劉洪均，彭平安，王李管

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自然崩落法礦山井下大規(guī)模開采綜合評(píng)價(jià)及模擬技術(shù)

劉洪均1，彭平安2，王李管2

(1. 北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北，100083；2. 中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

為降低礦山采用自然崩落法存在的風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)井下安全大規(guī)模開采提供保障，對(duì)自然崩落法礦巖可崩性和崩落后的塊度分布規(guī)律進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及模擬，提出一種礦巖可崩性三維數(shù)字化評(píng)價(jià)方法和礦巖崩落塊度預(yù)測(cè)算法。通過對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的三維建模，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論將礦巖巖體參數(shù)推估反演到離散化后的礦巖工程模型中，根據(jù)三維節(jié)理面Monte Carlo模擬原理對(duì)礦巖崩落塊度進(jìn)行三維重現(xiàn)。將上述方法用于云南省普朗銅礦進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：普朗銅礦III級(jí)和IV級(jí)礦巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為99.1%，礦巖可崩性級(jí)別為III至IV，適合應(yīng)用自然崩落法開采；原始崩落塊度等效尺寸大于1.65m的塊體篩上累積百分比為40%，建議普朗銅礦放礦口長(zhǎng)×寬為5.00 m×5.00 m，此時(shí)放礦堵塞概率較小。

自然崩落法；可崩性評(píng)價(jià)；塊度預(yù)測(cè)；地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)；Monte Carlo模擬

自然崩落法是一種開采成本低廉、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、科學(xué)指導(dǎo)下作業(yè)安全性好的采礦方法，被譽(yù)為地下采礦中的“露天開采”。自1895年問世以來，該方法已經(jīng)在美國(guó)、智利、加拿大、南非、澳大利亞等礦業(yè)大國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果[1]。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開始，先后在云南省獅子山銅礦和湖北省金山店鐵礦、程潮鐵礦、豐山銅礦等礦山開展了自然崩落法的試驗(yàn)研究，并在山西省銅礦峪礦開啟了我國(guó)礦山運(yùn)用自然崩落法開采的先河[2?3]。自然崩落法是靠巖體內(nèi)部的自然力使礦石破碎，并依靠自身重力進(jìn)行礦石運(yùn)搬的大規(guī)模地下采礦方法。自然崩落法的生產(chǎn)過程與傳統(tǒng)采礦方法相比有很大不同，是一種優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯的方法，其實(shí)施效果涉及礦巖的可崩性、崩落塊度、崩落規(guī)律與崩落速度、放礦控制、崩落區(qū)崩落狀態(tài)和非崩落區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)等多技術(shù)問題[4]。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)自然崩落法相關(guān)理論方法進(jìn)行了研究[5]。王少勇等[6]將模糊數(shù)學(xué)和物元分析結(jié)合研究了對(duì)礦巖可崩性進(jìn)行評(píng)價(jià)的新方法；王家臣等[7]提出了單純同調(diào)理論預(yù)測(cè)崩落塊體大小的數(shù)學(xué)模型；姜增國(guó)等[8]則對(duì)礦石自然崩落規(guī)律進(jìn)行了探討。上述方法均立足于二維狀態(tài)下以點(diǎn)帶面的思想，即以某個(gè)小范圍內(nèi)的計(jì)算結(jié)果近似表征整個(gè)礦區(qū)結(jié)果。這種方法因沒能考慮各參數(shù)的隨機(jī)變化，其評(píng)價(jià)結(jié)論存在一定缺陷；另一方面，這些研究只針對(duì)自然崩落法技術(shù)研究中的某一個(gè)方面，未形成綜合理論。為此，本文作者提出基于三維可視化的自然崩落法礦山井下大規(guī)模開采綜合評(píng)價(jià)及模擬技術(shù)，并開發(fā)相應(yīng)的三維評(píng)價(jià)系統(tǒng)，解決其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)施方法，并以普朗銅礦為例，論述該方法的有效性和實(shí)用性。

