DI MI NE软件在自然崩落法中的应用

2018-05-30王李管

采矿技术 2018年3期

梁超,王李管

(1.中南大学, 湖南长沙 410083;2.长沙迪迈数码科技股份有限公司, 湖南长沙 410205)

0 引言

自然崩落法虽然是一种规模大、效率高、成本低、工艺简单的地下采矿方法,但由于其对矿岩物理性质要求较高,应用时对矿体开采技术条件的要求相当严格,需要很高的生产管理水平,而且应用这种方法比使用其它方法更具风险性.如何提高自然崩落法应用的安全、高效、精确是广大学者研究的课题之一.随着三维可视化数字矿山软件的发展,可实现自然崩落法安全、高效、精准的目的.

1 DI MINE软件在自然崩落法中的作用

自然崩落法由于其适用条件、开采工艺、生产过程控制与管理的复杂性,使其成为所有采矿方法中技术和管理水平要求最高、风险最大、贫化损失指标控制最难的一种采矿方法.沈南山等人认为自然崩落采矿法潜在的主要问题有5个方面:地质资料、矿岩体数据、矿岩崩落的连续性、崩落块度、底部放矿结构.准确、合理的崩落法采矿设计与风险预测需要建立在充分、准确的地质资料基础之上.借助于信息外延理论或插值技术,充分利用有限的地质资料,建立合理、可靠的地质模型是自然崩落法成功的重要前提.矿岩体的可崩性及块度准确预测直接关系到放矿间距、设备选型及生产能力.底部结构的地压控制和稳定性维护是自然崩落法采矿能否成功的最关键技术[1].而对这些方面的处理,三维矿业软件有着独特的优势.

1.1 准确快速地建立各种地质资源模型

DI MINE软件最大的特色之一是能快速的建立各种地质资源模型,包括地质数据库、地表模型、矿体模型、断层模型、地层(岩性)模型、块体模型、品位资源模型、井巷工程模型等.通过建立合理、可靠的地质模型,才能对矿山进行可靠的资源评价,才能进行合理的采矿设计和风险评估.自然崩落法进行分析研究、计划编制、生产管理的数据都来源于DIG MINE软件建立的各种模型.

1.2 优化工程设计模型及快速编制工程施工进度计划

三维矿业软件对自然崩落法矿山前期的工程设计和基建期的施工组织计划编排有很大的指导作用.

结合矿床地质和生产条件,对自然崩落法矿山生产过程中至关重要的拉底、切割、底部结构及其支护等工程进行科学的优化设计,提高设计效率、加快工程实施.

基于排队论、多目标线性规划等最优化方法的DI MINE软件能快速科学地编制井巷工程、拉底切割工程施工进度计划,加快工程施工进度.

1.3 可进行矿岩可崩性研究

自然崩落法对矿床开采技术条件要求严格,与其它地下开采方式相比有明显区别,一旦实施将很难进行采矿方案变更.因此,在采用自然崩落法的矿山对矿岩质量进行全面评价显得尤为重要.目前一种基于区域化变量最优估值理论及RMR评价体系的矿岩质量三维数字化评价方法能克服传统以点带面的评价方法因没能考虑各参数的随机变化,其评价结论存在一定缺陷的问题.

矿岩质量三维数字化评价方法的步骤是:

(1)基于钻孔和岩体原位调查数据建立矿岩评价参数的原始三维数据库;

(2)对各参评参数进行变异性分析及交叉验证,确定各参数的变程、块金及基台值;

(3)根据地质资料建立待评价区域的三维实体模型;

(4)基于八叉树结构及次分块技术,建立评价区域RMR块体模型;

(5)利用区域化变量最优估值理论对各评价参数进行空间插值,最终得到矿区整体三维数字化RMR评价模型;

(6)根据Laubscher的评价标准,对模型结果进行统计分析,得出矿岩可崩性分级统计,从而判断矿岩的可崩性好坏.评价流程如图1所示.

三维矿业软件在建立数据库、三维实体模型、评价区域块体模型、变异函数分析、克里格法空间插值、评价模型统计分析等方面具有独特的优势.

图1 矿岩质量三维数字化评价流程

2 应用实例

普朗铜矿矿床成矿作用发生在复式斑岩体内.岩体中心形成由细脉浸染状矿石组成的筒状矿体,岩体边部产出脉状矿体.成矿元素以铜为主,伴有金、银、钼、硫等有用组分,矿化带长大于2300 m,宽600~800 m,面积约1.09 k m2,呈穹窿状.普朗铜矿一期以普朗铜矿首采区KT1矿体(7－20线)为开采对象,首采区岩层破碎、完整性差,工程地质条件恶劣,品位较低,但矿体厚大,近乎垂直,有足够的崩落面积,计划年矿石产量为1250万t.一期首采中段为标高3720 m以上矿体,计划达产时间为2017年,其投入生产后将是我国规模最大的自然崩落法生产矿山.

