3DMine 在石头梅露天煤矿工程量验收中的应用

刘兴学

（新疆能源（集团）有限责任公司 哈密分公司，新疆 哈密 839000）

3DMine 矿业软件是一套服务于地质、测量、采矿等技术应用的三维矿业软件。3DMine 矿业软件已广泛应用于金属、非金属、核工业、煤炭、建材等固体矿产的地质勘探数据管理、矿床地质模型、传统和现代资源量估算、露天及地下采矿设计和矿山三维可视化管理等多方面。软件采用三维引擎技术，按照组件开发思路，采用全新的软件构架组成的三维软件平台。集成了三维可视化、编辑工具、数据库技术、地质建模[1]、测量数据、资源量估算、采矿设计、境界优化、炮孔设计、进度计划、打印制图等功能模块。应用于地质、测量[2]、采矿、生产控制及资源管理等专业，为矿业行业提供了全方位的专业软件工具。

1 工程概况

石头梅露天煤矿一期工程设计生产规模5.0 Mt/a。剥离采用单斗－卡车开采工艺[3]。新近系及表土层不需爆破，新近系以下岩石需松动爆破后采装，煤系地层以上剥离台阶水平分层，标准台阶高度10 m。表土层不需爆破的岩层单独划分台阶进行开采，表土层以下岩石台阶经松动爆破后采装。采装设备选用斗容8.0 m3液压挖掘机，运输设备选用载重91 t自卸卡车。采掘带宽度为20 m，挖掘机端工作面作业水平装车。采煤工艺为单斗－卡车＋半移动破碎站半连续工艺，采出的煤由自卸卡车运至地面半移动破碎站，破碎后的煤由带式输送机运往二次破碎及后续系统。煤层台阶划分方式采用水平分层，标准台阶高度10 m。采用从煤层顶板向底板推进的采煤方式。

2 爆破工程验收

石头梅露天煤矿由2 家爆破单位进行爆破作业，每月进行1 次爆破工程验收计量及结算。由于剥采工程是一项动态工程，工程推进速度快，对各爆破区采装后要及时进行验收测量，需要投入大量的人力。采场剥采作业环境很难实现爆破区采装后的验收测量，在月度爆破作业时，爆破工程会存在上下相邻水平的作业区重叠的现象，基于对3DMine 矿业软件“按台阶分类汇报”功能的研究，通过论证“按台阶分类汇报”中的“台阶”可以根据工程实际施工台阶高度设置，适用于露天煤矿爆破工程分水平计量。同一平盘由2 家爆破单位交替作业，通过对“三角网法”算量原理及方法分析研究，解决了2 家爆破单位在同一平盘多区域作业时，分区计量难的问题。石头梅露天煤矿特殊位置爆破工程计量方法：①地表层爆破量计算，采用“三角网法”从地表爆破布孔基准面算至设计水平[4]；②煤层顶板岩石爆破量计算，采用“三角网法”从设计水平算至煤层顶板面；③标准台阶爆破量计算，采用“爆破布孔区域平面面积“乘以”设计台阶高度”。

若上下平盘属于同一爆破单位作业，上部平盘爆破区采装后出现的拉底，采用破碎锤处理或在下平盘爆破作业的同时进行处理。若上下平盘分别为2 家爆破单位作业，上部平盘爆破区采装后出现的拉底，爆破单位可采用2 种处理方式：①由上部平盘爆破单位采用破碎锤处理；②下部平盘爆破单位在下部平盘爆破作业时进行处理，同时拉底量计入下部平盘爆破作业单位。

经3DMine 矿业软件在石头梅露天煤矿爆破工程验收中应用，该软件适用于露天煤矿多家爆破单位在相邻上下水平重叠作业时，分水平计量。多家爆破单位在同一平盘多区域作业时，分区计量，计算爆破工程量速度快、精度高。

3 剥采工程验收

3.1 剥采工程验收的特点

1）延续计量。露天煤矿剥采工程是一项持续动态作业的工程，一般在剥采施工期间，每月进行1 次爆破和剥采工程量验收计量及费用结算，每次计量是以上月剥采工程验收面算至本月剥采工程验收面所产生的工程量[5]，以此类推。

2）分类计量。煤矿岩体主要是沉积岩，层理明显，各层强度不同，软硬岩层相间。一般情况下地表层岩石强度较低，深部岩石强度相对较高。由于岩石硬度的不同，地表层强度较低的岩石，软岩无需松动爆破，挖掘机可直接采装。深部岩层强度较高，硬岩层只能在松动爆破后，挖掘机才能进行采装。不同硬度的地层开采难易程度不同，开采投资成本不同。石头梅露天煤矿开采煤层与岩层的难易程度不同，土石方剥离和采煤的合同单价不同[6]，在剥采工程量计算时，采煤量与土石方剥离量分类计量。土石方剥离工程的表土、非爆破岩石和爆破岩石合同单价不同。在土石方剥离工程计算时，结合采场现状，把表土、非爆破岩石量与爆破岩石量分类计量。

3.2 工程量计算方法

3DMine 矿业软件根据计算原理的不同，DTM 表面填挖方体积计算分为3 种方法：三角网法、网格法和断面法。三角网法的原理是将上表面三角网投影到下表面，形成新的结点，新结点连接成的三角网向上延伸成为三棱柱，将三棱柱作为计算单元[7]，累加算出总体积；三角网法可实现1 次进行多个区域同时计算，每个区域可分水平计量，同时可生成各区域填挖方部分的实体模型。网格法的原理是在填挖方的空间里填充柱状块体，累加算出总体积。断面法的原理是在填挖方位置切割若干断面，根据圆锥体积公式，计算每个断面的填挖方面积乘以断面间距得出体积。通过对3DMine 矿业软件功能研究，结合石头梅露天煤矿爆破、剥采工程现状和施工合同的要求，将以上3 种方法进行对比，最终选择“三角网法”[8]计算工程量。

