地下采场采切工程布置方案计算机辅助设计的研究.pdf

39 研 砖舞 ， [ 口 第 1 3 卷 1 9 9 2 年 第 8 期 ； 0 一 j 地下采场采切工程布置方案计算机辅助设计的研究 堡堡塑 中国矿 业 大学北 京 研究 生部 某 地下金矿属大型蚀变 岩型矿 体 ，矿 体 空 间形态复杂 ，厚 度变 化很大。该矿 采用四 种采矿方法，并根 据矿块 的空 间 几何形态和 矿 体厚 度，确 定具体采场的采矿方 法及采切 工程 布置方 案 ，以适应矿体 的复 杂情 况。本 文应用计 算机三 维辅助 设计方法 ，以矿块 为 单位 ，建 立实 体矿 化模 型，反映矿 体的空 间 几何形态及地质信息，构造准标采矿方法工 程结构 几何模 型，作 为调整 采场采切 工程布 置方 案的原始模型 }由矿块实 体矿化模型和 采矿方法工程结构 几何模 型构造 采场组台模 型，表 示矿块 内采切工程 布置情 况，通过调 整采切工程 的空间位置，优选采场的采切工 程布置方 案。 一 、矿 块 实体 矿 化模 型 1 ．矿块 实体 矿化模型的构 造方法 本 文采用几何造型技术 中的实 体边界表 示法 ，构造矿块实 体矿化模型[ “ 。所谓实体 边界表示法，就是以实 体的边 界来描述和定 义一个空 间形 体的方法。 该 矿沿矿体走 向划分矿块 ，矿块模 型的 边 界由矿 体地质界面和划分矿块的剖切面组 成。显 然，构造矿块模型的关键 问题是构造 矿体地质 界面 。考虑到地质界面的形状极不 规则 ，难 以用数学 公式表达，本文采用以一 系列离散 小三 角平面 近似表示 曲面的方法， 构造 矿体 地质界面 。采用三角平面而不用其 它 多边形平面 ，是 因为三角平面的定义最为 简单 ，便于 由程序 自动 地生 成地质界面[ 。 具体步骤如下 把矿 体分层 平面 图上的矿体 边界线 离散，得 到表示 矿体地质界面 的多组 离散 点’ 将上、 下、左 、右相邻 的有 关离 散 * 国家自热科学基生资助项目 童当堕 Tp j 上 北京 科技 大学 点根 据一定 的规则，用直线连接起来 ，使其 构成 一个个三角平面，把这些三 角平面组合 起 来，表示 矿体地质界面 本文设计 了一套包括点表、 边表 、 环表、 环指针表在内的数据结构表 ，来组织和管理 地质界面和剖切面 几何 信息，构造矿块实体 矿化模型。 由于是实体模型结构 ，因此可 由 矿块实体矿 化模型 ，输 出矿体空 间形 态的三 维视 图和任意剖面 图，计算 出矿石体 积和重 量 ，在加 入品位信 息后还可求 出矿石 的平均 品位，这些内容已超出了本文范围，故叙述 从略。 2 ．矿块 实体矿化模型库 应 用上述方法及据此方法编制 的计算机 程序 ，构造该矿各矿块的实体矿化模型，并 将其存人磁盘文件里，构成矿块实体矿化模 型厍。矿块实体矿 化模型库 ，将为计算机辅 助采场采切工程布置方案设计，提供矿块的 矿体 模型 基础 ，同耐也 为矿 山生产管理提 供 矿块 的空间 几何形 态和 地质信息 构造矿 化模型 使用的地质资料 ，为根据 生产勘探数据 绘制 的矿体 中段平面 图和勘 探 线垂直剖面 图。加密构造矿 化模型需 要的数 据点 ，主要是为 了加强对矿体沿倾 向方 向几 何形态的控制。本文根据已有的矿体 中段平 面 图和勘探线剖面 圈，在备 中段之 间分别 增 绘 两张分层平面 图，作 为构造矿 化模型 的原 始资料。 地质边界离散点的选取 ，应 以能够控 制 矿体的 几何形状为原则。该矿矿体形态的特 点是，上盘边界比较简单，而下盘边界比较 复杂 因此，矿体上盘边界线离散布距沿走 向取3 ． 5 ～4 m，下盘 边界线在形状比较平缓 时，离散步距与上盘相同，在比较弯曲的地 7 维普资讯 第 l 3 卷1 9 9 2 年第 8 期 方取较小 的离散步距 矿块的长度 一般 为矿 体厚度，宽度 为1 5 m ，以矿 块为单位 ，把矿 块地质界面在各分层上 的离散点，按顺序 存 人以矿块名命名的数据 文件里。 调用模型构造程 序，根据 矿块 数据文件 提供的矿体信息 ，构造各个矿块 的实体 矿化 模型，将模型信 息存 人矿 化模型 库 中，供以 后调 用。 图 l为本文构造 的该矿部分矿块实 体矿化模型的三维视图。 镯 一 一。 田 l 矿块宾体矿化横量曲三堆规暖 、采矿方法几何模型 采矿方法的工程结构，可以看成是由各 种井 巷工程基本部件组成的 。 根据 这 一 特 点，本文应用几何造型技术，构造井巷工程 基本部件几何模型 在几何造型软件支持下， 由基本部件几何模型，组装标准采矿方法的 结构工程 ，构 造采 矿方 法几何模型 ，为优选 采场采切 工程 布置方案 作准 备。 1 ．