基于3DMine軟件的三維建模及爆破設計

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建立三維礦體模型和巷道模型，并進行中深孔爆破設計，總結在建模和設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系，還可以為礦山設計、生產(chǎn)和管理等提供初步指導，滿足礦山的實際需要。

關鍵詞3DMine三維建模爆破設計

礦業(yè)工程軟件興起于20世紀80年代末，伴隨著圖像仿真技術和3D-GIS技術的發(fā)展，礦山三維可視化技術應運而生。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新的意義和發(fā)展空間[1]。進入21世紀后，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)字化礦山技術的高速發(fā)展，利用先進的計算機技術進行三維采礦方法設計指導礦山的生產(chǎn)和管理,不僅意義重大，更是21世紀礦業(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，屬于高中溫熱液細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入到3DMine中，通過“坐標轉(zhuǎn)換”功能轉(zhuǎn)換成立體圖(圖1)，設置合適的三角網(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，如何準確判定剖面線間礦體輪廓線的對應關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)礦體輪廓線兩側的巖性確定對應關系，遇到礦體分支、復合等現(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高，結合實際，巷道是有坡度的，標高不可能都一樣。因此，需要先對平面圖中已知標高的導線點賦高程，然后通過“導線點為腰線賦高程”功能確定巷道實際標高，最后通過“腰線巷道建模”功能繪制巷道實體(圖3)。建立巷道模型時需要注意：①巷道輪廓線應該是幾條連續(xù)的閉合線；②在建模之前清理重復線條和釘字角；③巷道輪廓線應盡量圓滑，避免成功建模后巷道出現(xiàn)嚴重變形。

圖3　部分巷道建模

3中深孔爆破設計

3DMine提供了扇形孔布置、平行孔布置及單孔手動布置3種爆破設計方案，同時，通過設置初始化參數(shù)，可以對打眼參數(shù)、回采進路切割參數(shù)、鉆機參數(shù)、采礦參數(shù)、裝藥參數(shù)、貧化率和回收率進行設置，這將為采礦設計人員提供極大的便利，實現(xiàn)了爆破設計的參數(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，采用導爆管、導爆索復式連接法，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　進路爆破邊界

3.3炮孔生成

爆破參數(shù)設定好后，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“修改單孔設計”功能調(diào)整，可以根據(jù)需要顯示動態(tài)標注，如炮孔長度、裝藥長度、孔底距等。待炮孔設計完，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#進路_1

圖7爆破參數(shù)輸出

4結論

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，并在此基礎上進行了中深孔爆破設計，改變了以往靠人工、憑經(jīng)驗的設計方式，促進了礦山生產(chǎn)科技進步。三維數(shù)字模型能夠提供形象、直觀、準確、動態(tài)的數(shù)據(jù)，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率，有利于礦山資源的合理利用和企業(yè)的長遠發(fā)展。

參考文獻

[1]陳競文，吳仲雄，陳德炎.3DMine礦業(yè)工程軟件在構建五圩礦三維可視化模型中的應用[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)軟件的應用[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊，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用[J].采礦技術，2012，12(1)：8-10，19.

[5]文柏茂.3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設計中的應用[J].采礦技術，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)。