张 静

(陕西国际商贸学院，陕西 西安 712046)



空场采矿法计算机辅助设计技术探讨

张 静

(陕西国际商贸学院，陕西 西安 712046)

空场采矿法是一种非常重要的采矿方法，其应用领域非常广泛。对空场采矿法的研究现状进行了简要介绍，随后对空场采矿法分类及其特点进行了详细分析，并运用计算机技术对留矿采矿法进行设计。

空场采矿法；计算机辅助设计；矿块

我国是矿业大国，矿业的开采对我国经济的发展至关重要。目前，我国各个煤矿企业正联合起来，共同开发计算机辅助设计软件[1]。由于国外运用信息化技术开采煤矿已经有了一定成绩，我国矿业领域的研究人员也开始对其进行深入研究，并得到了政府以及相关部门的大力支持[2]。本文研究的空场采矿法计算机辅助设计技术具有重大意义。

1 空场采矿法的研究现状

我国运用CAD技术采矿是在八十年代初期，针对开采石油和煤炭的系统比较多，其次是冶金。对于矿山来说，研究比较多的是露天矿，而对于地下矿的研究比较少[3]。我国的采矿专业、测量专业以及地质专业在八十年代中期产生，同时一些应用软件也随之研发出来，该软件可以有效解决一些专业性问题，并且效果比较好，成功的典型例子如下。

1) “露天设计软件包”是由鞍山黑色冶金设计研究院所研发出来的。利用计算机技术可以编制并且输出设计好的工程图表，对汽车的运输路线的设计起到辅助作用；同时构建地质模型，对境界进行优化圈定，对所有矿岩量进行统计并且计算出最终结果。根据地质的剖面图，设计出地质的平面图[4]。

2) 北京有色冶金设计研究总院通过对英国、加拿大以及美国的一些矿业公司进行研究分析，针对矿床模型系统的软件进行重点分析，运用地质统计学的方法对地质勘探资料进行详细分析，从而创建了空间地形模型、空间岩性模型、空间品味模型。与此同时，该系统软件还有助于平面方块图以及剖面方块图的输出，使得矿床开采设计获得了有效依据[5]。

3) 中国矿业大学在煤炭系统应用领域所做的工作也很多，例如采矿方法、露天采矿策划、优化境界等方面的软件[6]。

4) 除了上述研究以外，长沙矿山研究院、北京科技大学等单位也做了一些关于矿床开采辅助设计，并将该技术进行推广[7]。

2 空场采矿法的分类及其特点分析

由于采矿的影响因素不同，其对应的开采方法也不同。

2.1 留矿采矿法的概念及特点

留矿采矿法不仅操作简单，而且成本较低，是一种既简单又经济的采矿方法，主要应用领域有冶金开采、黄金开采、有色金属开采、稀有金属开采等。然而采用留矿采矿法要符合一些条件：矿体的厚度在0.8～8 m之间，矿体的倾斜角需要大于55(°)。如果倾角较小，会加大放矿的难度，平常工作量以及粉矿的损失也会有所加大。大量的矿石存储于矿房当中，并且储存期为一年，所以，周围的岩石和矿石都不具有结块性、自燃性以及氧化性，而矿石本身具有一定的反射性，在采矿时一定要慎重考虑。

特点：首先将阶段分为矿块，再将矿块分为矿柱、矿房两个步骤将其回采，其对应的顺序是先开采矿房，待工作完成以后，再去开采矿柱；将矿房进行合理分层，从下到上依次按层回采；采下的矿石依靠自身的重力，从漏斗中释放出大概1/3，剩余的2/3用于下一次的凿岩爆破工作搭建临时工作台。矿房所有的开采工作结束以后，将剩余的2/3都释放出来即可，该项操作叫做大量放矿。在留矿堆上，凿岩工作人员进行开采工作，此种开采方法不受环境的影响，工人可以直接在暴露面下进行工作。

2.2 房柱采矿法的概念及特点

房柱采矿法的工程量比较小，但是强度却很大。相比之下，劳动生产率高，矿石贫化率较小，可以有效地降低成本。这种开采方法适合矿石和周围的岩石都比较稳固的矿体。

特点：将划分矿块作为基础，将走向作为划分的规则，可以将其划分为矿柱、矿房。

将矿柱和矿房进行交替布置，不仅要对矿房进行回采，同时需要留下规则的矿柱，对其连续性不做要求，这样做的主要目的是为了支撑开采的空间，从而实现低压管理。

2.3 全面采矿法的概念及特点

在我国化学矿山、有色金属以及黑色金属都在应用全面采矿法，而此开采法要求所开采的顶板岩石和矿石的稳固性在中等以上，并且矿体的表面较为平缓或者倾斜，矿体的厚度要在3～4 m之间，最佳厚度是3 m。

