文柏茂

（方圓（德安）礦業(yè)投資有限公司， 江西 德安縣 330408）

3DMine在某鎢錫礦三維建模及爆破設(shè)計中的應(yīng)用

文柏茂

（方圓（德安）礦業(yè)投資有限公司， 江西 德安縣 330408）

利用3DMine建立了某鎢錫礦的三維可視化模型，實現(xiàn)了礦山三維模型的可視化與基本三維分析，同時進行礦體回采的中深孔爆破設(shè)計，為礦山的采礦設(shè)計、生產(chǎn)及管理等提供初步指導(dǎo)。

3DMine；地表模型；礦體模型；三維建模；爆破設(shè)計

1 礦山地質(zhì)概況

某鎢錫礦礦區(qū)面積4.8km2，礦區(qū)周圍地勢險峻，區(qū)內(nèi)為變質(zhì)巖系所構(gòu)成，山坡陡峭，地形北高南低，最高為上寶山山峰，海拔標(biāo)高977m，最低處為大江橋，標(biāo)高為248m。區(qū)內(nèi)有石英細脈帶型和大脈型礦床，細脈型為主，屬燕山早期構(gòu)造—巖漿巖—成礦作用的產(chǎn)物。本區(qū)加里東期形成廣泛發(fā)育的褶皺構(gòu)造，印支—燕山期則以斷裂構(gòu)造為主，并伴隨有巖漿巖的侵入活動，致使褶皺強烈緊密，斷裂錯綜復(fù)雜。

本區(qū)礦床規(guī)模宏大，礦體主要賦存于外接觸帶的角礫巖化的淺變質(zhì)砂巖夾板巖中，有16條細脈帶和6條單脈具工業(yè)價值。其中細脈帶厚度從2～78 m，延長從100～1230m，延伸100～600m。走向近東西，傾西北，傾角一般75°～82°。單獨大脈已計算儲量的有 V1、V7、V6、V8、V13、V176條，礦脈長度一般300～700m，脈幅20～50cm，最大可達1m，延深200～500m。單獨大脈主要分布在礦區(qū)的西北部。

2 三維模型建立［1－6］

2.1 地表模型

依據(jù)3DMine礦業(yè)軟件所建立的地表模型是由一系列線或點生成的DTM面，表達了地形表面的信息形態(tài)。

2.1.1 原始數(shù)據(jù)的處理

礦山地表模型的創(chuàng)建以礦山原始的地形圖為依據(jù)。將礦區(qū)地質(zhì)勘探綜合圖掃描并存為tiff文件，進行一系列大量復(fù)雜的預(yù)處理。首先利用圖形矢量化軟件R2V進行矢量化處理，即將柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；其次對矢量化處理過的地形圖需要在CAD中對缺失的地形等高線進行修復(fù)。修復(fù)過程中，要注意等高線的拼接必須符合其基本的準(zhǔn)則。最后，進行數(shù)據(jù)的查錯、清理，將過密點、丁字腳、相交線等不合理的情況進行去除。

2.1.2 地表模型的三維顯示

在生成DTM面之前，要賦予等高線相應(yīng)的高程，使二維的等高線進行三維顯示。常用方法有等值線賦高程、直接單線賦高程和最近點賦高程，本次等高線賦高程多種方法相結(jié)合，以最大地減少工作強度。對等高線賦高程后，就可以用表面菜單中的生成DTM表面功能，生成地表模型，再對生成的地表模型進行渲染和按Z值產(chǎn)生的顏色帶過渡顯示等效果處理，經(jīng)渲染和過渡顯示后的三維地表模型見圖1。

圖1 經(jīng)渲染和過渡顯示后的三維地表模型

2.1.3 斷層模擬

本礦區(qū)有4條主要斷層線：F1、F2、F3、F5179。畫出斷層線后，利用“點線落在DTM面上”功能，讓斷層線與地表線擬合，使斷層線落在地表，再定義相應(yīng)的斷層特征值，就可模擬出真實斷層，模擬出的斷層面見圖2，斷層面與地表模型的三維顯示見圖3。

圖2 模擬出的斷層面

圖3 斷層面與地表模型的三維顯示

2.2 礦體模型

由于礦體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，相鄰兩勘探線剖面上的礦體輪廓線往往差異很大，建立模型時需要在地質(zhì)剖面圖矢量化的基礎(chǔ)上進行，并結(jié)合中段平面圖、縱投影圖等予以矯正，使其符合實際空間賦存狀態(tài)。

