三维矿业软件在采矿方法优选中的应用.pdf

2 0 1 0 年 8 月 第 3 9 卷第 4 期 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i ne e r i n g Aug ． ， 2 01 0 Vo 1 ． 3 9 No ． 4 三维矿业软件在采矿 方法优选中的应用 Ap p l i c a t i o n o f 3 D mi n i n g s o f t wa r e i n s e l e c t i n g mi n i n g me t h o d 曾庆田， 汪德文 ， 李 德 玉 溪 矿 业 有 限 公 司 ， 云 南玉 溪6 5 3 1 0 0 摘要 以实际矿 山的 中段采矿方法优 选为例 ， 应用三维矿业软件为基础技 术平台， 在提 出的三种采矿方法 中， 从安全性、 资源 利 用率 、 经济效益各个方面对每种采矿 方法进行分析 。最后根 据矿床 的赋存特点和空 区分布情 况， 提 出了在 中部 、 西部和 东部 采 用不 同的采矿 方法进行优选组合 ， 使 采矿 方法在 中段开采 中优化布置 ， 为矿 山安全 、 高效开采和提 高资源利用率奠定了设计 依 据 。 关键词 三维矿业软件 ； 采矿方 法； 优 选 Ab s t r a c t T h i s p a p e r t o o k t h e me t h o d s e l e c t i o n i n a n a c t u a l mi n e a s a n e x a mp l e ， 3 D mi n i n g s o f t wa r e b a s e d t e c h n o l o g y w a s u s e d a s t h e b a s i c p l a t f o r m a n d e a c h o f t h e t h r e e p r o p o s e d mi n i n g me t h o d s f r o m t h e s a f e t y ，r e s o u r c e u t i l i z a t i o n ， e c o n o mi c b e n e fi t w a s a n a l y z e d ．F i n a l l y ，t h e o p t i ma l c o mb i n a t i o n b y u s i n g d i f f e r e n t mi n i n g me t h o d s i n t h e c e n t r a l ， we s t e r n a n d e a s t e r n a r e a wa s c h o s e n b a s e d o n t he c h a r a c t e r i s t i c s o f de p o s i t o c c u r r e nc e a n d t he d i s t r i b ut i o n o f mi n e d o ut a r e a．I n t h i s wa y，t he mi n i n g me t h o ds i n a c t u a l p r o du c t i o n wa s o pt i mi z e d， whi c h l a i d t he fou nda t i o n o f mi ne d e s i g n f o r mi n e s a f e t y ，hi g h e ffi c i e nc y an d r e s o u r c e u t i l i z a t i o n． Ke y wo r d s 3 D mi n i n g s o f t wa r e ； mi n i n g me t h o d ； o p t i mi z a t i o n 文章 编 号 1 6 7 2 6 0 9 X 2 0 1 0 0 4 ． 