3Dmine矿业软件在元宝山露天矿爆破作业中的应用

林 木

（国家能源平庄煤业（集团）有限责任公司 元宝山露天煤矿，内蒙古 赤峰 024076）

露天矿山生产涉及多个工作生产环节，其中爆破作业是露天矿生产的关键生产作业环节。爆破作业质量直接影响到矿山生产成本，其爆破的效果也对后续生产环节有着重要的影响。但现阶段由于露天矿山企业开采境界范围内的矿床埋藏条件不同，地质勘探程度也不尽相同，部分露天矿山存在开采境界范围内地质勘探精准程度较低，导致爆破作业设计不能因地质变化做出相应的调整。因此，爆破作业依据矿床埋藏条件的变化做相应的调整，以改善爆破效果、提高爆破质量、降低矿山综合成本。元宝山露天煤矿现场爆破管理人员利用3Dmine矿山软件生成可视化三维矿体模型，利用矿体模型可系统分析采掘作业场内爆破的地质结构，再通过矿山软件的露天爆破设计模块进行对爆破参数、装药结构以及起爆方式等相关技术数据的优化，解决了传统人工设计难以实现的生产爆破设计因地质条件发生变化不能优化调整爆破设计的技术难题。通过利用3Dmine矿山软件可精准把控采掘场内爆破工程质量，合理降低爆破的炸药单耗使用量，切实保障露天煤矿经济发展。

1 工程概况

元宝山露天煤矿隶属于国家能源平庄煤业集团有限责任公司，位于内蒙古赤峰市元宝山区境内[1]。开采范围内主要含有3个煤层，其中5、6煤层为该露天煤矿的主采煤层，7煤以上为露天煤矿的开采煤层，矿山上部的第四系砂砾采用轮斗挖掘机-带式输送机-排土机的连续开采工艺，第四系砂砾以下采用单斗挖掘机-自卸卡车-半移动式破碎站-带式输送机的半连续开采工艺[2]。剥离物除第四系表土外，主要是砾岩、砂岩和部分泥岩，剥离岩石一般普氏硬度系数为2～3。表土台阶除冬季需要对冻顶进行爆破外，其它时间均不爆破可直接挖掘生产，除表土外的其余煤岩台阶则需要预先松动爆破，后采用单斗挖掘机采装、载重汽车运输。

2 三维爆破分区域作业

1）三维地质模型。3Dmine软件是由北京三地曼软件科技有限公司研发的一款三维矿业工程软件，该软件具有二维数据与三维图像互换的功能，使图像在结构上互相关联，可达到数据相互递进共享的效果[3]。通过将露天矿山现有的钻孔数据和剖面图等相关地质数据导入3Dmine矿山软件中，获得采掘场内煤岩层的顶板数据、底板数据，分别建立煤岩顶板三角网面、底板三角网面以及侧面三角网面模型[4]。通过利用软件的封闭固化成体技术，生成精度较高的封闭固化采场实体模型，从而建立整个煤岩实体化三维可视化的矿体模型[5]。

2）采掘场DTM模型。DTM即数字地面模型，简称数模，是以数字的形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征的空间分布，也就是地形形状大小和起伏的数字描述[6]。DTM包括离散点的三位坐标、由离散点组成的规则或不规则的格网结依据数模及一定的内插和拟合算法自动生成的等高线、断面、坡度等[7]。利用PTK测量仪和全站仪测量采掘场现状得到绘制采场现状的标志点，将相互关联的标志点连接绘制生成得到二维线性的采场平面图，再导入3Dmine矿山软件中，经离散点组成格网结构，进而生成采场三维的DTM地形表面模型。

3）爆破分区域图。将建立好的采场三维地质实体模型和煤岩实体模型进行布尔差运算，然后把采掘场DTM模型插入到采场实体模型中，经过叠加处理，将不同种类的岩性和煤层等地质资料选用不同的颜色进行标注和渲染，最终建立露天矿三维可视化的爆破分区域图[4]。以元宝山露天煤矿《2019年采场生产综合平面图》和现有地质勘探资料为例，经3Dmine矿业软件处理，得到元宝山露天煤矿分区域爆破作业图，并依据不同种类的煤岩物料进行渲染分区域化管理。

3 爆破台阶

3.1 爆破台阶装药结构

元宝山露天煤矿境界内的煤的硬度普遍高于岩石，爆破台阶主要选用高精度电导爆管雷管实施逐孔微差起爆技术。结合元宝山露天煤矿爆破区域的实际地质勘探资料，爆破炮孔采用分段装药结构，煤层爆破采用垂直深孔压碴松动爆破，炸药选用60%的乳化炸药与40%的铵油炸药混合后的乳化油炸药；岩层采用垂直深孔松动爆破，选用2号岩石起爆炸药，孔内管导爆管选用300 ms，地表管根据孔网参数选择42、65 ms不同延期时间的导爆管雷管，以实现孔内分段起爆，用以实现爆破作业区域内微差爆破的目的。