1 技術(shù)原理與方法

自然崩落法礦山井下大規(guī)模開采綜合評(píng)價(jià)及模擬技術(shù)以數(shù)據(jù)獲取與分析、三維建模、可崩性評(píng)價(jià)、崩落礦巖塊度預(yù)測(cè)為主線，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、巖體等級(jí)(RMR)評(píng)價(jià)體系、Monte Carlo模擬等理論，其基本技術(shù)路線如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)獲取與分析是一切工作的基礎(chǔ)，而建立待評(píng)價(jià)區(qū)域的三維模型是本技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)方法的關(guān)鍵。礦巖的可崩性及崩落塊度與巖體構(gòu)造、礦巖強(qiáng)度、原巖應(yīng)力狀態(tài)有著密切的聯(lián)系[9]，因此，詳盡的巖體構(gòu)造調(diào)查、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定和地應(yīng)力測(cè)定是綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的保障。而通過對(duì)待評(píng)價(jià)區(qū)域的三維建模，避免了傳統(tǒng)方法以點(diǎn)帶面方式存在的缺陷，能夠更加準(zhǔn)確、真實(shí)地反映研究對(duì)象。

圖1 自然崩落法礦山井下大規(guī)模開采綜合評(píng)價(jià)及模擬技術(shù)路線

1.1 礦巖可崩性三維數(shù)字化評(píng)價(jià)方法

影響巖體質(zhì)量的因素(如巖石強(qiáng)度、巖石質(zhì)量指標(biāo)QD、節(jié)理間距等)在空間內(nèi)具有一定的隨機(jī)性，同時(shí)又與周圍一定范圍內(nèi)的變量有關(guān)，即表現(xiàn)出特定的分布規(guī)律。由于任何既具有隨機(jī)性且具有結(jié)構(gòu)性的呈現(xiàn)空間分布變量都稱為區(qū)域化變量[10]，因此，將這些因素視為區(qū)域化變量，以變異函數(shù)為工具對(duì)其空間結(jié)構(gòu)性進(jìn)行分析，根據(jù)區(qū)域化變量最優(yōu)估值理論對(duì)各因素在巖體內(nèi)的取值分別進(jìn)行推估，最后綜合各因素得到反映巖體工程質(zhì)量的RMR模型。該方法的基本步驟如圖2所示。

圖2 礦巖可崩性三維數(shù)字化評(píng)價(jià)方法基本流程

基于修正的RMR評(píng)價(jià)體系，可對(duì)估值后的礦巖可崩性評(píng)價(jià)模型按級(jí)別、巖性、中段等類別進(jìn)行多方位、多角度的深層次評(píng)價(jià)，應(yīng)用Laubscher崩落圖、Mathews穩(wěn)定圖[11]對(duì)各評(píng)價(jià)區(qū)域的水力半徑進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.2 基于三維節(jié)理表面模擬的礦巖塊度預(yù)測(cè)算法

巖體可以視為被構(gòu)造面切割而成的大小和形狀各異的巖塊集合體，同時(shí)巖體在破壞過程中將優(yōu)先沿已有的裂隙面發(fā)生[12]。因此，可以巖體構(gòu)造面的空間展布規(guī)律為基礎(chǔ)，采用Monte Carlo模擬技術(shù)[13]、三維空間解析幾何知識(shí)和三維實(shí)體切割技術(shù)，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)原理模擬構(gòu)造面的空間展布，并由此切割實(shí)體，統(tǒng)計(jì)實(shí)體內(nèi)部由構(gòu)造面切割出的巖塊大小和形狀分布組成，最后在塊體形狀分類的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)得到崩落巖體的塊度分布規(guī)律。該算法的流程如下。

1) 收集不連續(xù)面參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)構(gòu)造空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，執(zhí)行Monte Carlo模擬，產(chǎn)生不連續(xù)面綜合數(shù)據(jù)庫。

