基于南方CASS急倾斜薄矿体采场三面图绘制关键技术研究

曾 强

(江西大吉山钨业有限公司, 江西 全南 341801)

基于南方CASS急倾斜薄矿体采场三面图绘制关键技术研究

曾 强

(江西大吉山钨业有限公司, 江西 全南 341801)

从大吉山钨矿采场三面图绘制现状出发，分析了南方CASS软件在绘制急倾斜薄矿体采场三面图过程中所面临的关键技术难点，并将理论与实践相结合，破解了井巷工程摆放、角度起始及旋转方向、罗盘导线展绘平差等实质性难题，为真正实现电脑绘制采场三面图提供了最关键的技术支撑。

南方CASS； 急倾斜薄矿体； 采场； 三面图

1 前言

大吉山钨矿位于南岭九连山脉中部，发现于1918年，迄今已有近百年的开采历史。区内共有工业矿脉111条，呈平行、密集、间疏、分组成带产在约1km2倾斜岩层中。水平延伸最长为1 150m，最短只有48m，平均长度约700m，垂直延深最大可达900m，平均延深600m；单脉幅宽由0.06m至3.00m不等，平均脉幅宽0.45m，每组矿脉宽度60～70m，脉组间距70～280m不等；矿区矿体属于急倾斜薄脉型矿体，其走向280°～310°，倾角55°～85°。矿脉以陡倾斜产出，沿走向、倾向变化很大，水平方向上由西向东分散，垂直方向上由上到下收敛成楔形[1]。

几十年来，矿山一直沿用传统手工绘法将矿块内地质构造特征和矿体空间位置形态等绘制到透明纸、硬质纸上，作为生产技术管理和任务指标计算的依据。通过长期实践发现，这种传统绘图方法已不能满足现代矿山数字化、智能化建设和发展的需要，不仅给工程技术人员带来大量的内业工作，降低了工作效率，而且大量的纸质资料堆积如山，加大了图纸存放和保管难度，阻碍了企业的技术创新进步和管理提升。

2 关键技术研究

矿山所谓“采场三面图”，是指比较完整地反映一个或几个开采矿块内地质构造特征和矿体空间位置形态的一组图件，包括平面投影图、纵投影图和横剖面图，它是研究回采矿块矿体赋存条件、开采技术条件、采场设计施工、计算采矿量和损失贫化等的必备图件[2]。

在绘制采场三面图时，为了既符合技术标准，又满足生产实际，需要考虑井巷工程摆放、角度起始及旋转方向、罗盘导线展绘平差等关键技术难题，解决了这些实质性问题，所绘制的采场三面图才能真正实现其所需功能。

2.1 井巷工程摆放

图1为复合地质平面图，它是反映回采矿块内及周边本中段和上部中段的工程位置和地质特征、按矿区统一坐标垂直投影至同一平面上的综合性地质图件，也是绘制纵投影图、横剖面图的基础图件。

图1 复合地质平面图

从图1可以看出，矿脉走向不是东西水平走向，与之有一定夹角，如果不考虑井巷工程摆放问题，直接绘制出的纵投影图就不能真实地反映采场长度情况。据有关资料证实，这样绘制出的纵投影图上采场的长度为41.8m，而采场实际长度为43.6m，相差1.8m。因纵投影图上采场的长度是计算采矿量的重要参数之一，如果差异太大会影响采矿量计算的准确性；井巷工程摆放不合理，极可能会使正规采场变为综采采场，而综采单价为正规采场单价的两倍，这样会使企业翻倍支付工程费用。所以，在绘制采场复合地质平面图时，应沿采场矿脉总体走向将井巷工程摆放水平，所绘制的纵投影图上采场长度与实际长度才能大体一致，这样既保证了采矿量计算的精确度，使企业避免了多支付工程费用的风险，又进一步提高了企业生产技术管理能力和水平。

对于平面图旋转，一般是直接用南方CASS软件中的旋转功能完成，但通过操作发现，这样简单旋转后的平面图坐标网与坐标系不一致。

如图2所示，横纵坐标线交点(50200，50600)所对应的实际坐标为(50202.043，50603.698)，如果使用这样旋转的平面图展绘导线、砂斗等将会偏离实际位置，既不能满足工作需要，又不能保证后续工作质量。

