基于三維掃描的礦山開采施工過程研究

張 雄

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊，江西 上饒 334000）

對資源的高效利用是礦山開采工程中最重要的目標(biāo)之一，常態(tài)下技術(shù)人員通過地質(zhì)的實體測量后在處理數(shù)據(jù)中，才能對礦山中礦體進(jìn)行賦存情況的調(diào)查和分析。礦山所處的地學(xué)空間存在連續(xù)間斷的分布特點，其內(nèi)部的資源賦存情況在不同位置上具有及復(fù)雜性和不確定性。隨著實際礦山的開采工作量對CAD技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)了設(shè)計時間長且成本高等缺點，設(shè)計的輸出圖紙遠(yuǎn)不能滿足礦山開采的實際需求，常出現(xiàn)返工和方案重復(fù)選定步驟，因此對礦山的開發(fā)工作必須在三維的模式下完成資料收集和處理等過程，集中化處理有效數(shù)據(jù)。本文此次將三維掃描技術(shù)融入到礦山開采施工中，為最大強(qiáng)度的降低重復(fù)工作量提升經(jīng)濟(jì)效益，選擇最佳的工作方案進(jìn)行礦山資源開發(fā)，提出利于礦業(yè)發(fā)展的新思路。

1 基于三維掃描的礦山開采施工過程方法設(shè)計

1.1 構(gòu)建礦床地質(zhì)模型

在開采工程進(jìn)行前要對礦床的地質(zhì)進(jìn)行分析，以此構(gòu)建一個地表礦床地質(zhì)層次模型，用來體現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)的場地布局結(jié)構(gòu)以及礦山內(nèi)部的斷層分布的情況。在構(gòu)建礦體模型基礎(chǔ)上完成工程的模型建立，主要運(yùn)用空間布爾的運(yùn)算原則，合理反映礦區(qū)地質(zhì)之間的布控模型空間關(guān)系[1]。根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)報告數(shù)據(jù)按步驟完成地質(zhì)區(qū)域的劃分，將技術(shù)合成的總礦區(qū)布置圖面積模擬出鉆孔的數(shù)量、探礦需要的工具以及采礦工程包含的斜孔平孔勘測樣品，將少量的樣品進(jìn)行化驗得出不同區(qū)域的巖性特征，在利用巖性的形成特性完成礦體在礦山中的縱向投影。

1.2 基于三維掃描圈定開采分區(qū)

礦區(qū)采場結(jié)構(gòu)分為地表和底部兩個層級，在兩個層級之間沒有較為明顯的分界線，因此利用三維掃描技術(shù)對開采礦場進(jìn)行圈定分區(qū)。一般采場內(nèi)從表面的水平維度到底部之間主要受礦產(chǎn)自身壓力影響，使礦產(chǎn)和出礦之間產(chǎn)生了密切的結(jié)合，其中采場的底部結(jié)構(gòu)是開采中較為困難的一個組成部分，決定了采場最終的生產(chǎn)能力[2]。三維掃描技術(shù)是按照礦體的走向?qū)㈤_采單元劃分為相等間隔，每個間隔中間預(yù)留出淺采留礦形成的寬切割槽，該區(qū)域的設(shè)定要在合理范圍內(nèi)控制礦產(chǎn)的損失貧化率，因此對割槽兩側(cè)的礦體必須采用等寬垂直上切割方向。

1.3 控制邊坡巖移進(jìn)程

結(jié)合劃分好的礦區(qū)開采分區(qū)，根據(jù)開采過渡期的生產(chǎn)條件對邊坡巖移的進(jìn)程加以控制減少礦體的損失產(chǎn)出。按照產(chǎn)出原則進(jìn)行鞏固巖移的防護(hù)基本可歸結(jié)為以下方面：一是待開采內(nèi)部的礦石進(jìn)行爆破后，由自動電鏟將剝離的巖石裝入汽車在溜井旁完成可移動式的受料槽翻卸，在經(jīng)過細(xì)致爆破傳輸至固定的膠帶機(jī)中，可以進(jìn)行分期的開采方式，能夠控制露天的邊坡巖移進(jìn)程[3]。二是在分區(qū)之間的過渡期內(nèi)可以對挖制的巖體進(jìn)行冒落掉落計量，將無法安置底柱的分段崩落地段分成回采的重點區(qū)域，對每條回采路徑設(shè)置好不同的進(jìn)程路段，每條路段內(nèi)存在的礦體厚度需大于標(biāo)高位置的1.5倍，如在該區(qū)域內(nèi)無法完成一次性爆破可以進(jìn)行冒進(jìn)誘導(dǎo)，從而形成連續(xù)的礦石采空區(qū)誘導(dǎo)上層礦石自然冒落。

