Surpac软件在中深孔凿岩爆破优化中的应用

孔令贤，代绍波，高 伟

（黑龙江紫金龙兴矿业有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

矿业工程软件建立的三维模型能够清晰准确地表述各类地质现象，快速直观了解地质构造、分布位置及相关影响，为矿山发展和资源合理开发提供参考依据。相关学者对矿业工程软件在矿山应用进行了深入研究，王月军等3DMine软件在司家营铁矿的应用，建立了地质数据库，构建了地表模型、实体模型及块体模型，并广泛应用于编制生产计划、爆破设计、供配矿管理及采剥量核算等工作，实现矿山精确发展［1］；彭寿星3DMine软件在尖山铁矿地采穿孔爆破设计中的应用，通过3DMine软件详细阐述软件在矿山生产中高效应用［2］；文柏茂3DMine在某钨锡矿三维建模及爆破设计中的应用，实现了矿山三维模型的可视化中深孔爆破设计，为矿山的采矿设计、生产及管理等提供初步指导［3］。紫金矿业境外权属企业在此基础上深化研究，详细分析Surpac和中望CAD等软件在矿山三维地质建模、中深孔爆破设计、生产动态管理等方面应用成果，为矿山发展提供参考。

1 工程概况

龙兴采用空场采矿法和无底柱分段崩落采矿法，分层从＋80到-200，分层分批次回采矿石。矿体穿脉间距为15 m左右，矿体大小不一，穿脉间距随矿体有所变化。在分层适合位置布置切割井，设立切割槽；以切割槽为自由面后退回采，每次爆破1～2排炮孔。采用Atlas Simba 1354采矿凿岩台车施工上向扇形孔，孔径为76 mm。龙兴公司前期采用中望CAD软件进行采准设计、中深孔爆破设计，在二维平面分析爆破情况、采空区状况等。无法立体展现矿山生产全流程，给生产带来诸多不便。

根据龙兴采矿方法、地质构造、中深孔爆破试验研究确定中深孔孔网参数，结合Surpac和中望CAD等多种软件进行三维模型构造、中深孔设计、爆破设计等，优化孔网参数，把握现场安全，提高生产和爆破效率，为公司高效发展提供蓬勃动力。

＋80采场位于分层采场最上部，距离地表约85 m，开采位于1 699～1 735 m标高之间的矿体。＋80矿体下盘围岩为碳黑色黄铁矿化含碳玄武岩凝灰岩，不稳固；由于裂隙发育，岩石不稳固矿石类型为块状硫化物型多金属矿石。

2 三维模型构建

2.1 地表建模

地表模型由若干地形线和地表散点生成。采用中望CAD软件绘制地形图，保留采区地形线、首曲线和计曲线图层，保留高程点，其余部分删除。导入Surpac软件后，查看导入数据是否正常，如不正常，参照周边点及CAD内高程，使用编辑-点-属性功能调整不合适的点坐标；坡顶和坡底匹配对应的高程点，使用DTM工具-由当前层创建DTM功能创建。

2.2 矿体模型建立

龙兴矿体结构复杂多变，相邻两勘探线上矿石品位不一，需要多组勘探线对矿体进行控制，结合地表孔数据，15 m间距一组勘探线钻探。钻探矿石化验后编入岩性表、品位表、定位表、测斜表，将数据导入Surpac软件。通过对钻孔进行平推、肩推，编辑三角网，DTM面，优化验证生成矿体模型。龙兴＋80矿体模型如图1所示。

图1 龙兴＋80矿体模型示意图

2.3 块体模型建立

在Surpac打开矿体模型，新建块体模型，系统自动匹配矿体的坐标参数，提高块体报量准确性，龙兴块体尺寸定为2 m×2 m×1 m，次块尺寸1 m×1 m×0.5 m，主要属性有矿岩属性、体积、Zn、Pb、Cu、Au、Ag矿体及密度等。

2.4 采准设计

将矿体模型导入Surpac软件，切割横、纵剖面，确定分层高度、穿脉数量、切割槽位置，退采方向、铲装点、车辆运输方向、通风系统等。根据铲装设备确定巷道大小为4 m宽、4 m高，1／4三心拱设计。

2.5 地采巷道模型建立

地质测量人员进行巷道实测，标注巷道大小，底板顶板高程。将实测巷道底板边界线导入Surpac软件，在实体建模中创建三角网，编辑三角网；验证优化根据设计断面大小建立巷道实体模型。龙兴＋80分层巷道三维实体模型如图2所示。

图2 龙兴＋80巷道实测模型示意图

3 Surpac中深孔爆破设计

3.1 爆破参数确认

龙兴中深孔采用Atlas Simba 1354采矿凿岩台车施工，孔径76 mm。结合地质情况、其他分层爆破后参数，确定孔网参数方案一、方案二见表1。

表1 孔网参数 m

3.2 建立数据库

中深孔钻机Atlas Simba 1354录入参数，包括钻机极轴点高度（机芯高度）、倾斜惯例和限制（扇形面前后角度）、应用旋转限制（扇形面左右角度）、钻头直径、钻杆长度等。

矿石和主岩（围岩）参数录入，矿石名称多金属矿、围岩名称凝灰岩、矿石密度3.6 g／cm3、地震P波速度3 184 m／s、地震S波速度1 900 m／s、岩石静态拉伸强度8.6 MP等。

