空場采礦法計算機輔助設計技術探討

張 靜

(陜西國際商貿學院，陜西 西安 712046)

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空場采礦法計算機輔助設計技術探討

張 靜

(陜西國際商貿學院，陜西 西安 712046)

空場采礦法是一種非常重要的采礦方法，其應用領域非常廣泛。對空場采礦法的研究現狀進行了簡要介紹，隨后對空場采礦法分類及其特點進行了詳細分析，并運用計算機技術對留礦采礦法進行設計。

空場采礦法；計算機輔助設計；礦塊

我國是礦業大國，礦業的開采對我國經濟的發展至關重要。目前，我國各個煤礦企業正聯合起來，共同開發計算機輔助設計軟件[1]。由于國外運用信息化技術開采煤礦已經有了一定成績，我國礦業領域的研究人員也開始對其進行深入研究，并得到了政府以及相關部門的大力支持[2]。本文研究的空場采礦法計算機輔助設計技術具有重大意義。

1 空場采礦法的研究現狀

我國運用CAD技術采礦是在八十年代初期，針對開采石油和煤炭的系統比較多，其次是冶金。對于礦山來說，研究比較多的是露天礦，而對于地下礦的研究比較少[3]。我國的采礦專業、測量專業以及地質專業在八十年代中期產生，同時一些應用軟件也隨之研發出來，該軟件可以有效解決一些專業性問題，并且效果比較好，成功的典型例子如下。

1) “露天設計軟件包”是由鞍山黑色冶金設計研究院所研發出來的。利用計算機技術可以編制并且輸出設計好的工程圖表，對汽車的運輸路線的設計起到輔助作用；同時構建地質模型，對境界進行優化圈定，對所有礦巖量進行統計并且計算出最終結果。根據地質的剖面圖，設計出地質的平面圖[4]。

2) 北京有色冶金設計研究總院通過對英國、加拿大以及美國的一些礦業公司進行研究分析，針對礦床模型系統的軟件進行重點分析，運用地質統計學的方法對地質勘探資料進行詳細分析，從而創建了空間地形模型、空間巖性模型、空間品味模型。與此同時，該系統軟件還有助于平面方塊圖以及剖面方塊圖的輸出，使得礦床開采設計獲得了有效依據[5]。

3) 中國礦業大學在煤炭系統應用領域所做的工作也很多，例如采礦方法、露天采礦策劃、優化境界等方面的軟件[6]。

4) 除了上述研究以外，長沙礦山研究院、北京科技大學等單位也做了一些關于礦床開采輔助設計，并將該技術進行推廣[7]。

2 空場采礦法的分類及其特點分析

由于采礦的影響因素不同，其對應的開采方法也不同。

2.1 留礦采礦法的概念及特點

留礦采礦法不僅操作簡單，而且成本較低，是一種既簡單又經濟的采礦方法，主要應用領域有冶金開采、黃金開采、有色金屬開采、稀有金屬開采等。然而采用留礦采礦法要符合一些條件：礦體的厚度在0.8～8 m之間，礦體的傾斜角需要大于55(°)。如果傾角較小，會加大放礦的難度，平常工作量以及粉礦的損失也會有所加大。大量的礦石存儲于礦房當中，并且儲存期為一年，所以，周圍的巖石和礦石都不具有結塊性、自燃性以及氧化性，而礦石本身具有一定的反射性，在采礦時一定要慎重考慮。

特點：首先將階段分為礦塊，再將礦塊分為礦柱、礦房兩個步驟將其回采，其對應的順序是先開采礦房，待工作完成以后，再去開采礦柱；將礦房進行合理分層，從下到上依次按層回采；采下的礦石依靠自身的重力，從漏斗中釋放出大概1/3，剩余的2/3用于下一次的鑿巖爆破工作搭建臨時工作臺。礦房所有的開采工作結束以后，將剩余的2/3都釋放出來即可，該項操作叫做大量放礦。在留礦堆上，鑿巖工作人員進行開采工作，此種開采方法不受環境的影響，工人可以直接在暴露面下進行工作。

