3DMine在某钨锡矿三维建模及爆破设计中的应用

文柏茂

（方圆（德安）矿业投资有限公司， 江西 德安县 330408）

3DMine在某钨锡矿三维建模及爆破设计中的应用

文柏茂

（方圆（德安）矿业投资有限公司， 江西 德安县 330408）

利用3DMine建立了某钨锡矿的三维可视化模型，实现了矿山三维模型的可视化与基本三维分析，同时进行矿体回采的中深孔爆破设计，为矿山的采矿设计、生产及管理等提供初步指导。

3DMine；地表模型；矿体模型；三维建模；爆破设计

1 矿山地质概况

某钨锡矿矿区面积4.8km2，矿区周围地势险峻，区内为变质岩系所构成，山坡陡峭，地形北高南低，最高为上宝山山峰，海拔标高977m，最低处为大江桥，标高为248m。区内有石英细脉带型和大脉型矿床，细脉型为主，属燕山早期构造—岩浆岩—成矿作用的产物。本区加里东期形成广泛发育的褶皱构造，印支—燕山期则以断裂构造为主，并伴随有岩浆岩的侵入活动，致使褶皱强烈紧密，断裂错综复杂。

本区矿床规模宏大，矿体主要赋存于外接触带的角砾岩化的浅变质砂岩夹板岩中，有16条细脉带和6条单脉具工业价值。其中细脉带厚度从2～78 m，延长从100～1230m，延伸100～600m。走向近东西，倾西北，倾角一般75°～82°。单独大脉已计算储量的有 V1、V7、V6、V8、V13、V176条，矿脉长度一般300～700m，脉幅20～50cm，最大可达1m，延深200～500m。单独大脉主要分布在矿区的西北部。

2 三维模型建立［1－6］

2.1 地表模型

依据3DMine矿业软件所建立的地表模型是由一系列线或点生成的DTM面，表达了地形表面的信息形态。

2.1.1 原始数据的处理

矿山地表模型的创建以矿山原始的地形图为依据。将矿区地质勘探综合图扫描并存为tiff文件，进行一系列大量复杂的预处理。首先利用图形矢量化软件R2V进行矢量化处理，即将栅格数据结构转化为矢量数据结构；其次对矢量化处理过的地形图需要在CAD中对缺失的地形等高线进行修复。修复过程中，要注意等高线的拼接必须符合其基本的准则。最后，进行数据的查错、清理，将过密点、丁字脚、相交线等不合理的情况进行去除。

2.1.2 地表模型的三维显示

在生成DTM面之前，要赋予等高线相应的高程，使二维的等高线进行三维显示。常用方法有等值线赋高程、直接单线赋高程和最近点赋高程，本次等高线赋高程多种方法相结合，以最大地减少工作强度。对等高线赋高程后，就可以用表面菜单中的生成DTM表面功能，生成地表模型，再对生成的地表模型进行渲染和按Z值产生的颜色带过渡显示等效果处理，经渲染和过渡显示后的三维地表模型见图1。

图1 经渲染和过渡显示后的三维地表模型

2.1.3 断层模拟

本矿区有4条主要断层线：F1、F2、F3、F5179。画出断层线后，利用“点线落在DTM面上”功能，让断层线与地表线拟合，使断层线落在地表，再定义相应的断层特征值，就可模拟出真实断层，模拟出的断层面见图2，断层面与地表模型的三维显示见图3。

图2 模拟出的断层面

图3 断层面与地表模型的三维显示

2.2 矿体模型

由于矿体结构较为复杂，相邻两勘探线剖面上的矿体轮廓线往往差异很大，建立模型时需要在地质剖面图矢量化的基础上进行，并结合中段平面图、纵投影图等予以矫正，使其符合实际空间赋存状态。

2.2.1 矿体轮廓线的圈定

对扫描得到的矿山勘探线剖面图进行矢量化处理，矢量化处理的过程需依据以下几点原则：

（1）根据矿体编号，将线文件赋值属性，以防治出现混淆；

（2）线上点密度应均匀分布，以使后续线框连接的效果美观；

（3）同一条线不可以出现自相交；

（4）圈定矿体界线的曲线一定要封闭。

在矢量化处理过程中要注意剔除矿体轮廓线中的折叠点、冗余点和线条重复等不利情况，以利于后期矿体三维建模。

2.2.2 矿体三维建模

由于矿山勘探线剖面图的处理是在平面坐标系中进行的，需要对其进行三维坐标转换，使勘探线剖面图在三维坐标系统下反映实际情况，进而对相邻勘探线上的矿体轮廓进行连接。对于矿体端部的勘探线上，矿体是尖灭的，这时需要根据地质学知识推估矿体的尖灭形状。

在矿体三维建模过程中以人工干预为主，主要使用控制线、分区线，线框过滤条件设置及交叉验证等。对形成的实体，要及时进行优化、验证，以期建成矿体的三维可视化模型，建立的矿体模型见图4。

图4 矿体模型

在矿体三维实体模型的基础上可以进行任意剖面的切割，保存生成的相应剖面图，并进行进一步编辑等设计工作，便于矿山的信息化生产管理工作。

2.3 采矿工程模型

该矿山只存在地下采矿工程，采用平硐加盲竖井的开拓方式。在处理的中段平面图的基础上，主要采用腰线巷道建模方法为主，巷道底板中线加断面轮廓法以及单一轮廓法为辅的整体思想进行巷道模型的建立，以期有效合理地建取巷道模型。与巷道建模相比，井筒建模相对简单，坐标比较单一，只要确定井口和井底的三维坐标以及断面形状，就可以快速建立实体模型。对于生成的三维模型，需要运用实体布尔运算，将相交部分或出露部分线框删除，并进行合并，使其成为一个整体，以达到符合工程实际的目的。

3 中深孔爆破设计

3DMine提供了3种爆破设计方案，包括布置扇形孔、布置平行孔以及手动布置单孔，从而为采矿工程技术人员提供了较大便利。其中也提供了修改单孔设计功能，对于设计好的炮孔，也能对其做出相应的修改。在进行中深孔爆破设计时，首先尽可能保证孔底距相等，然后根据临界半径交替装药进行设计。

某钨锡矿矿体复杂多变，采用浅孔留矿法和分段凿岩阶段矿房法，基于3DMine矿业软件，结合中深孔爆破参数，对分段凿岩阶段矿房法中的中深孔爆破进行设计，并能直接打印出图，从而大大减少了设计工作量，降低了工作强度，提高了工作效率。

对设计完成的中深孔可以进行统计，统计内容包括孔个数、凿岩长度、装药长度、回采矿石量、炸药单耗等信息。中深孔爆破参数设置见图5。

图5 中深孔爆破参数设置

4 结 论

针对某钨锡矿特点以及矿山设计需要，借助3Dmine软件建立了矿山的地表模型、矿体三维模型及采矿工程模型，实现了矿山三维模型的可视化与基本三维分析，同时进行矿体回采的中深孔爆破设计。所建立的三维模型，基本真实地反映了矿山的实际情况，为矿山的采矿设计、生产及管理等提供了初步指导。

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2012－07－04）

文柏茂（1966－），男，江西萍乡人，高级工程师，国家注册安全工程师，从事采矿工程技术及管理的工作。