ACP-1炸药参数录入，包括炸药名称、密度0.85 g／cm3、比重1.176 g／cm3、溶于水、散装炸药、需要起爆药包等。

起爆药包硝铵炸药参数录入，爆破装药名称AMOMONIUM NITRATE、直径32 mm、长度200 mm、密度1 g／cm3、重量0.2 kg等。

起爆雷管参数录入，包括雷管名称、非电延迟、延迟间隔时间25 ms、雷管脚线长度21 m等。

3.3 导入模型

Surpac线框文件分为巷道工程、采场边界、矿体模型三种，按照类型分别导入实体，再导入多段线＋80／T1巷道中心线，如图3所示。

图3 实体模型示意图

3.4 方案一中深孔设计

将巷道工程设置为采空区，隐藏采场边界和矿体。选择创建新扇形孔集合中的扇形孔集合，选择对应的采场限制为＋80／T1采准边界与参考线＋80／T1巷道中心线，选择上向孔。

布置参数界面输入孔直径为76 mm、最大扫描角-50°、最小扫描角50°、最大扫孔长25 m、最小扫孔长3 m、起始倾角90°、结束倾角90°、扇面间距2 m、孔间距2.5 m、首扇面偏2 m、矿石接触偏移-0.5 m等参数。

装药参数界面选择数据库内炸药、起爆、雷管类型；采用耦合装药、输入填塞距1 m、球体半径1 m、最小孔口长度3 m、在孔底布置起爆点等。

Surpac软件在创建新扇形孔集合中输入参数时，系统生成方案一的中深孔设计。

中深孔设计自动生成后，还可以利用软件编辑功能，直接修改参数。

3.5 块模型功能

在Surpac软件中导入块体模型，在扇形孔评估中选择扇面R4，系统自动生成R4等值面，密度填入3.6 t／m3，在块体中选择要的参数比如sg、cs-pb、cs-zn等，结果出现R4排炮孔个数、炮孔长度、体积、重量、金属品位等，为生产发展提供数据化指导。

3.6 方案一爆破设计

在创建爆破设计窗口新建一个爆破，以方案一为例，更改爆破名称，在爆破序列中选择顺序中间孔为第一个孔，优先爆破、每次延迟孔数为3个、无药段顺序孔底到孔口在爆破间隔更改时序参数等。

选择R1-R5排创建爆破设计。选择等值面，可以清晰显示孔布局视图爆破轮廓线、长剖面图爆破轮廓、3D视图实体爆破模型，清晰表达爆破效果。

选择Dilution，选择1 m分辨率，系统根据等值面自动分析爆破方量、矿石方量、废石方量，贫化率等。在添加到项目中，可将爆破影响下排孔具体位置，在等值面中标出，判断中深孔参数是否合理。

方案一R1-R5排中深孔米数、爆破矿石量、炸药单耗等见表2。

表2 方案一R1-R5排爆破参数

3.7 方案二中深孔设计

如方案一步骤，填写方案二参数值，布置扇面间距2.5 m、孔间距2.6 m、首扇面偏2.5 m、矿石接触偏移-2 m。系统自动生成方案二中深孔设计。

3.8 方案二爆破设计

如方案一步骤进行爆破设计，爆破方案二R1-R4排。方案二R1-R4排中深孔米数、爆破矿石量、炸药单耗等见表3。

表3 方案二R1-R4排爆破参数

3.9 爆破对比

R1孔布局如图4所示，爆破后方案一R1爆破轮廓线明显比方案二爆破轮廓线大，爆破后废石更多，贫化率高，对其他采区破坏性大。

图4 R1孔布局图示意图

炮孔排面剖面示意图如图5所示，方案一R1排爆破轮廓线直接覆盖R2排面线，容易出现炮孔破坏、炮孔错位、眉线破坏等现象；方案二R1爆破轮廓线离R2排面线有一定距离。

图5 炮孔排面剖面示意图

3.10 导出与报告

完成中深孔设计，选择界面的‘采场’，右键选择导出，所有孔导出，包含坐标，排号、孔号等信息。

完成中深孔设计，在创建扇形孔集合-采场-报告，点击新建报告模板，选择扇面页-扇面视图、扇面表、扇面属性等，保存为中深孔报告。

采场爆破等值面，形成爆破实体，设置为空区，设计其他采场中深孔时，系统控制钻孔深度，炮孔不会穿透到其他采场。

Surpac软件建立好数据库，确定导出模板，方案一参数调整为方案二参数，系统可以自动生产新的中深孔设计和爆破设计，导出报告5 min完成设计。

采用Surpac软件中深孔设计和爆破设计，方案一参数调整为方案二参数，需重新画排位线，创建爆破爆破单元，切割剖面。每排炮孔重新确定机芯、钻机位置，采准边界，编辑炮孔，创建炮孔边界，计算爆破量，导出爆破数据。重复每排炮孔的上述操作，生成实体，平面成图，导出中望CAD，需要2 h以上。

3.11 现场工业试验

Surpac软件数据库输入龙兴地质、钻机、雷管、炸药等参数，分别采用方案一、方案二在-120／1-3采场进行工业试验。方案二进爆破后眉线正常、顶板、边帮、眉线、钻孔完好。方案二矿石贫化降低42.86%，炸药单耗降低28.43%，炸药成本减少30.77%，钻孔时间减少32.90%。

4 结 语

1.Surpac软件在中深孔爆破设计人机交互界面良好，可视化程度高；数据库管理让矿山发展模块化；自动生产中深设计，工作效率提高10倍；模拟爆破，直接分析孔网参数是否合理。

2.采用方案二孔网参数，贫化降低42.86%，炸药单耗降低28.43%，炸药成本减少30.77%，钻孔时间减少32.90%，对类似矿山具有指导意义。