基于3DMine软件的三维建模及爆破设计

左锋雷　罗庆峰

(承德润丰铜业有限公司)



基于3DMine软件的三维建模及爆破设计

左锋雷罗庆峰

(承德润丰铜业有限公司)

摘要采用三维可视化建模技术建立三维矿体模型和巷道模型，并进行中深孔爆破设计，总结在建模和设计中遇到的问题及解决方法。通过3DMine软件建立的三维数字模型，不仅可以直观形象地了解矿体空间形态、井巷工程布置及空间位置关系，还可以为矿山设计、生产和管理等提供初步指导，满足矿山的实际需要。

关键词3DMine三维建模爆破设计

矿业工程软件兴起于20世纪80年代末，伴随着图像仿真技术和3D-GIS技术的发展，矿山三维可视化技术应运而生。在我国，1999年发起的首届“数字地球国际会议(ISDE)”上正式提出“数字矿山(Digital Mine)”的概念，赋予了矿山三维可视化技术新的意义和发展空间[1]。进入21世纪后，我国在数字化矿山的研究上获得了巨大的发展，出现了3DMine和DiMine等优秀的矿业工程软件。随着数字化矿山技术的高速发展，利用先进的计算机技术进行三维采矿方法设计指导矿山的生产和管理,不仅意义重大，更是21世纪矿业发展的趋势。

1工程概况

小寺沟铜矿于1979年5月1日建成,是我国第一座井下无轨内燃设备开采试验矿山，采用平硐—斜坡道联合开拓。目前矿山以开采铜矿石为主，属于高中温热液细脉浸染型铜钼共生矿床[2]，矿体倾角为60°～80°，属急倾斜矿体，岩石硬度系数f=8～10。矿区主要有2条铜矿体，赋存于接触带的蛇纹石化大理岩中，位于钼矿体下部，采用无底柱分段崩落法回采。矿山现有+615，+675和+734 m 3个水平，其中+734 m为回风水平，+615和+675 m为生产运输水平，分段高15 m。

2三维模型建立

2.1矿体实体建模

在3DMine软件中，实体模型是由一系列在线上的点连成内外不透气的三角网，由构成这些三角网的三角面包裹成的实体[3]。根据小寺沟铜矿的实际情况，+615 m 13线以上矿体基本开采完毕，现主要对+615～+675 m 14线以上的矿体建模。将AutoCAD绘制的勘探线矿体剖面图导入到3DMine中，通过“坐标转换”功能转换成立体图(图1)，设置合适的三角网参数，运用“剖面线法”建立矿体模型(图2)。

图1　矿体剖面立体

图2　矿体模型

由于该矿山矿岩穿插比较多，如何准确判定剖面线间矿体轮廓线的对应关系成为矿体圈定需要解决的主要问题。因此，在连接矿体之前要充分分析矿床地质信息，根据矿体轮廓线两侧的岩性确定对应关系，遇到矿体分支、复合等现象，利用分区线和控制线有效处理[4]。另外，在连接矿体轮廓线时仍需要注意以下几点[5]：①矿体的轮廓线必须是闭合线；②在连接矿体轮廓线时先清理重复压盖线条，避免有不闭合的线条被压盖，连接时出现错误；③端部矿体是尖灭的，这时需要根据地质学知识外推矿体；④及时优化和验证形成的实体，以期建成矿体的三维可视化模型；⑤建立矿体内的夹层岩石实体模型，通过布尔计算将矿体实体与岩石实体分离。

2.2巷道实体建模

将AutoCAD绘制的各个平面图分别导入3DMine中，通过3DMine的“赋Z值”功能对各水平的平面图赋高程。在平面图中有巷道的轮廓线，以此建立巷道实体模型。

通过“赋Z值”确定各水平巷道腰线的标高，结合实际，巷道是有坡度的，标高不可能都一样。因此，需要先对平面图中已知标高的导线点赋高程，然后通过“导线点为腰线赋高程”功能确定巷道实际标高，最后通过“腰线巷道建模”功能绘制巷道实体(图3)。建立巷道模型时需要注意：①巷道轮廓线应该是几条连续的闭合线；②在建模之前清理重复线条和钉字角；③巷道轮廓线应尽量圆滑，避免成功建模后巷道出现严重变形。

