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MICRONMINE系统在爆破设计中的应用
2008-04-15
以某铜矿为研究对象,介绍了一种可用于地下矿山进行爆破设计的软件系统———MICRONMINE。利 用该系统建立了整个矿山矿床以及工程的三维实体模型,并在此模型的基础上进行爆破设计。详细地阐述、分析 了爆破设计的过程及其结果,从而得出结论:MICRONMINE系统提供的平台使爆破设计过程智能化、参数化、数字 化,能够实现在整个设计过程中可视、可控、可调等功能,并且优化了设计,满足了矿山生产要求,取得了良好的技 术经济效益。
SAerpierislꢀNo2.030882ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总08第年 3第824期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE MICRONMINE 系1, 2统在爆破设计1, 2 中的应用 1, 2 龚 元 翔 ꢀ 王 李 管 ꢀ 贾 明 涛 ( 1. 中 南 大 学 ; 2. 长 沙 迪 迈 信 息 科 技 有 限 公 司 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 某 铜 矿 为 研 究 对 象 , 介 绍 了 一 种 可 用 于 地 下 矿 山 进 行 爆 破 设 计 的 软 件 系 统 ——— MICRONMINE。 利 用 该 系 统 建 立 了 整 个 矿 山 矿 床 以 及 工 程 的 三 维 实 体 模 型 , 并 在 此 模 型 的 基 础 上 进 行 爆 破 设 计 。 详 细 地 阐 述 、 分 析 了 爆 破 设 计 的 过 程 及 其 结 果 , 从 而 得 出 结 论 : MICRONMINE 系 统 提 供 的 平 台 使 爆 破 设 计 过 程 智 能 化 、 参 数 化 、 数 字 化 , 能 够 实 现 在 整 个 设 计 过 程 中 可 视 、 可 控 、 可 调 等 功 能 , 并 且 优 化 了 设 计 , 满 足 了 矿 山 生 产 要 求 , 取 得 了 良 好 的 技 术 经 济 效 益 。 关 键 词 ꢀ 三 维 可 视 化 ꢀ 爆 破 设 计 ꢀ MICRONMINE 系 统 ꢀ 品 位 模 型 Application of MICRONMINE System in Blasting Design 1 , 2 1, 2 1, 2 Gong Yuanxiang ꢀ Wang Liguan ꢀ Jia Mingtao ( 1. Central South University; 2. Changsha Digital Mine Technology Co. , Ltd. ) Abstractꢀ The paper presents a software system that can be used in underground blasting design - MICRONMINE. With a copper mine as the research object, the system is used to establish the 3D solid model of the whole mine deposit and engineering, and based on this model, the blasting design is made. The paper expatiates and analyzes in detail the blasting design process and results. It is concluded that the platform provided by MICRONMINE can enable the process of blasting design to be intelligentized, parameterized and digitalized, thus realizing the functions of visualization, controllability and regulability in the design process, optimizing the design, satisfying the mine production requirement and achieving good technical and economical benefits. Keywordsꢀ 3D visualization, Blasting design, MICRONMINE system, Grade model ꢀ ꢀ 随 着 计 算 机 技 术 在 地 下 矿 山 广 泛 的 应 用 , 快 速 2ꢀ 矿 床 数 字 模 型 2. 