图2 简单旋转后的采场复合地质平面图

为了保证平面图旋转时，坐标系也随之改变，首先把要旋转的平面图沿采场矿脉总体走向画一条直线，然后打开正交功能，再画一条水平线(与前一直线同一起点)，利用标注功能查询其角度并记下，如图3所示，矿脉总体走向线与水平线夹角为9°；最后选中平面图，输入命令DV，回车；选择输入TW(扭曲)，回车；输入刚才记录下的角度，回车，再回车。

图3 采场复合地质平面图旋转示意图

经过上述两步操作后，平面图与坐标系一同旋转，平面图坐标网与坐标系也完全一致，横纵坐标线交点(50200，50600)所对应的实际坐标也为(50200.000，50600.000)，如图4所示。

图4 扭曲旋转后的采场复合地质平面图

2.2 角度起始及旋转方向设置

急倾斜薄矿体采场回采时，常采用浅孔留矿法，由于采场宽度较窄、倾角较大，以及行人楼梯、平台、支柱等诸多因素的影响，无法使用全站仪等先进测量仪器进行测量，而只能通知已知导线点，使用矿山悬挂罗盘仪、坡度规和皮尺等敷设低精度罗盘导线测量边长、倾角和磁方位角；然后计算水平距离和垂直距离；最后根据磁方位角和水平距离，利用相对极坐标法在扭曲旋转后的采场复合地质平面图上展绘罗盘导线点。

如图5，假设通过罗盘导线测量并计算得到已知导线点326至未知点A的水平距离为9.2m，且磁方位角为152°。然后在扭曲旋转后的采场复合地质平面图中，以导线点326为起点，利用相对极坐标法输入@9.2<152绘制导线326- A，但通过绘图操作得到了导线326- A′，导线大大偏离实际位置。

图5 设置前罗盘导线展绘示意图

经大量实践分析研究证明，上述导线偏离问题主要是由于角度起始、旋转方向与平面图坐标方位角起始、旋转方向不一致造成的。对于角度起始0°和旋转方向设置研究如下。

(1)进入AutoCAD菜单栏。在南方CASS软件菜单栏中，点选“文件”，点击“AutoCAD系统配置”，弹出“选项”窗口。在“配置”选项中，选择“《未命名配置》”，点击“置为当前”，点击“确定”，南方CASS菜单栏变成AutoCAD菜单栏。

(2)设置角度起始及旋转方向。在AutoCAD菜单栏中，点击“格式—单位”，弹出“图形单位”窗口，如图6所示。

图6 角度起始及旋转方向设置图

在窗口中，先勾选“顺时针”，点击“方向”，弹出“方向控制”窗口，如图6。然后，点选“其他”，并点击“拾取角度”按钮，自动转到CAD绘图区后，先指定平面图中任意一条纵坐标线南端，再指定其北端，自动回到“方向控制”窗口，点击“确定”完成设置。

(3)返回南方CASS菜单栏。在AutoCAD菜单栏中，点击“工具—选项”，弹出“选项”窗口。在“配置”选项中，选择“CASS70”，点选“置为当前”，点击“确定”，返回南方CASS菜单栏。

(4)验证设置正确性。如图7所示，在设置完成好的采场复合地质平面图中，同样以导线点326为起点，利用相对极坐标法输入@9.2<152画线即可得到导线326- A。

图7 设置后罗盘导线展绘示意图

2.3 罗盘导线展绘平差

矿山悬挂罗盘仪测量时，与全站仪通过测量水平角来计算方位角不同，是直接测出导线的方位角，但此方位角为磁方位角，与全站仪测量计算得到的坐标方位角之间存在一定夹角，再加上采场行人井中铁楼梯、铁管等金属物料对罗盘测量的影响和仪器自身误差，当使用罗盘从采场一端已知点开始，经过行人井、采矿面等，测量至另一端已知点后，通过在采场平面图上展绘罗盘导线，会发现导线末端点不能完全附合到已知点上，同一导线点位置存在一定偏差，如图8所示。