0 0 t O ． 0 3 中图分类号 T D 6 7 2 文献标识码 B 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 一 O 1 作 者简 介 曾庆 田 1 9 8 0 一 ， 男 ， 湖 南浏阳人 ， 工程师， 从事矿山新技 术应用和设计技术管理工作。 基金项 目 云南省省 院省校科技合 作计划项 目 2 0 o 6 Y X 2 6 。 j 一 一 l 刖 吾 矿产资源是生产矿产 品的基础原料 ， 也是矿山企业 生存与发展 的基础。由于矿产资源 的有限性和不可再 生性 ， 大多数矿山企业不得不对所掌握的资源进行重新 认识 ， 对所采用的管理手段和开采技术进行系统研究和 更新 ， 从而更有效地掌握矿山现有的资源储备 ， 最大限 度地提高现有资源的综合利用率 ， 延长矿 山开采时间。 在矿床开采 中， 合理优化 的采矿方法能够为开采创 造安全 、 高效的环境 ， 同时能尽量多的回收资源 ， 提高资 源利用率。因此 ， 采矿方法优选是采矿设计及采矿工程 中十分重要 的环节 ， 本研究采用三维矿业软件为基础平 台， 进行采矿方法优选 ， 为矿山开采设计提供参考依据 。 2 工程概况及采矿方法 2 ． 1 工程概 况 云南某铜矿是一家采选联合企业 ， 矿床为铜 、 铁 、 金 、 银多金属矿床 ， 矿床呈缓倾斜产 出， 缓倾斜矿体属矿 山难采矿床。4 3 5中段是云南某铜矿铜铁合采 的首采中 段 ， 也是矿山二期生产持续接替中段 ， 按照矿 山2 0 0 8 年 度 的采 掘技术 计划要求 ， 4 3 5中段于 2 0 0 9年 6月形成 第4 期 曾庆田等 三维矿业软件在采矿方法优选中的应用 ．1 1． 2 0 0 0～3 0 0 0 t ／ d的生 产 能 力 ， 全 年需 要 完成 出矿 5 O 万 t 的生产任务 ， 并争取提高资源的回收率。 4 3 5 中段是首个 进行铜铁合采的 中段 ， 由于历 史原 因 ， 其 中部主开采 区域 B 2 4～B 6 4线 顶部 为 4 8 5中段 ， 已开采且 正在进行 尾砂／ 废石充填 I ， 矿体 的空 区， 北侧是 4 8 5中段正在开采的 I 矿体盘区 ； 开 采 区域 内主要矿体 为 I 含铁铜 矿体和 I 含铜铁矿 体 ， 且 I 矿体与上部 I ， 矿体空区底板相距较近 ， 只能 实现有条件 的铜铁合采 ； 东部 B 2 4 线 以东 由于补 勘时控制网度较低 ， 近年来才增加了相应 的加密地 质探矿 ， 其矿体相对于中部主开采 区域较贫薄 ， 但 因 上部中段 尚未大规模开采 ， 还具备进行铜铁合采 的 条件 ； 西部 B 6 4 线 以西 矿体倾角相对较 陡 ， 仅有 I 。 和 I 矿体存在 ， 且 I 主要 为菱铁矿体 ， 厚度较小 ， 因 此 ， 本区域不具备铜铁合采的条件。 针对 以上现状 ， 研究 中将 4 3 5中段分为东 、 中、 西三个 区段进行开采 方案研究 ， 东部 区段 为 B 4～ B 2 8 线 ， 中部 区段为 B 3 0 ～B 6 2 线 ， 西部 区段为 B 6 2一 B 7 2 线。 2 ． 2 采矿方法的提出 根据工程现状和各 区段矿体 的赋存条件 ， 研究 提 出了可供选择 的 3 种 采矿方法 。东部 区段矿体 顶 、 底板较为完整 ， 北侧仅有 4 8 5中段 B 1 2 ～B 1 6 和 B 4～B 8 两个试验盘 区 ， 南侧为未开采实体 ， 具备采 用空场 法进行铜铁 合采的开采条件 。 