1ꢀ 地 质 数 据 库 有 效 地 获 取 矿 山 个 方 面 信 息 , 动 态 进 行 管 理 , 用 先 进 的 计 算 机 技 术 来 进 行 矿 山 企 业 现 有 的 设 计 、 生 产 , 满 足 不 同 层 次 的 需 求 已 经 成 为 矿 山 现 代 化 发 展 水 平 的 重 要 标 志 。 本 文 以 国 内 某 铜 矿 为 例 , 详 细 叙 述 了 MICRONMINE 系 统 在 采 场 爆 破 设 计 中 的 应 用 。 地 质 数 据 库 由 开 口 文 件 ( Collar) 、 测 斜 文 件 ( Survey) 、 钻 孔 样 品 文 件 ( Assay) 、 岩 性 文 件 ( Geolo gy) 4 个 文 件 组 成 。 它 是 进 行 地 质 解 译 、 品 位 推 估 、 储 量 计 算 与 管 理 以 及 后 续 采 矿 设 计 等 的 基 础 。 1 ꢀ 矿 山 地 质 条 件 2 . 2ꢀ 矿 体 模 型 易 门 铜 矿 属 海 底 火 山 喷 发 沉 积 变 质 中 厚 缓 倾 斜 矿 床 模 型 是 矿 床 空 间 分 布 属 性 的 数 字 化 描 述 , 高 温 矿 床 。 矿 体 走 向 为 东 西 - 北 西 西 , 走 向 长 约 它 是 品 位 和 矿 量 估 算 、 境 界 设 计 、 开 采 规 划 、 质 量 控 制 、 经 济 评 估 等 各 项 工 作 的 基 础 [ 1] 。 在 建 立 的 钻 孔 1 800 m, 倾 向 南 西 , 倾 斜 宽 约 1 600 m, 倾 角 20° ~ 5°( 局 部 地 段 大 于 35°) , 构 造 及 节 理 裂 隙 发 育 , 呈 3 数 据 库 基 础 上 , 根 据 不 同 勘 探 线 剖 面 圈 出 的 矿 体 边 界 形 成 的 线 框 集 , 通 过 线 框 构 模 法 25] 建 立 矿 体 模 型 。 建 立 老 矿 山 矿 床 模 型 也 可 以 利 用 已 经 诠 释 的 工 程 剖 面 图 纸 , 以 DXF 文 件 格 式 导 入 可 视 化 软 件 中 , 层 状 、 似 层 状 产 出 。 矿 区 共 有 3 个 含 铁 铜 矿 体 和 4 个 含 铜 铁 矿 体 , 埋 藏 深 度 160 ~ 750 m, 标 高 - 29 ~ [ 8 21 m, 其 中 I 、 I 含 铁 铜 矿 体 规 模 大 , 是 主 要 的 开 采 3 2 对 象 。 矿 石 中 主 要 金 属 矿 物 为 黄 铜 矿 、 磁 铁 矿 , 主 要 脉 石 矿 物 为 碳 酸 岩 ( 白 云 石 为 主 ) 、 黑 云 母 。 矿 石 整 体 较 稳 固 , f = 8 ~ 14, 矿 岩 爆 破 性 能 较 差 。  国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 ( 编 号 : 50490270) 。 龚 元 翔 ( 1983— ) , 男 , 中 南 大 学 资 源 与 安 全 工 程 学 院 , 硕 士 研 究 生 , 4 10083 湖 南 省 长 沙 市 。 · 109· 总 第 382 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 4 期 按 一 定 的 比 例 进 行 坐 标 转 换 得 到 线 框 集 , 然 后 建 立 实 体 模 型 。 2 . 3ꢀ 矿 床 品 位 模 型 矿 床 品 位 模 型 是 将 矿 床 模 型 在 三 维 空 间 内 按 照 一 定 的 尺 寸 划 分 为 众 多 的 单 元 块 , 然 后 对 填 满 整 个 矿 床 范 围 内 的 单 元 块 的 品 位 根 据 已 知 的 样 品 进 行 推 估 [ 6] 。 该 模 型 近 似 的 反 映 了 矿 体 内 部 属 性 , 是 进 行 图 3ꢀ 实 测 采 切 工 程 模 型 储 量 计 算 的 基 础 。 本 次 建 模 块 度 尺 寸 : 4 m × 2 m × 2 m, 在 边 界 处 按 4 m × 4 m × 4 m 进 行 次 分 。 模 型 东 方 向 单 元 块 块 数 : 550; 模 型 北 方 向 单 元 块 块 数 : 550; 模 型 高 程 方 向 单 元 块 块 数 : 220。 3 ꢀ 盘 区 的 划 分 矿 山 开 采 中 , 盘 区 划 分 具 有 十 分 重 要 的 意 义 , 盘 区 划 分 是 采 矿 规 划 中 比 较 重 要 的 内 容 。 