1.4 協(xié)同布置礦山露天與地下開拓范圍

對于礦山開采的全過程來講，露天與地下的開采工作是最重要的一個環(huán)節(jié)，兩者在相對水平面之間有一個相互交叉的結(jié)構(gòu)點。

在兩者相結(jié)合布置的過程中會涉及到幾種開拓方式：一是根據(jù)礦山工程開采的目的不同，可以將整個礦山開采分為豎井與斜井兩種類型，在豎井中按照主體工程和露天坑位的相對關(guān)系，在井內(nèi)布置內(nèi)拓和外拓以及混合拓三類。二是依據(jù)礦山所處地下位置和工藝發(fā)揮水平的緊密程度，可以將礦山開采的作業(yè)模式分為斜坡道和平鋪道兩種，在露天劃分至地下開采的過程中，采用獨立和局部相互銜接的方法，完成開采施工整體工程的方法設(shè)計。

2 應(yīng)用測試與分析

2.1 采場選擇

為驗證本文設(shè)計的開采施工方法具有實際應(yīng)用效果，通過現(xiàn)場施工實驗的方式進(jìn)行礦區(qū)開采檢驗，選取開采過程中耗時較小的回采階段進(jìn)行測試。對某省具有一定傾斜角度的較厚礦體，以3115號段采場進(jìn)行回采施工，采場的長度于11號勘探線向西南方向延長直至18號勘探線，整個礦體位于706.4-784.5m的水平線上，走向布置完成后全程約52.4m，高約69.2m，包含礦房和間柱寬度。下圖1為此次回采工程的出礦進(jìn)路斷面示意圖。

圖1 出礦口進(jìn)路斷面示意圖

如上述斷面圖中所示，在出礦口的巷道上設(shè)計一個類似于拱形的出口，整體斷面規(guī)格為4.3×3.6m的三心拱形結(jié)構(gòu)，出口墻高為2.173m，拱形高度為1.427m。

2.2 工程布置

根據(jù)礦區(qū)的走向和斷面進(jìn)口的設(shè)置，確定在礦柱內(nèi)的包含3個岔口，每個岔口的轉(zhuǎn)彎具體參數(shù)為：岔口拐彎角度為46°，岔口的拐彎中線半徑為6.2m，岔口投影長度為3.2m，整體弧度長約5.8m。具體情況如下表1所示。

表1 回采控制點坐標(biāo)參數(shù)設(shè)計

根據(jù)上述回采點的參數(shù)設(shè)計，按照路程角度將整個礦房的礦石分為上下兩個階段進(jìn)行回采。上分段的回采高度為14m，路程孔深為12m，下層設(shè)計穿孔深度為16m，此時回采總高度40m。

頂層電動鏟礦機(jī)的作業(yè)范圍在706.4m-725.8m水平中段，從A-A1岔口倒入溜井后能夠直接從切采面回歸A-A2岔口，將礦石放置在736.3m水平中段后沿下部的水平面進(jìn)入A-A3岔口，直接將礦石回采至地表。

2.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

現(xiàn)階段采礦的回收價格為97.43元/噸，按照每個回采點的出礦能力以及礦石損失量兩個指標(biāo)進(jìn)行成本核算：出礦能力指單位時間內(nèi)爆破出的礦石噸數(shù)，礦石損失量指鏟礦機(jī)無法完成運(yùn)出的礦石數(shù)量，每個回采控制點的具體指標(biāo)數(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 回采控制點成本指標(biāo)數(shù)據(jù)（噸）

根據(jù)上表兩個指標(biāo)計算每個回采點的實際運(yùn)出量，總計為12150.52噸，按照現(xiàn)階段回收成本得出該礦區(qū)的回收金額為118.38萬元，對比直接成本能夠產(chǎn)生92.38萬元的利潤。由此可知本文設(shè)計的開采方法能夠在開采過程中利用提高礦石回收數(shù)量的方式，增加開采利潤，具有明顯的應(yīng)用效果。

3 結(jié)束語

本文利用三維掃描技術(shù)的可視化優(yōu)勢，對開采區(qū)域的礦區(qū)進(jìn)行有效劃分，按照加強(qiáng)邊坡位移的控制，協(xié)同布置開采上下層段的工作，完成整個工程的施工設(shè)計。現(xiàn)場施工實驗結(jié)果表明在本文方法的應(yīng)用下，能夠?qū)ΦV區(qū)的回采點進(jìn)行有效把控。但本文在研究過程中受精力限制，還有較多的實際問題無法解決，對整個礦山開采過程只能進(jìn)行一小部分的設(shè)定，無法對整個礦區(qū)進(jìn)行整體實測，所得的利潤結(jié)果具有少量偏差，結(jié)果可能高出實際利潤。