3DMine軟件在羅河鐵礦測量中的應用

王世松

（安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司）

隨著全球礦業市場的快速發展，礦山測量技術在礦業領域的作用日益凸顯。地下礦山測量作為礦山生產管理、礦山設計、安全生產等方面的關鍵環節，對于保障礦山安全、提高礦山生產效率具有重要意義。然而，傳統的礦山地質測量技術較為落后，缺乏良好的精準度，存在較大的測量誤差，不僅跟不上礦山行業的發展步伐，也遠遠無法滿足礦山地質測量工作的高精度需求［1］。

3DMine軟件是一款基于三維激光掃描技術的礦山測量軟件，能夠實時采集高精度的三維空間數據，并在軟件中進行數據處理和分析。其強大的地下開采設計、計算、成圖功能操作簡單，具有很高的實用價值［2］。結合羅河地下鐵礦實例，探討3DMine 軟件在地下礦山測量中的應用，為地下礦山測量技術的發展提供有益的參考。

1 礦山測量技術及現狀

1.1 傳統礦山測量技術

傳統的礦山測量技術主要包括礦區地形圖測繪技術、礦山控制網技術、礦井貫通測量技術、聯系測量技術等［3］。這些測量技術在過去的幾十年里為地下礦山測量工作提供了重要的支持。然而，隨著礦業市場的快速發展和技術進步，傳統的礦山測量技術在精度、效率和成本等方面已經無法滿足現代礦山生產的需求。鉆孔法［4］、地質雷達［5］等方法在一定程度上提高了測量精度和效率。然而，在實際應用中可能存在以下局限性：

（1）精度較低。傳統測量技術主要依賴于測量人員的經驗和技術水平，而現代礦山生產對測量精度的要求越來越高，這使得傳統測量技術的局限性愈發突出。

（2）效率較低。需要較多的人工操作和數據處理，測量效率較低，難以適應現代礦山生產的要求。

（3）實時性較差。傳統測量技術往往只能獲取靜態的測量數據，難以滿足現代礦山生產對實時性的要求。

（4）數據存儲及處理不方便。地下礦山測量涉及大量的數據，包括鉆孔數據、地質勘探數據、地質模型等。傳統方法通常采用紙質或電子表格記錄，這導致數據存儲、查詢和管理不便。

1.2 3DMine測量技術

地下礦山測量采用多種技術手段和方法，但3DMine軟件可以實現對多種數據源的整合和可視化展示，提高了數據管理效率。同時，三維地質建模是實現礦山信息化的必要環節，對提高礦山的管理水平和經濟效益也具有重要意義［6］。

地下礦山測量的最終目的是為礦山設計、規劃及開采提供依據，安全監測是礦山測量的重要任務之一。然而，傳統的測量方法在實時監測方面存在局限性，隨著物聯網、大數據等技術的發展，地下礦山安全監測逐步實現了實時化和智能化。3DMine軟件可以實時接入各類監測數據，為礦山安全提供有力保障。在實際工程中，測量結果往往需要與工程設計、安全評價等多方面進行結合。3DMine 軟件具備與CAD 等軟件的集成功能，有助于實現測量結果在實際工程中的應用。

2 羅河地下鐵礦應用實例

2.1 羅河鐵礦地質條件

羅河鐵礦礦體埋藏深、規模大、賦存條件復雜、水文地質條件復雜、原巖應力大且水平應力起主導作用等，會使得羅河鐵礦礦體開采誘發的開采效應顯現規律變得非常復雜。羅河鐵礦總體分二期建設，一期開采東區，二期開采西區。一期設計規模為300 萬t/a礦石，開采范圍為-620 m水平以上。

隨著礦山地下開采范圍擴大，地下采空區空頂面積增大，充填不完全或充填體強度較低導致其被壓實，且由于頂板巖體強度較大，所以頂板采動裂隙發育高度較大，采動可導致斷裂的活化，易發生危險。因此采用數字化設備測量與采集采空區數據，并將數據處理后導入3DMine 軟件，以此實現監測采空區的變化等一系列功能。

2.2 三維空間數據處理

測繪數據來源受限于所使用的測繪儀器，目前羅河鐵礦主要使用的測繪儀器包括全站儀、水準儀、GPS、井下三維激光掃描儀等。以上外業采集測繪數據，因采用測繪儀器不同，形成的數據格式有所差異，因此需要將不同格式數據，統一處理導入3DMine軟件進行數據展點、成圖、建模處理。數據來源、格式及處理方式見表1。