2.2 房柱采礦法的概念及特點

房柱采礦法的工程量比較小，但是強度卻很大。相比之下，勞動生產率高，礦石貧化率較小，可以有效地降低成本。這種開采方法適合礦石和周圍的巖石都比較穩固的礦體。

特點：將劃分礦塊作為基礎，將走向作為劃分的規則，可以將其劃分為礦柱、礦房。

將礦柱和礦房進行交替布置，不僅要對礦房進行回采，同時需要留下規則的礦柱，對其連續性不做要求，這樣做的主要目的是為了支撐開采的空間，從而實現低壓管理。

2.3 全面采礦法的概念及特點

在我國化學礦山、有色金屬以及黑色金屬都在應用全面采礦法，而此開采法要求所開采的頂板巖石和礦石的穩固性在中等以上，并且礦體的表面較為平緩或者傾斜，礦體的厚度要在3～4 m之間，最佳厚度是3 m。

特點：在盤區或者是階段將礦體劃分為礦塊進行開采。對礦體進行回采時，對其規則性沒有具體要求。如果不對礦體進行劃分，在對礦塊進行連續回采的過程中，所留下的礦柱不具有規則性。在開采的過程中，如果礦體的厚度在3 m以下，需要按層進行回采，如果礦體的厚度在3 m以上，就需要分層進行回采；在進行回采的過程當中，需要注意的是夾石和貧礦是不可以進行回采，要將其作為礦柱。而對于礦柱之間的距離、礦柱的形狀以及礦柱的規格沒有具體的要求，主要根據礦石自身的價值以及頂板的穩固性來對礦柱進行設定。當開采的礦體是貴重金屬時，一般采用木垛、廢石垛或者混凝土制成的礦垛來取代礦柱的作用，從而達到多收資源的目的。

2.4 分段礦房法的概念及特點

分段礦房法就是將階段劃分為多個分段，再將劃分好的分段繼續進行劃分，形成分段礦柱和礦房。各個分段之間是相互獨立的回采單元，每個回采單元都有獨立的出礦系統和落礦系統。由于每個礦體的傾斜角有所不同，因此，需要依據傾斜角選取不同的底部結構對搬運礦石時所出現的問題進行有效處理。然而這種底部結構可以應用的范圍非常廣泛，不管是緩傾斜，還是急傾斜都可以進行有效處理。雖然這種辦法的好處有很多，但是該辦法的采準切割工程量非常大，適合對中厚以上的礦體進行開采。

特點：將劃分出的階段作為基礎，繼續對階段進行劃分，對所劃分出的分段構建獨立的通風系統以及出礦系統。在進行連續回采的過程當中，分段間需要保留臨時底柱、頂柱，或者是只保留底柱和頂柱其一即可。接下來沿著礦體的傾斜方向向上繼續進行劃分，要求劃分好的礦柱和礦房是條帶狀的。踩礦房操作和回采礦柱操作是同時進行的，但是前者與后者之間需要保持已經設定的超前距離。在進行非連續回采操作時，在分段之間按照要求，達到一定的距離就需要留取一個臨時間柱。將分段劃分為多個回采單元礦塊，先對礦房記性開采，在完成以后，再對礦房周圍比較近的頂柱和間柱進行開采，同時還需要對采空區進行處理。

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2.5 階段礦房法的概念和特點

在選用階段礦房法進行開采時，需要注意所開采的礦石以及周圍的巖石都是穩固的礦體，并且該礦體的傾斜度的要求要高一些，平緩傾斜或者是急傾斜，厚度要求也是相當高的，要求礦體的厚度是極厚的。所開采的礦體的形狀必須是規則的，這樣才不會引起礦石的貧化和造成嚴重的損失。對于深孔落礦來說，礦石的損失貧很大，其中夾石是非常難以處理的，所以，在開采時需要選用較低的礦石品位，價格也比較低，并且在礦體之中沒有夾石。

特點：將形狀規則的礦石劃分為礦柱和礦房，首先對礦房進行回采，操作結束以后，再對礦柱進行回采。階段礦房法主要有兩種方法，分別是垂直深孔階段礦房法和水平深孔階段礦房法。在使用水平深孔階段礦房法時，需要拉底礦房底部，而后需要進行礦房全高開切割槽操作。

3 空場采礦法的操作步驟

1) 采準操作

采準操作是根據礦塊的結構尺寸來進行布置的，對礦體進行開拓工作以后，需要在礦體中掘進巷道，該巷道就叫做采準巷道。通常情況下，采準巷道包括穿脈巷道、電耙巷道、放礦溜井、鑿巖酮室等。然而這些采準工作都是為了解決設備材料運送順利、礦石運放順利以及工作人員行走安全等問題。

