矿业工程软件在矿山数字化制图的应用

关键词：3Dmine;矿山数字化;工程制图;三维模型

柴山钼铋钨多金属矿是柿竹园有色金属有限责任公司的一个重点矿区。设计采选矿石量为3000t/d。其主要矿产品包括钼精矿、铋精矿、白钨精矿、萤石精矿;综合回收黑钨精矿、硫精矿、铁精矿。根据柿竹园矿64~76号勘探线，此处为矽卡岩型矿床，整个矿区矿体赋存于花岗岩与灰岩的接触带中。矿体分布较为集中，埋藏不深，走向大致呈NNE，总倾向SEE，走向长465m，水平最宽398m，最大真厚153.56m，倾角10~39°，呈透镜状、扁豆状，由中心向南北及东西方向逐渐变薄或尖灭，整个矿体上贫下富。根据湖南省湘南地勘院储量报告，矿区总体资源储量(332+333)为2133.6×104t。开拓系统为胶带斜井+斜坡道开拓。井下中段按每50m标高划分为一个中段，全矿区共划分为550，500，450，400，350，300m六个中段。

1矿区地形图转换

柿竹园矿区采用湖南省__测绘院施测的1:500地形图，该院提供的图纸为.dwg的CAD图，采用平面坐标系统为1954年北京坐标系，其中央子午线经度为114°00′00″;高程系为1985国家高程基准。而柿竹园现有的井下工程全部采用柿竹园独立坐标系统，其中央子午线经度为114°00′00″;高程系统为柿竹园独立高程系统，故存在地形图转换问题。在图形中找到4个拐点，根据计算公式计算得出4个拐点相对应的独立坐标系坐标。将CAD图纸导入3Dmine软件中，再将4个拐点坐标导入图纸中，通过平移、旋转角度和再一次进行Z方向设置移动参数+2.45即可批量转换地形图，得到柿竹园独立坐标系统图纸，保存为相对应的.3ds线文件和.3dm体文件，图纸即可应用于矿井实际生产系统中。

2斜坡道开口的填挖方计算

在井下开拓系统中，斜坡道是作为井下废石、人员上下作业、材料、设备、大型无轨设备运输、新鲜风流、安全逃生出口等作用的主要通道。设计图纸中斜坡道窿口位于原490m老东波山平窿窿口西南约80m处，采用1/3三心拱断面，断面规格为4.5m×3.8m，净断面15.67m2。窿口位于山腰上，有大量植被覆盖并且浮土层较厚，为了消除施工带来的安全隐患，必须剥离浮土。根据长沙矿山研究院提供的斜坡道工程设计，要求窿口加强段的最小支护长度不得小于5m，所以还存在部分石方的开挖。测量技术工作者在施工前必须对斜坡道中心轴线及其周边的土石方开挖范围进行测设，并用木桩加红绳做好土石方开挖线的标志。在松方剥离的施工作业完成后必须对改变的地形进行坐标数据实测，并将数据保存好。同理，在石方剥离施工作业完成后也必须对地形进行实测，并用另外的文件名保存好。根据实测的数据以及采用转换好的3DMine图形、松方实际测量数据形成的DTM面、石方实际测量数据形成的DTM面在3DMine中分别进行土石方方量计算。在3Dmine中用命令测量-体积计算-三角网法根据命令进行操作，还可以选定“实体报告”还能形成CAD验收实测图，也可以形成EXCEL的验收表格(根据计算的体积，在进行松方验收时特别注意考虑松方的松散系数)。3Dmine软件中，可以利用创建-剖面命令实时得到你想要的任何轴线的剖面图，更能直观、方便观测各个方位的剖面图。