特点：在盘区或者是阶段将矿体划分为矿块进行开采。对矿体进行回采时，对其规则性没有具体要求。如果不对矿体进行划分，在对矿块进行连续回采的过程中，所留下的矿柱不具有规则性。在开采的过程中，如果矿体的厚度在3 m以下，需要按层进行回采，如果矿体的厚度在3 m以上，就需要分层进行回采；在进行回采的过程当中，需要注意的是夹石和贫矿是不可以进行回采，要将其作为矿柱。而对于矿柱之间的距离、矿柱的形状以及矿柱的规格没有具体的要求，主要根据矿石自身的价值以及顶板的稳固性来对矿柱进行设定。当开采的矿体是贵重金属时，一般采用木垛、废石垛或者混凝土制成的矿垛来取代矿柱的作用，从而达到多收资源的目的。

2.4 分段矿房法的概念及特点

分段矿房法就是将阶段划分为多个分段，再将划分好的分段继续进行划分，形成分段矿柱和矿房。各个分段之间是相互独立的回采单元，每个回采单元都有独立的出矿系统和落矿系统。由于每个矿体的倾斜角有所不同，因此，需要依据倾斜角选取不同的底部结构对搬运矿石时所出现的问题进行有效处理。然而这种底部结构可以应用的范围非常广泛，不管是缓倾斜，还是急倾斜都可以进行有效处理。虽然这种办法的好处有很多，但是该办法的采准切割工程量非常大，适合对中厚以上的矿体进行开采。

特点：将划分出的阶段作为基础，继续对阶段进行划分，对所划分出的分段构建独立的通风系统以及出矿系统。在进行连续回采的过程当中，分段间需要保留临时底柱、顶柱，或者是只保留底柱和顶柱其一即可。接下来沿着矿体的倾斜方向向上继续进行划分，要求划分好的矿柱和矿房是条带状的。踩矿房操作和回采矿柱操作是同时进行的，但是前者与后者之间需要保持已经设定的超前距离。在进行非连续回采操作时，在分段之间按照要求，达到一定的距离就需要留取一个临时间柱。将分段划分为多个回采单元矿块，先对矿房记性开采，在完成以后，再对矿房周围比较近的顶柱和间柱进行开采，同时还需要对采空区进行处理。

期末闭卷测试要求学生掌握ESOL课程的相关理论知识，成绩要达到80分以上。不合格的学生要对所有出错的题目用自己的话语进行分析阐述（一题一段，每题至少写半页纸），五日内提交，然后还要在不参照笔记和课本的情况下去授课教师处口头答辩，通过成绩最高为80分。

2.5 阶段矿房法的概念和特点

在选用阶段矿房法进行开采时，需要注意所开采的矿石以及周围的岩石都是稳固的矿体，并且该矿体的倾斜度的要求要高一些，平缓倾斜或者是急倾斜，厚度要求也是相当高的，要求矿体的厚度是极厚的。所开采的矿体的形状必须是规则的，这样才不会引起矿石的贫化和造成严重的损失。对于深孔落矿来说，矿石的损失贫很大，其中夹石是非常难以处理的，所以，在开采时需要选用较低的矿石品位，价格也比较低，并且在矿体之中没有夹石。

特点：将形状规则的矿石划分为矿柱和矿房，首先对矿房进行回采，操作结束以后，再对矿柱进行回采。阶段矿房法主要有两种方法，分别是垂直深孔阶段矿房法和水平深孔阶段矿房法。在使用水平深孔阶段矿房法时，需要拉底矿房底部，而后需要进行矿房全高开切割槽操作。

3 空场采矿法的操作步骤

1) 采准操作

采准操作是根据矿块的结构尺寸来进行布置的，对矿体进行开拓工作以后，需要在矿体中掘进巷道，该巷道就叫做采准巷道。通常情况下，采准巷道包括穿脉巷道、电耙巷道、放矿溜井、凿岩酮室等。然而这些采准工作都是为了解决设备材料运送顺利、矿石运放顺利以及工作人员行走安全等问题。

