3DMine软件在矿山基建期间的应用

2018-06-19曹玉涛周正义朱汉朝

中国矿山工程 2018年3期

曹玉涛，庞博，周正义，朱汉朝

(河北钢铁集团滦县常峪铁矿有限公司，河北滦县 063700)

1 前言

河北钢铁集团滦县常峪铁矿有限公司隶属于河北钢铁集团，位于河北省滦县县城东南，探明储量1.2亿t，设计能力260万t/a，目前正处在基建期。常峪铁矿矿体是复式褶皱形态，由多层铁矿组成，夹石较多，分支复合现象显著，开采难度较大；矿区地质条件也较为复杂，四面被断裂所包围，有两条大断层切割矿体，给基建期巷道工程施工带来较大困难。

2 建立地质勘查钻孔数据库和矿体构造模型

建立矿山地质数据库，需要根据地质资料分别建立定位表、测斜表和化验分析表[1]。常峪铁矿进行了两次勘查工作，施工钻孔95个，钻孔孔位、测斜和化验信息有8 000多条，全部录入数据库。建立数据库后可利用钻孔信息生成模型，能够在三维状态下显示钻孔轨迹线、品位值等，方便了解和分析地质现象。

常峪铁矿矿体是沉积变质型铁矿，因褶皱和断裂构造发育，形态十分复杂，矿体模型创建过程中要充分考虑矿体产状变化，严格遵守地质圈矿、外推等原则。首先，要在剖面图上圈定、修改矿体线，确定每条矿体编号；其次，在相邻两个剖面图上根据矿体产状研究对应关系，利用辅助线或者插入剖面等手段连接好同一矿体；最后，做好检查，确保每条矿体间不能相交。利用3Dmine软件建立矿体模型，可以直观展示其空间形态、厚度等信息，给后续采矿设计带来便利。常峪铁矿矿体和构造模型见图1。

图1 常峪铁矿断层和矿体位置关系

3 矿体储量计算

建立矿体三维模型后，可以根据矿体形状特点将其分割成单元块，建立块体模型，进行储量计算。为了确保计算精度，块体模型规格选择2m×2m，并将每条矿体内的钻孔信息单独整理，按2m长度组合成样品点数据，然后根据矿体形状，设定样品点搜索椭球体半径，对矿体不同的方向分别进行估值[2]。在块体模型赋值后，可以利用条件约束块体，估算任意位置矿块储量、品位，进行地质报告和数据统计。此外，常峪铁矿对TFe品位在12%～20%之间的矿体建立了模型，计算了矿量和平均品位，为采矿设计和贫化率计算提供依据，确保矿产资源得到充分回收利用。

4 开拓系统模型建立与巷道施工质量监测

开拓系统连接地面和地下开掘的各类通道和硐室，是井下生产的动脉。常峪铁矿建立了两套开拓系统模型，一套利用设计数据建立模型，展现的是巷道设计效果，可以用来讨论施工方案，编制施工计划等，如图2；另一套利用巷道实测数据建立模型，反应的是巷道实际施工情况，通过和设计模型进行对比，可以检验和控制巷道施工质量，并为以后采矿设计提供基础数据，如图3。由于井下巷道的复杂性和地下资源条件的不断变化，利用3Dmine软件建立开拓系统模型，可以将各采掘工程巷道与矿体之间的空间形态全方位地地展现出来，为优化矿山开拓系统、优选采矿方法提供直观依据。

图2 常峪铁矿开拓系统设计图

注：①深色表示设计巷道及断面，浅色表示实际施工巷道及断面；②剖面2为合格断面，剖面1位置巷道偏左，右上角局部欠挖。图3 设计巷道和实际施工巷道对比图

5 未封钻孔井下位置预测及处理

据地质资料记载，常峪铁矿矿区内有37个钻孔未进行封堵处理，这些钻孔可能成为第四系水导入地下的通道，若巷道开拓或者采矿施工时揭露钻孔，容易发生突水事故。常峪铁矿利用3Dmine软件建立了未封钻孔数据库，生成了钻孔模型，通过与巷道模型进行对比，可以判断钻孔和巷道之间的位置关系。考虑到钻孔测斜和方位角存在误差，可将钻孔影响半径扩大到20m，当地下工程距离未封钻孔25m时，工作面附近接好水泵，做防突水准备，并采用短探短掘的方式，施工前先利用凿岩设备向前打7～9个3.5m探水孔，发现出水情况及时注浆治水。在经过预测钻孔位置5m内时，适当加密探孔，并利用软件三维功能确定探水孔方位、角度，使其朝向预测孔位施工，并在每次爆破后观察围岩情况，直至发现钻孔。按照上述方式，常峪铁矿成功处理未封钻孔3个，其中两个有水，均在揭露前完成封堵。未封钻孔和开拓巷道位置关系如图4所示。

图4 未封钻孔和开拓巷道位置关系

6 破碎带建模和预测

常峪铁矿矿区内地质构造作用强烈，破碎带较多，并且含水丰富，如果处理不慎，极有可能造成淹井事故，对破碎带提前做出预测，采取必要措施，可提高施工安全和进度[3]。为了更好地了解破碎带发育规律，常峪铁矿在钻孔数据库中录入了破碎带信息，通过钻孔描述的性质来查找相邻破碎带的关联性，研究破碎带的走向和延伸，建立了破碎带模型，并与地下开拓工程位置关系进行了对比，如图5所示。

图5 破碎带和开拓系统位置关系(深色条带为破碎带)

在查清破碎带和开拓工程空间关系后，利用3Dmine平面切割功能，对各个水平开拓工程和破碎带分布情况进行分析，进而推断巷道和破碎带平面位置关系，如图6所示，深色区域为开拓巷道施工可能穿过的破碎带。

图6 -300m开拓工程破碎位置推断

通过确定破碎带位置，了解其分布规律，在施工过程中密切关注围岩变化，如无异常可采取短探方式，并减少探水孔数，可提高掘进速度。而在破碎带位置采用50m探水预注浆，集中处理涌水，可缩短治水时间，在保证施工安全的情况下，提高了综合掘进速度。

7 矿体边界确定和巷道设计优化

各中段开拓巷道设计依据是各个水平的矿体平面图，矿体尖灭位置的推断多数是在平面上进行的，未考虑矿体空间上的连续性，可能与实际揭露情况相差较大。在-300m中段设计图中，西侧沿脉巷道附近矿体形状与3Dmine模型相差较大，如图7所示。设计沿脉巷道很有可能穿过矿体，导致部分矿体无法开采，造成资源量损失。为验证3Dmine模型的准确性，在联络巷道施工前布置了两个探矿孔，结果显示矿体外边界向外偏移17m，实际情况与模型较为接近。为了避免沿脉巷道穿过矿体，-300m水平西侧沿脉巷道向北偏移10m，确保了矿体能够充分回收。