3一般巷道的挑顶刹帮量计算

根据柿竹园64~76号勘探线勘探出来的结果，为进一步揭露井下实际矿体情况，原设计了井下350~500m的3#斜井，每50m一个中段的500，450，400，350m标高4个中段，以70号勘探线为东西方向，每间隔100m向南北方向掘进断面为2.7m×2.7m的三心拱探矿巷道。新设计的开拓采准巷道工程为4.0m×3.8m的三心拱断面，能利用原有探矿巷进行采准工程设计，必须对原巷道进行刹帮，特别是主巷道与分支巷道的交叉口刹帮，利用全站仪对原巷道及现有巷道进行无觇标免棱镜数字化采集，将采集的坐标数据通过数据线传入电脑中并保存为.dat格式的数据文件，在3Dmine界面中文件-文件导入-CASS数据。由于测量坐标系是用高斯平面直角坐标系与数学卡迪尔平面坐标系的X轴与Y轴刚好相反。所以在“南方CASS高程数据导入”的命令界面中选定相应的数据X增加量38410000，Y增加量2840000，才能与矿区井上井下图纸相匹配。例如矿区井下400中段主运输巷与S1-24采场出矿平巷的岔道处于矽卡岩矿体与花岗岩接触带，导致处于花岗岩墙内的巷道极其不稳定，顶板已部分冒落，巷道断面变得极不规整，为保证生产安全，必须对此处进行混凝土支护设计。加上S1-24采场出矿平巷是在原来S1-1探矿平巷通过刹帮达到其设计规格，其施工断面是2.7m×2.7m扩帮成4.0m×3.8m三心拱形状，在3Dmine中用测量-地下测量-导线点为腰线赋z值，根据原有巷道的导线点的高程分别对主巷和S1-1巷道赋腰线z值，下一步地下-巷道模型-腰线巷道模型，分别设置好对应三心拱腰高与拱高参数，成立巷道模型。根据采矿设计此处刹帮支护界限截取所要计算的区域实体(见图1)。利用全站仪采集的测量数据导入3Dmine中，圈定顶板边界线，在3Dmine中用表面−生成DTM表面，生成顶部三角网;同样的方法生成顶板DTM面;巷道边则用实体-连接三角网-闭合线之间连三角网，闭合线则选定巷道顶板边界线和底板边界线，检查优化后利用实体-实体编辑-合并三角网命令，即可形成井下实际刹帮后的巷道模型(见图2)。在同一边界线中得到两实体的体积即可算出此处刹帮量，真实客观反应了现场的实际情况，最后将修改好的图形在总图中修改，即可得到生产最新的实测图。