图8 罗盘导线绘制示意图

为了保证采场测量精度，需要进行内业平差处理来消除测量误差。对于采场罗盘导线测量平差计算，一般运用EXCEL函数公式，先将导线末端点与已知点在X、Y轴上的偏差值按边长成正比例分配到各导线边上；然后根据改正后的导线方位和水平距离重新绘图来实现已知导线点完全附合。但这种方法过程繁琐、工作效率低，而利用南方CASS软件相关命令可以简单、快捷地实现导线附合平差处理。如图9所示，具体操作方法如下。第一步，分别从导线点326开始，画直线326- 328和326- 328′；第二步，输入命令ROTATE后，选择罗盘导线326- 328′和直线326- 328′，并以导线点326为基点将其旋转，使直线326- 328′与直线326- 328完全重合；第三步，输入命令SCALE后，选择罗盘导线326- 328′和直线326- 328′，并以导线点326为基点将其缩放，使点328′与导线点328完全重合，最后将绘图辅助线删除，罗盘导线平差就此结束。

2.4 坡度规导线绘制及平差

一般情况急倾斜薄矿体采场罗盘导线测量时，都需测量方位、边长、倾角3个参数，同时利用导线支距法进行碎部测量和素描采场顶板边界轮廓以及矿脉、地质构造等。但有时遇到采场上采高度低、矿脉变化小等情况，只用坡度规、皮尺等进行导线倾角、边长测量以及采幅圈定，并直接在采场纵投影图上展绘导线求得采场上采面积，来满足计算采矿量的需要。

在采场纵投影图上展绘导线时，同样是利用相对极坐标法进行，但是因为前面对平面图进行了扭曲旋转以及设置了角度起始、旋转方向，所以要特别注意角度的输入方法，不能直接输入现场测量所得的倾角数值。角度输入具体方法为：角度=水平线方位角±倾角，当倾角为正值时，相减；当倾角为负值时，相加。还要注意，导线由西向东时，水平线方位角=90°+扭曲旋转角；导线由东向西时，水平线方位角=270°+扭曲旋转角。

图10为扭曲旋转角为9°的采场纵投影图，假设测得导线W3- 1，倾角+46.5°，边长5.5m；导线1- 2，倾角-19°，边长8.2；导线W3- 3，倾角+10°，边长8m，则按上述方法，画线分别输入@5.5<52.5、@8.2<118和@8<289，即可得到导线W3- 1、1- 2和W3- 3。

直接在采场纵投影图上绘制采场导线时，依然存在附合偏差，其平差处理同样可以使用南方CASS中旋转、比例缩放命令来实现。

图10 坡度规导线展绘示意图

3 结语

随着现代科学技术的不断进步和经济社会发展日益完善，工程绘图技术在矿山工程技术管理中的地位和作用越来越显著，而在矿山生产实践过程中，工程绘图关键技术难点的研究攻关与推广应用，进一步巩固和提高了工程绘图技术在矿山技术管理中的地位，同时还为矿山工程技术创新驱动发展提供了科技支撑和有力保障。

[1] 张金明.江西大吉山钨矿地质特征[J].资源调查与环境，2006，27(2)：149-152.

[2] 曾 强.急倾斜薄矿体采场测量平差计算方法研究[J].矿山测量，2016，44(2)：29-32.

Key techniques research of three-plane drawing of stope of steeply-inclined thin orebody based on CASS software

According to the present situation of three-plane drawing of stope in Dajishan Tungsten Mine, the key technical difficulties of CASS software in three-plane drawing of stope of steeply inclined thin orebody were analyzed. Combined theory with practice, the problems such as the layout of sinking and driving engineering, the initial and rotation direction of angle and the plotting and adjustment of compass traverse and so on were solved. It provided the most critical technical support for the realization of computer drafting three-plane drawing of stope.

CASS software; steeply-inclined thin orebody; stope; three-plane drawing

TD679

A

2017-01-18

2017-02-13

曾 强(1982-),男，贵州思南人，工程师，长期从事矿山生产技术管理及研究工作。

1672-609X(2017)03-0024-04