基于DIMINE三维数字矿山软件系统的淌塘铜矿六中段开采方法研究

冯兴隆，吴东旭，李剡兵，汪德文，吴自勉，王 毅，林吉飞

（1.玉溪矿业有限公司，云南玉溪 653100；2.玉溪矿业矿山研究院，云南玉溪 653100；3.会东鑫联矿业有限责任公司，四川会东 615200；4.昆明冶金高等专科学校，云南昆明 650033）

·采 选·

基于DIMINE三维数字矿山软件系统的淌塘铜矿六中段开采方法研究

冯兴隆1，2，吴东旭1，2，李剡兵3，汪德文1，2，吴自勉3，王 毅3，林吉飞4

（1.玉溪矿业有限公司，云南玉溪 653100；2.玉溪矿业矿山研究院，云南玉溪 653100；3.会东鑫联矿业有限责任公司，四川会东 615200；4.昆明冶金高等专科学校，云南昆明 650033）

淌塘铜矿于2006年8月建成投产，现已达到设计生产能力，矿山建有完善的开拓、运输系统，六中段为矿山的持续接替中段。文章在矿山生产现状调查和建立三维地质模型的基础上，应用DIMINE三维数字矿山软件系统的采矿设计功能，对六中段矿体可行的开采方案进行设计，通过对比分析后选择最优的开采方案，最后应用建立的三维模型对六中段回采进行整体规划。

淌塘铜矿；DIMINE三维数字矿山软件系统；回采方案

矿山生产是一套极其复杂的系统，涉及测量、地质、采矿等多学科领域，实现资源的科学开采就必须要求各学科技术人员密切配合［1，2］。采用三维的可视化技术手段辅助对矿体的开采方法进行研究，能够充分发挥其对空间各项信息解释的全面性，利用其快速计算的功能，不但减少了工作量，而且保证了采矿方法的合理性［3～5］。

本文以DIMINE三维数字矿山软件系统为平台，在矿山生产现状调查的基础上，通过对比选择适合六中段矿体的采矿方法，运用DIMINE三维数字矿山软件系统的采矿设计功能对六中段矿体进行开采方案设计，在此基础上对六中段回采进行整体规划。

1 矿山概况

淌塘铜矿于2006年8月建成投产，设计生产能力为1 500 t／d，现已达到1 500 t／d生产能力。矿山铜矿石资源储量427万t，平均品位0.65%。矿体走向总体北10°东，倾向北东，陡倾，倾角在65°～85°之间，厚度在1～40 m之间变化。已控制矿体走向长620 m，倾向延伸300 m。淌塘铜矿拥有完整齐全的开拓、提升、运输、通风、供电、供水、供风、排水系统和选矿生产系统，生活、辅助设施完备。淌塘铜矿共建有六个中段，四中段以上矿体开采已接近收尾，目前主要开采五中段（2 385 m水平），六中段（2 335 m水平）为持续接替中段［6］。

淌塘铜矿矿体开采全部使用浅孔留矿法，采矿方法布置如图1所示，采场沿走向布置，采场高度50 m，长度50 m左右，采用YTP－26凿岩机凿岩，浅孔落矿，平底结构进路式出矿，翻渣机装矿［6］。在矿岩不稳固的条件下，浅孔留矿法只适宜厚度为5 m以下的矿体开采，但随着淌塘铜矿矿体延伸和下降矿体厚度逐渐变大，浅孔留矿法已不适宜，并且此种采矿方法生产能力较低，不能满足矿山扩大产能的要求，需要选择一种更适合的开采方法。

图1 浅孔留矿法采场布置图

2 三维地质建模成果

对三维地质建模关键技术进行分析，结合DIMINE软件的功能已完成了淌塘铜矿三维地质建模工作，建立了整个矿山的地质数据库、块段模型、地形模型、断层模型、工程实体模型，并采用普通克里格法对块段模型进行了估值。

建立的三维地质模型复合图形如图2所示，从建立的三维地质模型中可以完整地看出矿区的地理位置条件、矿体分布、现有工程布置等矿山要素，立体再现矿山开采技术条件，为进行矿床的资源开发利用提供可视化基础条件。