2.1 运用DI MINE软件快速建立地质资源模型

由钻孔开口、测斜、样品、岩性信息等能建立地质钻孔数据库,可为后期模型估值、算量提供数据支撑.

根据地形图文件,可以便捷地建立地表模型,地表模型是放矿控制的上部边界,可为后期放矿点崩落高度计算及塌陷区范围测算提供条件.如图2所示.

图2 首采区钻孔数据库、地表及矿体模型

由地质钻孔数据库解译的地质界线(矿体、断层、地层、岩性界线)或者已有的平、剖面二维图件中提取的地质界线可以建立矿体模型、断层模型、地层或岩体模型,矿体模型可用于确定采区的矿量储备情况,为后期开采计划编制创造条件;断层模型、地层或岩体模型可为自然崩落法开采前的崩落特性研究提供基础模型,如图3所示.

图3 首采区岩体模型

建立块体模型,运用钻孔数据库和矿体模型,通过某种插值方法可以得到矿床的品位模型(见图4),品位模型是承载着各种地质信息的尺寸不等的众多单元块,它能为后期自然崩落法中每个放矿点的担负矿量、放矿高度、分层品位、放出品位的计算与分析提供基础条件.

通过建立已经施工的和设计未施工的井巷工程模型(见图5),包括穿脉、沿脉、溜井及放矿底部结构等,可以为基建期、投产期、达产期各个时期的掘进计划进行安排,同时在三维可视化的情况下通过建立的井巷三维实体,能够为底部结构的设计和优化提供便利.

2.2 首采区基建工程进度计划编制及拉底范围确定

普朗铜矿首采中段设有4个主要水平,从下至上分别为3660 m有轨运输水平、3700 m回风水平、3720 m出矿水平、3736 m拉底水平,上下高差分别为30,20 m和16 m.

结合矿床地质和生产条件,对3720 m出矿水平的底部结构进行科学的优化设计,经过多方案对比,确定出矿穿脉之间间距30 m且垂直矿体走向布置,出矿进路之间的距离为15 m,采用分支鲱骨式布置,出矿进路与出矿穿脉成55°角相交,如图6所示.

图6 出矿水平布置图(局部)

为了更合理的安排矿山地下工程的施工顺序,在最短的工期内完成矿山基建工程,采用了DIG MINE三维矿业软件对基建期的地下工程施工网络计划进行了编制.在软件中建立的矿山各种采掘工程在空间上的关系十分清晰,且能在三维空间中查询矿体的品位信息,为应用优化法和模拟方法进行采掘工程顺序确定提供了基础和手段[3].3736 m水平穿脉掘进进度见图7.

图7 3736 m水平穿脉掘进进度

拉底计划是进行放矿计划编制的前提条件,拉底计划编制不合理,可能在准备工作还没做好的情况下提前进入持续崩落阶段而对生产造成毁灭性的影响,也可能规定的时间达不到产能而延长工期.

进行拉底计划编制时需考虑初始崩落面积、持续崩落面积及达产所需面积,然后根据达产时间反推每月的平均拉底面积.同时,需考虑从开始拉底到初始崩落阶段、初始崩落到持续崩落阶段、持续崩落到崩通地表阶段以及崩通地表后至开采结束阶段各阶段拉底速度的差别,持续崩落前拉底速度可以慢,持续崩落后需加快拉底速度.

在DI MINE软件中可以根据放矿规划、工程施工难度、时间进度以及各阶段的拉底速度,自由圈定拉底范围,得到各个时期的拉底范围线.基建期开拓放矿点170个,生产期第4年拉底结束,随后利用已有放矿点进行出矿,直到该矿块放矿结束,生产期拉底速度为1256~3375 m2/月.首采区拉底计划见表1、图8.

表1 首采区拉底计划

图8 3736 m水平拉底计划

2.3 首采区可崩性评价

地质体模型建立后,利用DI MINE软件建立矿岩质量评价块段模型,模型中的任一子块即可用于承载该处矿岩质量评价的各个参数.根据变异性分析得到的参数,利用克里格方法对岩石单轴抗压强度(σc)、岩石质量指标(RQD)、节理间距(JS)和摩擦角(Jφ)等指标在评价区域内进行空间插值,并按表2计算RMR值.