基于三维扫描的矿山开采施工过程研究

张 雄

（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西 上饶 334000）

对资源的高效利用是矿山开采工程中最重要的目标之一，常态下技术人员通过地质的实体测量后在处理数据中，才能对矿山中矿体进行赋存情况的调查和分析。矿山所处的地学空间存在连续间断的分布特点，其内部的资源赋存情况在不同位置上具有及复杂性和不确定性。随着实际矿山的开采工作量对CAD技术的应用出现了设计时间长且成本高等缺点，设计的输出图纸远不能满足矿山开采的实际需求，常出现返工和方案重复选定步骤，因此对矿山的开发工作必须在三维的模式下完成资料收集和处理等过程，集中化处理有效数据。本文此次将三维扫描技术融入到矿山开采施工中，为最大强度的降低重复工作量提升经济效益，选择最佳的工作方案进行矿山资源开发，提出利于矿业发展的新思路。

1 基于三维扫描的矿山开采施工过程方法设计

1.1 构建矿床地质模型

在开采工程进行前要对矿床的地质进行分析，以此构建一个地表矿床地质层次模型，用来体现矿区内的场地布局结构以及矿山内部的断层分布的情况。在构建矿体模型基础上完成工程的模型建立，主要运用空间布尔的运算原则，合理反映矿区地质之间的布控模型空间关系[1]。根据矿区的地质报告数据按步骤完成地质区域的划分，将技术合成的总矿区布置图面积模拟出钻孔的数量、探矿需要的工具以及采矿工程包含的斜孔平孔勘测样品，将少量的样品进行化验得出不同区域的岩性特征，在利用岩性的形成特性完成矿体在矿山中的纵向投影。

1.2 基于三维扫描圈定开采分区

矿区采场结构分为地表和底部两个层级，在两个层级之间没有较为明显的分界线，因此利用三维扫描技术对开采矿场进行圈定分区。一般采场内从表面的水平维度到底部之间主要受矿产自身压力影响，使矿产和出矿之间产生了密切的结合，其中采场的底部结构是开采中较为困难的一个组成部分，决定了采场最终的生产能力[2]。三维扫描技术是按照矿体的走向将开采单元划分为相等间隔，每个间隔中间预留出浅采留矿形成的宽切割槽，该区域的设定要在合理范围内控制矿产的损失贫化率，因此对割槽两侧的矿体必须采用等宽垂直上切割方向。

1.3 控制边坡岩移进程

结合划分好的矿区开采分区，根据开采过渡期的生产条件对边坡岩移的进程加以控制减少矿体的损失产出。按照产出原则进行巩固岩移的防护基本可归结为以下方面：一是待开采内部的矿石进行爆破后，由自动电铲将剥离的岩石装入汽车在溜井旁完成可移动式的受料槽翻卸，在经过细致爆破传输至固定的胶带机中，可以进行分期的开采方式，能够控制露天的边坡岩移进程[3]。二是在分区之间的过渡期内可以对挖制的岩体进行冒落掉落计量，将无法安置底柱的分段崩落地段分成回采的重点区域，对每条回采路径设置好不同的进程路段，每条路段内存在的矿体厚度需大于标高位置的1.5倍，如在该区域内无法完成一次性爆破可以进行冒进诱导，从而形成连续的矿石采空区诱导上层矿石自然冒落。

1.4 协同布置矿山露天与地下开拓范围

对于矿山开采的全过程来讲，露天与地下的开采工作是最重要的一个环节，两者在相对水平面之间有一个相互交叉的结构点。

在两者相结合布置的过程中会涉及到几种开拓方式：一是根据矿山工程开采的目的不同，可以将整个矿山开采分为竖井与斜井两种类型，在竖井中按照主体工程和露天坑位的相对关系，在井内布置内拓和外拓以及混合拓三类。二是依据矿山所处地下位置和工艺发挥水平的紧密程度，可以将矿山开采的作业模式分为斜坡道和平铺道两种，在露天划分至地下开采的过程中，采用独立和局部相互衔接的方法，完成开采施工整体工程的方法设计。

2 应用测试与分析

2.1 采场选择

为验证本文设计的开采施工方法具有实际应用效果，通过现场施工实验的方式进行矿区开采检验，选取开采过程中耗时较小的回采阶段进行测试。对某省具有一定倾斜角度的较厚矿体，以3115号段采场进行回采施工，采场的长度于11号勘探线向西南方向延长直至18号勘探线，整个矿体位于706.4-784.5m的水平线上，走向布置完成后全程约52.4m，高约69.2m，包含矿房和间柱宽度。下图1为此次回采工程的出矿进路断面示意图。

图1 出矿口进路断面示意图

如上述断面图中所示，在出矿口的巷道上设计一个类似于拱形的出口，整体断面规格为4.3×3.6m的三心拱形结构，出口墙高为2.173m，拱形高度为1.427m。

2.2 工程布置

根据矿区的走向和断面进口的设置，确定在矿柱内的包含3个岔口，每个岔口的转弯具体参数为：岔口拐弯角度为46°，岔口的拐弯中线半径为6.2m，岔口投影长度为3.2m，整体弧度长约5.8m。具体情况如下表1所示。

表1 回采控制点坐标参数设计

根据上述回采点的参数设计，按照路程角度将整个矿房的矿石分为上下两个阶段进行回采。上分段的回采高度为14m，路程孔深为12m，下层设计穿孔深度为16m，此时回采总高度40m。

顶层电动铲矿机的作业范围在706.4m-725.8m水平中段，从A-A1岔口倒入溜井后能够直接从切采面回归A-A2岔口，将矿石放置在736.3m水平中段后沿下部的水平面进入A-A3岔口，直接将矿石回采至地表。

2.3 经济指标分析

现阶段采矿的回收价格为97.43元/吨，按照每个回采点的出矿能力以及矿石损失量两个指标进行成本核算：出矿能力指单位时间内爆破出的矿石吨数，矿石损失量指铲矿机无法完成运出的矿石数量，每个回采控制点的具体指标数据如下表2所示。

表2 回采控制点成本指标数据（吨）

根据上表两个指标计算每个回采点的实际运出量，总计为12150.52吨，按照现阶段回收成本得出该矿区的回收金额为118.38万元，对比直接成本能够产生92.38万元的利润。由此可知本文设计的开采方法能够在开采过程中利用提高矿石回收数量的方式，增加开采利润，具有明显的应用效果。

3 结束语

本文利用三维扫描技术的可视化优势，对开采区域的矿区进行有效划分，按照加强边坡位移的控制，协同布置开采上下层段的工作，完成整个工程的施工设计。现场施工实验结果表明在本文方法的应用下，能够对矿区的回采点进行有效把控。但本文在研究过程中受精力限制，还有较多的实际问题无法解决，对整个矿山开采过程只能进行一小部分的设定，无法对整个矿区进行整体实测，所得的利润结果具有少量偏差，结果可能高出实际利润。