目前矿 山在 B 1 7～B 2 4 线设计 了两个分别采用束状孔 和下 向大 直径深孔崩矿 的空场法开采试验盘区； B1 2～B 1 7 线 为下 向大直径深孔崩矿 的验证盘 区； B 1 2 线 以东虽 有 I ， 、 I 和 I 矿体 ， 但 累计厚度仅 1 0～2 0 m， 仅能采用 传统小分段空场法进行合采 。因此 ， 东部区段根据 上述矿体特征在 B 1 2 ～B 2 4 线选用切 顶下 向大直径 深孔崩矿 的分段空场法合采 方案 ， B 4～B1 2 线选用 上向扇形深孔崩矿 的小分段空场法合采 方案 。因 此 ， 可能的采矿方法有 3 种 ①上向扇形深孔崩矿小 分段空场采矿法 ； ②下 向大直径深孔崩矿小分段 空 场采矿法 ； ③上向扇形深孔崩矿无底柱分段崩落采 矿 法 。 3 利用三维 可视化 矿业 软件优 选采矿 方法 本研究以三维矿业 软件为主要工具 ， 在建立 了 三维模型 的基础上对矿床进行采矿方法研究 ， 针对 一 个中段不同区段 的矿体 ， 分别采用不 同的开采方 法进行采矿方法优化选择。 3 ． 1 三维可视化建模 本次应用三维矿业软件建立 了地质数据库 、 矿 床三维模型、 断层块段模型 ， 并在此基础上建立各种 采矿方法的矿柱矿房模型、 隔层模型 ， 建立的模型见 图 1 和 图 2 。 图 1 三维矿 业软件 建立的各种模 型 图 2矿房矿柱模型与中部隔层模型 3 ． 2 采 矿 方法 优选 在建立三维模型的基础上 ， 分别布置不 同采矿 方法 ， 并根据采矿方法计算各 自的资源回收率 、 隔层 稳定性及安全性进行综合评价 。通过对以上 3 个采 矿方法的深入研究发现 ， 方法二各项技术经济指标 与方法一基本相 同， 仅爆破效果和出矿效果较方法 一 更优 ， 但其在空区底部大面积切顶 ， 切顶作业人员 和设备的安全难 以确保 ， 其安全可靠性较差 ， 因此方 法二 的可行性较差。 方法一各项技术经济指标 比方法三好 ， 但资源 利用率不足 5 0 ％， 且方法一在开采出矿期间， 中间隔 层的稳定性难 以保证 ， 存在一定的安全隐患。 方法三资源利用率最高 ， 且采用崩落法处理顶 板 ， 本采区范 围安全 可靠性好 ， 但其 出矿品位低 、 年 产品产量较少 ， 难以满足公司近年来 的生产任务要 求 ， 且对上部 中段的生产存在一定影响 ； 同时 ， 该方 法改变了矿区的传统开采工艺， 其工艺熟悉程度、 多 工序交叉作业 、 覆盖岩下 的严格放矿管理对矿山的 中国矿山工程 2 0 1 0 年 第3 9 卷 生产组织管理将产生重大变革 ， 矿山生产组织对该 方法的适应能力和当前面临的中段生产接替紧张局 面为本方法的实施增加 了难度。 因此 ， 方法一和方法三是可行性较好的方案， 需 要进一步对 中段产能 、 生产组织和服务周期等方面 进行研究对 比， 为公司决策提供充足的依据。 3 ． 3 采矿方法技术经济比较 根据三维模 型提供的数据 ， 按 6 O 0 0 t ／ d的中段 生产能力 ， 估算两个方案的产能和服务周期。 方法一 按 照东西区段 和中部 区段各 3 O 0 0 t ／ d 的生产能力估算， 预计年产精矿含铜 8 4 1 7 t ， 中段服 务周期为4 ． 2 6 年。 方 法 三 按 照 东 西 区段 1 6 0 0 ff d 、 中部 区段 4 4 0 0 t ／ d 的生产能力估算 ， 预计年产精矿含铜 7 0 4 9 t ， 中段服务周期为7 ． 6 8 年 ， 详细数据见表 1 、 2 。 对 三种不 同的采矿方法进行综合研 究和分析 表 1 两个开采方 案产 品产量估算 东西 区段 方法一4 1 3 3 3 8 1 3 o o o 1 3 7 8 4 ． 1 8 1 7 8 0 2 ． 2 6 4 2 5 8 ．9 6 5 8 2 3 3 ． 