3Dmine软件在空区处理中的应用

刘 亮

(洛阳栾川钼业集团股份有限公司，河南 洛阳 471542)

1 前言

3DMine矿业软件是采用国际上先进的三维引擎技术、全中文操作的国产化矿业软件系统，是符合中国矿业行业规范和技术要求的全新三维矿业软件系统。3DMine广泛应用于地质、测量、采矿和生产管理等方面，主要为固体矿产的地质勘探数据处理、矿床地质模型、构造模型、地质储量计算、露天及地下矿山采矿设计、露天短期进度计划以及生产设施数据、规划目标数据建立实用三维可视化基础平台，为矿山资源管理、资源开采效率管理和生产数据管理提供技术支持服务。

2 三道庄矿区概况

洛钼集团三道庄矿区为开采规模3 000t/d的特大型有色露天矿山，经过20世纪80年代、90年代初无序的地下开采，在露天开采境界内形成了大量的地下空区，这些采空区大小形态不规则，高度和跨度不一致，形态复杂，在空间位置上重叠交错，杂乱无章，严重影响了矿山的正常生产，给矿山施工人员和设备带来了安全隐患，如何安全合理地治理采空区成为矿山生产的重要课题。

经过与高校的多年合作，已经形成探测先行、声发射与微震联合监测、强制崩落与成井充填等处理工艺的一体化空区治理方案，为保证露天安全生产,从1998年至2006年底共进行了107次空区处理,处理空区面积329 336m2，体积3 197 445m3，消除了大量的安全隐患。近年来随着SURPAC、3Dmine等矿业三维软件的引入，使空区处理工作逐步实现了科学化、合理化。

3 软件在空区处理中的应用

3.1 地表与空区模型建立

(1)经扫描后的空区。该区域为E区1270/1280复合空区，空区基本分为3部分：第一部分为空区西部，顶底板分别为1292/1273，空区高度19m，空区面积412m2；第二部分为空区东部，分上下两层，为1280、1270复合部分，上层1280空区顶底板分别为1295/1283，空区高度12m，空区面积495m2，下部1270空区顶底板分别为1281/1272，空区高度9m，空区面积372m2，两层间有2m左右楼板；第三部分为一巷道，位于空区北部，底板标高1 300m，巷道高2m，长31m。具体扫描平面图如图1。

图1 空区平面图

(2)将地表GPS地表数据导入3Dmine软件形成地表三维模型。通过地表模型与空区叠合，空区位于1318水平下部，南部为并段台阶，地表三维模型如图2。

图2 地表三维模型

(3)将三维激光探测系统所测数据文件经过预处理后形成.dxf格式的原始数据文件，该数据文件可以被3Dmine软件接受，导入3Dmine后形成空区三维实体模型，如图3所示。地表与空区三维模型如图4。

图3 空区三维扫描图

图4 地表与空区三维模型

3.2 穿孔设计

穿孔设计是空区处理成功的关键，关键在于空区上方穿孔合格率。首先，穿孔深度需达到空区上方3m，既保证空区崩落又防止爆破能量散失；其次，要避开巷道，因巷道会导致炮孔坍塌，同时增加装药难度，以往孔深的确定依据探测孔和透孔来推断周边孔的深度，既造成了孔深浪费，后期装药还要吊孔充填，推断的孔深也不精确，多方面影响爆破质量，通过3Dmine矿业软件三维设计功能可以实现批量布孔、快速生成布孔文件、精确确定孔深等，使穿孔设计更加精确，彻底克服了传统的手工输入炮孔、逐个编辑的不足。

根据空区平面位置结合台阶现状确定合理的穿孔范围，为确保施工进度，减少施工强度，原则上施工范围以确保空区得到治理为界。根据爆破区域地质岩性信息，结合空区处理要求确定爆破参数，依次执行露天—爆破设计—布孔参数，输入表面文件及相应参数值，再通过布置多孔实现批量布孔，通过单孔布孔实现孔位微调，重新编号后输出各孔位坐标信息，现场放孔后收回各孔信息，在3Dmine矿业软件上精确确定各孔孔位，炮孔布设如图5所示。

图5 炮孔布设图

根据空区及地表三维图显示，本次空区穿孔场地满足空区处理要求，前方已经实现并段，具备24m自由面，爆破自由面良好，穿孔区域揭露地层为硅灰石、石榴子石矽卡岩(zjs2- 2)，区域内无明显构造带揭露，根据现有设备选取KY- 250钻机施工，孔径250mm，设计孔网参数5m×7m，三角形布孔，共设计炮孔70个，炮孔穿至空区上方3m，其余部位穿两个台阶，超深2.5m。

3.3 爆破设计

国内外露天矿均为正常台阶爆破，凿岩条件好、成孔率高、爆破自由面充足。地下转露天开采的矿山，露天爆破既是为了采矿，也是为崩落空区顶板、矿柱或围岩，成功处理空区。

3Dmine爆破模块实现了露天矿山台阶爆破数字化设计，爆破效果好坏与爆破网络关系密切，在应用非电导爆管雷管实现逐孔起爆网络设计时，可以通过多种可视化、快捷的技术分析方法使爆破网路得到最优效果。

(1)爆破网络连接。可以选取常用段别非电管进行网络连接，自动进行地表网络连接，起爆点设置后可以自动显示地表或地下起爆时间，便于检查漏连以及核查起爆网络时间的合理性，并能快捷地统计爆区各段别雷管的数目。

(2)网络合理性分析。连接完起爆网络并设置起爆点后，可以通过动画模拟来演示爆破网路的点火传爆；通过等时线及岩石移动方向整体分析爆破网络的合理性，爆破网络如图6。

图6 爆破网络图

本次爆破孔内不分段，采用连续柱状装药结构，非电毫秒延期雷管起爆，网络为行列式地表逐孔起爆网络。控制排采用双发17、25ms非电毫秒雷管传爆，普通排采用42ms非电毫秒雷管传爆，孔内采用400ms非电毫秒雷管起爆，地表总传爆时间511ms。

本次爆破以4#孔起爆点，V型起爆，通过采用3Dmine软件模拟，本次爆破网络等时线分布均匀，爆破岩石移动方向合理，网络安全可靠。

3.4 爆破效果

爆破后经现场查看，后部形成一个12m深的塌陷坑，爆堆松散，块度均匀，大块率较低。通过对爆堆塌陷体积实测核算，符合预期塌落情况，1270、1280空区均得到治理。

4 结语

(1)3DMine矿业软件可以实现二维和三维界面技术的完美整合、对多种软件如AutoCAD、Excel兼容，完全支持.dwg和.dxf文件格式，操作简便，极大地提高了设计人员的工作效率。

(2)利用3DMine软件建立矿山地表和空区模型，实现对这些模型的动态显示和基本三维分析功能，有助于明确空区的状态，确定空区赋存状态，为穿爆设计提供依据。

(3)通过3DMine软件中的爆破模块可以实现从孔位布置、装药设置、网络连接、动态模拟等多种爆破设计功能，使空区处理爆破设计更加合理准确。

[1] 汪旭光，等．爆破手册[M]．北京：冶金工业出版社，2010．

[2] 吴光玲，李守杰．3DMine在建立空区和残矿模型中的应用[J]．现代矿业，2010，(9)．

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[4] 高建敏，林卫星．露天开采与空区处理一体化技术[J]．采矿技术，2011，(11).

[5] 于亚伦，等．工程爆破理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，2008．

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