左鋒雷　羅慶峰

(承德潤豐銅業(yè)有限公司)

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基于3DMine軟件的三維建模及爆破設(shè)計

左鋒雷羅慶峰

(承德潤豐銅業(yè)有限公司)

摘要采用三維可視化建模技術(shù)建立三維礦體模型和巷道模型，并進(jìn)行中深孔爆破設(shè)計，總結(jié)在建模和設(shè)計中遇到的問題及解決方法。通過3DMine軟件建立的三維數(shù)字模型，不僅可以直觀形象地了解礦體空間形態(tài)、井巷工程布置及空間位置關(guān)系，還可以為礦山設(shè)計、生產(chǎn)和管理等提供初步指導(dǎo)，滿足礦山的實際需要。

關(guān)鍵詞3DMine三維建模爆破設(shè)計

礦業(yè)工程軟件興起于20世紀(jì)80年代末，伴隨著圖像仿真技術(shù)和3D-GIS技術(shù)的發(fā)展，礦山三維可視化技術(shù)應(yīng)運而生。在我國，1999年發(fā)起的首屆“數(shù)字地球國際會議(ISDE)”上正式提出“數(shù)字礦山(Digital Mine)”的概念，賦予了礦山三維可視化技術(shù)新的意義和發(fā)展空間[1]。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國在數(shù)字化礦山的研究上獲得了巨大的發(fā)展，出現(xiàn)了3DMine和DiMine等優(yōu)秀的礦業(yè)工程軟件。隨著數(shù)字化礦山技術(shù)的高速發(fā)展，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)進(jìn)行三維采礦方法設(shè)計指導(dǎo)礦山的生產(chǎn)和管理,不僅意義重大，更是21世紀(jì)礦業(yè)發(fā)展的趨勢。

1工程概況

小寺溝銅礦于1979年5月1日建成,是我國第一座井下無軌內(nèi)燃設(shè)備開采試驗礦山，采用平硐—斜坡道聯(lián)合開拓。目前礦山以開采銅礦石為主，屬于高中溫?zé)嵋杭?xì)脈浸染型銅鉬共生礦床[2]，礦體傾角為60°～80°，屬急傾斜礦體，巖石硬度系數(shù)f=8～10。礦區(qū)主要有2條銅礦體，賦存于接觸帶的蛇紋石化大理巖中，位于鉬礦體下部，采用無底柱分段崩落法回采。礦山現(xiàn)有+615，+675和+734 m 3個水平，其中+734 m為回風(fēng)水平，+615和+675 m為生產(chǎn)運輸水平，分段高15 m。

2三維模型建立

2.1礦體實體建模

在3DMine軟件中，實體模型是由一系列在線上的點連成內(nèi)外不透氣的三角網(wǎng)，由構(gòu)成這些三角網(wǎng)的三角面包裹成的實體[3]。根據(jù)小寺溝銅礦的實際情況，+615 m 13線以上礦體基本開采完畢，現(xiàn)主要對+615～+675 m 14線以上的礦體建模。將AutoCAD繪制的勘探線礦體剖面圖導(dǎo)入到3DMine中，通過“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”功能轉(zhuǎn)換成立體圖(圖1)，設(shè)置合適的三角網(wǎng)參數(shù)，運用“剖面線法”建立礦體模型(圖2)。

圖1　礦體剖面立體

圖2　礦體模型

由于該礦山礦巖穿插比較多，如何準(zhǔn)確判定剖面線間礦體輪廓線的對應(yīng)關(guān)系成為礦體圈定需要解決的主要問題。因此，在連接礦體之前要充分分析礦床地質(zhì)信息，根據(jù)礦體輪廓線兩側(cè)的巖性確定對應(yīng)關(guān)系，遇到礦體分支、復(fù)合等現(xiàn)象，利用分區(qū)線和控制線有效處理[4]。另外，在連接礦體輪廓線時仍需要注意以下幾點[5]：①礦體的輪廓線必須是閉合線；②在連接礦體輪廓線時先清理重復(fù)壓蓋線條，避免有不閉合的線條被壓蓋，連接時出現(xiàn)錯誤；③端部礦體是尖滅的，這時需要根據(jù)地質(zhì)學(xué)知識外推礦體；④及時優(yōu)化和驗證形成的實體，以期建成礦體的三維可視化模型；⑤建立礦體內(nèi)的夾層巖石實體模型，通過布爾計算將礦體實體與巖石實體分離。

2.2巷道實體建模

將AutoCAD繪制的各個平面圖分別導(dǎo)入3DMine中，通過3DMine的“賦Z值”功能對各水平的平面圖賦高程。在平面圖中有巷道的輪廓線，以此建立巷道實體模型。

通過“賦Z值”確定各水平巷道腰線的標(biāo)高，結(jié)合實際，巷道是有坡度的，標(biāo)高不可能都一樣。因此，需要先對平面圖中已知標(biāo)高的導(dǎo)線點賦高程，然后通過“導(dǎo)線點為腰線賦高程”功能確定巷道實際標(biāo)高，最后通過“腰線巷道建?！惫δ芾L制巷道實體(圖3)。建立巷道模型時需要注意：①巷道輪廓線應(yīng)該是幾條連續(xù)的閉合線；②在建模之前清理重復(fù)線條和釘字角；③巷道輪廓線應(yīng)盡量圓滑，避免成功建模后巷道出現(xiàn)嚴(yán)重變形。