2) 研究沿測(cè)線方向計(jì)算從不連續(xù)面到坐標(biāo)原點(diǎn)的垂直距離，形成三維節(jié)理面掃描文件。

3) 確定模擬位置及范圍，生成模擬巖體的實(shí)體模型，用三維節(jié)理面切割實(shí)體模型。

4) 計(jì)算巖塊的體積、面積及最大、中間和最小弦長(zhǎng)，并判別巖塊的形狀特征。

5) 重復(fù)以上步驟，直至與模擬范圍相交的節(jié)理面都參與了運(yùn)算，輸出結(jié)果。

6) 在指定方向上對(duì)經(jīng)過上述計(jì)算的巖塊進(jìn)行切割，并計(jì)算二維特征參數(shù)。原始和崩落塊度預(yù)測(cè)算法如圖3所示，塊體形狀分布統(tǒng)計(jì)算法如圖4所示。

圖3 原始和崩落礦巖塊度預(yù)測(cè)算法

圖4 塊體形狀分布統(tǒng)計(jì)算法

2 工程應(yīng)用

普朗銅礦是2001年啟動(dòng)的大調(diào)查項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的特大型斑巖銅礦，截至2013年，普朗銅礦共探獲銅資源儲(chǔ)量480萬t。一期采、選設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理原礦石1 250萬t，建成后將成為我國(guó)特大型地下開采金屬礦山。考慮到普朗銅礦礦床厚大但品位低、巖層破碎和完整性差、工程地質(zhì)條件惡劣及保護(hù)環(huán)境等綜合情況，擬采用自然崩落法開采。

2.1 數(shù)據(jù)獲取與分析

無論是進(jìn)行礦巖可崩性評(píng)價(jià)還是崩落塊度的預(yù)測(cè)，大量詳實(shí)的巖體工程觀測(cè)資料和測(cè)試數(shù)據(jù)是保證工作的前提。巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查一般采用鉆孔巖芯和坑道暴露面聯(lián)合調(diào)查的方式進(jìn)行。通過對(duì)獲得的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得有關(guān)巖石強(qiáng)度、巖石質(zhì)量指標(biāo)、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、間距等統(tǒng)計(jì)特征與統(tǒng)計(jì)參數(shù)，因此，就不難應(yīng)用計(jì)算機(jī)推估未知區(qū)域的巖體和結(jié)構(gòu)面特征以及再現(xiàn)符合這種統(tǒng)計(jì)特征的巖體和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)，從而在計(jì)算機(jī)上研究礦巖的可崩性和崩落塊度。

普朗銅礦先后開展了大規(guī)模的巖體構(gòu)造調(diào)查工作，2006年施工鉆孔29孔，鉆孔施工長(zhǎng)度9 985.82 m；2012年施工鉆孔11孔，鉆孔施工長(zhǎng)度3 369.75 m，同時(shí)在3900中段和3720中段進(jìn)行暴露面巖體原位調(diào)查工作，調(diào)查坑道總長(zhǎng)度為1 152.82 m。獲得的主要數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(含傾角、傾向、結(jié)構(gòu)面分組等)、結(jié)構(gòu)面間距、粗糙度、張開度、持續(xù)性、QD以及由點(diǎn)載荷試驗(yàn)得到的巖石單軸抗壓強(qiáng)度、水文地質(zhì)條件等。

根據(jù)調(diào)查得到的節(jié)理產(chǎn)狀，作Schmidt極點(diǎn)等密圖，如圖5所示。從圖5可以看出：普朗銅礦可分為3組優(yōu)勢(shì)節(jié)理組，其傾向范圍分別為125°~195°，196°~240°和320°~359°。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各組節(jié)理的傾向與傾角均服從正態(tài)分布。