根 据 采 矿 规 划 进 行 盘 区 划 分 , 可 以 对 矿 床 进 行 有 选 择 的 开 采 。 根 据 市 场 金 属 价 格 的 调 节 , 对 采 矿 盘 区 中 相 应 的 盘 区 进 行 集 中 开 采 , 当 金 属 价 格 高 位 的 时 候 就 可 以 开 采 品 位 和 矿 石 质 量 比 较 好 的 盘 区 , 当 金 属 价 格 低 靡 的 时 候 就 可 以 选 择 相 对 资 源 状 况 不 太 好 的 盘 区 进 行 开 采 。 图 4ꢀ 实 测 采 切 工 程 模 型 空 间 位 置 4 . 2ꢀ 设 计 工 程 根 据 建 立 的 矿 床 实 体 模 型 、 工 程 实 体 模 型 , 就 可 以 进 行 工 程 布 置 设 计 了 , 进 行 采 切 设 计 工 作 中 , 不 同 于 实 测 采 切 模 型 的 建 立 , 设 计 采 切 模 型 的 建 立 只 需 要 中 线 和 工 程 断 面 形 状 和 尺 寸 就 可 以 完 成 。 采 矿 切 割 模 型 中 需 要 建 立 的 主 要 模 型 有 : 底 部 结 构 ( 包 括 出 矿 巷 道 、 漏 斗 ) 、 凿 岩 巷 道 、 切 割 天 井 , 天 溜 井 等 。 表 1ꢀ 采 切 工 程 断 面 形 状 及 尺 寸 工 程 名 称 尺 寸 / ( m × m) 形 状 工 程 名 称 尺 寸 / ( m × m) 形 状 上 山 切 割 槽 电 耙 道 溜 井 2. 4 × 2. 4 2. 4 × 2. 4 1. 8 × 1. 8 2 × 2 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 切 割 井 充 填 井 溢 水 井 斗 颈 2. 4 × 2. 6 1. 8 × 1. 8 1. 8 × 1. 8 1. 8 × 1. 8 1. 8 × 1. 8 2 × 2. 4 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 矩 形 图 1ꢀ 535 ~ 600 m 中 段 I2 矿 体 盘 区 电 耙 硐 室 斗 仓 2. 5 × 2. 8 1. 8 × 1. 8 联 络 道 人 材 井 5 ꢀ 爆 破 孔 设 计 凿 岩 爆 破 直 接 影 响 后 续 的 其 它 工 序 和 整 个 采 掘 施 工 的 速 度 、 质 量 、 安 全 和 成 本 。 MICRONMINE 系 统 提 供 的 平 台 使 爆 破 设 计 过 程 智 能 化 、 参 数 化 、 数 字 [ 7] 。 该 矿 山 采 用 的 采 矿 方 法 为 分 段 空 场 嗣 后 充 图 2ꢀ 535 ~ 600 m 中 段 I3 矿 体 盘 区 化 4 ꢀ 采 切 工 程 模 型 填 采 矿 法 , 按 照 该 采 矿 方 法 进 行 中 深 孔 爆 破 设 计 , 在 形 成 了 采 准 工 程 后 , 则 可 以 进 行 切 割 槽 爆 破 设 计 工 作 , 完 成 切 割 工 作 后 , 才 可 以 进 行 规 模 比 较 大 的 采 场 爆 破 。 4 . 1ꢀ 实 测 工 程 采 准 工 程 实 测 模 型 建 立 的 主 要 有 : 底 部 结 构 包 括 出 矿 巷 道 、 漏 斗 ) 、 凿 岩 巷 道 、 切 割 天 井 , 天 溜 ( 井 等 , 需 要 注 意 的 是 模 型 之 间 必 须 吻 合 , 所 以 在 建 模 的 时 候 需 要 同 时 调 入 与 实 测 工 程 模 型 相 关 的 其 他 实 体 模 型 进 行 参 照 。 5 . 1ꢀ 切 割 槽 及 矿 房 爆 破 设 计 本 次 研 究 选 取 40 至 42 勘 探 线 之 间 600 m 中 段 的 I 矿 体 600 - 40 - I 的 盘 区 中 的 一 个 采 场 进 行 爆 3 破 设 计 , MICRONMINE 系 统 进 行 爆 破 设 计 需 要 输 入 · 110· ꢀ ꢀ ꢀ 龚 元 翔 等 : MICRONMINE 系 统 在 爆 破 设 计 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 4 期 以 下 一 些 设 计 参 数 , 请 见 表 2。 爆 破 效 果 比 较 好 ( 如 图 7) , 块 段 比 较 均 匀 , 同 时 根 据 矿 体 块 段 模 型 , 按 Cu≥0. 3% 进 行 切 块 来 约 束 爆 破 边 界 , 不 同 炮 孔 布 置 方 式 图 ( 如 图 8, 爆 破 边 界 按 矿 体 轮 廓 确 定 ) 。 具 体 设 计 按 照 以 下 步 骤 进 行 : ( 1) 确 定 进 行 爆 破 设 计 巷 道 模 型 以 及 设 计 中 心 线 。 