2.2.1 礦體輪廓線的圈定

對掃描得到的礦山勘探線剖面圖進行矢量化處理，矢量化處理的過程需依據(jù)以下幾點原則：

（1）根據(jù)礦體編號，將線文件賦值屬性，以防治出現(xiàn)混淆；

（2）線上點密度應(yīng)均勻分布，以使后續(xù)線框連接的效果美觀；

（3）同一條線不可以出現(xiàn)自相交；

（4）圈定礦體界線的曲線一定要封閉。

在矢量化處理過程中要注意剔除礦體輪廓線中的折疊點、冗余點和線條重復(fù)等不利情況，以利于后期礦體三維建模。

2.2.2 礦體三維建模

由于礦山勘探線剖面圖的處理是在平面坐標(biāo)系中進行的，需要對其進行三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使勘探線剖面圖在三維坐標(biāo)系統(tǒng)下反映實際情況，進而對相鄰勘探線上的礦體輪廓進行連接。對于礦體端部的勘探線上，礦體是尖滅的，這時需要根據(jù)地質(zhì)學(xué)知識推估礦體的尖滅形狀。

在礦體三維建模過程中以人工干預(yù)為主，主要使用控制線、分區(qū)線，線框過濾條件設(shè)置及交叉驗證等。對形成的實體，要及時進行優(yōu)化、驗證，以期建成礦體的三維可視化模型，建立的礦體模型見圖4。

圖4 礦體模型

在礦體三維實體模型的基礎(chǔ)上可以進行任意剖面的切割，保存生成的相應(yīng)剖面圖，并進行進一步編輯等設(shè)計工作，便于礦山的信息化生產(chǎn)管理工作。

2.3 采礦工程模型

該礦山只存在地下采礦工程，采用平硐加盲豎井的開拓方式。在處理的中段平面圖的基礎(chǔ)上，主要采用腰線巷道建模方法為主，巷道底板中線加斷面輪廓法以及單一輪廓法為輔的整體思想進行巷道模型的建立，以期有效合理地建取巷道模型。與巷道建模相比，井筒建模相對簡單，坐標(biāo)比較單一，只要確定井口和井底的三維坐標(biāo)以及斷面形狀，就可以快速建立實體模型。對于生成的三維模型，需要運用實體布爾運算，將相交部分或出露部分線框刪除，并進行合并，使其成為一個整體，以達到符合工程實際的目的。

3 中深孔爆破設(shè)計

3DMine提供了3種爆破設(shè)計方案，包括布置扇形孔、布置平行孔以及手動布置單孔，從而為采礦工程技術(shù)人員提供了較大便利。其中也提供了修改單孔設(shè)計功能，對于設(shè)計好的炮孔，也能對其做出相應(yīng)的修改。在進行中深孔爆破設(shè)計時，首先盡可能保證孔底距相等，然后根據(jù)臨界半徑交替裝藥進行設(shè)計。

某鎢錫礦礦體復(fù)雜多變，采用淺孔留礦法和分段鑿巖階段礦房法，基于3DMine礦業(yè)軟件，結(jié)合中深孔爆破參數(shù)，對分段鑿巖階段礦房法中的中深孔爆破進行設(shè)計，并能直接打印出圖，從而大大減少了設(shè)計工作量，降低了工作強度，提高了工作效率。

對設(shè)計完成的中深孔可以進行統(tǒng)計，統(tǒng)計內(nèi)容包括孔個數(shù)、鑿巖長度、裝藥長度、回采礦石量、炸藥單耗等信息。中深孔爆破參數(shù)設(shè)置見圖5。

圖5 中深孔爆破參數(shù)設(shè)置

4 結(jié) 論

針對某鎢錫礦特點以及礦山設(shè)計需要，借助3Dmine軟件建立了礦山的地表模型、礦體三維模型及采礦工程模型，實現(xiàn)了礦山三維模型的可視化與基本三維分析，同時進行礦體回采的中深孔爆破設(shè)計。所建立的三維模型，基本真實地反映了礦山的實際情況，為礦山的采礦設(shè)計、生產(chǎn)及管理等提供了初步指導(dǎo)。

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2012－07－04）

文柏茂（1966－），男，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師，國家注冊安全工程師，從事采礦工程技術(shù)及管理的工作。