地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)研究

張明

摘 要：本文就地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)進(jìn)行探究，首先對(duì)礦山井下開(kāi)采三維建模及可視化技術(shù)進(jìn)行介紹，然后闡述地下金屬礦的三維可視化采礦設(shè)計(jì)，最后詳細(xì)介紹如何建立三維可視化采礦模型，以期為未來(lái)采礦設(shè)計(jì)提供資料依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；三維可視化 ；采礦設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD673 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 礦山井下開(kāi)采三維建模及可視化技術(shù)的介紹

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了采礦業(yè)的發(fā)展。礦山井下開(kāi)采三維建模及可視化技術(shù)克服了傳統(tǒng)CAD二維平面的缺點(diǎn)，三維建模是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，生成人機(jī)交互式的三維實(shí)體模型，該實(shí)體模型等同于真實(shí)礦山的內(nèi)部縮小版，透過(guò)實(shí)體模型可以觀察到礦山內(nèi)部的采準(zhǔn)，切割工程的布置方式和順序，同時(shí)觀察礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)剖切面，并可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性切割，生成剖面圖，選擇合適的切點(diǎn)，這樣可以減小施工過(guò)程中的誤差，提高施工效率。另外，根據(jù)三維建模的數(shù)據(jù)還可以計(jì)算出采切的工程量，采切比以及礦石量，通過(guò)三維模型進(jìn)行模擬采礦演練，可以減少在實(shí)際操作中的失誤，降低危險(xiǎn)。最后，通過(guò)軟件可以直接輸出施工圖，爆破點(diǎn)位圖等在采礦過(guò)程需要的圖紙，為以后施工提供資料依據(jù)。

2 地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

筆者所在地區(qū)的礦山為鐵礦山，以生產(chǎn)鐵礦為主，同時(shí)含有多種金屬的元素，比如：金、銀、鉛、鋅、銅等。礦山分為多個(gè)巖體，主巖體有兩個(gè)，周圍有5個(gè)小巖體圍繞。礦體外圍主要是大理石，礦體主要在地下200m～800m，整個(gè)礦體的面積大約為600m2，礦體的開(kāi)采分為兩個(gè)階段，開(kāi)始在200m～400m，之后是400m～800m。兩個(gè)主要礦體都為鐵礦體，礦體層層分布，分布均勻。周圍是小巖體，分布的銅礦體較多，礦體的完整性就遭到破壞，整體的含鐵量較高，達(dá)到整體礦物的90%。此處的礦體主要是赤鐵礦，部分含有磁鐵礦，含銅礦體主要是黃銅礦。

2.2 三維可視化采礦方法模型的建立

（1）采礦方法設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

采礦方法設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作非常重要，前期準(zhǔn)備工作做到位，才能保證后期實(shí)施工作的有序進(jìn)行。采礦方法設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作繁雜多樣，是進(jìn)行單體采礦的基礎(chǔ)，首先要建立三維實(shí)體模型，主要是4個(gè)方面的模型、礦體、地表、開(kāi)拓系統(tǒng)以及儲(chǔ)量系統(tǒng)。這些實(shí)體模型可以用于采礦的演練，根據(jù)礦體選擇合適的采礦方法，確定出所選方法的參數(shù)，確定這些參數(shù)是關(guān)鍵，包括采準(zhǔn)和切割工程的規(guī)模尺寸合適，爆破點(diǎn)的位置，礦房礦柱的尺寸，并應(yīng)用這些尺寸在實(shí)體模型中演練，確保尺寸合適，再應(yīng)用于實(shí)際操作中。