圖5 普朗銅礦節(jié)理產(chǎn)狀極點(diǎn)等密圖

獲得節(jié)理間距有效數(shù)據(jù)21 073條，統(tǒng)計(jì)得節(jié)理間距均值為0.27 m，直方圖如圖6(a)所示。從圖6(a)可見：經(jīng)P?P圖驗(yàn)證，正態(tài)分布P?P圖擬合誤差較大，趨勢(shì)偏差達(dá)到0.20左右；指數(shù)分布P?P圖擬合較好，趨勢(shì)偏差為0.05左右；經(jīng)自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后的正態(tài)分布擬合性最好，趨勢(shì)偏差為0.02左右。因此，可以認(rèn)為普朗銅礦結(jié)構(gòu)面間距服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，如圖6(b)所示。

此外，對(duì)結(jié)構(gòu)面粗糙度、張開度、節(jié)理持續(xù)性、RQD值、巖芯單軸抗壓強(qiáng)度等都進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 三維可視化建模

地質(zhì)建模是對(duì)實(shí)際礦體的一種近似模擬，借助于先進(jìn)的理論和技術(shù)，充分利用有限的地質(zhì)資料，建立合理、可靠的地質(zhì)模型是自然崩落法研究中的關(guān)鍵。地質(zhì)體模型建立以后，要準(zhǔn)確、完整地表達(dá)地質(zhì)體的空間形態(tài)和內(nèi)部屬性，就需要對(duì)模型進(jìn)行離散化。常用的離散化方法是采用矢量模型與柵格模型相結(jié)合的方式，即建立塊段模型。塊段模型的基本思想是將礦床在三維空間內(nèi)按照一定的尺寸劃分為眾多的單元塊，然后對(duì)填滿整個(gè)范圍內(nèi)的單元塊的信息根據(jù)已知信息進(jìn)行推估，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)地質(zhì)原始資料構(gòu)建的普朗銅礦地質(zhì)體模型及塊段模型如圖7所示。塊段模型坐標(biāo)尺寸如表1所示。

宋榕華：在產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴受到環(huán)保政策影響加大的形勢(shì)下，公司近兩年加大了推廣社會(huì)責(zé)任的力度。不只把自己的企業(yè)管理好，而且兼顧上游下游的企業(yè)，讓整個(gè)產(chǎn)品的生命周期都得到管理。比如公司的諸多供應(yīng)商中，尤其是一些本地的私營(yíng)企業(yè)，在環(huán)保檢查方面不夠成熟，公司就幫助他們進(jìn)行環(huán)保合規(guī)性檢查。為他們做出一個(gè)詳細(xì)的檢查表，內(nèi)容包括內(nèi)部管理情況、環(huán)保政策落實(shí)情況、產(chǎn)品是否環(huán)保等諸多方面。讓他們根據(jù)表格內(nèi)容先期按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行自查，由此查漏補(bǔ)缺，不斷合規(guī)起來。這樣一來企業(yè)不用擔(dān)心政府檢查，科萊恩與他們合作也覺得放心。

(a) 地表DTM模型；(b) 礦體模型；(c) 巖體模型；(d) 約束后的塊段模型

表1 普朗銅礦塊段模型基本參數(shù)

2.3 可崩性評(píng)價(jià)

為更適應(yīng)自然崩落法的研究要求，對(duì)RMR評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修正，以巖石單軸抗壓強(qiáng)度(c)、巖石質(zhì)量指標(biāo)(QD)、節(jié)理間距(J)、節(jié)理?xiàng)l件(c)和地下水條件(w)作為評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量基本指標(biāo)[14]，然后對(duì)各分類指標(biāo)按區(qū)間進(jìn)行評(píng)分，最后相加即得巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本RMR值(RMR)。由于節(jié)理?xiàng)l件和地下水條件乃定性因素，為利用調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)模型中的相應(yīng)因素打分進(jìn)行估值，必須對(duì)其進(jìn)行量化。其中地下水條件根據(jù)鉆孔水文調(diào)查結(jié)果，對(duì)整個(gè)礦區(qū)打分。節(jié)理?xiàng)l件的量化根據(jù)王文星等[15]對(duì)節(jié)理表面形貌與結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度關(guān)系之間的研究，提出用結(jié)構(gòu)面摩擦角量化結(jié)構(gòu)面粗糙度的方法，其關(guān)系式為

