范才俊

（贛州星哲安全咨詢服務(wù)有限公司，江西興國(guó) 342400）

地下礦山在開(kāi)采時(shí)，受到巖石條件的不同，炮孔裝藥量的不同，對(duì)設(shè)計(jì)采場(chǎng)邊界與實(shí)際采場(chǎng)邊界有一定的出入[1-5]，在局部巖體存在斷層、破碎較大的情況下，采場(chǎng)實(shí)際爆破邊界與設(shè)計(jì)邊界可能存在較大的差別，一步采很明顯會(huì)出現(xiàn)超欠挖情況，如二步采還按照一步采設(shè)計(jì)邊界進(jìn)行二步采設(shè)計(jì)，因此，及時(shí)掌握礦體一步采實(shí)際情況，對(duì)科學(xué)評(píng)估一步采采場(chǎng)爆破效果及二步采回采設(shè)計(jì)有重大意義。某礦山采用無(wú)底柱分段嗣后充填法進(jìn)行開(kāi)采，礦山采場(chǎng)的充填量一直不知道，現(xiàn)對(duì)該礦山采場(chǎng)進(jìn)行三維激光掃描，可得到采場(chǎng)的實(shí)際體積，較為準(zhǔn)確的獲得采場(chǎng)的充填量[6-10]。二步采根據(jù)一步采實(shí)際測(cè)量邊界進(jìn)行設(shè)計(jì)。降低礦山的損失與貧化。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)礦山采場(chǎng)超欠挖問(wèn)題提出了不少解決辦法，具有比較代表性的為CMS 的三維激光掃描技術(shù)，羅周全[11]等利用CMS 三維激光掃描技術(shù)，對(duì)礦山采場(chǎng)進(jìn)行掃描，并對(duì)模型進(jìn)行建模后，通過(guò)布爾運(yùn)算，得到采場(chǎng)回采體積，存留的礦石量及礦山采下的廢石量等。李建[12]等用BLSS-PE 掃描采場(chǎng)，得到采場(chǎng)的超欠挖體積等，對(duì)礦山回采及貧化具有指導(dǎo)意義。通過(guò)探測(cè)，測(cè)得采場(chǎng)在空間內(nèi)實(shí)際位置，對(duì)礦山殘礦回收提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。邱振華[13]等利用CALS 鉆孔式三維激光掃描測(cè)量對(duì)礦山隱覆性空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，得到空區(qū)實(shí)際體積及空區(qū)的實(shí)際采場(chǎng)邊界和空間位置，為礦山安全提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

1 空區(qū)三維模型的獲取

1.1 空區(qū)模型現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

三維激光掃描儀在工作當(dāng)中，發(fā)出光脈沖到達(dá)物體表面，物體表面接受到光脈沖后，反射回空區(qū)內(nèi)壁坐標(biāo)，最后傳輸?shù)浇邮掌鲀?nèi)，在接收器內(nèi)找到坐標(biāo)點(diǎn)，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行賦值，計(jì)算出兩點(diǎn)的方位角，輸入方位角，形成空區(qū)在空間內(nèi)具體位置。接收器接收到點(diǎn)云信號(hào)，計(jì)算出P 點(diǎn)與掃描儀距離S?？諈^(qū)探測(cè)原理如圖1所示；三維激光掃描儀坐標(biāo)系統(tǒng)是在探頭內(nèi)部，儀器可以自定義:y 軸和x 軸在橫向掃描面內(nèi)，相互垂直，z軸與x，y形成的面互相垂直，空區(qū)探測(cè)目標(biāo)點(diǎn)可以通過(guò)三維幾何算出。現(xiàn)場(chǎng)掃面圖如圖2所示，空區(qū)定位坐標(biāo)如表1所示。

圖1 激光掃描原理

圖2 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掃描

表1 采場(chǎng)三維定位

1.2 三維實(shí)體模型的建立

利用三維激光掃描儀（VS150）對(duì)空區(qū)進(jìn)行掃描，得到空區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把測(cè)得空區(qū)坐標(biāo)賦值上，得到空區(qū)在空間位置。數(shù)據(jù)采用礦業(yè)軟件SURPAC 打開(kāi)，并進(jìn)行處理、建模，獲取空區(qū)在空間位置圖。根據(jù)空區(qū)炮孔剖面圖，對(duì)空區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)模型建模。

