3DMine軟件在礦山基建期間的應(yīng)用

曹玉濤，龐 博，周正義，朱漢朝

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤縣 063700)

1 前言

河北鋼鐵集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司隸屬于河北鋼鐵集團(tuán)，位于河北省灤縣縣城東南，探明儲(chǔ)量1.2億t，設(shè)計(jì)能力260萬(wàn)t/a，目前正處在基建期。常峪鐵礦礦體是復(fù)式褶皺形態(tài)，由多層鐵礦組成，夾石較多，分支復(fù)合現(xiàn)象顯著，開(kāi)采難度較大；礦區(qū)地質(zhì)條件也較為復(fù)雜，四面被斷裂所包圍，有兩條大斷層切割礦體，給基建期巷道工程施工帶來(lái)較大困難。

2 建立地質(zhì)勘查鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)和礦體構(gòu)造模型

建立礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，需要根據(jù)地質(zhì)資料分別建立定位表、測(cè)斜表和化驗(yàn)分析表[1]。常峪鐵礦進(jìn)行了兩次勘查工作，施工鉆孔95個(gè)，鉆孔孔位、測(cè)斜和化驗(yàn)信息有8 000多條，全部錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。建立數(shù)據(jù)庫(kù)后可利用鉆孔信息生成模型，能夠在三維狀態(tài)下顯示鉆孔軌跡線、品位值等，方便了解和分析地質(zhì)現(xiàn)象。

常峪鐵礦礦體是沉積變質(zhì)型鐵礦，因褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，形態(tài)十分復(fù)雜，礦體模型創(chuàng)建過(guò)程中要充分考慮礦體產(chǎn)狀變化，嚴(yán)格遵守地質(zhì)圈礦、外推等原則。首先，要在剖面圖上圈定、修改礦體線，確定每條礦體編號(hào)；其次，在相鄰兩個(gè)剖面圖上根據(jù)礦體產(chǎn)狀研究對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用輔助線或者插入剖面等手段連接好同一礦體；最后，做好檢查，確保每條礦體間不能相交。利用3Dmine軟件建立礦體模型，可以直觀展示其空間形態(tài)、厚度等信息，給后續(xù)采礦設(shè)計(jì)帶來(lái)便利。常峪鐵礦礦體和構(gòu)造模型見(jiàn)圖1。

圖1 常峪鐵礦斷層和礦體位置關(guān)系

3 礦體儲(chǔ)量計(jì)算

建立礦體三維模型后，可以根據(jù)礦體形狀特點(diǎn)將其分割成單元塊，建立塊體模型，進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。為了確保計(jì)算精度，塊體模型規(guī)格選擇2m×2m，并將每條礦體內(nèi)的鉆孔信息單獨(dú)整理，按2m長(zhǎng)度組合成樣品點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)礦體形狀，設(shè)定樣品點(diǎn)搜索橢球體半徑，對(duì)礦體不同的方向分別進(jìn)行估值[2]。在塊體模型賦值后，可以利用條件約束塊體，估算任意位置礦塊儲(chǔ)量、品位，進(jìn)行地質(zhì)報(bào)告和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。此外，常峪鐵礦對(duì)TFe品位在12%～20%之間的礦體建立了模型，計(jì)算了礦量和平均品位，為采礦設(shè)計(jì)和貧化率計(jì)算提供依據(jù)，確保礦產(chǎn)資源得到充分回收利用。

4 開(kāi)拓系統(tǒng)模型建立與巷道施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)

開(kāi)拓系統(tǒng)連接地面和地下開(kāi)掘的各類(lèi)通道和硐室，是井下生產(chǎn)的動(dòng)脈。常峪鐵礦建立了兩套開(kāi)拓系統(tǒng)模型，一套利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立模型，展現(xiàn)的是巷道設(shè)計(jì)效果，可以用來(lái)討論施工方案，編制施工計(jì)劃等，如圖2；另一套利用巷道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立模型，反應(yīng)的是巷道實(shí)際施工情況，通過(guò)和設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比，可以檢驗(yàn)和控制巷道施工質(zhì)量，并為以后采礦設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如圖3。由于井下巷道的復(fù)雜性和地下資源條件的不斷變化，利用3Dmine軟件建立開(kāi)拓系統(tǒng)模型，可以將各采掘工程巷道與礦體之間的空間形態(tài)全方位地地展現(xiàn)出來(lái)，為優(yōu)化礦山開(kāi)拓系統(tǒng)、優(yōu)選采礦方法提供直觀依據(jù)。

圖2 常峪鐵礦開(kāi)拓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

注：①深色表示設(shè)計(jì)巷道及斷面，淺色表示實(shí)際施工巷道及斷面；②剖面2為合格斷面，剖面1位置巷道偏左，右上角局部欠挖。圖3 設(shè)計(jì)巷道和實(shí)際施工巷道對(duì)比圖

