3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文柏茂

（方圓（德安）礦業(yè)投資有限公司， 江西 德安縣 330408）

3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文柏茂

（方圓（德安）礦業(yè)投資有限公司， 江西 德安縣 330408）

利用3DMine建立了某鎢錫礦的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)了礦山三維模型的可視化與基本三維分析，同時(shí)進(jìn)行礦體回采的中深孔爆破設(shè)計(jì)，為礦山的采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理等提供初步指導(dǎo)。

3DMine；地表模型；礦體模型；三維建模；爆破設(shè)計(jì)

1 礦山地質(zhì)概況

某鎢錫礦礦區(qū)面積4.8km2，礦區(qū)周圍地勢(shì)險(xiǎn)峻，區(qū)內(nèi)為變質(zhì)巖系所構(gòu)成，山坡陡峭，地形北高南低，最高為上寶山山峰，海拔標(biāo)高977m，最低處為大江橋，標(biāo)高為248m。區(qū)內(nèi)有石英細(xì)脈帶型和大脈型礦床，細(xì)脈型為主，屬燕山早期構(gòu)造—巖漿巖—成礦作用的產(chǎn)物。本區(qū)加里東期形成廣泛發(fā)育的褶皺構(gòu)造，印支—燕山期則以斷裂構(gòu)造為主，并伴隨有巖漿巖的侵入活動(dòng)，致使褶皺強(qiáng)烈緊密，斷裂錯(cuò)綜復(fù)雜。

本區(qū)礦床規(guī)模宏大，礦體主要賦存于外接觸帶的角礫巖化的淺變質(zhì)砂巖夾板巖中，有16條細(xì)脈帶和6條單脈具工業(yè)價(jià)值。其中細(xì)脈帶厚度從2～78 m，延長(zhǎng)從100～1230m，延伸100～600m。走向近東西，傾西北，傾角一般75°～82°。單獨(dú)大脈已計(jì)算儲(chǔ)量的有 V1、V7、V6、V8、V13、V176條，礦脈長(zhǎng)度一般300～700m，脈幅20～50cm，最大可達(dá)1m，延深200～500m。單獨(dú)大脈主要分布在礦區(qū)的西北部。

2 三維模型建立［1－6］

2.1 地表模型

依據(jù)3DMine礦業(yè)軟件所建立的地表模型是由一系列線或點(diǎn)生成的DTM面，表達(dá)了地形表面的信息形態(tài)。

2.1.1 原始數(shù)據(jù)的處理

礦山地表模型的創(chuàng)建以礦山原始的地形圖為依據(jù)。將礦區(qū)地質(zhì)勘探綜合圖掃描并存為tiff文件，進(jìn)行一系列大量復(fù)雜的預(yù)處理。首先利用圖形矢量化軟件R2V進(jìn)行矢量化處理，即將柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；其次對(duì)矢量化處理過的地形圖需要在CAD中對(duì)缺失的地形等高線進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)過程中，要注意等高線的拼接必須符合其基本的準(zhǔn)則。最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的查錯(cuò)、清理，將過密點(diǎn)、丁字腳、相交線等不合理的情況進(jìn)行去除。

2.1.2 地表模型的三維顯示

在生成DTM面之前，要賦予等高線相應(yīng)的高程，使二維的等高線進(jìn)行三維顯示。常用方法有等值線賦高程、直接單線賦高程和最近點(diǎn)賦高程，本次等高線賦高程多種方法相結(jié)合，以最大地減少工作強(qiáng)度。對(duì)等高線賦高程后，就可以用表面菜單中的生成DTM表面功能，生成地表模型，再對(duì)生成的地表模型進(jìn)行渲染和按Z值產(chǎn)生的顏色帶過渡顯示等效果處理，經(jīng)渲染和過渡顯示后的三維地表模型見圖1。

圖1 經(jīng)渲染和過渡顯示后的三維地表模型

2.1.3 斷層模擬

本礦區(qū)有4條主要斷層線：F1、F2、F3、F5179。畫出斷層線后，利用“點(diǎn)線落在DTM面上”功能，讓斷層線與地表線擬合，使斷層線落在地表，再定義相應(yīng)的斷層特征值，就可模擬出真實(shí)斷層，模擬出的斷層面見圖2，斷層面與地表模型的三維顯示見圖3。

圖2 模擬出的斷層面

圖3 斷層面與地表模型的三維顯示

2.2 礦體模型

由于礦體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，相鄰兩勘探線剖面上的礦體輪廓線往往差異很大，建立模型時(shí)需要在地質(zhì)剖面圖矢量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并結(jié)合中段平面圖、縱投影圖等予以矯正，使其符合實(shí)際空間賦存狀態(tài)。