2 空區(qū)超挖欠挖量和二步采采場(chǎng)邊界確定

2.1 空區(qū)超欠挖量的獲取

通過(guò)對(duì)采場(chǎng)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行建模和實(shí)測(cè)模型進(jìn)行對(duì)比分析，采用礦業(yè)軟件SURPAC 里的實(shí)體模塊，對(duì)采場(chǎng)的實(shí)測(cè)模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到采場(chǎng)超欠挖模型，如圖3 和4 所示；得到采場(chǎng)超欠挖量。根據(jù)超欠挖量，算出采場(chǎng)總欠挖量，如表2所示。

圖3 采場(chǎng)欠挖模型圖

圖4 采場(chǎng)超挖模型圖

采場(chǎng)總欠挖量計(jì)算公式為：

式中：W——總欠挖體積，m3；

N——回采礦體單元體積，m3；

T——探測(cè)空區(qū)體積與回采礦體單元的公共體積，m3。

通過(guò)礦體超欠模型，計(jì)算出礦體實(shí)際超欠挖體積，根據(jù)礦體超欠挖模型及設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)模型算出礦體總欠挖量，兩種算法總欠挖量的值一樣。通過(guò)總欠挖量可以得到采場(chǎng)的回收率，對(duì)每個(gè)采場(chǎng)都進(jìn)行探測(cè)，算出年回收率。

表2 實(shí)測(cè)采場(chǎng)欠挖量計(jì)算

2.2 二步采采場(chǎng)邊界的確定

礦山采場(chǎng)一步采采完形成一步采空區(qū)，會(huì)對(duì)一步采進(jìn)行及時(shí)充填作業(yè)，然后再進(jìn)行二步采礦柱作業(yè)，由于井下巖石條件、裝藥量多少、采礦方法等原因，一步采形成的空區(qū)往往與實(shí)際設(shè)計(jì)空區(qū)有一定的差別，二步采再進(jìn)行回采時(shí)，如按照一步采設(shè)計(jì)進(jìn)行回采，可能會(huì)采到一步采充填體內(nèi)，造成二步采礦體貧化。三維激光掃描儀的使用，避免了這種情況。將一步采采場(chǎng)按照炮孔排線剖面進(jìn)行剖切，得到一步采采場(chǎng)的設(shè)計(jì)剖面與實(shí)際剖面，可以看出礦體實(shí)際未采下區(qū)域，即礦體實(shí)際欠挖部位，如圖5所示；在做二步采采場(chǎng)炮孔設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)一步采場(chǎng)實(shí)際炮孔剖面圖，進(jìn)行二步采采場(chǎng)炮孔設(shè)計(jì)，可以提高礦體的回收率。對(duì)于一步采采場(chǎng)超挖部位，根據(jù)實(shí)際炮孔邊界設(shè)計(jì)二步采采場(chǎng)炮孔邊界，并留有0.8～1m 寬的保安礦柱，可以減少二步采采場(chǎng)充填體的混入，提高礦石的回收率，如圖6所示。

圖5 設(shè)計(jì)邊界與實(shí)測(cè)邊界炮孔排線剖面圖

圖6 二步采設(shè)計(jì)邊界圖

通過(guò)對(duì)一步采采場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，可以較為準(zhǔn)確的獲得一步采采場(chǎng)邊界，為二步采采場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)提供礦體邊界，對(duì)二步采回采時(shí)提供有力的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)論

（1）采用三維激光掃描儀對(duì)一二步采場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到采場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行SURPAC處理，得到采場(chǎng)的實(shí)體模型。

（2）對(duì)采場(chǎng)實(shí)體模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到采場(chǎng)超欠挖三維模型，對(duì)超欠挖模型進(jìn)行計(jì)算，得到采場(chǎng)超挖量、欠挖量，根據(jù)超欠挖量，計(jì)算出采場(chǎng)總欠挖量。

（3）根據(jù)采場(chǎng)實(shí)測(cè)模型及設(shè)計(jì)模型，對(duì)一步采采場(chǎng)實(shí)測(cè)模型進(jìn)行沿炮孔排線剖切，可以得到一步采采場(chǎng)實(shí)際爆破邊界，通過(guò)一步采采場(chǎng)實(shí)際爆破邊界，可以對(duì)二步采采場(chǎng)爆破邊界設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)支持，提高二步采采場(chǎng)礦石的回收率，減少因充填體的混入，導(dǎo)致礦體貧化率升高。

（4）針對(duì)一步采礦體實(shí)際模型，預(yù)留一定寬度的保安礦柱，減少充填量的混入。