基于MineSight軟件的地下礦井巷工程優(yōu)化設(shè)計

姚 華 胡慶雄 王 停 王 松 譚成杰

（1.貴州開磷有限責任公司；2.南昌致輝泰克科技有限公司）

得益于采掘裝備制造技術(shù)的進步，靈活、高效、大型化、智能化的無軌設(shè)備在地下礦山的應(yīng)用越來越普及。礦山生產(chǎn)中，為了充分發(fā)揮無軌設(shè)備高效作業(yè)的優(yōu)勢，采用無軌設(shè)備作業(yè)的地下礦山往往需要掘進大量斷面尺寸不小的井巷工程。通常，井巷工程多數(shù)位于礦體外部，其掘進時安全、通風條件差，單位成本高。因此，工程進尺的增加，意味著單位礦石運營成本的增加，同時，也增加了采礦的安全風險。因此，如何在確保無軌設(shè)備作業(yè)優(yōu)勢的前提下，優(yōu)化井巷工程的設(shè)計，降低不必要的工程進尺，已成為礦山高效管理面臨的一大課題。

本研究以國內(nèi)某大型地采磷礦山（以下簡稱“該礦”）為例，介紹該礦應(yīng)用國際先進的礦業(yè)軟件Mine-Sight進行井巷工程優(yōu)化設(shè)計的方法及取得的應(yīng)用成果。

1 礦山簡介

該礦為淺—濱海相沉積磷礦床，礦層呈緩傾斜狀態(tài)，走向近南北向，總體傾向東，平均傾角為20°［1］，現(xiàn)已查明磷礦石總資源量約為10億t，是我國磷礦資源的重要生產(chǎn)基地。

該礦采用平硐膠帶斜井輔助斜坡道聯(lián)合開拓、盤區(qū)開采，盤區(qū)長600 m，中段高60 m或80 m。采用的采礦方法主要為分段空場嗣后充填法，采場長為15~20 m，采場寬為礦體水平厚度。主要采礦設(shè)備均為無軌設(shè)備，包括鑿巖臺車、鏟運機、自卸卡車和錨桿臺車等。

因礦層頂板不穩(wěn)定，該礦井巷工程布置在礦層上盤，盤區(qū)采切工程包括盤區(qū)斜坡道、脈外分層運輸平巷、采場石門、脈內(nèi)鑿巖平巷、盤區(qū)溜井和充填管線井等［2］，見圖1。

2 井巷工程設(shè)計優(yōu)化

2.1 礦山開拓工程的優(yōu)化

該礦通過以下兩步驟依次對礦山開拓工程進行優(yōu)化。

（1）分析礦體和地質(zhì)構(gòu)造的三維空間關(guān)系。在礦山開拓設(shè)計階段，利用勘探模型［3］在MineSight-MS3D界面中分析地表、礦體、斷層和巖性模型之間的三維空間關(guān)系，避開斷層發(fā)育、圍巖穩(wěn)定性較差的區(qū)域，將開拓工程優(yōu)先布置在地質(zhì)條件較好的區(qū)域。

（2）三維快速建模，之后對比多種方案的工程量、施工條件、服務(wù)范圍、運輸距離等，進行確定最優(yōu)的方案。

首先，應(yīng)用MineSight軟件便捷的三維建模工具快速構(gòu)建出多種可能的方案。

其次，通過MineSight軟件的查詢工具快速得到各種方案的工程量。

最后，在MS3D界面中全方位地分析礦體與各工程之間的三維空間關(guān)系，并結(jié)合工程造價選取最優(yōu)的開拓方案。

圖2 和圖3是該礦排碴方案的2種可能方案，經(jīng)對比分析，該礦最終選取工程量較少的方案一。

對于礦山深部的開拓工程（如中段大巷），其設(shè)計的依據(jù)主要是勘探模型，而隨著礦山開發(fā)的推進，礦山淺部的礦體已基本探明（按該礦技術(shù)規(guī)范要求升級為備采模型）。此時，可結(jié)合備采模型與礦山深部鉆孔見礦位置對勘探模型進行修改得到更高精度的礦體模型［4］，見圖4。這為礦山深部中段或分層脈外運輸平巷的布置、盤區(qū)溜井的選址提供更為可靠的礦體依據(jù)，有助于在合理回采礦石的前提下降低盤區(qū)石門的總長度，進而實現(xiàn)優(yōu)化開拓工程設(shè)計的目標。

2.2 盤區(qū)工程的優(yōu)化

該礦采用的采礦方法對應(yīng)的盤區(qū)采切工程量大，由于盤區(qū)部分區(qū)域礦層厚度變化大，因此，盤區(qū)采切工程的優(yōu)化也有實際的意義。

在該礦推廣數(shù)字礦山技術(shù)之前，盤區(qū)采切工程多數(shù)是依靠采礦工程師的經(jīng)驗進行設(shè)計，由于地質(zhì)條件不同、不同工程師經(jīng)驗不同，這種情況容易導(dǎo)致礦山額外掘進一些不必要的采切工程，無形之中給企業(yè)增加了生產(chǎn)成本。

類似于開拓工程設(shè)計的優(yōu)化，該礦通過不斷的實踐，探索得到了采切工程設(shè)計優(yōu)化的途徑。

如圖5所示，在MS3D界面中打開待設(shè)計的盤區(qū)礦體，借助MineSight軟件的切剖面/平面工具，可在MS3D界面中沿任意方向快速切剖面［5］，進而在剖面上分析礦體厚度、礦體與工程的空間關(guān)系等。

通過比較、分析，對于厚度達不到開采要求的薄礦體，將其作為未可采礦量（即這些薄礦體所在的區(qū)域暫不具備回采的條件），此時，薄礦體所在區(qū)域不設(shè)計具體的采切工程，這樣從設(shè)計層面減少工程掘進量（見圖6），降低了盤區(qū)總的掘進費用。

3 結(jié)束語

經(jīng)過多年的數(shù)字礦山建設(shè)及應(yīng)用實踐，該礦已成功探索出了一種優(yōu)化礦山開拓工程和盤區(qū)采切工程的設(shè)計，從而降低礦山工程掘進費用的途徑。

該礦根據(jù)鉆探數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的勘探模型、開拓模型和備采模型3種礦體模型，依次由低到高地提高了盤區(qū)礦體的模型精度，使得井巷工程的設(shè)計優(yōu)化具備了可靠的地質(zhì)條件。

應(yīng)用MineSight軟件，一方面提高了井巷工程方案設(shè)計和決策的效率，另一方面，三維可視化、可量化的軟件界面，為礦山分析、管理井巷工程提供了可靠的工具平臺。