基于MineSight軟件的地下礦井巷工程優化設計

姚 華 胡慶雄 王 停 王 松 譚成杰

（1.貴州開磷有限責任公司；2.南昌致輝泰克科技有限公司）

得益于采掘裝備制造技術的進步，靈活、高效、大型化、智能化的無軌設備在地下礦山的應用越來越普及。礦山生產中，為了充分發揮無軌設備高效作業的優勢，采用無軌設備作業的地下礦山往往需要掘進大量斷面尺寸不小的井巷工程。通常，井巷工程多數位于礦體外部，其掘進時安全、通風條件差，單位成本高。因此，工程進尺的增加，意味著單位礦石運營成本的增加，同時，也增加了采礦的安全風險。因此，如何在確保無軌設備作業優勢的前提下，優化井巷工程的設計，降低不必要的工程進尺，已成為礦山高效管理面臨的一大課題。

本研究以國內某大型地采磷礦山（以下簡稱“該礦”）為例，介紹該礦應用國際先進的礦業軟件Mine-Sight進行井巷工程優化設計的方法及取得的應用成果。

1 礦山簡介

該礦為淺—濱海相沉積磷礦床，礦層呈緩傾斜狀態，走向近南北向，總體傾向東，平均傾角為20°［1］，現已查明磷礦石總資源量約為10億t，是我國磷礦資源的重要生產基地。

該礦采用平硐膠帶斜井輔助斜坡道聯合開拓、盤區開采，盤區長600 m，中段高60 m或80 m。采用的采礦方法主要為分段空場嗣后充填法，采場長為15~20 m，采場寬為礦體水平厚度。主要采礦設備均為無軌設備，包括鑿巖臺車、鏟運機、自卸卡車和錨桿臺車等。

因礦層頂板不穩定，該礦井巷工程布置在礦層上盤，盤區采切工程包括盤區斜坡道、脈外分層運輸平巷、采場石門、脈內鑿巖平巷、盤區溜井和充填管線井等［2］，見圖1。

2 井巷工程設計優化

2.1 礦山開拓工程的優化

該礦通過以下兩步驟依次對礦山開拓工程進行優化。

（1）分析礦體和地質構造的三維空間關系。在礦山開拓設計階段，利用勘探模型［3］在MineSight-MS3D界面中分析地表、礦體、斷層和巖性模型之間的三維空間關系，避開斷層發育、圍巖穩定性較差的區域，將開拓工程優先布置在地質條件較好的區域。

（2）三維快速建模，之后對比多種方案的工程量、施工條件、服務范圍、運輸距離等，進行確定最優的方案。

首先，應用MineSight軟件便捷的三維建模工具快速構建出多種可能的方案。

其次，通過MineSight軟件的查詢工具快速得到各種方案的工程量。

最后，在MS3D界面中全方位地分析礦體與各工程之間的三維空間關系，并結合工程造價選取最優的開拓方案。

圖2 和圖3是該礦排碴方案的2種可能方案，經對比分析，該礦最終選取工程量較少的方案一。

對于礦山深部的開拓工程（如中段大巷），其設計的依據主要是勘探模型，而隨著礦山開發的推進，礦山淺部的礦體已基本探明（按該礦技術規范要求升級為備采模型）。此時，可結合備采模型與礦山深部鉆孔見礦位置對勘探模型進行修改得到更高精度的礦體模型［4］，見圖4。這為礦山深部中段或分層脈外運輸平巷的布置、盤區溜井的選址提供更為可靠的礦體依據，有助于在合理回采礦石的前提下降低盤區石門的總長度，進而實現優化開拓工程設計的目標。

2.2 盤區工程的優化

該礦采用的采礦方法對應的盤區采切工程量大，由于盤區部分區域礦層厚度變化大，因此，盤區采切工程的優化也有實際的意義。

在該礦推廣數字礦山技術之前，盤區采切工程多數是依靠采礦工程師的經驗進行設計，由于地質條件不同、不同工程師經驗不同，這種情況容易導致礦山額外掘進一些不必要的采切工程，無形之中給企業增加了生產成本。

類似于開拓工程設計的優化，該礦通過不斷的實踐，探索得到了采切工程設計優化的途徑。

如圖5所示，在MS3D界面中打開待設計的盤區礦體，借助MineSight軟件的切剖面/平面工具，可在MS3D界面中沿任意方向快速切剖面［5］，進而在剖面上分析礦體厚度、礦體與工程的空間關系等。

通過比較、分析，對于厚度達不到開采要求的薄礦體，將其作為未可采礦量（即這些薄礦體所在的區域暫不具備回采的條件），此時，薄礦體所在區域不設計具體的采切工程，這樣從設計層面減少工程掘進量（見圖6），降低了盤區總的掘進費用。

3 結束語

經過多年的數字礦山建設及應用實踐，該礦已成功探索出了一種優化礦山開拓工程和盤區采切工程的設計，從而降低礦山工程掘進費用的途徑。

該礦根據鉆探數據和生產數據構建的勘探模型、開拓模型和備采模型3種礦體模型，依次由低到高地提高了盤區礦體的模型精度，使得井巷工程的設計優化具備了可靠的地質條件。

應用MineSight軟件，一方面提高了井巷工程方案設計和決策的效率，另一方面，三維可視化、可量化的軟件界面，為礦山分析、管理井巷工程提供了可靠的工具平臺。