因 为 MICRONMINE 系 统 确 定 爆 破 面 起 始 位 置 必 须 在 设 计 巷 道 中 心 线 上 进 行 。 ( 2) 确 定 爆 破 参 数 。 切 割 槽 和 矿 房 爆 破 参 数 如 表 2。 表 2ꢀ 切 割 槽 和 矿 房 爆 破 参 数 切 割 槽 爆 破 设 计 矿 房 爆 破 设 计 参 数 名 称 孔 径 40 mm 40 mm 1. 8 m 孔 底 距 离 0. 8 m 按 凿 岩 断 面 调 节 ( 按 5° ~ 85° 进 行 设 计 ) 终 止 角 度 岩水 断平 面孔 调为 节90°, 扇 形 孔 按 凿 起 始 角 度 炮 孔 排 距 0离. 8为 m1( m凿) 岩 天 井 第 1 排 距 1. 0 m( 凿 岩 天 井 第 一 排 距 离 为 1. 2 m) 凿 岩 巷 道 中 心 放 射 中 心 位 置 巷 道 中 心 图 7ꢀ 不 同 布 置 的 切 割 槽 的 炮 孔 装 药 类 型 装 药 密 度 填 塞 长 度 人 工 人 工 1 1 1 ~ 1. 5 m 1 ~ 1. 5 m ꢀ ꢀ ( 3) 将 凿 岩 巷 实 体 和 底 板 中 心 线 和 设 计 区 段 的 矿 体 ( 显 示 切 块 ) 和 采 准 巷 道 调 入 进 行 参 考 , 在 此 基 础 上 限 制 爆 破 边 界 , 然 后 进 行 设 计 爆 破 孔 。 结 果 如 图 5、 6, 其 中 可 根 据 设 计 参 数 和 需 要 对 已 经 生 成 的 炮 孔 进 行 长 度 、 倾 角 、 装 药 量 等 参 数 的 调 整 。 图 8ꢀ 修 正 边 界 后 相 邻 断 面 炮 孔 布 置 5) 当 矿 体 边 界 比 较 均 匀 的 时 候 , 就 可 以 对 爆 ( 破 面 在 设 计 巷 道 上 按 一 定 方 向 复 制 ( 图 9) , 但 是 为 了 爆 破 效 果 , 相 邻 断 面 炮 孔 应 该 交 错 布 置 , 所 以 在 设 计 过 程 中 将 不 同 布 置 方 式 的 扇 形 炮 孔 进 行 间 隔 复 制 , 需 要 注 意 的 是 : 切 割 槽 的 炮 孔 设 计 相 邻 扇 形 炮 孔 的 排 距 是 0. 8 m, 靠 切 割 天 井 位 置 的 距 离 为 1. 0 m。 矿 房 炮 孔 设 计 相 邻 扇 形 炮 孔 的 排 距 是 1. 0 m, 靠 切 割 天 井 位 置 的 距 离 为 1. 2 m。 但 是 通 常 情 况 下 需 要 进 行 爆 破 边 界 调 整 , 这 样 使 爆 破 在 有 效 的 范 围 内 进 行 , 使 爆 破 效 果 更 好 , 能 够 直 接 在 矿 体 中 进 行 切 割 拉 槽 或 崩 矿 。 图 5ꢀ 切 割 槽 炮 孔 布 置 图 6ꢀ 矿 房 扇 形 炮 孔 布 置 4) 如 果 因 为 凿 岩 爆 破 需 要 , 可 以 对 相 邻 扇 形 ( 图 9ꢀ 采 场 炮 孔 布 置 断 面 炮 孔 进 不 同 的 炮 孔 布 置 方 式 设 计 , 这 样 可 以 使 · 111· 总 第 382 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 4 期 表 4ꢀ 扇 形 爆 破 面 参 数 统 计 孔 ꢀ 径 角 ꢀ 度 / ( °) 长 ꢀ 度 / m 钻 孔 号 放 射 中 心 装 药 起 点 / mm 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 巷 道 中 心 3. 0 21. 3 38. 6 53. 2 66. 6 81. 0 95. 5 109. 4 122. 6 139. 9 161. 2 177. 0 5. 9 6. 3 7. 5 10. 1 8. 9 8. 1 8. 0 8. 4 9. 7 6. 9 5. 3 5. 0 0. 8 1. 2 0. 6 1. 1 0. 6 1. 2 0. 7 1. 2 0. 7 1. 2 0. 5 0. 8 图 10ꢀ 矿 房 中 深 孔 爆 破 设 计 . 2ꢀ 爆 破 实 体 模 型 及 爆 破 量 的 计 算 5 MICRONMINE 系 统 为 爆 破 设 计 提 供 了 良 好 的 计 算 统 计 功 能 , 通 过 爆 破 边 界 生 成 爆 破 实 体 , 可 以 对 爆 破 量 和 爆 破 矿 石 的 质 量 进 行 统 计 分 析 ; 通 过 对 设 计 爆 破 面 的 分 析 , 则 可 以 对 爆 破 参 数 进 行 统 计 。 10 ( 表 4 统 计 结 果 就 是 图 6 扇 形 炮 孔 面 参 数 记 录 , 包 括 11 12 工 程 量 和 材 料 消 耗 数 量 ) 。 