式中：為結(jié)構(gòu)面摩擦角(°)；為粗糙度指標(biāo)，對(duì)于粗糙型、平坦型和光滑型3類粗糙度，其對(duì)應(yīng)的分別為18.2°，16.5°和11.4°。

將巖石單軸抗壓強(qiáng)度(c)、巖石質(zhì)量指標(biāo)(QD)、節(jié)理間距(s)和摩擦角(J)視為區(qū)域化變量，利用變異函數(shù)對(duì)其進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)性與變異性分析。圖8所示為摩擦角在礦體走向、傾向和厚度方向上的試驗(yàn)和理論變異函數(shù)(圖中為滯后距，()為變異函數(shù))，由此得各參數(shù)的變程、塊金及基臺(tái)值如表2所示。最后利用克里格方法對(duì)各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行空間插值，得到礦區(qū)整體礦巖可崩性三維RMR評(píng)價(jià)模型，如圖9所示。

(a) 走向方向；(b) 傾向方向；(c) 厚度方向

表2 理論變異函數(shù)參數(shù)表

注：0為塊金常數(shù)；為拱高；0+為基臺(tái)值；為變程。

圖9 普朗銅礦礦巖可崩性RMR評(píng)價(jià)模型

根據(jù)勞布施爾(Laubscher)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16]，分析不同可崩性級(jí)別內(nèi)的礦巖所占比例，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出：該礦礦巖可崩性主要分為II級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)和V級(jí)，其中III和IV級(jí)占總體積的99.1%，整體礦巖可崩性為較好—好，適合使用自然崩落法進(jìn)行大規(guī)模開采。在該模型基礎(chǔ)上也可快速對(duì)礦區(qū)不同級(jí)別、不同巖性、不同中段的礦巖RMR值(RMR)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)其可崩性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 普朗銅礦礦巖可崩性評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)礦巖可崩性評(píng)價(jià)結(jié)果，基于Laubscher 崩落圖和Mathews穩(wěn)定圖對(duì)普朗銅礦持續(xù)崩落水力半徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出：持續(xù)崩落水力半徑都較小，從另一方面說明在普朗銅礦應(yīng)用自然崩落法開采是可行的。

表4 普朗銅礦持續(xù)崩落水力半徑

Table 4 Chart of caving hydraulic radius of Pulang Copper Mine m

序號(hào)對(duì)象Laubscher 崩落圖法Mathews穩(wěn)定圖法 1上盤巖體22.626.2 2礦體21.625.6 3下盤巖體22.327.5

2.4 礦巖崩落塊度預(yù)測(cè)

根據(jù)所提算法，以普朗銅礦綜合數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)為輸入?yún)?shù)，對(duì)普朗銅礦礦巖崩落塊度進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中礦巖的節(jié)理產(chǎn)狀見圖5，節(jié)理間距參數(shù)見圖6。節(jié)理跡長(zhǎng)為2.5 m，模擬巖塊范圍(長(zhǎng)×寬×高)為10 m×10 m×10 m，不連續(xù)相關(guān)因子為0.5。

切割完成后產(chǎn)生的模擬塊體形狀如圖10所示。圖10中，等于塊體上較長(zhǎng)弦所定義向量之間的平均夾角的余弦乘以10，用于描述物體的細(xì)長(zhǎng)性；用于表述物體的容積系數(shù)；25，50和75分別表示占總體積25%，50%和75%時(shí)的塊體體積。對(duì)產(chǎn)生的切割塊體結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到的礦巖塊度體積區(qū)間分布如圖11(a)所示，其中C代表立方體，CE代表立方?細(xì)長(zhǎng)體，PC代表扁平?立方體，P代表扁平體，EP代表細(xì)長(zhǎng)?扁平體，E代表細(xì)長(zhǎng)體。塊體體積篩下累積百分率如圖11(b)所示，礦巖塊度的篩上累積比例如圖11(c)所示。