2.2.1 礦體輪廓線的圈定

對(duì)掃描得到的礦山勘探線剖面圖進(jìn)行矢量化處理，矢量化處理的過程需依據(jù)以下幾點(diǎn)原則：

（1）根據(jù)礦體編號(hào)，將線文件賦值屬性，以防治出現(xiàn)混淆；

（2）線上點(diǎn)密度應(yīng)均勻分布，以使后續(xù)線框連接的效果美觀；

（3）同一條線不可以出現(xiàn)自相交；

（4）圈定礦體界線的曲線一定要封閉。

在矢量化處理過程中要注意剔除礦體輪廓線中的折疊點(diǎn)、冗余點(diǎn)和線條重復(fù)等不利情況，以利于后期礦體三維建模。

2.2.2 礦體三維建模

由于礦山勘探線剖面圖的處理是在平面坐標(biāo)系中進(jìn)行的，需要對(duì)其進(jìn)行三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使勘探線剖面圖在三維坐標(biāo)系統(tǒng)下反映實(shí)際情況，進(jìn)而對(duì)相鄰勘探線上的礦體輪廓進(jìn)行連接。對(duì)于礦體端部的勘探線上，礦體是尖滅的，這時(shí)需要根據(jù)地質(zhì)學(xué)知識(shí)推估礦體的尖滅形狀。

在礦體三維建模過程中以人工干預(yù)為主，主要使用控制線、分區(qū)線，線框過濾條件設(shè)置及交叉驗(yàn)證等。對(duì)形成的實(shí)體，要及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化、驗(yàn)證，以期建成礦體的三維可視化模型，建立的礦體模型見圖4。

圖4 礦體模型

在礦體三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行任意剖面的切割，保存生成的相應(yīng)剖面圖，并進(jìn)行進(jìn)一步編輯等設(shè)計(jì)工作，便于礦山的信息化生產(chǎn)管理工作。

2.3 采礦工程模型

該礦山只存在地下采礦工程，采用平硐加盲豎井的開拓方式。在處理的中段平面圖的基礎(chǔ)上，主要采用腰線巷道建模方法為主，巷道底板中線加斷面輪廓法以及單一輪廓法為輔的整體思想進(jìn)行巷道模型的建立，以期有效合理地建取巷道模型。與巷道建模相比，井筒建模相對(duì)簡(jiǎn)單，坐標(biāo)比較單一，只要確定井口和井底的三維坐標(biāo)以及斷面形狀，就可以快速建立實(shí)體模型。對(duì)于生成的三維模型，需要運(yùn)用實(shí)體布爾運(yùn)算，將相交部分或出露部分線框刪除，并進(jìn)行合并，使其成為一個(gè)整體，以達(dá)到符合工程實(shí)際的目的。

3 中深孔爆破設(shè)計(jì)

3DMine提供了3種爆破設(shè)計(jì)方案，包括布置扇形孔、布置平行孔以及手動(dòng)布置單孔，從而為采礦工程技術(shù)人員提供了較大便利。其中也提供了修改單孔設(shè)計(jì)功能，對(duì)于設(shè)計(jì)好的炮孔，也能對(duì)其做出相應(yīng)的修改。在進(jìn)行中深孔爆破設(shè)計(jì)時(shí)，首先盡可能保證孔底距相等，然后根據(jù)臨界半徑交替裝藥進(jìn)行設(shè)計(jì)。

某鎢錫礦礦體復(fù)雜多變，采用淺孔留礦法和分段鑿巖階段礦房法，基于3DMine礦業(yè)軟件，結(jié)合中深孔爆破參數(shù)，對(duì)分段鑿巖階段礦房法中的中深孔爆破進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能直接打印出圖，從而大大減少了設(shè)計(jì)工作量，降低了工作強(qiáng)度，提高了工作效率。

對(duì)設(shè)計(jì)完成的中深孔可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括孔個(gè)數(shù)、鑿巖長(zhǎng)度、裝藥長(zhǎng)度、回采礦石量、炸藥單耗等信息。中深孔爆破參數(shù)設(shè)置見圖5。

圖5 中深孔爆破參數(shù)設(shè)置

4 結(jié) 論

針對(duì)某鎢錫礦特點(diǎn)以及礦山設(shè)計(jì)需要，借助3Dmine軟件建立了礦山的地表模型、礦體三維模型及采礦工程模型，實(shí)現(xiàn)了礦山三維模型的可視化與基本三維分析，同時(shí)進(jìn)行礦體回采的中深孔爆破設(shè)計(jì)。所建立的三維模型，基本真實(shí)地反映了礦山的實(shí)際情況，為礦山的采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理等提供了初步指導(dǎo)。

［1］ 張延凱，徐 振，趙春波，等.基于3DMine的礦山斷層建模技術(shù)研究［J］.采礦技術(shù)，2004，1（12）：74－77.

［2］ 王李管，曾慶田，賈明濤，等.數(shù)字礦山整體實(shí)施方案及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.采礦技術(shù)，2006，6（3）：493－498.

［3］ 王大江，張 英，李永明.構(gòu)建數(shù)字礦山存在的問題與對(duì)策［J］.中國(guó)礦業(yè)，2004，13（10）：70－71.

［4］ 周 宇，宋亞芳.國(guó)內(nèi)外礦業(yè)軟件的對(duì)比研究［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，30（20）：74－75.

［5］ 陳 偉，薛清潑，趙 洋.當(dāng)前國(guó)際上較為流行的礦業(yè)軟件評(píng)價(jià)［J］.有色金屬（礦山部分），2007，59（4）：22－25.

［6］ 劉 亭，朱來東，王永智.小鐵山礦三維數(shù)字化模型的建立與應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2012，12（1）：8－10，19.

2012－07－04）

文柏茂（1966－），男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)安全工程師，從事采礦工程技術(shù)及管理的工作。