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除此之外，后續還要對3DMine 軟件測量數據底圖進行處理，包括數據導入、成圖、建模、計算等主要工作步驟。測量數據導入3DMine 軟件后，經過標準化成圖，形成打印圖紙。通過測量數據底圖結合，形成新的測繪數據底圖，并建立測量三維模型。包括巷道、豎井、斜坡道、采空區三維模型等；隨著生產的不斷進行，測量模型也不斷更新，新老測量模型進行對比，利用3DMine 軟件進行工程量計算、出圖、出表工作。

2.3 建模過程分析

以羅河鐵礦41-2#采空區為例，結合3DMine進行數據采集及三維模型建立，得到其點云數據圖、線數據圖、實體圖、實體剖面圖，如圖1所示。

采集到的點數據轉換成圖形后有些雜點、噪聲點，需要手工刪除，以確保采空區邊界的可靠性，如圖1（a）所示；此時需要進一步剔除并將這些點云數據掃描成線，將點云數據轉換成線數據，隨后達到圖1（b）中的效果；將部分不合理的線數據進行剔除后，連接每條封閉曲線形成一個完整的采空區實體模型，隨后全選“點文件”“線文件”，確定以此生成三維模型，并將三維模型另存為3DMine格式文件，完成三維建模工作得到真實準確的空區模型，如圖1（c）所示；在圖1（d）中，通過每個剖面的高度差距可以及時了解到采空區的不穩定區域，從而預防井下事故的發生，為安全生產提供了保障。

2.4 模型剖面分析

3DMine 軟件可對采空區模型進行任意剖面切割，通過剖面圖可以直觀地展示礦體的形狀、大小、等特征，有助于了解礦體的地質條件。在3DMine 軟件中可設置剖面的切割長、寬、高、間排距等，以42-2#采空區為例，每個剖面間距為25 m，如圖2所示。

將A4，A5 切割剖面進行單獨觀察（圖3），可直觀發現一步采、二步采間相互關系，且相交位置為采空區垮落區域。通過3DMine 所展示的剖面圖，可以得知這樣的開采順序能有效避免開采過程中大面積的垮落。因此，在礦山開采過程中，可以根據礦體的剖面圖來優化開采方案，比如確定合理的開采順序、開采方法和采礦設備等，并且根據礦體的剖面圖，可以分析礦產資源的分布規律、品質以及可采性等因素，為礦產資源的開發和利用提供依據。

2.5 模型體積計算

3DMine 軟件具有對采空區模型體積計算的功能，會對模型缺失處自動進行填充塊體，并添加約束顯示。（X，Y，Z）最小坐標為（531 100，3 433 200，-540），最大坐標為（531 200，3 433 400，-470），即圈定采空區長度為200 m，寬度為100 m，高度為60 m；為了盡量還原采空區，將塊體尺寸比例設定為1∶1∶1；次級模塊大小設定為（0.5，0.5，0.5），因為在靠近邊界的約束部位，模塊尺寸最小為次級模塊尺寸，這樣設定就減小了模型的大小，使大范圍建立礦體和巖石模型成為了可能［7］。隨后設置好體重系數（礦石比重）為3.65后，軟件自動計算空區體積，如圖4所示。

根據3DMine自帶算法，其計算出的42-2#采空區體積為51 563 m3，質量為188 206 t，可為后續充填工作提供充填量參考依據。

2.6 超欠挖判斷

利用3DMine 軟件的可視化功能，可以將礦山的超欠挖情況以圖形方式展示，以便于分析和判斷，如圖5 所示。圖5 中規則線條為設計采場橫剖面邊界線，不規則粗線為掃描實測邊界線。通過3DMine 軟件可直觀顯示采場超欠挖情況，29-2#4排炮孔橫剖面圖設計與實際邊界線相差較小，第1，5，7排剖面圖右側以及第3 排左側有略微超挖情況。后續可以根據超欠挖分析結果，對礦山開采方案進行優化，以提高礦山開采的經濟效益。

3 結 論

（1）傳統的手工測量方法效率低、精度低，而采用數字化設備與3DMine礦業軟件可以更加高效地處理數據。

（2）三維模型可以直觀地反映出采空區或其他井下巷道的實際情況，準確提供一步采礦房位置，為二步采礦房開采設計提供有力數據支持。

（3）3DMine 軟件可以準確提供充填空間體積與質量，為后續充填工作提供充填量數據基礎。

（4）將設計的剖面線與實測的邊界線導入3DMine 軟件后可直觀地分析出采場的超欠挖情況，以便優化爆破開采方案。