43Dmine软件在采准、凿岩、爆破过程中的应用

4.1采区布置和采场结构井下沿矿体走向自南向北按勘探线间距设盘区运输巷，将采区划分为盘区，盘区间柱宽20m。每个盘区内再划分矿房和矿柱，宽均为15m，分布在盘区巷两侧。矿房矿柱按“田”字布置，结构参数为长(50~75)m×宽15m×高50m(个别矿房与矿柱中段高100m)。采准工程有盘区运输巷、凿岩硐室、出矿平巷、装矿进路、脉外回风巷;切割工程有拉底平巷(堑沟)、切割天井、切割槽。目前已经有几个采场做完采准工程，以400-450中段N1-7采场为例，采场规格长74m×宽15m×高50m，其装矿进路(10条)和出矿平巷(长90m)规格为4.0m×3.8m，切割横巷(长12m)和堑沟(长79m)规格为4.0m×3.0m，采场内分布有普通导线点。根据导线点及施工规格，在3Dmine中成立巷道模型应该分别采用不同的规格参数，根据成图经验，可以根据实测底板边界线，利用“工具−线的操作−两线中线/绘制中线”，在两线中线和绘制中线命令中灵活转换运用，使巷道的中心线更真实，然后再利用“地下−巷道模型−由中线生成”设置不同的模型参数，即可形成真实的巷道模型。4.2YGZ-90钻爆破拉底选用YGZ-90钻机，在拉底平巷及分段凿岩巷内凿上向扇形中深孔，孔径Φ60mm，排距1.5m，孔底距1.5~2.0m。在大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法中，矿房拉底平巷内采用YGZ-90型钻机打上向扇形中深孔，爆破拉底形成“V”形槽;矿房顶部凿岩硐室内采用国产CS-150高压潜孔钻机打下向平行深孔。在分段凿岩阶段空场嗣后充填法中，选用YGZ-90型中深孔钻机凿岩。采用BQF-100型装药器往中深孔内输送粒状改性铵油炸药，非电导爆起爆系统。先以切割井及切割横巷为自由面，利用中深孔爆破形成切割立槽，然后以切割立槽为自由面全断面侧向崩矿。采矿时，每次爆2~3排孔，上分段超前下分段2~3排炮孔，可多分段同时侧向崩矿，形成梯段工作面。400-450中段N1-7采场下端采用扇形中深孔拉底，采场共设计施工52排炮孔。利用全站仪设备测设出采场钻孔中线的起点和终点，结合皮尺/钢卷尺，根据设计的孔排间距参数放样出每排钻机的中心点，并用红色油漆在拉底巷道的底板及顶板做好标记。P1~P3排炮孔布设在切割横巷内，每排孔间隔1.2m形成1排7.5m高的垂直炮孔，每排布设有14个垂直炮孔。在3Dmine中利用“地下−中深孔爆破−布置平行孔”设计，并设置好炮孔参数。在P4~P52排设置的是7.5m高的扇形中深孔，利用“地下−中深孔爆破−布置扇形孔”设计，同样设置好炮孔参数。根据参数现场放样炮孔，在施工完炮孔后将真实角度的炮孔利用测距仪及坡度规验收，52排中深孔爆破后形成了10.5m高的“V”型槽。爆破后的矿用铲运车装矿运往1#、2#溜矿井，当矿石量全部运完后，利用全站仪测出“V”型槽空间，并用3Dmine形成实体模型，并计算此次爆破的矿石立方量。4.3CS-150钻施工及爆破该矿体采矿方法为大直径深孔阶段矿房嗣后充填采矿法及分段凿岩阶段矿房嗣后充填法。此法既能保护地表不塌陷，又能较好地开发利用地下资源，矿石的回采率较高，同时减少尾矿库的危害。矿块主要分布在400-500中段，矿块采用隔一采一的回采方式。凿岩选用CS-150高压潜孔钻机，在凿岩硐室内以(2.6~3.0)m×(3.0~3.5)m的网度凿下向平行垂直孔，靠凿岩硐室两侧的边孔凿成微斜孔，孔径Φ165mm，孔深<50m。最后爆下的矿石集中在“V”型堑沟底部结构，采用4m3铲运机装矿，经出矿巷道和盘区运输巷运至采区主溜井。400-450中段N1-7采场在形成10.5m高的“V”型槽后，其上部采用大直径深孔凿岩。在450中段的凿岩硐室和凿岩平巷中设计施工炮孔，排间距为2.8m，共计28排炮孔，实地放样后采用CS-150高压潜孔钻机打出大直径深孔，其孔深约为39.5m，根据爆破设计分排实施爆破，爆破后将爆下的矿石全部运往盘区主溜井，整个矿房全部采完，最终形成约74m×宽15m×高50m的大采空区，然后进行充填。4.4爆破出矿后的采空区测量及矿体修改400-450中段N1-7采场现场实际爆破后可能不是很规整的空场，具体爆破多少矿石量，必须要经过现场实测，利用全站仪采用无觇标免棱镜方法采集数据测量大空区，在400中段将空场下部、中部及上部部分按3~5m测出筒状网格数据，空场上部轮廓线需在450中段的北环道及450中段运输主巷分别对空场轮廓线进行测量。最终实测成图，计算此采空区采下的矿石量。根据地质形成的矿体模型，将空区模型与矿体模型进行布尔计算即可得到地质最新的矿体模型，得到地质最新的矿石储量。

5开拓系统工程完成后的三维模型

柴山多金属矿区井下巷道在开展开拓工程前只有探矿工程，只包括各中段的探矿平巷及3#探矿盲斜井，井下布有一级导线点和普通导线点，将各中段实测平面CAD图纸导入3Dmine中，利用导线点生成巷道三维模型，而3#盲斜井、通风天井根据巷道中心线及导线点生成巷道模型。井下开拓工程施工后，测量人员几乎每一条巷道都有进行实测，如斜坡道、胶带运输斜井、溜井(分支溜井)、通风天井及不同规格参数的平巷，利用巷道实测边界轮廓线，底板坡度线、顶板导线点结合实测点建立三维模型，最终柴山井上井下三维模型(见图3)。每一项工程的实施都及时将井上井下的实际情况反馈到3Dmine软件中，做好了数字化制图的日常维护。6结语利用3Dmine矿业工程软件成功建立了柴山钼铋钨多金属矿区的三维矿井模型，实现了矿区二维表达向三维转化，将各中段采掘工程情况及矿体的空间形态全方位、可视化、动态地展示出来，确保了井下资料管理工作的准确性，也大大提高了工作效率。柴山矿区的三维模型建立也为东波多金属采矿场及公司矿山其它领域的应用提供一定的参考及建议。

作者：陈功 赵银燕 单位：湖南郴州柿竹园有色金属有限责任公司