2) 切割操作

切割操作就是在做好采准工作以后，在矿块内开辟补偿空间以及自由面，从而解决了大规模回采问题。需要强调的是在进行矿块回采之前，需要保证补偿空间和自由面都已经切割出来。切割巷道就是在补偿空间以及自由面开掘出的巷道，而主要的切割工作就是拉底操作、辟漏操作以及切割槽操作。

3) 回采操作

4 运用计算机技术对留矿采矿法进行设计

1) 二维施工图图层的生成

本研究采用二维施工图图层方法对图层进行划分。二维施工图的图层主要包括矿块图层、阶段运输巷道图层、拉底巷道图层、漏斗图层、标注图层以及矿块各分层图层。对于矿块的回采需要进行分层操作，保证矿块的各个分层位于的图层是不相同的，并且要对分层数目进行计算。

2) 生成矿块

矿块的生成操作实际上就是将矿块的参数进行有效保存，对于留矿采矿法来说，需要将其保存为留矿采矿法.txt文件，其具体的文件格式为LiuKuang Mine、标注初始点三维坐标、倾斜方向、倾斜角度、矿块的总长度、阶段的总高度以及矿块的厚度。

3) 生成二维巷道

一个巷道由多边形元素来对其进行表示，并且这个多边形的顶点数是4。首先对巷道的初始点坐标进行计算，而后通过巷道自身的长度和宽度就可以将剩余的3个顶点坐标计算出来，最后输入参数就可以生成巷道。

4) 生成漏斗

生成漏斗的操作非常简单，首先读取漏斗的间距、高度、下漏斗口的长度以及上漏斗口的长度，然后计算出漏斗的数量，而漏斗的总顶点个数只需要在漏斗数量的基础上乘以6即可。通过计算出第1个坐标，利用漏斗的其它参数就可以计算出剩余的5个坐标，从而生成漏斗。

5) 标注操作

标注工作主要包括长度的标注以及名称的标注。长度标注的工作内容主要有角度和直线两个方面的标注；名称标注的工作内容主要有阶段运输巷道、天井、回风巷道、漏斗等方面的标注。在标注的过程中，需要保证矿块的长度、厚度以及阶段的高度，还有各个巷道的高度、宽度、长度等标准正确。

5 结 语

空场采矿法实际上就是在矿体之中创建一个采空区，顶板岩石需要依靠在开采过程中所留下来的矿柱以及矿石自身的稳固性进行支撑。通过对地压进行严格的管理，而不需要对采空区进行特殊处理。本文通过对二维施工图图层、矿块、二维巷道、漏斗以及标注操作进行设计，从而完成了留矿踩空法的设计内容，进一步探讨了在计算机辅助下的空场开矿法。

[1] 孙璐, 戴晓江. 建立矿山三维模型中3DMine矿业软件的应用[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2011(1): 60-62.

[2] 耿方明. 基于人工智能理论的采矿方法选择的研究[J]. 城市建设理论研究, 2013(16): 2095-2104.

[3] 张海波, 宋卫东, 许英霞. 基于灰色系统理论的高效采矿方法优选[J]. 黄金, 2010, 31(12): 28-31.

[4] 赵浩, 白润才, 刘光伟. 基于Auto CAD的露天矿三维模型与应用研究[J]. 化工矿物与加工, 2011(1): 32-35.

[5] 温海清, 王家华. 三维可视化技术方法研究[J]. 内江科技, 2012(4): 88-89.

[6] 胡建明. 三维块段储量计算法(3DKD)的研究与应用[J]. 矿产勘查, 2012(5): 673-677.

[7] 王新民, 赵彬, 张钦礼. 基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2008(5): 875-880.

Open Stope Method With Computer Aid

ZHANG Jing

(ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xi'an,Shanxi712046,China)

We know the open stope method is a very important mining skill. Its application field is very broad. In this paper, the research status of open stope method is briefly introduced. The classification of open stope method and its characteristic are analyzed in details to use computer technology in designing the shrinkage stope.

Open stope method; Computer aided design; Ore blocks

2016-10-15

张静(1979-)，女，河南开封人，在读硕士研究生，研究方向：计算机科学技术，手机：18066533091，E-mail：378684913@qq.com.

TD853.32；TP391.72

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.019