基于三維掃描的礦山開采施工過程研究

張 雄

（江西省地質礦產勘查開發局贛東北大隊，江西 上饒 334000）

對資源的高效利用是礦山開采工程中最重要的目標之一，常態下技術人員通過地質的實體測量后在處理數據中，才能對礦山中礦體進行賦存情況的調查和分析。礦山所處的地學空間存在連續間斷的分布特點，其內部的資源賦存情況在不同位置上具有及復雜性和不確定性。隨著實際礦山的開采工作量對CAD技術的應用出現了設計時間長且成本高等缺點，設計的輸出圖紙遠不能滿足礦山開采的實際需求，常出現返工和方案重復選定步驟，因此對礦山的開發工作必須在三維的模式下完成資料收集和處理等過程，集中化處理有效數據。本文此次將三維掃描技術融入到礦山開采施工中，為最大強度的降低重復工作量提升經濟效益，選擇最佳的工作方案進行礦山資源開發，提出利于礦業發展的新思路。

1 基于三維掃描的礦山開采施工過程方法設計

1.1 構建礦床地質模型

在開采工程進行前要對礦床的地質進行分析，以此構建一個地表礦床地質層次模型，用來體現礦區內的場地布局結構以及礦山內部的斷層分布的情況。在構建礦體模型基礎上完成工程的模型建立，主要運用空間布爾的運算原則，合理反映礦區地質之間的布控模型空間關系[1]。根據礦區的地質報告數據按步驟完成地質區域的劃分，將技術合成的總礦區布置圖面積模擬出鉆孔的數量、探礦需要的工具以及采礦工程包含的斜孔平孔勘測樣品，將少量的樣品進行化驗得出不同區域的巖性特征，在利用巖性的形成特性完成礦體在礦山中的縱向投影。

1.2 基于三維掃描圈定開采分區

礦區采場結構分為地表和底部兩個層級，在兩個層級之間沒有較為明顯的分界線，因此利用三維掃描技術對開采礦場進行圈定分區。一般采場內從表面的水平維度到底部之間主要受礦產自身壓力影響，使礦產和出礦之間產生了密切的結合，其中采場的底部結構是開采中較為困難的一個組成部分，決定了采場最終的生產能力[2]。三維掃描技術是按照礦體的走向將開采單元劃分為相等間隔，每個間隔中間預留出淺采留礦形成的寬切割槽，該區域的設定要在合理范圍內控制礦產的損失貧化率，因此對割槽兩側的礦體必須采用等寬垂直上切割方向。

1.3 控制邊坡巖移進程

結合劃分好的礦區開采分區，根據開采過渡期的生產條件對邊坡巖移的進程加以控制減少礦體的損失產出。按照產出原則進行鞏固巖移的防護基本可歸結為以下方面：一是待開采內部的礦石進行爆破后，由自動電鏟將剝離的巖石裝入汽車在溜井旁完成可移動式的受料槽翻卸，在經過細致爆破傳輸至固定的膠帶機中，可以進行分期的開采方式，能夠控制露天的邊坡巖移進程[3]。二是在分區之間的過渡期內可以對挖制的巖體進行冒落掉落計量，將無法安置底柱的分段崩落地段分成回采的重點區域，對每條回采路徑設置好不同的進程路段，每條路段內存在的礦體厚度需大于標高位置的1.5倍，如在該區域內無法完成一次性爆破可以進行冒進誘導，從而形成連續的礦石采空區誘導上層礦石自然冒落。

1.4 協同布置礦山露天與地下開拓范圍

對于礦山開采的全過程來講，露天與地下的開采工作是最重要的一個環節，兩者在相對水平面之間有一個相互交叉的結構點。

在兩者相結合布置的過程中會涉及到幾種開拓方式：一是根據礦山工程開采的目的不同，可以將整個礦山開采分為豎井與斜井兩種類型，在豎井中按照主體工程和露天坑位的相對關系，在井內布置內拓和外拓以及混合拓三類。二是依據礦山所處地下位置和工藝發揮水平的緊密程度，可以將礦山開采的作業模式分為斜坡道和平鋪道兩種，在露天劃分至地下開采的過程中，采用獨立和局部相互銜接的方法，完成開采施工整體工程的方法設計。

2 應用測試與分析

2.1 采場選擇

為驗證本文設計的開采施工方法具有實際應用效果，通過現場施工實驗的方式進行礦區開采檢驗，選取開采過程中耗時較小的回采階段進行測試。對某省具有一定傾斜角度的較厚礦體，以3115號段采場進行回采施工，采場的長度于11號勘探線向西南方向延長直至18號勘探線，整個礦體位于706.4-784.5m的水平線上，走向布置完成后全程約52.4m，高約69.2m，包含礦房和間柱寬度。下圖1為此次回采工程的出礦進路斷面示意圖。

圖1 出礦口進路斷面示意圖

如上述斷面圖中所示，在出礦口的巷道上設計一個類似于拱形的出口，整體斷面規格為4.3×3.6m的三心拱形結構，出口墻高為2.173m，拱形高度為1.427m。

2.2 工程布置

根據礦區的走向和斷面進口的設置，確定在礦柱內的包含3個岔口，每個岔口的轉彎具體參數為：岔口拐彎角度為46°，岔口的拐彎中線半徑為6.2m，岔口投影長度為3.2m，整體弧度長約5.8m。具體情況如下表1所示。

表1 回采控制點坐標參數設計

根據上述回采點的參數設計，按照路程角度將整個礦房的礦石分為上下兩個階段進行回采。上分段的回采高度為14m，路程孔深為12m，下層設計穿孔深度為16m，此時回采總高度40m。

頂層電動鏟礦機的作業范圍在706.4m-725.8m水平中段，從A-A1岔口倒入溜井后能夠直接從切采面回歸A-A2岔口，將礦石放置在736.3m水平中段后沿下部的水平面進入A-A3岔口，直接將礦石回采至地表。

2.3 經濟指標分析

現階段采礦的回收價格為97.43元/噸，按照每個回采點的出礦能力以及礦石損失量兩個指標進行成本核算：出礦能力指單位時間內爆破出的礦石噸數，礦石損失量指鏟礦機無法完成運出的礦石數量，每個回采控制點的具體指標數據如下表2所示。

表2 回采控制點成本指標數據（噸）

根據上表兩個指標計算每個回采點的實際運出量，總計為12150.52噸，按照現階段回收成本得出該礦區的回收金額為118.38萬元，對比直接成本能夠產生92.38萬元的利潤。由此可知本文設計的開采方法能夠在開采過程中利用提高礦石回收數量的方式，增加開采利潤，具有明顯的應用效果。

3 結束語

本文利用三維掃描技術的可視化優勢，對開采區域的礦區進行有效劃分，按照加強邊坡位移的控制，協同布置開采上下層段的工作，完成整個工程的施工設計。現場施工實驗結果表明在本文方法的應用下，能夠對礦區的回采點進行有效把控。但本文在研究過程中受精力限制，還有較多的實際問題無法解決，對整個礦山開采過程只能進行一小部分的設定，無法對整個礦區進行整體實測，所得的利潤結果具有少量偏差，結果可能高出實際利潤。