Surpac及全站仪测量技术在矿山损贫指标分析中的应用

2014-03-04程光华张利君盛学栋赵继勇郭传扬孙文朋董念忠

有色金属（矿山部分） 2014年5期

程光华，张利君，盛学栋，赵继勇，郭传扬，孙文朋，董念忠

（1．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083；2．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；3．山东黄金矿业莱西有限公司，山东莱西266616）

采矿工艺包括凿岩、爆破、通风、出矿、充填等多工序。目前国内由于技术及设备等条件限制，往往造成各工序之间独立发展而不能较好地衔接，造成矿石较大的损失及贫化，尤其对于贵金属而言，直接影响经济效益。

山东黄金下属的莱西矿业公司山后金矿位于招远与莱西接壤的地带，在招远城区南30km，莱西城区北34km，行政区划隶属莱西市南墅镇管辖。采用上向分层胶结充填采矿法进行采矿。

控制损失贫化是采用上向分层法回采薄矿脉时的一个突出的难题，直接决定矿山的经济效益及矿山今后的发展方向。国内外针对采空区扫描的主要手段有CMS、CLAS及国内诸多三维空区扫描仪，但这类设备成本较高，对于规模较小的矿山往往很难做到［1］。因此莱西矿业公司采用全站仪对采空区实际形状进行边界点测量，Surpac软件进行矿体及采空区三维实体模型的建立，准确反映采空区和矿体实际情况，通过后期实体间的布尔运算可以准确地计算出试验采场的采矿损失贫化指标。

1 Surpac软件简介

Surpac软件是澳大利亚GEMCOM公司开发的大型矿业工程软件，是一套强大的三维可视化建模工具，广泛应用于全球大量矿山测量、勘探、建模及采矿设计等环节［2］。Surpac软件根据计算机图像图形方法和技术对用户输入的数据进行处理，然后以输出图形图像的方式将数据处理的过程和结果进行可视化的显现，三维可视化模块（3DGraphic System）为用户提供直观的效果。矿山生产是一种三维空间的生产过程，充分利用计算机矿业软件的三维可视化空间分析的优势帮助矿山生产管理和规划，可以大大提高生产效益［3］。

2 矿区地质简介

莱西矿业公司山后金矿矿体赋存于招平断裂下盘40m范围之内，主要分布在勘探线16～32线间，－500 m以上。在矿区范围内，共有16个大小不一的矿体。其中，资源储量占矿床资源总储量65．5%的I－2矿体为主矿体，I－3矿体为次要矿体。矿体形态较简单，沿倾向及走向上具有膨大收缩、尖灭再现、分支复合等现象。I－2主矿体上盘与断层泥直接接触，下盘位于断层泥下盘20m范围内。赋存标高156～－487m，矿体形态呈板柱状。矿体产状稳定，走向30°～33°，平均32°，沿走向长75～349m，平均257m；倾向SE，倾角38°～46°，平均40°，延深87～1 012m，平均885m；矿体厚度0．63～20．26m，平均厚度4．02m，厚度变化系数82．15%；水文地质简单，围岩较稳固［4］。

3 现场测量

针对矿体特殊的赋存条件，莱西矿业公司采用脉内采准巷道沿矿体走向进行掘进。以＋10m中段试验采场第一分层采空区为研究对象，采空区清理完毕以后，将全站仪安置在采场空区；矿体整体沿走向产状变化较大，采用全站仪通过之前布置的基准点每隔1．0m进行采场边界实测，在遇到拐弯处或巷道分岔口处时调整为每隔0．5m测1次采场边界顶板及底板实际坐标。由于全站仪沿直线进行测量，因此在测量过程中会遇阻挡或遮挡，导致部分区域无法测到而出现测量盲区［5］。因此，对于试验采场内复杂的边界，可以多移动几次位置进行测量，尽量避免出现较多的盲区，保证测量的精度。探测完成后，保存数据并进行仪器自动复位，仪器整理完毕后归位。在测量工作完成后将完整数据录入电子表格模版。表格中的地质信息可以导入Access数据库中，为后期的精细建模提供基础数据。数据管理由专人负责并定期更新。

4 数据处理

4．1 数据处理流程

现场扫描完成后，测量数据在测量工作完成当天导出到测量数据库中，由专人管理，建立专门的文件夹，定期进行备份，导出数据格式为．csv或．txt格式，文件名：中段标高—采场编号—分层编号．txt格式，以方便今后的管理和保存。利用三维矿业软件Surpac软件将．txt文本文件转化为．str线文件，而后生成．dtm实体模型，经过实体模型验证后获得空区实体，实时进行空区模型实际体积测量并生成．not报告文件［6］。实现空区体积的计算功能具体处理步骤见图1。