9 1 5 ． 7 方法 三4 1 3 3 3 8 1 1 6 0 0 2 5 8 3 7 ．8 3 1 7 8 0 2 ． 2 6 2 2 7 3 ．6 6 5 8 2 3 3 ．9 8 ． 4 后 ， 可 以得 出如下结 论 。 1 方法二要求在空区底部进行大面积切顶 ， 作 业人员和设备存在极大 的安全隐患 ， 且其各项技术 经济指标较方法一略低 ， 掘进工程量和顶板支护量 较大 ， 仅爆破效果和出矿能力较方法一好。因此 ， 方 法二不是最优方法。 2 方法三针对采区上部存在空区的客观条件， 提 出了改变矿山现有开采工艺 的崩落法采矿工艺 ， 解决 了 4 3 5中段 采 区范 围内人员 和设 备的安全隐 患， 同时提高了矿山铜铁资源的综合 回采率。但是， 该方法 同时存在明显的缺点 ①工艺不熟悉 ， 出矿管 理要求高 ， 多工序交叉作业 ， 生产组织 与管理难度 大， 出矿能力较低 。②二次损失和贫化较大 ， 综合 出 矿 品位低 。③在矿 山中部开采 区域改用崩落法工 艺 ， 对上部 中段的空区和矿柱安全有较大影响 ， 将直 接影响上部 中段生产能力 的实现 ， 从而影响矿山的 整体生产组织 。④达到预期产量 目标要求的出矿能 力 大 8 3 3 3 t ／ d ， 而方 法 自身 能 确保 的 出矿能 力 5 o o o～6 O 0 0 d d 难 以满 足矿 山生产要求 ， 且矿 山 综合选矿处理能力也难满足方案 的要求。因此 ， 方 法三不能满足矿山的生产要求， 也不是最优方法。 3 方法一综合考虑 了矿 山的产量要求 、 4 3 5中 段开采条件、 铜铁资源的合理利用等多种客观因素 ， 各项技术经济指标相对较好 ， 基本能够满足矿山现 有的产量要求 ， 是相对最优的方法。但是 ， 该方案也 下 转第 2 8 页 中国矿 山工程 2 0 1 0 年 第3 9 卷 中距 1 5 0 0 m m， 在 门形刚架上沿纵向铺设 5 [ 2 0 ， 再横 铺6 4 8 钢管或 5 0 mm x 1 0 0 mm松木方材 ， 间距5 0 0 ， 侧模 加 固方法 与一般 平 台梁相 同。平 台梁底 按 3 ／ 1 0 0 0 起拱 ， 屋面梁底按 2 ／ 1 0 0 0 起拱 。 平台板及梁的架立钢筋用绑扎连接 ， 梁受力筋 6 2 5 以内的用 闪光对焊连接 ， 6 2 5以上 的用套筒挤 压连接 ， 平台梁板混凝土浇筑连续进行 ， 不 留施工 缝 ， 平 台梁按 5 0 0 tur n 厚分层浇筑 ， 卷扬机大厅 的大 断面梁用矿渣水泥浇筑 ， 且在混凝土 中掺水泥用量 3 ％E V C 一 1 缓 凝剂 。 3 ． 3 ． 3钢筋 混凝 土柱 按绑扎脚手架一绑扎钢筋一支模板一浇筑混凝 土顺 序施 工 ， 钢筋6 2 5以 内的用 电渣压力焊连接 ， 2 5 以外 的用套筒挤压连接 ， 模板用标准组合钢模 板 ， 短钢管加 固， 柱脚留清扫 口， 每隔3 m高度留混凝 土浇灌口， 混凝土 寸 j 层同成份水泥砂浆， 再分层 下灰分层振捣， 施工缝留在基础顶面、 平台梁下或平台面。 3 - 3 - 4 脚手 架 本工程施工外墙采用爬升脚手体系 ， 室内采用 钢管满堂脚手架 ， 轴线 6 6 ． 5 7 m平 台以上部分采用双 排外挑钢管脚手架施工。 4 施 工 中的难点控制 1 半埋部分井塔的基础开挖与支护。由于接 近地表部分 的地层风化严重 ， 在井塔的基础井塔塔 身主体结构开挖过程 中， 要严格控制一次性开挖爆 破的高度 ， 防止一次开挖高度过大不方便进行锚喷 支护。喷射混凝土支护的厚度要达到设计要求 ， 防 止风化岩石垮塌伤人。 2 平硐与井塔基础贯通处容易垮塌 ， 在施工中 特别注意做好临时支护 ， 以保证安全 。 