图2 淌塘铜矿三维地质建模复合图

3 基于三维矿业软件的采矿方法选择与设计

3.1 六中段矿体赋存条件

淌塘铜矿床赋存于前震旦系会理群淌塘组第二段第二层中亚层（Pt2t22－2）中部主含矿层中，与炭质灰质千枚岩关系密切，呈层状、似层状单斜产出。含矿层及其顶底板围岩岩石质量指标低，岩石风化强烈，厚度较大，以层状岩类为主，岩体完整程度差；顶底板围岩直接充水，使岩体失稳的工程地质问题发育较多，坑道片帮、冒顶、整体沉降变形地段多。该矿床属以变质岩类碎裂状结构为主的工程地质条件复杂类型矿床。

本文研究对象是六中段2＃～6＃川之间1＃、2＃矿体的已探明部分，该部分矿体主要分布在＋1～7线之间，根据建立的三维矿体模型对其赋存情况进行了分析，其赋存情况见表1。从表1中可以看出开采对象具备如下特点：（1）在矿体倾角上，1＃矿体为72°～77°，整体向西倾，而2＃矿体为65°～80°，整体向东倾，因此矿体上下盘情况不明；（2）在矿体水平厚度上，1＃矿体为1～36 m，2＃矿体为2.6～38 m，矿体厚度变化较大，两头薄、中间厚大，上下盘均分布有多支薄小矿脉；（3）1＃、2＃矿体相距10～35 m不等；（4）1＃矿体走向总体北5°西，走向长350 m，2＃矿体走向总体北25°东，走向长180 m。

表1 淌塘铜矿六中段＋1～7线1＃、2＃矿体赋存情况统计表

3.2 采矿方法选择

根据采矿方法选择原则、开采技术条件及对三大类采矿方法的整体分析，当矿体厚度大于5 m时，适合的采矿方法主要有分层崩落法、无底柱分段崩落法、有底柱电耙出矿分段崩落法、有底柱振机出矿阶段崩落法四种［7］。

通过对每一种采矿方法的回采工艺、生产能力和技术经济指标等进行综合分析比较后，认为有底柱振机出矿阶段崩落法是现阶段最适合淌塘铜矿的采矿方法。按照炮孔及爆破补偿空间布置形式对采矿方案进行划分，适合淌塘铜矿的有底柱振机出矿阶段崩落法可以分为水平扇形孔方案、上向扇形孔方案（切割槽垂直走向布置）、下向平行孔方案（分切割槽沿走向和垂直走向布置）四种采矿方案，详见文献［6］。应用DIMINE三维数字矿山软件对这四种方案进行了设计，设计的三维工程布置情况如图3所示。通过对这四种方案的对比分析后，确定在矿体厚度大于15 m时采用下向平行孔－切割槽沿走向布置方案，矿体厚度为5～15 m时采用扇形孔落矿方案，矿体厚度小于5 m时采用浅孔留矿法作为最终的矿体回采方案。下面对下向平行孔－切割槽沿走向布置方案的详细设计进行论述。

图3 采场三维采切设计方案图

3.3 底部结构优化设计研究

采场的底部结构是包括从运输水平到拉底水平之间受矿、出矿和装矿巷道的有机组合。采场底部结构是采矿方法的重要组成部分，决定着采场的生产能力等重要指标，其设计的合理性影响着采场的劳动生产率、工程量、损失贫化以及放矿工作的安全性等。

采场的底部结构的设计应满足下列基本要求：（1）在采场整个放矿过程中，应保证底柱的稳定性，以使采下的矿石按计划的矿量放出；（2）保证放矿、二次破碎和搬运工作的安全和良好的劳动条件；（3）放矿能力大，提高采矿方法的效率；（4）结构简单，施工方便。

基于上述考虑，结合本采矿方法的特点，提出采用振动放矿机放矿的底部结构。它的特点是：便于实现放矿控制，降低贫损指标，提高采场生产能力。按照间距15 m布置装矿道，装矿道两侧漏斗交替布置，漏斗间距7.5 m，斗颈长7 m，底柱高9 m，漏斗口直径6.5 m，为了保护装矿道，靠近装矿道一侧漏斗形状为矩形，远离装矿道一侧漏斗口形状为半圆形，斗颈高7 m，断面尺寸为2 m×2 m，斗穿断面尺寸为1.6 m×1.8 m。

