大爆破采场跟踪三维探测及其可视化分析与计算

曹胜祥

(深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿， 广东 韶关市 512000)

大爆破采场跟踪三维探测及其可视化分析与计算

曹胜祥

(深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿， 广东 韶关市 512000)

针对凡口铅锌矿S6#南采场工程实际，运用三维激光探测仪CMS对S6#南采场空区进行跟踪探测，通过复合跟踪探测模型实现了采空区三维空间信息的完整获取及其三维可视化。利用地质资料所构建的设计模型与复合模型在垮塌最严重区域内剖面对比，准确获取了S6#南采场两帮垮塌程度(其中最大垮塌宽度接近5 m)，确定了两帮边界信息，为周边采场回采爆破设计提供依据。通过对S6#南采场回采指标的量化，准确计算出了回采贫损率，其中贫化率为5.67%，损失率为0.17%，实现了采场贫损率的可视化计算。

大爆破采场；跟踪探测；三维可视化；贫化率

0 采场概况

凡口铅锌矿S6#S采场采用无底柱深孔后退式采矿方法，该采场为矿房采场，回采范围为-455 m二分段至-400 m水平，采场南北帮控制线分别为X=396.8，X=406.8，采场宽10m；上部硐室采切完毕，采切高度3.6m，下部硐室拉底巷已施工，采切工作已经完成，采切高度3.0m；采场上部硐室在-400m水平，下部硐室在-455二分段。采场内矿体主要赋存在F3断层的上、下盘，在空间形态分布为层状、似层状。F3上盘为Sh217矿体，规模较小，主要分布在中段的中上部，矿体产状较缓；Sh32a主要赋存在F3断层下盘的D3ta地层中。矿体紧贴F3断层，以上矿体在靠近主断层F3附近的小裂隙较为发育，且有穿插，对矿体的稳固性有所降低，在靠断层2～15m内应采取相应的安全措施。采场矿灰交错，且夹石大，对采场的贫化率影响大。

S6#S采场在回采过程中两帮冒落比较严重，为了能够准确获取两帮冒落情况、空区边界信息、采场三维模型及计算该采场贫损指标，利用非接触式三维激光扫描仪—CMS(CavityMonitoringSystem)对空区进行跟踪探测，这样避免了单次探测时冒落严重的地方容易出现局部遮挡情况的出现[1￣3]。通过对跟踪探测获得模型进行复合，可以完整地得到空区的真实模型。利用复合模型与设计模型间的布尔运算，可以计算出该采场超挖、欠挖量，进而得到该采场的贫损指标，实现了采场贫损指标的数字化计算。

1 大爆破采场跟踪探测

空区三维激光探测系统CMS能够实现对井下溜井、巷道、硐室、采空区的精密探测。CMS可通过360°旋转并集成有激光测距仪的扫描头实现对空区的探测，具体工作步骤如下：安装扫描头并对其进行位置初始化；扫描头水平调零；扫描参数设置；扫描头实施扫描，同时把扫描数据传送到控制箱内。CMS扫描时每个倾角连续旋转360°，探测倾角范围为0°～140°[4￣5]。

(1) 第一次探测。S6#S采场在破顶爆破之后两帮出现严重的冒落，为了准确得到两帮冒落量及该采场边界信息，需要及时对该空区进行第一次探测。第一次探测能够精确覆盖空区两帮垮塌凹陷处，避免了采场爆破完之后探测遮挡。探测靶坐标位置见表1。通过三维激光探测仪得到的探测模型如图1所示。

表1 第一次探测靶坐标位置

(2) 第二次探测。S6#S采场进行侧崩之后，在采场西头及时对空区进行了第二测探测。由于探测位置距离东头垮塌区较远且东头垮塌严重，在采场东头垮塌凹陷区出现了局部遮挡。探测靶坐标位置见表2。第二次探测模型如图2所示。