图1 数据处理流程图Fig．1 Data processing flow chart

4．2 建立三维实体模型

1）建立矿体三维实体模型。根据山后金矿地质详查报告，并应用Surpac矿业软件对矿体进行三维实体模型的建立。由于矿体厚度较薄，矿体边界的精确测量就显得尤为重要，矿体的实际边界仅根据详查报告不能真实地反应矿体的形态，在开拓采矿过程中对矿体边界进行二次实测，随时更改矿体边界。因Surpac软件北向用y，东向用x表示，在建模过程中注意输入的字段与坐标是否对应［7］，避免错误线文件的生成，经处理后最终得到＋10～＋120 m矿体三维实体模型（见图2）。

2）建立采空区三维实体模型。全站仪扫描完成后输出．xyz文件，通过编辑生成的．txt文件，将其导入Surpac软件中，需要指出的是全站仪输出的数据导入Surpac生成的线文件会自动将散点连接成线。

图2 ＋10～＋120m矿体模型Fig．2 The model of orebody between＋10mto＋120m

将全站仪在所有架设点所得数据进行合并，最终得到空区线文件，在合并后的线文件处理过程中应注意到扫描点数较少的区段实际上是不可靠的点，在不影响模型整体性的前提下进行适当取舍是允许的。将处理完成后的线文件通过三角网化创建实体并验证其是否有效，通过验证后最终得到空区实体模型。

图3 采场采空区主视图Fig．3 Main view of stope gob

建立的三维空区实体模型如图3和图4所示。由图可以直观看出采空区实际空间形态。通过现场数据分析还可以得到更详细的信息：＋60m中段水平60－6#－2分层和60－6#－3分层回采完毕；60－5#－1分层天井南和天井北回采完毕并已充填，60－5#－2分层也回采完毕并充填；10－3＆4#－1分层一次回采完成后充填；10－4#－2分层已回采完成并充填；10－5#－1分层和2分层也已充填。

以＋10m中段3、4号采场的第一分层为例，通过Surpac三维建模得到采空区实际体积，同时利用Surpac软件实体剖面功能得到与采空区对应的分层矿体边界（图5所示），将采空区与对应的分层矿体进行耦合分析（图6所示），并计算损失率和贫化率。

4．3 数据处理

图4 采场采空区俯视图Fig．4 Top view of stope gob

图5 采空区对应的矿体模型图Fig．5 Gob corresponding orebody model diagram

图6 采空区与矿体耦合模型Fig．6 Gob coupled with the orebody model

1）采矿损失率计算。通过把Surpac软件建立的矿体三维实体模型与空区三维实体模型进行耦合计算，利用软件实体工具中相交并去除公共部分这一指令步骤，最终得到爆破完成后未采下的矿体模型（见图7）；通过Surpac软件报告实体体积的指令得出＋10m中段3、4号采场第一分层矿体体积1 724m3，爆破完成后未采下的矿体体积为400m3，依据采矿损失率计算公式［8］：

式中：λ为采矿损失率，%；Vw为爆破完成后未采下的矿体体积，m3；Vf为＋10m中段3、4号采场第一分层矿体体积，m3。

最终计算得出采矿损失率为23．2%，由于运输过程中可能会造成极少量的矿石损失，计算过程中忽略该部分对损失率的影响。

图7 爆破完成后未采下的矿体模型Fig．7 The model of remain ore body after the completion of blasting

2）矿石贫化率计算。山后金矿在采矿过程中矿石贫化的主要原因是上盘断层泥的冒落，而上盘断层泥几乎没有品位，因此矿石贫化率与废石混入率相等。应用Surpac软件对矿体与采空区实体模型进行布尔运算处理，得到＋10m中段3、4号采场第一分层的采空区体积为1 541m3，爆破后多采下的岩石体积为216m3（见图8）。根据矿石贫化率计算公式：

式中：γ—矿石贫化率，%；Vy—＋10m中段3、4号采场第一分层爆破后多采下的岩石体积，m3；Vc—采空区体积，m3。

最终计算得出矿石贫化率为14．02%。

图8 爆破完成后多采下的岩石模型Fig．8 The model of more mining rock after the completion of blasting

4．4 验证计算结果

根据山后金矿现场提供的资料，试验采场第一分层矿石地质品位为2．0g／t，针对试验采场第一分层计算其采出矿石品位，根据金属量平衡关系计算公式：

式中：α—采出矿石品位，g／t；γ—矿石贫化率，%；Vf—＋10m中段3、4号采场第一分层矿体体积，m3；λ—采矿损失率，%；Vc—采空区体积，m3。

最终计算结果是采出矿石品位为1．2g／t。试验采场采出的矿石集中运到莱西矿业公司选矿厂，根据选矿厂提供的入选矿石量和金精矿量，选厂浮选回收率为84%，金精矿品位为57．43g／t，能够计算出入选矿石平均品位为1．13g／t。对比计算结果，采出矿石品位比入选矿石品位稍大（在可接受范围内），充分说明了Surpac软件与全站仪测量技术联合处理矿山损贫指标的分析方法是完全可行的。