地下金属矿山三维可视化采矿设计研究

张明

摘 要：本文就地下金属矿山三维可视化采矿设计进行探究，首先对矿山井下开采三维建模及可视化技术进行介绍，然后阐述地下金属矿的三维可视化采矿设计，最后详细介绍如何建立三维可视化采矿模型，以期为未来采矿设计提供资料依据。

关键词：金属矿山；三维可视化 ；采矿设计

中图分类号：TD673 文献标志码：A

1 矿山井下开采三维建模及可视化技术的介绍

现代信息技术的发展，推动了采矿业的发展。矿山井下开采三维建模及可视化技术克服了传统CAD二维平面的缺点，三维建模是利用计算机技术，生成人机交互式的三维实体模型，该实体模型等同于真实矿山的内部缩小版，透过实体模型可以观察到矿山内部的采准，切割工程的布置方式和顺序，同时观察矿山内部结构，设计剖切面，并可以进行实验性切割，生成剖面图，选择合适的切点，这样可以减小施工过程中的误差，提高施工效率。另外，根据三维建模的数据还可以计算出采切的工程量，采切比以及矿石量，通过三维模型进行模拟采矿演练，可以减少在实际操作中的失误，降低危险。最后，通过软件可以直接输出施工图，爆破点位图等在采矿过程需要的图纸，为以后施工提供资料依据。

2 地下金属矿山三维可视化采矿设计

2.1 工程概况

笔者所在地区的矿山为铁矿山，以生产铁矿为主，同时含有多种金属的元素，比如：金、银、铅、锌、铜等。矿山分为多个岩体，主岩体有两个，周围有5个小岩体围绕。矿体外围主要是大理石，矿体主要在地下200m～800m，整个矿体的面积大约为600m2，矿体的开采分为两个阶段，开始在200m～400m，之后是400m～800m。两个主要矿体都为铁矿体，矿体层层分布，分布均匀。周围是小岩体，分布的铜矿体较多，矿体的完整性就遭到破坏，整体的含铁量较高，达到整体矿物的90%。此处的矿体主要是赤铁矿，部分含有磁铁矿，含铜矿体主要是黄铜矿。

2.2 三维可视化采矿方法模型的建立

（1）采矿方法设计准备工作

采矿方法设计准备工作非常重要，前期准备工作做到位，才能保證后期实施工作的有序进行。采矿方法设计的准备工作繁杂多样，是进行单体采矿的基础，首先要建立三维实体模型，主要是4个方面的模型、矿体、地表、开拓系统以及储量系统。这些实体模型可以用于采矿的演练，根据矿体选择合适的采矿方法，确定出所选方法的参数，确定这些参数是关键，包括采准和切割工程的规模尺寸合适，爆破点的位置，矿房矿柱的尺寸，并应用这些尺寸在实体模型中演练，确保尺寸合适，再应用于实际操作中。

（2）矿块的划分

矿块的划分是确定开采的准确位置，根据矿体矿层的分布，将矿体分出不同的块层。首先要确定矿山的开采顺序，开采参数，然后利用三维建模软件将三维实体模型分割成不同的块层。在分割出的块层中选择出需要开采的块层，并设计出开采方式，这时可以进行阶段矿体的切割，将所选块层进行进一步的分割，分割出含有矿石的块层，进行进一步的提炼加工得到金属。在矿块划分过程中，主要的过程是通过建模软件划分出含有金属矿石的矿块，找到合适的爆破和切割点，免除在实际操作过程中不必要的损耗。

（3）采准工程实体建模

采准工程实体建模，主要有两种方法：分段空场法和留矿采矿法。本文中采准工程实体建模采用的是分段凿岩阶段空场法，属于分段空场法的一种，此种方法更加安全，运输矿石都是采用专门的巷道，采矿效率高，但是成本相对较高。分段凿岩阶段空场法在采准工程中主要有运输巷道、人行天井、电靶道、凿岩过程中的巷道和溜井等。其中最重要的就是巷道的建立，它是这个方法的最重要的部分，也是保证工程安全的部分，目前巷道的建模主要有两种方法，即中线加断面方法与延伸断面生成实体法。

（4）切割工程的实现

切割工程是指利用三维建模的实体，找准切割点，切割出矿石。切割工程主要包括两个方面，一方面是矿石和外围的岩体之间的切割，还有一方面是底部漏斗上方的切割。对于外围岩体的切割，要略大于矿石的体积，厚度以矿石为准，对底部漏斗上方的切割。

（5）爆破设计

爆破设计是采矿工程中的重要部分，爆破点的选择非常重要，利用三维实体建模可以模拟爆破点进行演练，可以直接提供爆破数据和文件，为工程的进行提供了重要数据，整个采矿工程中，爆破设计主要是巷道工程的爆破设计，切割工程爆破设计和矿场矿柱的爆破设计。爆破的钻孔也很重要，根据钻孔的深浅，主要分为浅孔，中深孔和深孔。

3 设计结果的输出

3.1 采准切割工程量的计算

采切工程量的计算是开始进行开采工程的基础，通过对模拟矿体的切割，整合来计算出所需数据，见表1。

3.2 爆破结果的输出

爆破点的选择，爆破大小的控制，直接影响着开采是否成功，开采量的多少，因此，爆破数据必须准确。

3.3 矿块剖面图和施工图的输出

通过三维可视化实体建模，进行切割输出剖面图，根据分析演练得出的数据，输出施工图，此方法更加直观形象地反映矿体情况，采切过程。与传统图相比更具真实性，更有利于整个生产过程。

结论

通过对实际矿体进行三维可视化分析研究，可以发现三维实体更具真实性，通过三维可视化采矿，使施工技术人员可以更加清晰地了解采矿过程，更有利于采矿施工，避免了不必要的损失，提高采矿效率，从而为矿山实现数字化建设的目标奠定了坚实的基础。

参考文献

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