3.2 爆破孔网参数

爆破孔网参数的确定通常采用工程类比法，类比矿山相同的开采工艺、开采方法、生产规模近似的其他矿山的技术数据，得到矿山爆破作业孔网参数范围；并结合矿床地质勘探技术数据和矿山综合生产成本，最终优化确定采场实际使用的爆破孔网参数。元宝山露天煤矿煤岩分区爆破参数表见表1。

表1 元宝山露天煤矿煤岩分区爆破参数表

3.3 爆破网络的接线方式和起爆点选择

元宝山露天煤矿爆破网路的设计采取逐孔微差起爆设计方案，选定合理的起爆点并确定雁型行列起爆排列布孔方式。一般选取爆破自由面较大的单孔为起爆点，当前排底盘抵抗线较大时，选取双孔作为起爆点。起爆点因前自由面较大，起爆点前排的爆破的冲击力较大，起爆点所对应后排的炮孔的后冲力较其它孔位较小，因此在爆破设计施工过程中起爆点的选择需要兼顾起爆点最后1排爆破孔的后冲力，并采取增加填塞高度，防止爆破后震影响爆破质量的工程现象的发生。

4 3Dmine矿业软件在露天矿山爆破作业中的应用

分区域爆破作业图能够较客观地反映出采场爆破煤岩体的固有特征，为爆破设计提供可视化、科学性的三维数据模型。爆破作业图的使用改变了原有传统经验性爆破设计，解决传统爆破的设计不能针对采场矿床赋存条件及煤岩的地质结构的变化做出相应细化调整，同样也无法精准预测到物料爆破后的块度大小及爆破后的工程情况等技术难关，同时克服了因爆破装药结构设计和炸药单耗的使用量不合理情况的发生，有效地避免了二次爆破工程量产生、拉底、硬邦、伞岩等不合格爆破工程的发生，严重影响了露天矿山后续的日常生产环节的推进。通过利用3Dmine矿山软件处理后分区域爆破作业图，根据矿山的计划生产需要，安排布置穿孔爆破作业区域，依据矿山的勘察地质资料，如遇到断层、岩层等特殊的地质结构加密孔网参数，提升采场爆破工程质量。同时利用矿山软件的露天爆破设计模块，依据采场的矿床实际埋藏情况，在三维可视化模型上绘制日常爆破作业的钻孔布置图，同时输入装药类型、炸药的使用量、选择合理的导爆管、布置合理装药结构，布设合理的连线方式和选取适当的起爆点，并通过软件进行无损耗模拟爆破试验模拟，细致管理爆破设计作业，并得到最佳的爆破效果，露天矿山爆破设计步骤如图1。

图1 露天矿山爆破设计步骤

2018年元宝山露天煤矿开始利用3Dmine矿山软件对采场爆破作业进行细化管控，有效地降低了采掘场内的综合炸药单耗，并迅速地减少了采掘场地二次爆破工程量，达到降低爆破单耗的目的，2017年未采用3Dmine综合炸药单耗使用情况见表2，2018年综合炸药单耗使用情况见表3。

表2 2017年未采用3Dmine综合炸药单耗使用情况

表3 2018年综合炸药单耗使用情况

由表2和表3的数据分析可知，利用3Dmine矿业工程软件管理元宝山露天煤矿的采场爆破作业后，2018年综合炸药单耗环比2017年下降2%，二次爆破工程量相应减少3 157 m3。

5 结语

通过二维线性图形和矿山地质勘探钻孔资料导入3Dmine矿业工程软件生成DTM表面模型和三维可视化实体模型，利用表面模型与实体模型相结合，经优化渲染得到矿山采掘场分区域爆破作业图，使得露天矿山爆破设计工作变得更加直观和立体，为采矿爆破技术管理工作提供了便利条件。通过3Dmine矿业工程软件露天爆破设计模块的使用可有效的优化传统经验形爆破设计。结合采掘场实际的煤、岩埋藏条件，针对爆区孔网参数、装药参数等进行设定和计算，进行无损耗模拟爆破试验，验证爆破方案的合理性，最终得到最佳的矿山爆破台阶设计，合理优化了爆破效果，以达到降低爆破单耗、节约爆破成本的目的，为矿山企业技术爆破方案制定和经营生产提供参考，对提高露天矿山企业爆破工艺水平有一定的借鉴意义。