(3) 探测模型复合。由于第一次探测模型只包含了空区东部一部分，第二次探测虽然探测了整个空区，但采场东头垮塌凹陷处出现了遮挡，因此利用第一次对空区东头垮塌凹陷处地精确探测模型可以实现对第二次探测模型的修整。两次跟踪探测复合模型如图3所示。复合模型能够精确反映出空区完整模型，为采场垮塌范围分析及贫化指标计算提供了依据[6￣9]。

图1 第一次探测模型

图2 第二次探测模型

采空区名称测点编号坐标YXZ测点1与扫描头中心距离/mS6#南18203.3272594.857-398.5420.2528204.5132591.105-398.782

图3 跟踪探测复合模型

2 大爆破采场垮塌范围分析

在前后2次探测模型复合的基础上，去除上下部硐室与采场设计模型进行对比。垮塌最严重的区域主要集中在标高为X=2619 m到X=2634 m区间内。通过探测模型与设计模型纵剖面对比，北帮垮塌区域从X=2619 m到X=2627 m逐渐加重，其中在X=2627 m处最大垮塌宽度接近5 m；南帮垮落程度稍有增大，但不是特别明显。在X=2619 m到X=2635 m范围内，采场北帮垮塌范围逐渐减小，在X=2635 m处减小到2 m左右；南帮最大垮塌范围从3 m减小到2 m。通过分析采场两帮垮塌范围，确定两帮边界信息，为周边采场回采爆破设计提供依据。

3 大爆破采场贫损率计算

3.1 回采总体积计算

回采总体积包括回采过程中采下的矿石体积和采下废石体积。为计算回采总体积，先根据采场采准切割后的实测剖面构建起采场上部硐室底板面模型、下部硐室顶板面模型以及切割天井模型。图4为S6#南上部硐室底板面模型、下部硐室顶板面模型、切割天井模型与采场空区模型复合图。回采总体积的计算结果见表3。

图4 模型复合

表3 S6#南采场回采总体积计算结果

3.2 废石量计算

采场回采中采下的废石包括采场西端采下废石、采场东端采下废石及采场内部夹石，其中东西两端废石根据设计模型与探测模型间的布尔运算可以求得，采场内部夹石通过建立夹石模型直接求取体积。根据采场各个采下废石部分的三维模型计算出采场回采过程中采下的废石量，其结果见表4。

3.3 采下纯矿石量计算

采下纯矿石量等于回采总量减去两端采下废石及采场内部夹石，通过计算获得S6#南采场回采过程采下的纯矿石量,结果见表5。

表4 S6#南采场回采采下废石量计算结果

表5 S6#南采场回采采下纯矿石量计算结果

3.4 回采贫化率计算

采场回采贫化率等于采下废石总量(包括东西两端采下的废石及采场内部夹石)除以采场回采总量[10￣15]，计算结果见表6。

表6 S6#南采场回采贫化率计算结果

3.5 回采损失率计算

采场底部无存留矿量，故采场无回采采下损失；采场回采设计范围的东西两端存在欠挖矿石，南北两帮几乎不存在欠挖矿石，因此只有采场东西两端欠挖矿石参与回采未采下损失计算。

采场回采未采下损失率为东西两端欠挖矿石量除以采场回采采下纯矿石量，其计算结果见表7。

表7 S6#南采场未采下损失率计算结果

4 结 论

(1) 运用三维激光探测仪(CMS)对S6#南采场空区进行跟踪探测，通过两次探测模型复合，实现了采空区模型的精确获取。

(2) 通过设计模型与复合模型在垮塌最严重区域X=2619 m到X=2634 m内剖面对比，准确获取了S6#南采场两帮垮塌范围，确定了两帮边界信息，其中在X=2627 m处最大垮塌宽度接近5 m。为周边采场回采爆破设计提供依据。

(3) 通过对S6#南采场回采总量、废石量的计算，准确计算出了回采贫化率，其中贫化率为5.67%，损失率为0.17%，实现了采场贫化率可视化计算。

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2015￣02￣12)

曹胜祥(1965-)，男，湖南汝城人，采矿高级工程师,主要研究方向为采矿技术及管理,Email：csuqyg@163.com。