5 未封鉆孔井下位置預(yù)測(cè)及處理

據(jù)地質(zhì)資料記載，常峪鐵礦礦區(qū)內(nèi)有37個(gè)鉆孔未進(jìn)行封堵處理，這些鉆孔可能成為第四系水導(dǎo)入地下的通道，若巷道開(kāi)拓或者采礦施工時(shí)揭露鉆孔，容易發(fā)生突水事故。常峪鐵礦利用3Dmine軟件建立了未封鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，生成了鉆孔模型，通過(guò)與巷道模型進(jìn)行對(duì)比，可以判斷鉆孔和巷道之間的位置關(guān)系。考慮到鉆孔測(cè)斜和方位角存在誤差，可將鉆孔影響半徑擴(kuò)大到20m，當(dāng)?shù)叵鹿こ叹嚯x未封鉆孔25m時(shí)，工作面附近接好水泵，做防突水準(zhǔn)備，并采用短探短掘的方式，施工前先利用鑿巖設(shè)備向前打7～9個(gè)3.5m探水孔，發(fā)現(xiàn)出水情況及時(shí)注漿治水。在經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)鉆孔位置5m內(nèi)時(shí)，適當(dāng)加密探孔，并利用軟件三維功能確定探水孔方位、角度，使其朝向預(yù)測(cè)孔位施工，并在每次爆破后觀察圍巖情況，直至發(fā)現(xiàn)鉆孔。按照上述方式，常峪鐵礦成功處理未封鉆孔3個(gè)，其中兩個(gè)有水，均在揭露前完成封堵。未封鉆孔和開(kāi)拓巷道位置關(guān)系如圖4所示。

圖4 未封鉆孔和開(kāi)拓巷道位置關(guān)系

6 破碎帶建模和預(yù)測(cè)

常峪鐵礦礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，破碎帶較多，并且含水豐富，如果處理不慎，極有可能造成淹井事故，對(duì)破碎帶提前做出預(yù)測(cè)，采取必要措施，可提高施工安全和進(jìn)度[3]。為了更好地了解破碎帶發(fā)育規(guī)律，常峪鐵礦在鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入了破碎帶信息，通過(guò)鉆孔描述的性質(zhì)來(lái)查找相鄰破碎帶的關(guān)聯(lián)性，研究破碎帶的走向和延伸，建立了破碎帶模型，并與地下開(kāi)拓工程位置關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比，如圖5所示。

圖5 破碎帶和開(kāi)拓系統(tǒng)位置關(guān)系(深色條帶為破碎帶)

在查清破碎帶和開(kāi)拓工程空間關(guān)系后，利用3Dmine平面切割功能，對(duì)各個(gè)水平開(kāi)拓工程和破碎帶分布情況進(jìn)行分析，進(jìn)而推斷巷道和破碎帶平面位置關(guān)系，如圖6所示，深色區(qū)域?yàn)殚_(kāi)拓巷道施工可能穿過(guò)的破碎帶。

圖6 -300m開(kāi)拓工程破碎位置推斷

通過(guò)確定破碎帶位置，了解其分布規(guī)律，在施工過(guò)程中密切關(guān)注圍巖變化，如無(wú)異常可采取短探方式，并減少探水孔數(shù)，可提高掘進(jìn)速度。而在破碎帶位置采用50m探水預(yù)注漿，集中處理涌水，可縮短治水時(shí)間，在保證施工安全的情況下，提高了綜合掘進(jìn)速度。

7 礦體邊界確定和巷道設(shè)計(jì)優(yōu)化

各中段開(kāi)拓巷道設(shè)計(jì)依據(jù)是各個(gè)水平的礦體平面圖，礦體尖滅位置的推斷多數(shù)是在平面上進(jìn)行的，未考慮礦體空間上的連續(xù)性，可能與實(shí)際揭露情況相差較大。在-300m中段設(shè)計(jì)圖中，西側(cè)沿脈巷道附近礦體形狀與3Dmine模型相差較大，如圖7所示。設(shè)計(jì)沿脈巷道很有可能穿過(guò)礦體，導(dǎo)致部分礦體無(wú)法開(kāi)采，造成資源量損失。為驗(yàn)證3Dmine模型的準(zhǔn)確性，在聯(lián)絡(luò)巷道施工前布置了兩個(gè)探礦孔，結(jié)果顯示礦體外邊界向外偏移17m，實(shí)際情況與模型較為接近。為了避免沿脈巷道穿過(guò)礦體，-300m水平西側(cè)沿脈巷道向北偏移10m，確保了礦體能夠充分回收。

圖7 -300m中段設(shè)計(jì)圖

8 結(jié)語(yǔ)

利用3DMine軟件建立礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和各種模型，并在其三維可視化功能模塊下，能夠準(zhǔn)確掌握礦體、巷道和地質(zhì)構(gòu)造的空間關(guān)系，為基建期間的巷道設(shè)計(jì)、地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)提供依據(jù)，使工程管理更加科學(xué)、高效，施工安全、進(jìn)度得到保障。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 陳 強(qiáng).巖溶地區(qū)礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)與施工巷道突發(fā)性涌水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)[J].黑龍江水利科技，2012，(11):8-9.