地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)研究

徐炎明

摘要：本文研究對(duì)象選擇地下金屬礦山，研究?jī)?nèi)容為三維可視化采礦設(shè)計(jì)等內(nèi)容。首先對(duì)地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，重點(diǎn)放在創(chuàng)建三維可視化采礦方法模型方面，然后詳細(xì)分析了設(shè)計(jì)結(jié)果輸出，針對(duì)如何創(chuàng)建模型加以闡述，希望為國(guó)內(nèi)地下金屬礦山采礦設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的借鑒。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦山;三維可視化;采礦;設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的快速發(fā)展，采礦業(yè)也迎來(lái)了全面發(fā)展。目前礦山井下作業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用全新技術(shù)，比如使用率較高的三維可視化采礦技術(shù)，與傳統(tǒng)CAD二維平面相比，這種技術(shù)主要使用三維建模，借助計(jì)算機(jī)生成人機(jī)交互模型，該模型類(lèi)似于礦山內(nèi)部真實(shí)情景，不過(guò)屬于縮小版，建筑模型能夠?qū)ΦV山內(nèi)部整體情況全面了解，比如切割工程順序，布置模式以及裁準(zhǔn)等，在此基礎(chǔ)上開(kāi)始設(shè)計(jì)剖切面，展開(kāi)實(shí)驗(yàn)性切割，然后就可以獲得剖面圖，選擇匹配的切點(diǎn)，減少施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的誤差率，全面提升施工效率。除此之外，結(jié)合三維建模具體數(shù)據(jù)對(duì)采切工程量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，同時(shí)還要計(jì)算礦石量以及采切比，利用三維模型展開(kāi)模擬演練，有助于降低在實(shí)踐過(guò)程中的失誤率，全面降低安全風(fēng)險(xiǎn)。最后利用軟件將施工圖以及采礦所需的爆破點(diǎn)位圖等直接輸出，為之后施工提供理論以及數(shù)據(jù)方面的參考。

1 地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)

1.1工程概況

本文所在區(qū)域?yàn)殍F礦山，主要生產(chǎn)鐵礦石，當(dāng)然也包含其他包括銅、鋅、金、銀、鉛在內(nèi)的多種金屬元素，整體資源比較豐富。礦山包括多個(gè)不同的巖體，主巖體數(shù)量為2個(gè)，周邊還包括6個(gè)大小不同的小巖體。礦體外圍基本上都為大理石，抗體分布在地下200～800米的地方，礦體整體規(guī)模大致在600平米左右，開(kāi)采主要包括兩個(gè)步驟，首先開(kāi)采范圍為200米到400米，第2個(gè)階段為400～800米。主礦體全部都是鐵礦石，礦體分布比較均勻，周邊為大小不等的小巖體，擁有較多的銅礦體。該礦區(qū)含鐵量相當(dāng)高，在所有礦物中占據(jù)比例達(dá)到90%以上，其中主要為赤鐵礦，其中一些還包含磁鐵礦，銅礦體基本上以黃銅礦為主。

1.2創(chuàng)建三維可視化采礦方法模型

（1）采礦方法設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

采礦方法設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作相當(dāng)關(guān)鍵，只有前期準(zhǔn)備工作做到位，才能確保后期各項(xiàng)工作的穩(wěn)定開(kāi)展。準(zhǔn)備工作比較復(fù)雜，也是單體采礦的基礎(chǔ)保障，首先需要?jiǎng)?chuàng)建三維實(shí)體模型，其中內(nèi)容包括4個(gè)，除儲(chǔ)量與開(kāi)拓系統(tǒng)之外，還包括地表以及礦體等相關(guān)模型。通過(guò)這些模型可以隨時(shí)進(jìn)行采礦演練，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況選擇匹配的采礦方法，然后確定采礦重要參數(shù)，比如礦種尺寸大小，爆破點(diǎn)具體方位，采準(zhǔn)尺寸以及切割規(guī)模等等，然后就可以直接進(jìn)行實(shí)體演練，各項(xiàng)尺寸大小保證合適，以此為基礎(chǔ)再應(yīng)用于實(shí)際采礦中。

（2）礦塊劃分

要想確保開(kāi)采位置足夠準(zhǔn)確，其中基礎(chǔ)保證在于礦塊劃分，結(jié)合礦體礦層具體分布情況，對(duì)礦體劃分多個(gè)塊層。首先對(duì)開(kāi)采順序以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，然后對(duì)三維實(shí)體模型劃分為多個(gè)塊層，該過(guò)程主要用到三維建模軟件，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。塊層分割完畢之后篩選將要開(kāi)采的塊層，然后確認(rèn)具體的開(kāi)采方式，此時(shí)可結(jié)合實(shí)際情況切割階段礦體，將選擇好的塊層進(jìn)行精確分割，就可以得到包含大量礦石的塊層，再經(jīng)過(guò)提煉即可獲得所需的金屬。在劃分礦塊的時(shí)候，其中關(guān)鍵操作在于借助建模軟件對(duì)包含大量金屬礦石的礦塊進(jìn)行劃分，以此為基礎(chǔ)確認(rèn)具體的切割點(diǎn)與爆破點(diǎn)，防止在實(shí)際開(kāi)采的時(shí)候出現(xiàn)過(guò)度耗損，避免在開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，圖1為三維模型建模示意圖。