圖3　部分巷道建模

3中深孔爆破設(shè)計

3DMine提供了扇形孔布置、平行孔布置及單孔手動布置3種爆破設(shè)計方案，同時，通過設(shè)置初始化參數(shù)，可以對打眼參數(shù)、回采進(jìn)路切割參數(shù)、鉆機參數(shù)、采礦參數(shù)、裝藥參數(shù)、貧化率和回收率進(jìn)行設(shè)置，這將為采礦設(shè)計人員提供極大的便利，實現(xiàn)了爆破設(shè)計的參數(shù)化、數(shù)字化、智能化。

3.1爆破邊界生成

小寺溝銅礦采用無底柱分段崩落法回采，出礦進(jìn)路間距為12.5 m，根據(jù)無底柱分段崩落法的特點及小寺溝銅礦的實際情況，以提取出的進(jìn)路中心線為中心，左右各6.25 m確定崩礦邊界[6]，通過切割回采進(jìn)路生成爆破邊界文件(圖4)。

3.2爆破參數(shù)確定

小寺溝銅礦采用切井、切巷拉槽方式，F(xiàn)YZ100型簡易圓盤式潛孔鉆機鉆孔，孔徑為90 mm，在切割巷道和回采進(jìn)路中鉆鑿垂直上向扇形中深孔，使用2#巖石乳化炸藥，利用炮棍人工裝藥，為了保證爆破效果，采用導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索復(fù)式連接法，擠壓爆破方式逐次回采。其中，切割巷道排距為1.8～2.3m，孔底距為2～3 m，扇形炮孔放射中心位置為鑿巖巷道中心，一次爆破1～2排炮孔；出礦進(jìn)路炮孔排距為2.4 m，孔底距為2.5～3 m，扇形炮孔放射中心位置為鑿巖巷道中心，一次爆破1排炮孔。

圖4　進(jìn)路爆破邊界

3.3炮孔生成

爆破參數(shù)設(shè)定好后，通過“布置扇形炮孔”命令生成炮孔(圖5)，在生成炮孔時也可以對炮孔的各個參數(shù)進(jìn)行修改，比如炮孔裝藥長度、填塞長度、炮孔角度等。有時候自動生成的炮孔不能滿足實際需要，則通過“修改單孔設(shè)計”功能調(diào)整，可以根據(jù)需要顯示動態(tài)標(biāo)注，如炮孔長度、裝藥長度、孔底距等。待炮孔設(shè)計完，既能創(chuàng)建炮孔實體(圖6)，使炮孔布置更加形象清楚，也能通過“創(chuàng)建表格”功能，直接將鉆機的坐標(biāo)以及各個炮孔長度、角度、裝藥長度等參數(shù)以表格的形式輸出(圖7)，大大簡化了工作量。

圖5　炮孔布置(單位：m)

圖6　進(jìn)路炮孔布置實體

孔號孔長/m角度藥長/m鉆機x=6531.21y=4966.00z=663.6017.7L55°00'6.2211.4L70°29'8.0318.7L82°24'16.4423.0R89°55'18.4519.0R81°51'16.5611.5R69°55'7.878.0R54°57'6.3合計99.479.6回采面積=188.0m2回采寬度=2.4mCu=0.6Cub=0.4貧化=20.0回收率=95.0回采/t=1218.2炸藥單耗/(kg/t)=0.42裝藥量/(kg/m)=5.09崩巖量/(t/m)=12.26采場:2#進(jìn)路_1

圖7爆破參數(shù)輸出

4結(jié)論

針對小寺溝銅礦的特點和實際需要，借助3DMine建立了礦體三維模型和巷道實體模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了中深孔爆破設(shè)計，改變了以往靠人工、憑經(jīng)驗的設(shè)計方式，促進(jìn)了礦山生產(chǎn)科技進(jìn)步。三維數(shù)字模型能夠提供形象、直觀、準(zhǔn)確、動態(tài)的數(shù)據(jù)，大大減少了設(shè)計人員的工作量，提高了工作效率，有利于礦山資源的合理利用和企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳競文，吳仲雄，陳德炎.3DMine礦業(yè)工程軟件在構(gòu)建五圩礦三維可視化模型中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(1)：4-7.

[2]張恒旺.提高小寺溝銅礦銅回收率的研究[J].礦冶，1999，8(2)：26-30.

[3]孫璐，戴曉江.建立礦山三維模型中3Dmine礦業(yè)軟件的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2011(1)：61-62.

[4]劉亭，朱來東，王永智.小鐵山礦三維數(shù)字化模型的建立與應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2012，12(1)：8-10，19.

[5]文柏茂.3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設(shè)計中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2012，12(6)：78-79，96.

[6]肖英才，王李管，朱海明，等.基于DIMINE軟件的爆破設(shè)計[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011(1)：26-29.

(收稿日期2015-11-10)

左鋒雷(1992—)，男，067512 河北省承德市平泉縣南五十家子鎮(zhèn)。