表 3ꢀ 采 场 爆 破 量 计 算 结 果 ꢀ ꢀ 注 : 放 射 中 心 坐 标 : 东 34434380, 北 2863264, 高 程 1 462, 打 钻 米 采 场 名 称 体 ꢀ 积 吨 ꢀ / t 位 密 ꢀ 度 平 均 品 位 金 属 量 数 90. 02 m, 装 药 米 数 79. 49 m, 药 量 0. 16 kg。 扇 面 号 3 / ( t/ m3 ) / m / % / t ( ( 3) 对 设 计 采 场 爆 破 量 可 以 快 速 进 行 的 统 计 分 4) 快 速 生 成 采 场 炮 孔 布 置 剖 面 图 , 以 及 设 计 Cai - 40 - 2 Ring1 237. 27 747. 40 Cai - 40 - 2 Ring2 237. 75 748. 91 Cai - 40 - 2 Ring3 238. 85 752. 38 Cai - 40 - 2 Ring4 241. 02 759. 21 Cai - 40 - 2 Ring5 245. 41 773. 04 Cai - 40 - 2 Ring6 237. 05 746. 71 Cai - 40 - 2 Ring7 237. 24 747. 31 Cai - 40 - 2 Ring8 236. 43 744. 75 Cai - 40 - 2 Ring9 212. 88 670. 57 Cai - 40 - 2 Ring10 198. 04 623. 83 Cai - 40 - 2 Ring11 196. 67 619. 51 Cai - 40 - 2 Ring12 191. 43 603. 00 Cai - 40 - 2 Ring13 191. 67 603. 76 Cai - 40 - 2 Ring14 191. 67 603. 76 Cai - 40 - 2 Ring15 167. 18 526. 62 Cai - 40 - 2 Ring16 163. 97 516. 51 Cai - 40 - 2 Ring17 159. 00 500. 85 Cai - 40 - 2 Ring18 157. 35 495. 65 Cai - 40 - 2 Ring19 152. 70 481. 00 Cai - 40 - 2 Ring20 119. 21 375. 51 Cai - 40 - 2 Ring21 115. 28 363. 13 Cai - 40 - 2 Ring22 111. 02 349. 71 3. 15 0. 95 2. 254 065 1. 05 2. 496 375 1. 07 2. 555 695 0. 98 2. 361 996 0. 79 1. 938 739 1. 02 2. 417 910 1. 00 2. 372 400 1. 01 2. 387 943 0. 90 1. 915 920 0. 91 1. 802 164 0. 60 1. 180 020 0. 82 1. 569 726 0. 66 1. 265 022 0. 66 1. 265 022 0. 63 1. 053 234 0. 61 1. 000 217 0. 62 0. 985 800 0. 65 1. 022 775 0. 59 0. 900 930 0. 37 0. 441 077 0. 44 0. 507 232 0. 40 0. 444 08. 34. 138 340 析 ; 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 3. 15 炮 孔 参 数 表 。 实 践 证 明 , MICRONMINE 系 统 在 爆 破 设 计 过 程 中 做 到 了 可 视 、 可 控 、 可 调 等 过 程 , 改 变 了 矿 山 工 作 者 传 统 的 思 维 方 式 , 极 大 的 提 高 了 设 计 者 的 工 作 效 率 , 减 少 了 设 计 工 作 者 的 劳 动 强 度 , 取 得 了 良 好 的 经 济 效 益 , 是 实 现 矿 山 可 持 续 化 发 展 重 要 手 段 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ 1] ꢀ 弗 朗 西 斯 H I, 贝 丹 G. 智 能 矿 体 圈 定 : 集 成 地 质 传 感 与 地 理 信 息 系 统 [ J] . 国 外 金 属 矿 山 , 2002, 27( 2) : 1116. 2] ꢀ 李 赋 屏 , 蔡 劲 宏 , 任 建 国 . 矿 业 软 件 在 矿 产 储 量 评 价 中 的 应 用 [ J] . 桂 林 工 学 院 学 报 . 2005, 25( 1) : 2630. 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