3.3 剥采工程计算

石头梅露天煤矿生产时，每月进行1 次剥采工程验收计量及结算。剥采工程施工时，会存在同一水平投影区域内既有土石方剥离量又有采煤量。煤矿为了更好地掌握剥采工程施工进度，月度剥采工程量计算时，需按照设计剥采台阶高度分水平计量，剥采工程分水平计量与爆破工程分水平计量原理相同。在“三角网法”计算月度剥离工程量时，以上月剥离验收工作面为剥离前基准面，以本月剥离验收面与本月露煤顶板面形成的组合面为剥离后基准面，利用剥离前基准面与剥离后基准面计算月度剥离量并自动生成工程量表。在月度采煤量计算时，以上月采煤验收工作面与本月露煤顶板面形成的组合面为采煤前基准面，以本月采煤验收面为采煤后基准面，利用采煤前基准面与采煤后基准面计算月度采煤量并自动生成工程量表[9]。经3DMine 矿业软件在石头梅露天煤矿剥采工程量计算中的应用，该软件适用于露天煤矿剥采工程计量，且计算速度快、精度高。

3.4 剥采工程运距计算

石头梅露天煤矿排土场在采场南侧，剥离采用单斗－卡车开采工艺，采煤采用单斗－卡车＋半移动破碎站半连续开采工艺，剥采工程采用分层采装工艺[10]。土石方剥离和采煤在不同采装区与卸车区的运输距离不同，不同运输距离的运输成本不同，运输单价不相同。卡车运输距离越远，耗费时间越长，燃油量越高，运输成本随运输距离的增加而增大。剥采运距以实际运输线路在3DMine 矿业软件中的水平投影长度为准。采场剥离物拉运至南外排土场排弃，有2 条剥离运输线路：第1 条采场上部水平的剥离物→采场移动坑线→四号出入沟→运输干线3→排土入口2→排土场下部平盘排弃；第2 条采场下部水平剥离物→采场移动坑线→二号出入沟→运输干线2→排土入口1→排土场上部平盘排弃。为能准确地计算剥采运距，通过对3DMine 矿业软件功能的研究，利用“三角网法”计算剥离工程量时选择“生成实体”，通过把计算剥离工程量生成的实体按水平“切分实体”后，采用“printsc”命令可快速准确的计算出分水平实体质心，通过计算论证“分水平实体质心”＝“分水平剥采工程量实际重心”；排土工程量重心采用同样的方法计算，解决了石头梅露天煤矿在剥采运距计算中，确定各水平装车点和卸车点难的问题。剥离运距计算时，首先分别计算每条剥离运输线路的加权运距，再通过2 条剥离运输线路的加权运距计算出综合加权平均运距。采场原煤拉运至破碎站和临时煤场，原煤生产运距与剥离运距计算原理相同。经3DMine 矿业软件在石头梅露天煤矿剥采工程运距计算中的应用，该软件适用于露天煤矿采用单斗－卡车开采工艺，分水平采装和排土作业时，卡车运输距离计算。

3.5 剥采工程提升高度计算

露天煤矿剥采工程采用单斗－卡车开采工艺时，土石方剥离和采煤在不同采装区与卸车区的提升高度不同，不同提升高度的单价也不相同。卡车运输提升高度越高，耗费时间越长，燃油量越高，运输成本随提升高度的增加而增大。石头梅露天煤矿剥采工程采用分层采装工艺，在月度土石方剥离提升高度计算时，通过采用3DMine 矿业软件的“按台阶分类汇报”，按照石头梅露天煤矿设计剥采排台阶高度，分水平计算各水平土石方剥离工程量和排土工程量，结合现场采装工艺计算出各水平采装基准高程，剥离物卸车高程以各排土平盘设计高程为准。采用土石方剥离各水平采装基准高程和剥离量计算出综合加权平均采装高程，采用土石方排弃各排土平盘设计高程和排土量计算出综合加权平均卸车高程，综合加权平均卸车高程减综合加权平均采装高程的差值为本月土石方剥离工程实际提升高度。在月度采煤提升高度计算时，按照设计分水平计算采煤工程量，结合现场采装工艺计算出各水平采煤基准高程，破碎站卸煤以矿卡卸料平台高程为基准，临时煤场卸煤以实际卸车高程为基准。采用各水平采煤基准高程和采煤量计算出综合加权平均采煤高程，根据破碎站和临时煤场卸车高程和卸煤量计算出卸车综合加权平均高程，卸车综合加权平均高程减采煤综合加权平均高程的差值为本月采煤工程实际提升高度。经3DMine 矿业软件在石头梅露天煤矿剥采工程提升高度计算中的应用，该软件适用于露天煤矿采用单斗－卡车开采工艺，分水平采装和排土作业时，卡车运输提升高度计算。

4 结语

3DMine 矿业软件在石头梅露天煤矿爆破和剥采工程验收中发挥了重要作用。经过对3DMine 矿业软件功能的研究及应用，证明软件适用于采用单斗－卡车开采工艺露天煤矿的剥采工程分水平计量、分水平采装及排土作业时卡车运输运距计算、分水平采装及排土作业时卡车运输提升高度计算、多家爆破单位在相邻上下水平重叠作业时分水平计量、多家爆破单位在同一平盘多区域作业时分区计量。3DMine 矿业软件计算工程量的速度快、精度高。石头梅露天煤矿通过应用3DMine 矿业软件提高了爆破和剥采工程验收的工作效率及质量。