2) 切割操作

切割操作就是在做好采準工作以后，在礦塊內開辟補償空間以及自由面，從而解決了大規模回采問題。需要強調的是在進行礦塊回采之前，需要保證補償空間和自由面都已經切割出來。切割巷道就是在補償空間以及自由面開掘出的巷道，而主要的切割工作就是拉底操作、辟漏操作以及切割槽操作。

3) 回采操作

4 運用計算機技術對留礦采礦法進行設計

1) 二維施工圖圖層的生成

本研究采用二維施工圖圖層方法對圖層進行劃分。二維施工圖的圖層主要包括礦塊圖層、階段運輸巷道圖層、拉底巷道圖層、漏斗圖層、標注圖層以及礦塊各分層圖層。對于礦塊的回采需要進行分層操作，保證礦塊的各個分層位于的圖層是不相同的，并且要對分層數目進行計算。

2) 生成礦塊

礦塊的生成操作實際上就是將礦塊的參數進行有效保存，對于留礦采礦法來說，需要將其保存為留礦采礦法.txt文件，其具體的文件格式為LiuKuang Mine、標注初始點三維坐標、傾斜方向、傾斜角度、礦塊的總長度、階段的總高度以及礦塊的厚度。

3) 生成二維巷道

一個巷道由多邊形元素來對其進行表示，并且這個多邊形的頂點數是4。首先對巷道的初始點坐標進行計算，而后通過巷道自身的長度和寬度就可以將剩余的3個頂點坐標計算出來，最后輸入參數就可以生成巷道。

4) 生成漏斗

生成漏斗的操作非常簡單，首先讀取漏斗的間距、高度、下漏斗口的長度以及上漏斗口的長度，然后計算出漏斗的數量，而漏斗的總頂點個數只需要在漏斗數量的基礎上乘以6即可。通過計算出第1個坐標，利用漏斗的其它參數就可以計算出剩余的5個坐標，從而生成漏斗。

5) 標注操作

標注工作主要包括長度的標注以及名稱的標注。長度標注的工作內容主要有角度和直線兩個方面的標注；名稱標注的工作內容主要有階段運輸巷道、天井、回風巷道、漏斗等方面的標注。在標注的過程中，需要保證礦塊的長度、厚度以及階段的高度，還有各個巷道的高度、寬度、長度等標準正確。

5 結 語

空場采礦法實際上就是在礦體之中創建一個采空區，頂板巖石需要依靠在開采過程中所留下來的礦柱以及礦石自身的穩固性進行支撐。通過對地壓進行嚴格的管理，而不需要對采空區進行特殊處理。本文通過對二維施工圖圖層、礦塊、二維巷道、漏斗以及標注操作進行設計，從而完成了留礦踩空法的設計內容，進一步探討了在計算機輔助下的空場開礦法。

[1] 孫璐, 戴曉江. 建立礦山三維模型中3DMine礦業軟件的應用[J]. 中國非金屬礦工業導刊, 2011(1): 60-62.

[2] 耿方明. 基于人工智能理論的采礦方法選擇的研究[J]. 城市建設理論研究, 2013(16): 2095-2104.

[3] 張海波, 宋衛東, 許英霞. 基于灰色系統理論的高效采礦方法優選[J]. 黃金, 2010, 31(12): 28-31.

[4] 趙浩, 白潤才, 劉光偉. 基于Auto CAD的露天礦三維模型與應用研究[J]. 化工礦物與加工, 2011(1): 32-35.

[5] 溫海清, 王家華. 三維可視化技術方法研究[J]. 內江科技, 2012(4): 88-89.

[6] 胡建明. 三維塊段儲量計算法(3DKD)的研究與應用[J]. 礦產勘查, 2012(5): 673-677.

[7] 王新民, 趙彬, 張欽禮. 基于層次分析和模糊數學的采礦方法選擇[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2008(5): 875-880.

Open Stope Method With Computer Aid

ZHANG Jing

(ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xi'an,Shanxi712046,China)

We know the open stope method is a very important mining skill. Its application field is very broad. In this paper, the research status of open stope method is briefly introduced. The classification of open stope method and its characteristic are analyzed in details to use computer technology in designing the shrinkage stope.

Open stope method; Computer aided design; Ore blocks

2016-10-15

張靜(1979-)，女，河南開封人，在讀碩士研究生，研究方向：計算機科學技術，手機：18066533091，E-mail：378684913@qq.com.

TD853.32；TP391.72

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.019