采用DIMINE三维数字矿山软件按照选定的底部结构参数对六中段采场进行了底部结构优化布置，如图4所示。

3.4 回采方案设计

图4 底部结构布置图

有底柱振机出矿阶段崩落法平行深孔爆破方案时采场分为上下两个分段，上分段矿体高度10 m，采用用水平孔爆破，凿岩巷道和凿岩硐室作为补偿空间，下分段高度30 m，在上下分段间布置凿岩巷道，打下向平行深孔崩落矿石，在采场中间用浅孔留矿法采出切割槽作为下分段崩矿的补偿空间，采场整体一次爆破，总体上按照放矿计划采用底部结构振动放矿机进行放矿，以减少矿石损失和贫化。根据六中段的矿体赋存情况，其中有底柱振机出矿阶段崩落法（下向平行孔－切割槽沿走向布置方案）为最主要的回采方法，采矿方法如图5所示，下面对这种方法的工程布置情况及回采工作进行论述。

图5 有底部结构分段落矿阶段振机出矿方案图

3.4.1 采场结构参数

采场单元沿走向布置，按走向长50 m划分，宽度等于矿体厚度，阶段高度50 m左右。

3.4.2 采准切割工程布置

整个采场高42 m，分成上下两个分段。上分段根据分段间凿岩巷道提供的补偿空间反算得到高度10 m左右，可以隔开上中段崩落矿岩，以保证分段间凿岩巷道安全。在矿体下盘布置脉外材料井和人行井，两个采场共用一条材料井和人行井。

3.4.2.1 采准系统

上下分段之间垂直矿体走向方向布置凿岩巷道，凿岩巷道间隔3 m，由于凿岩巷道间隔较窄，在矿岩不稳固地段需要加强支护。在切割槽两边，距离切割槽6 m左右距离，回采单元走向的中间位置布置浅采人行井，走向上距离本采场人行井50 m处的相应位置布置一条下渣井，作为回采采场分段间凿岩工程出渣用，在本采场回采后作为下一采场的人行井。在凿岩分层上采用联道联通岩井、凿岩巷道及脉外人行井和材料井。底部结构漏斗上部布置棋盘式拉底巷道，保证底部结构扩漏效果。

为了回采上分段矿体，在上分段内共布置6条岩井，从凿岩巷道通五中段相应工程，在岩井旁布置凿岩硐室。

3.4.2.2 切割系统

切割槽沿矿体走向布置在采场垂直走向的中间对应漏斗的上部，切割槽宽度根据矿体厚度做相应调整（爆破补偿系数按20%计算，宽4.5 m切割槽加上拉底空间，可提供厚度为25.5 m左右的矿石崩落所需补偿空间），在切割槽和崩落的矿体间留3 m宽的矿柱（即切割槽长度47 m），矿柱自然跨落。在切割槽浅采人行井上，每隔5 m高度布置切割联道联通切割槽。由漏斗口向上切割形成切割槽初始爆破空间，用浅孔留矿法方式形成切割槽。

切割工程的布置如图3（c）所示，相应的切割工程断面尺寸列于表2，根据标准方法图计算出的主要技术指标列于表3。

表2 切割工程断面尺寸表

表3 主要经济技术指标表

3.4.3 回采工艺

3.4.3.1 平行深孔爆破参数确定

孔间距a取5 m，排间距b取3 m。

3.4.3.2 上分段凿岩

上分段采用水平孔落矿，采用YQ－100凿岩机在凿岩硐室打眼，孔径Ф80 mm，孔深7～15 m。根据矿岩的坚固性系数、矿体的完整性以及矿山的实际应用情况，爆破采用最小抵抗线为1.5～2.5 m，最大孔底距为3.0～3.5 m，密集系数为1.2～2.33，梅花型布置的水平孔。爆破所需补偿空间主要由分段间凿岩巷道和上分段凿岩硐室形成的空间来提供。