（2）礦塊的劃分

礦塊的劃分是確定開(kāi)采的準(zhǔn)確位置，根據(jù)礦體礦層的分布，將礦體分出不同的塊層。首先要確定礦山的開(kāi)采順序，開(kāi)采參數(shù)，然后利用三維建模軟件將三維實(shí)體模型分割成不同的塊層。在分割出的塊層中選擇出需要開(kāi)采的塊層，并設(shè)計(jì)出開(kāi)采方式，這時(shí)可以進(jìn)行階段礦體的切割，將所選塊層進(jìn)行進(jìn)一步的分割，分割出含有礦石的塊層，進(jìn)行進(jìn)一步的提煉加工得到金屬。在礦塊劃分過(guò)程中，主要的過(guò)程是通過(guò)建模軟件劃分出含有金屬礦石的礦塊，找到合適的爆破和切割點(diǎn)，免除在實(shí)際操作過(guò)程中不必要的損耗。

（3）采準(zhǔn)工程實(shí)體建模

采準(zhǔn)工程實(shí)體建模，主要有兩種方法：分段空?qǐng)龇ê土舻V采礦法。本文中采準(zhǔn)工程實(shí)體建模采用的是分段鑿巖階段空?qǐng)龇ǎ瑢儆诜侄慰請(qǐng)龇ǖ囊环N，此種方法更加安全，運(yùn)輸?shù)V石都是采用專門的巷道，采礦效率高，但是成本相對(duì)較高。分段鑿巖階段空?qǐng)龇ㄔ诓蓽?zhǔn)工程中主要有運(yùn)輸巷道、人行天井、電靶道、鑿巖過(guò)程中的巷道和溜井等。其中最重要的就是巷道的建立，它是這個(gè)方法的最重要的部分，也是保證工程安全的部分，目前巷道的建模主要有兩種方法，即中線加斷面方法與延伸斷面生成實(shí)體法。

（4）切割工程的實(shí)現(xiàn)

切割工程是指利用三維建模的實(shí)體，找準(zhǔn)切割點(diǎn)，切割出礦石。切割工程主要包括兩個(gè)方面，一方面是礦石和外圍的巖體之間的切割，還有一方面是底部漏斗上方的切割。對(duì)于外圍巖體的切割，要略大于礦石的體積，厚度以礦石為準(zhǔn)，對(duì)底部漏斗上方的切割。

（5）爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)是采礦工程中的重要部分，爆破點(diǎn)的選擇非常重要，利用三維實(shí)體建模可以模擬爆破點(diǎn)進(jìn)行演練，可以直接提供爆破數(shù)據(jù)和文件，為工程的進(jìn)行提供了重要數(shù)據(jù)，整個(gè)采礦工程中，爆破設(shè)計(jì)主要是巷道工程的爆破設(shè)計(jì)，切割工程爆破設(shè)計(jì)和礦場(chǎng)礦柱的爆破設(shè)計(jì)。爆破的鉆孔也很重要，根據(jù)鉆孔的深淺，主要分為淺孔，中深孔和深孔。

3 設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出

3.1 采準(zhǔn)切割工程量的計(jì)算

采切工程量的計(jì)算是開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)采工程的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)模擬礦體的切割，整合來(lái)計(jì)算出所需數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

3.2 爆破結(jié)果的輸出

爆破點(diǎn)的選擇，爆破大小的控制，直接影響著開(kāi)采是否成功，開(kāi)采量的多少，因此，爆破數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確。

3.3 礦塊剖面圖和施工圖的輸出

通過(guò)三維可視化實(shí)體建模，進(jìn)行切割輸出剖面圖，根據(jù)分析演練得出的數(shù)據(jù)，輸出施工圖，此方法更加直觀形象地反映礦體情況，采切過(guò)程。與傳統(tǒng)圖相比更具真實(shí)性，更有利于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)際礦體進(jìn)行三維可視化分析研究，可以發(fā)現(xiàn)三維實(shí)體更具真實(shí)性，通過(guò)三維可視化采礦，使施工技術(shù)人員可以更加清晰地了解采礦過(guò)程，更有利于采礦施工，避免了不必要的損失，提高采礦效率，從而為礦山實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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