三维激光扫描技术在地下矿山残矿回收中的应用

2021-07-01王孟来李树建

科技视界 2021年15期

张斌王孟来，2 李树建，2 周帆

（1.云南磷化集团有限公司，云南昆明650600；2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南昆明650600）

0 引言

随着科学技术的发展，三维空间精密探测系统已逐步应用于矿山安全管理过程中[1～5]。例如，基于三维激光扫描技术准确获取采空区位置、形态及其变化情况，对保护地面设施及相邻采场结构具有重要的现实意义[6～8]。在矿石回收经济性分析方面，矿石损失率和废石混入率一直是衡量矿山高效开采的两个重要指标。面对如何降低矿石损失率和废石混入率，国内外研究人员开展了大量的研究工作[9]，但将减少损失和降低贫化同三维激光扫描技术结合起来，仍是当前值得深入研究和探讨的。本文主要依托吉林板庙子矿业有限公司某地下矿山，开展了基于三维激光扫描技术在残矿回收中的应用研究，为类似矿山提高残矿回收提供借鉴。

1 工程概况

吉林板庙子矿业有限公司某地下矿山年出矿量约8.0×105t，出矿品味在3 g/t左右，主要采用30 m段高分段空场嗣后充填采矿法，充填料为废石+分级尾砂。分段巷道布置在距矿体18 m处，主要用于建立矿块与开拓系统的联系。出矿穿脉巷道用作采场出矿、掏槽补偿空间和掏槽天井的施工通道。切割天井布置于切割槽的中部，距矿体下盘有两排掏槽炮孔，位置选择有利于掏槽和减小掏槽爆破对上盘围岩的破坏，上部穿脉凿岩巷道用于施工掏槽孔、掏槽孔爆破装药和沿脉凿岩巷道的通道，上部沿脉凿岩巷用于中深孔施工和中深孔爆破装药。凿岩采用Boomber282浅孔凿岩台车和SimbaH1354中深孔凿岩台车，出矿采用美国卡特彼勒（Caterpillar）公司的R1700G LHD型柴油铲运机。

2 基于三维激光扫描技术的原理与应用

2.1 工作原理分析

采空区精确探测是残矿回收的首要条件。将三维激光扫描设备伸入采空区内部，便可对采空区进行平面和立面双向360°扫描，并记录每个扫描点的三维坐标，为残矿回收分析提供基础数据。图1为三维激光扫描设备工作原理。

图1 三维激光扫描设备工作原理

2.2 应用分析

由于吉林板庙子矿业有限公司某地下矿山具有复杂难采、溶洞区发育等特点，采用穿爆工艺很难一次性全部回采设计实体。为此，吉林板庙子矿业有限公司采用了三维激光扫描技术，通过采空区空间位置及其体积等参数分析，对提高残矿回收进行了研究。采空区现场实测如图2所示。首先，采用加拿大Optech公司研制的三维激光扫描仪（CMS），通过高速激光扫描测量方法进行大面积高分辨率地快速获取采空区表面的三维坐标数据，并通过计算机后处理生成高精度的三维可视化模型。其次，结合设计实体三维模型，利用CMS实测数据对采场回采后的矿石残留及废石混入进行计算分析，得出矿石损失率及废石混入率。最后，根据残矿的位置、数量及品位，进行残矿回收的经济性分析。

图2 采空区现场实测图

图3为采场结束后基于CMS实测三维图。基于设计实体与CMS实测三维模型进行差集计算，得到：

图3 CMS实测三维模型

（1）矿石损失率=损失实体/设计实体

（2）废石混入率=超爆实体/设计实体

通过CMS实测三维模型和设计实体计算分析，不仅可以得到采场回采指标，还可以准确判断残矿位置，对后续残矿回收及采场充填提供了依据。

图4为残矿回收方案设计图。残矿回收步骤如下：首先，利用三维软件得到残矿重量及品位信息，计算分析残矿经济价值；其次，根据已有巷道、采空区和残矿三者之间的空间位置，对重新施工部分巷道进行中深孔施工的回收方案，综合计算残矿回收所投入的工程、人工、材料、运输等费用；最后，根据综合投入与矿石价值对残矿回收方案进行经济性分析，确定残矿回收的可行性（见表1）。自2018年8月以来，吉林板庙子矿业有限公司某地下矿山总共回收残矿十万余吨，品位约为3 g/t，按照300元/g的金价销售价格来计算，则直接回收矿石效益约为9 000万元。