3.4.3.3 下分段凿岩

下分段采用下向竖直平行孔落矿。在凿岩巷道中采用KQD100组合型潜孔钻机打下向竖直平行深孔，孔径Ф120 mm，孔深8～30 m。下分段回采爆破时指向切割空间。炮孔孔距5 m，排间距3 m。爆破所需补偿空间主要由切割槽空间和拉底空间来提供。

3.4.3.4 爆破

浅采形成切割槽之后，暂不放空，待单元内所有工程形成之后，再行放空切割槽，同时形成炮孔。爆破准备工作完成之后，首先破掉拉底巷道矿柱，然后爆破下分段平行深孔矿岩，最后崩落上分段水平扇形孔矿岩，整个单元微差一次爆破。

4 六中段回采整体规划

根据建立的六中段三维矿体模型，分析1＃、2＃矿体的赋存形态后，对＋1～7勘探线间的矿体进行了采矿方案的规划，采场的规划如图6所示。

六中段＋1～7勘探线间的矿体共规划为12个采场，其中应用有底部结构分段落矿阶段振机出矿法的采场共有10个，回采地质矿量为144.41万t，占规划总矿量的98%，应用浅孔留矿法进行回采的的采场共有2个，回采地质矿量为2.20万t，占规划总矿量的2%。

中段内回采顺序按照从北到南的顺序回采，即后退式回采。考虑到生产的接替、矿体探矿程度等因素，六中段2＃矿体和1＃矿体采场回采顺序如图7所示。

5 结 论

1.针对淌塘铜矿六中段矿岩开采技术条件及淌塘铜矿目前的生产现状，选用了两种采矿方法进行回采矿体，即有底部结构分段落矿阶段振机出矿法（矿体厚度大于15 m时采用沿走向布置切割槽平行深孔落矿方案，矿体厚度为5～15 m时采用扇形孔落矿方案）和浅孔留矿法（矿体厚度小于5 m时采用此方案）。

2.应用DIMINE三维数字矿山软件系统对提出的四种方案进行了设计，并对选中的最优方案的底部结构和回采工程的布置进行了论述，最后对六中段的整体回采顺序进行了规划。

图6 六中段＋1～7勘探线间设计采场分布图

图7 六中段2＃矿体和1＃矿体采场回采顺序图

3.三维采矿方法设计是采矿设计的一次革命，应用三维矿业软件可以方便快捷地完成采矿方法的设计，并能迅速、准确地计算出设计技术参数，为采矿方案优化提供了快捷的工具。三维采矿方法设计的应用可以弥补当前矿山技术人员不足的缺陷，把工程设计人员从繁重的重复劳动中解放出来，使其把更多的精力投入到方案优化中去。

2006，6（2）：59－61.

［3］ 徐帅，柳小波，孙豁然，等.基于AutoCAD的矿山三维实体井巷实现研究术［J］.金属矿山，2006，358（4）：39－42.

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M ining M ethod Research of the Sixth Level of Tangtang Copper M ine Based on DIM INE 3D M ining Software System

FENG Xing-long1，2，WU Dong-xu1，2，LIYan-bing3，WANG De-wen1，2，WU Zi-mian3，WANG Yi3，LIN Ji-fei4
（1.YuxiMining Co.，Ltd.，Yuxi653100，China；2.Mining Institute of YuxiMining Co.，Ltd，Yuxi653100，China；3.East County Xin Alliance Minging Co.，Ltd.，Huidong 615200，China；4.Kunming Metallurgy College，Kunming 650033，China）

Tangtang copperminewas put into operation in August2006 and has already reached the designed production capacity.Themine has perfect development and transportation system.The sixth level is a transitional level of mine development.With the application ofmining design features in DIMINE 3D mining software system，and based on mine production survey and the established three-dimensional geologicalmodel，several feasible mining plans of sixmiddle ore body were designed.Therefore the optimalmining plan was selected through the comparative analysis of the feasiblemining plans.The overall recovery program of the sixth level orebody is created based on the established three-dimensional geologicalmodel.

Tangtang coppermine；DIMINE three-dimensionalmining software system；recovery program

TD853

：A

：1003－5540（2013）01－0001－06

2012－09－12

冯兴隆（1980－），男，工程师，博士，主要从事自然崩落法与数字矿山技术的研究。