图3　部分巷道建模

3中深孔爆破设计

3DMine提供了扇形孔布置、平行孔布置及单孔手动布置3种爆破设计方案，同时，通过设置初始化参数，可以对打眼参数、回采进路切割参数、钻机参数、采矿参数、装药参数、贫化率和回收率进行设置，这将为采矿设计人员提供极大的便利，实现了爆破设计的参数化、数字化、智能化。

3.1爆破边界生成

小寺沟铜矿采用无底柱分段崩落法回采，出矿进路间距为12.5 m，根据无底柱分段崩落法的特点及小寺沟铜矿的实际情况，以提取出的进路中心线为中心，左右各6.25 m确定崩矿边界[6]，通过切割回采进路生成爆破边界文件(图4)。

3.2爆破参数确定

小寺沟铜矿采用切井、切巷拉槽方式，FYZ100型简易圆盘式潜孔钻机钻孔，孔径为90 mm，在切割巷道和回采进路中钻凿垂直上向扇形中深孔，使用2#岩石乳化炸药，利用炮棍人工装药，为了保证爆破效果，采用导爆管、导爆索复式连接法，挤压爆破方式逐次回采。其中，切割巷道排距为1.8～2.3m，孔底距为2～3 m，扇形炮孔放射中心位置为凿岩巷道中心，一次爆破1～2排炮孔；出矿进路炮孔排距为2.4 m，孔底距为2.5～3 m，扇形炮孔放射中心位置为凿岩巷道中心，一次爆破1排炮孔。

图4　进路爆破边界

3.3炮孔生成

爆破参数设定好后，通过“布置扇形炮孔”命令生成炮孔(图5)，在生成炮孔时也可以对炮孔的各个参数进行修改，比如炮孔装药长度、填塞长度、炮孔角度等。有时候自动生成的炮孔不能满足实际需要，则通过“修改单孔设计”功能调整，可以根据需要显示动态标注，如炮孔长度、装药长度、孔底距等。待炮孔设计完，既能创建炮孔实体(图6)，使炮孔布置更加形象清楚，也能通过“创建表格”功能，直接将钻机的坐标以及各个炮孔长度、角度、装药长度等参数以表格的形式输出(图7)，大大简化了工作量。

图5　炮孔布置(单位：m)

图6　进路炮孔布置实体

孔号孔长/m角度药长/m钻机x=6531.21y=4966.00z=663.6017.7L55°00'6.2211.4L70°29'8.0318.7L82°24'16.4423.0R89°55'18.4519.0R81°51'16.5611.5R69°55'7.878.0R54°57'6.3合计99.479.6回采面积=188.0m2回采宽度=2.4mCu=0.6Cub=0.4贫化=20.0回收率=95.0回采/t=1218.2炸药单耗/(kg/t)=0.42装药量/(kg/m)=5.09崩岩量/(t/m)=12.26采场:2#进路_1

图7爆破参数输出

4结论

针对小寺沟铜矿的特点和实际需要，借助3DMine建立了矿体三维模型和巷道实体模型，并在此基础上进行了中深孔爆破设计，改变了以往靠人工、凭经验的设计方式，促进了矿山生产科技进步。三维数字模型能够提供形象、直观、准确、动态的数据，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率，有利于矿山资源的合理利用和企业的长远发展。

参考文献

[1]陈竞文，吴仲雄，陈德炎.3DMine矿业工程软件在构建五圩矿三维可视化模型中的应用[J].现代矿业，2012(1)：4-7.

[2]张恒旺.提高小寺沟铜矿铜回收率的研究[J].矿冶，1999，8(2)：26-30.

[3]孙璐，戴晓江.建立矿山三维模型中3Dmine矿业软件的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2011(1)：61-62.

[4]刘亭，朱来东，王永智.小铁山矿三维数字化模型的建立与应用[J].采矿技术，2012，12(1)：8-10，19.

[5]文柏茂.3DMine在某钨锡矿三维建模及爆破设计中的应用[J].采矿技术，2012，12(6)：78-79，96.

[6]肖英才，王李管，朱海明，等.基于DIMINE软件的爆破设计[J].现代矿业，2011(1)：26-29.

(收稿日期2015-11-10)

左锋雷(1992—)，男，067512 河北省承德市平泉县南五十家子镇。