5 方案实施的效果 该井塔 的施工方案充分考虑 到了工程 的特性 井塔的一半在地表以下 ， 优化施工方案 ， 利用地 形先掘 9 8 m平硐 ， 解决 了井塔基坑开挖碴石 的出 路。井塔施工采用大模板爬升脚手架体系 ， 工序控 制方便 ， 工艺可行 ， 能确保工程质量 ， 最大的优点是 能保证操作人员的安全。工程施工期间 ， 严格按此 方案实施 ， 工程进行顺利。工程工期和质量均达到 施工合同要求 ， 通过试运行 ， 井塔的各项指标均达到 设计和规范要求 ， 没出现任何 问题 ， 效果非常显著， 建设单位非常满意。 上接 第 1 2页 存在如下不足 ①中部隔层受构造破坏严重 ， 隔层 的 稳定 性较差 ， 将影 响其下部 盘区的安全及 出矿效 果 。②充填系统较难布置 ， 所形成空区的及时充填 有难度。③矿山充填料不足 ， 空 区充填 的及时性难 以确保。综上所述 ， 在三个实施方法 中， 方法一是相 对最优的实施方案。 4 结语 在采矿领域 中， 采矿方法的选择是矿业企业生 产安全和经济效益的重要工作 ， 通常一个矿 山会存 在多种采矿方法 ， 对不 同开采对象选择适宜 的采矿 方法组合会给企业带来 良好的安全开采条件和经济 效益。 1 三维矿山软件的应用 ， 为矿业企业 的信息化 水平提高和采矿技术提高起到了推动作用。 2 应用三维矿业软件进行采矿方法优选 ， 具有 直观可视计算快速准确 的优越特点 ， 是精细和精确 采矿设计和方法优选的发展趋势。 3 三维矿业软件技术的发展 ， 需要结合矿业企 业的切实需要， 为采矿方法优选提供更加优越的功能。 【 参考文献】 [ 1 ] 王青 ， 史维祥． 采矿学[ M】 ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 7 ． 【 2 】 李淑芝， 陈道贵． 地下矿山信息化应用综述l J J ． 金属矿山， 2 0 0 5 ， 3 5 4 1 2 5 1 - 5 3 ． [ 3 ] 姜华， 秦 德先， 陈爱兵 等． 国内外 矿业软件 的研 究现 状及发展趋势l J I． 矿产与地质 ， 2 0 0 5 ， 4 4 2 2 4 2 5 ． 【 4 】 江家谱． 金川三维矿 山模型的研究与建 立【 D 】 ． 昆明 昆明 理工大学 ， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 曾庆田， 王李管， 李德等． 云南 铜矿资源及开采环境 评价可视化建模技术研究【 J I ．矿冶工程， 2 0 0 7 ， 3 1 5 1 9 ． 【 6 】 张渭 军 ， 王文科． 基 于钻孔数 据的地层三 维建模与 可视 化研究l J 1 ． 大地构造 与成矿学 ， 2 0 0 6 ， 2 1 0 8 1 1 3 ． [ 7 】 罗周全， 刘晓明， 苏家红等． 基于S u r p a c 的矿床三维模型 构建 f J 】 ． 金属矿山 ， 2 0 0 6 ， 4 3 3 3 6 ． f 8 j 熊祖强． 工程地质三维建模及可视化技术研究f D 】 ． 武汉 中国科学院武汉岩土力学研究所 ， 2 0 0 7 ． [ 9 ] 吴立新， 张瑞新 ， 戚宜欣等． 三维地学模拟与虚拟矿山系 统【 J 1 ． 测绘学报 ， 2 0 0 2 ， 1 2 8 3 3 ． [ 1 0 ] 王纯样， 白世伟． 贺怀建． 三维地层可视化中地质建模研 究『 J 1 ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 3 ， 1 1 1 7 2 2 1 7 2 5 ． 【 1 1 ] 王李管 ， 何 昌盛 ， 贾 明涛． 三维地质体 实体建模技 术及 其在工 程中的应用[ J 】 ．金属矿 山， 2 0 0 6 ， 2 5 8 6 2 ．