類似礦山提高殘礦回收提供借鑒。

1 工程概況

吉林板廟子礦業(yè)有限公司某地下礦山年出礦量約8.0×105t，出礦品味在3 g/t左右，主要采用30 m段高分段空場嗣后充填采礦法，充填料為廢石+分級尾砂。分段巷道布置在距礦體18 m處，主要用于建立礦塊與開拓系統(tǒng)的聯(lián)系。出礦穿脈巷道用作采場出礦、掏槽補(bǔ)償空間和掏槽天井的施工通道。切割天井布置于切割槽的中部，距礦體下盤有兩排掏槽炮孔，位置選擇有利于掏槽和減小掏槽爆破對上盤圍巖的破壞，上部穿脈鑿巖巷道用于施工掏槽孔、掏槽孔爆破裝藥和沿脈鑿巖巷道的通道，上部沿脈鑿巖巷用于中深孔施工和中深孔爆破裝藥。鑿巖采用Boomber282淺孔鑿巖臺車和SimbaH1354中深孔鑿巖臺車，出礦采用美國卡特彼勒（Caterpillar）公司的R1700G LHD型柴油鏟運(yùn)機(jī)。

2 基于三維激光掃描技術(shù)的原理與應(yīng)用

2.1 工作原理分析

采空區(qū)精確探測是殘礦回收的首要條件。將三維激光掃描設(shè)備伸入采空區(qū)內(nèi)部，便可對采空區(qū)進(jìn)行平面和立面雙向360°掃描，并記錄每個掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為殘礦回收分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖1為三維激光掃描設(shè)備工作原理。

圖1 三維激光掃描設(shè)備工作原理

2.2 應(yīng)用分析

由于吉林板廟子礦業(yè)有限公司某地下礦山具有復(fù)雜難采、溶洞區(qū)發(fā)育等特點(diǎn)，采用穿爆工藝很難一次性全部回采設(shè)計(jì)實(shí)體。為此，吉林板廟子礦業(yè)有限公司采用了三維激光掃描技術(shù)，通過采空區(qū)空間位置及其體積等參數(shù)分析，對提高殘礦回收進(jìn)行了研究。采空區(qū)現(xiàn)場實(shí)測如圖2所示。首先，采用加拿大Optech公司研制的三維激光掃描儀（CMS），通過高速激光掃描測量方法進(jìn)行大面積高分辨率地快速獲取采空區(qū)表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算機(jī)后處理生成高精度的三維可視化模型。其次，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)體三維模型，利用CMS實(shí)測數(shù)據(jù)對采場回采后的礦石殘留及廢石混入進(jìn)行計(jì)算分析，得出礦石損失率及廢石混入率。最后，根據(jù)殘礦的位置、數(shù)量及品位，進(jìn)行殘礦回收的經(jīng)濟(jì)性分析。

圖2 采空區(qū)現(xiàn)場實(shí)測圖

圖3為采場結(jié)束后基于CMS實(shí)測三維圖?；谠O(shè)計(jì)實(shí)體與CMS實(shí)測三維模型進(jìn)行差集計(jì)算，得到：

圖3 CMS實(shí)測三維模型

（1）礦石損失率=損失實(shí)體/設(shè)計(jì)實(shí)體

（2）廢石混入率=超爆實(shí)體/設(shè)計(jì)實(shí)體

通過CMS實(shí)測三維模型和設(shè)計(jì)實(shí)體計(jì)算分析，不僅可以得到采場回采指標(biāo)，還可以準(zhǔn)確判斷殘礦位置，對后續(xù)殘礦回收及采場充填提供了依據(jù)。

圖4為殘礦回收方案設(shè)計(jì)圖。殘礦回收步驟如下：首先，利用三維軟件得到殘礦重量及品位信息，計(jì)算分析殘礦經(jīng)濟(jì)價值；其次，根據(jù)已有巷道、采空區(qū)和殘礦三者之間的空間位置，對重新施工部分巷道進(jìn)行中深孔施工的回收方案，綜合計(jì)算殘礦回收所投入的工程、人工、材料、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用；最后，根據(jù)綜合投入與礦石價值對殘礦回收方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，確定殘礦回收的可行性（見表1）。自2018年8月以來，吉林板廟子礦業(yè)有限公司某地下礦山總共回收殘礦十萬余噸，品位約為3 g/t，按照300元/g的金價銷售價格來計(jì)算，則直接回收礦石效益約為9 000萬元。

表1 殘礦回收經(jīng)濟(jì)性分析

圖4 殘礦回收設(shè)計(jì)

3 結(jié)論

1）通過三維激光掃描技術(shù)，通過CMS實(shí)測三維模型和設(shè)計(jì)實(shí)體計(jì)算分析，不僅可以得到采場回采指標(biāo)，還可以準(zhǔn)確判斷殘礦位置。

2）利用中深孔臺車在安全距離施工中深孔對殘礦進(jìn)行重新爆破，能較好地回收殘礦。