(a) 塊體切割結(jié)果；(b) 不同塊體體積的形狀分布

(a) 不同體積區(qū)間上各形狀塊體占總體積百分率； (b) 塊體體積篩下累積百分率；(c) 礦巖塊度篩上累積百分率

圖11 礦巖崩落塊度分布曲線

Fig. 11 Block caving distribution curve

從圖11(b)可以看出：塊體篩下體積的四分位點(diǎn)分別為0.164，0.403和0.853 m3。從圖11(c)可以看出：當(dāng)?shù)刃С叽绱笥?.50 m而小于3.00 m時(shí)，等效尺寸曲線下降比較快，這說明塊體等效尺寸落在這個(gè)區(qū)間體積比例較大；等效尺寸大于1.65 m的塊體篩上累積體積比例為40%，大于1.26 m的塊體篩上累積體積比例為59.85%。大量大塊率對(duì)放礦影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)大塊(即塊度尺寸大于1/3放礦口寬度)超過40%時(shí)，卡斗現(xiàn)象頻繁發(fā)生。因此，建議普朗銅礦放礦口的長(zhǎng)×寬為5.00 m×5.00 m，此時(shí)放礦時(shí)堵塞的概率較小。

3 結(jié)論

1) 將影響礦巖可崩性的各參數(shù)視為區(qū)域化變量，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論提出了一種礦巖可崩性三維數(shù)字化評(píng)價(jià)新方法，為全面準(zhǔn)確地研究自然崩落法開采可行性提供了新途徑。

2) 應(yīng)用本文所提方法，建立了反映普朗銅礦礦巖可崩性的三維RMR模型，得普朗銅礦總體礦巖質(zhì)量可分為II級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)和V級(jí)，其中III和IV級(jí)占總體積比例為99.1%，礦巖可崩性級(jí)別為III至IV，說明在普朗銅礦應(yīng)用自然崩落法進(jìn)行大規(guī)模開采是可行的。

3) 基于Monte Carlo模擬、空間解析幾何理論和三維實(shí)體切割技術(shù)提出了礦巖塊度預(yù)測(cè)算法，對(duì)普朗銅礦礦巖崩落塊度進(jìn)行預(yù)測(cè)，得原始崩落塊度等效尺寸大于1.65 m的塊體篩上累積體積比例為40%。建議普朗銅礦放礦口的長(zhǎng)×寬為5.00 m×5.00 m，此時(shí)放礦時(shí)堵塞的概率較小，所得成果為后續(xù)采礦方法設(shè)計(jì)及工程中的放礦控制提供了重要依據(jù)。

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Comprehensive evaluation and simulation for large-scale mining using natural caving method

LIU Hongjun1, PENG Pingan2, WANG Liguan2

(1. School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

To reduce the risk of mining by natural caving method and to guarantee the safety of subsequent large-scale underground mining, the ore rock cavability and the fragmentation distribution were evaluated. Additionally, a three-dimensional digital evaluation method of ore rock cavability as well as an algorithm of was proposed. Through 3D modeling of evaluation regional, a discretized mineral engineering model was inversed with the parameters collocation of rock body based on geostatistics. Finally, the 3D caved block was rebuilt using Monte Carlo simulation. The above method was applied to Pulang Copper Mine, Yunnan Province. The results show that the mass fraction of level III and IV rock is 99.1%, and the rock cavability level is III to IV, it is suitable for natural caving mining. The percentage of original block equivalent size larger than 1.65 m is 40%. So the mouth size of Pulang Copper Mine is recommended 5 m×5 m, and in which situation the possibility of ore blocking is less.

natural caving method; cavability evaluation; fragmentation prediction; geostatistics; Monte Carlo simulation

TD 853.36

A

1672?7207(2015)02?0617?08

2014?08?07；

2014?10?12

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2011AA060407)(Project (2011AA060407) supported by the National High Technology Research and Development Program of China(863 Program))

彭平安，博士研究生，從事數(shù)字礦山方向研究；E-mail：ping_an@outlook.com

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.02.033

(編輯 陳燦華)