（3）采準(zhǔn)工程實(shí)體建模

采準(zhǔn)工程實(shí)體建模方法主要有兩種，第一種為留礦采礦法，另外一種則為分段空?qǐng)龇ā１疚牟蓽?zhǔn)工程實(shí)體建模結(jié)合實(shí)際情況選擇使用分段鑿巖階段空?qǐng)龇ǎ矊儆诘诙N方法的其中一種，這種方法操作起來(lái)安全性較高，設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)巷道運(yùn)輸?shù)V石，具有相當(dāng)高的采礦效率，當(dāng)然也有一些不足之處，其中主要在于成本較高。在采準(zhǔn)工程施工過(guò)程中分段鑿巖階段空?qǐng)龇ㄓ玫降脑O(shè)備有多個(gè)，除了溜井、電靶道以及運(yùn)輸巷道之外，還包括鑿巖時(shí)所需的巷道以及人行天井。其中關(guān)鍵部分在于創(chuàng)建巷道，該過(guò)程為這種建模法最關(guān)鍵的一個(gè)步驟，也是確保工程安全的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前巷道建模法主要包括兩種，第一種為延伸斷面生成實(shí)體法，另外一種則為中線加斷面法。

（4）切割工程實(shí)現(xiàn)

切割工程指的是借助三維建模實(shí)體尋找精確切割點(diǎn)，然后將礦石切割出來(lái)。切割工程具體內(nèi)容主要包括兩個(gè)，首先主要切割礦石以及周邊的巖體，另外一個(gè)為切割底部漏斗上方的部位。在切割周邊巖體的時(shí)候有明確要求，通常要超過(guò)礦石體積，厚度與礦石基本保持一致，當(dāng)然也要切割底部漏斗上方。

（5）爆破設(shè)計(jì)

在采礦工程中爆破設(shè)計(jì)屬于相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分，其中重點(diǎn)在于選擇合適的爆破點(diǎn)，通過(guò)三維實(shí)體創(chuàng)建模型，然后對(duì)爆破點(diǎn)展開(kāi)模擬，隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演練，以此為基礎(chǔ)可以獲得有價(jià)值的爆破文件與數(shù)據(jù)，為后期工程開(kāi)展提供數(shù)據(jù)參考。在采礦工程中爆破設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要集中在設(shè)計(jì)巷道工程方面，當(dāng)然礦長(zhǎng)礦柱以及切割工程爆破設(shè)計(jì)也是非常重要的內(nèi)容。除此之外，爆破鉆孔也是比較關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合鉆孔深淺度主要包括三種，除淺孔與中深孔之外還包括經(jīng)常見(jiàn)到的深孔，礦井實(shí)體建模步驟可見(jiàn)圖1。

2 設(shè)計(jì)結(jié)果輸出

2.1計(jì)算采準(zhǔn)切割工程量

開(kāi)采工程開(kāi)展的基礎(chǔ)在于計(jì)算采準(zhǔn)切割工程量，利用切割模擬礦體的方式對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。

2.2 輸出爆破結(jié)果

開(kāi)采成功與否以及開(kāi)采量大小直接受到爆破大小以及爆破點(diǎn)等因素的影響，因此爆破數(shù)據(jù)務(wù)必要保證足夠精準(zhǔn)，不能出現(xiàn)任何偏差。

2.3 輸出礦塊剖面圖和施工圖

利用三維可視化實(shí)體創(chuàng)建模型，然后對(duì)輸出剖面圖進(jìn)行切割，對(duì)演練數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)，結(jié)合所得結(jié)果開(kāi)始輸出施工圖。通過(guò)這種方法，可以將礦體內(nèi)部具體情況以及采切過(guò)程更好的反映出去，與傳統(tǒng)模式相比，這種方法精準(zhǔn)度以及真實(shí)性更高，對(duì)后期開(kāi)采過(guò)程將帶來(lái)很大幫助。

3 結(jié)論

針對(duì)實(shí)際礦體展開(kāi)三維可視化分析探究，不難看出三維實(shí)體真實(shí)性更高，利用這種模式可以讓技術(shù)人員對(duì)采礦過(guò)程進(jìn)行全面了解，有助于施工人員了解采礦具體過(guò)程，對(duì)后面的施工將帶來(lái)很大幫助，防止出現(xiàn)過(guò)度損失等現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上全面提升采礦效率，為礦山開(kāi)采數(shù)字化建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。

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