基本部件几何模型 该矿的采切工 程巷道类型比 较简 单，均 为矩形断面巷 遭，其 基本情 况见表 1 表 l中的井巷工程可以进一步分解为一 系列基本部件，这些部件的几何结构，可以 看成是由巷道断面沿一定长度的直线运行后 形成的形俸。 因此，构造 一个 长方 俸几何实 体模型，其几何结构如图 2 所示。图中共有 8个顶点， 6个面和l 2 条边，其 中 a ， b和H 分别为表示巷道断面宽度，高度和长度的参 井巷工程的断面规格 裹 l 矗 称 规 格 mmj 川臆 巷道 2 ． o 1 ． 8 甘西巷 逍 3 ． x2． 7 采场 进路 3 4 2． 7 溜井联 络道 3 X2 ． 7 倦 水井 联培 道 2 0 1 8 充填 回风井 2 ． 0 1 ． 8 切 割 巷 3 ． 3 8 数。 当给定 一组具体的参数值后 ，图 2所示 的参数模型就成为一个具体的基本部件的几 何实体模型 显然，这 样的参数模型可以描 述表 l中所 有井巷工程的基本部件。 I - _ J 一～ ～ 瞳 2部件几何宴体横基 2 ．采矿方法几何模 型的建立 在几何造型 软件支持下 ，两个 几何实 体 模型经正刚集合并运算后可连接在一起 ，形 成一个新的形体，其结果也是一个几何实体 模型 。本文利用这 一技术 ， 由井巷工程 基 本部件组装采矿方 法几何模 型。 为此，首先构造组成标准采矿方法工程 结构的基本部件的几何实体模型。此时根据 基本部 件的类型 ，来确定各 几何实体模型 的 参数值，并用数据结构表存储模型的几何信 息，然后根据标 准采矿方法的工程结构 ，指 定 各基奉部件模型 的相对空 间安装位 置}最 后调用几 何造型软 件，按照预定的连 接方 式 即采切 工程 布置方案 ， 将这 些基本部件几 何模型拼接起来，组成标准采矿方法工程结 构的几何 模型。这时 由计算机几 何造型软件 先将最初的两个基本部件几何模 型 拼 接 起 来 ，形成 一个新的形体，然后再 由这个形体 的几何模型和 下一个基本部件几何模型俗造 维普资讯 3 2 型运算，即把选两个模型拼接起来，又形成 一 个新的形体。 上过程 依次进行 ，直到所 有基本部件都 连接在一起 在上述 拼接 过程 中，几何造型 软件能 自动地消除备 基本部件 连接 处相互 重叠的部分，由基本部件模型构 造一个完整 的几何 实体模型。 采矿方 法几何模型包含 了采矿 工程结 构 的空间几何信息。 因此 ，由这个模型可 以得 到采矿方 法工程结构的三维视 图和任意剖面 图，也可 由程序 自动算 出工程量来。 图 3和 图 4分 别为该矿采用的上 向分层充填法和盘 区式充填 法的几何模型三维视 图。 田 3 上 向分屡， E 填法几何艟型 1 一脉外运输平巷 2 一J l l 脉 3 一充填天井 4 一下盘泄水井 5 一溜井6 一脉内运输平巷 7 ～ 回采 工作面 田 4 童区式， E 填法几何囊量 l 一下盘平巷 2 一溜井联络道 3 一川脉平巷 4 一回风巷道 5 一分爰巷道 6 一采切进路 7 一溜矿井 8 一充填井 口 一采充工作面 对于采 用同一种采 矿方 法的采场 来说 ， 其 采切 工程 结构 是基本相同的，只是各工程 黄金 的空 间位置和 大小要 发生变 化。因此，有了 标准 采矿方法 几何模型 ，只需针 对具 体采场 的矿体空 间几何形态情 况，改变 和调整采切 工程 的大小和 空间位置，就可快 速而方便地 由标准采矿方法 几何模 型，得到 一个 具体采 场的采切 工程 布置方案 ，因而可 大大提高 设 计 效率。 三、 采场 组合 模 型 几何造型技术 的另一个重 要功 能是 ，能 够 支持 两个 几何 实体 模型 ，进 行正则差集合 运算， 即在一个 几何实体 模型 中，减去另一 个 几何实俸模型 ，而构造一 个新的模型 的 几 何造型运 算⋯ 。本文利 用这 一造型功 能，构 造采场组 合模型 ，表示采切工程 在矿块 内的 布置情况 ，同时反 映采切工程结构和矿体空 间几何形态 的适应情 况。 采 场组 合模型 由被 采切 工程 切割 后的矿 块几何实体模型和采矿方法 几何 模型 组成 。 具体构造过程 如下 1 根据矿块实体矿 化模型提 供的矿体 空 间几何形态和采 场采 用的采矿方法 类型 ， 确定 采矿方法 基本部件几何模型 的 参 数 值 参 见图 2 ， 选定 各基本部件模型 的空 间安 装位置 ，使备采切 工程 与矿体空 间几何 形态 尽可 能处于最佳配合状态。根据选定的安装 位置，把基本部件模型组装起来，构成表示 该矿块 采切工程结构的采矿方法 几何模型。 2 调用几何造 型软件，由矿块实体矿 化模型和采矿方法 几何模型进行正 则差集 合 运算，即从矿块实体矿 化模型 中，减去采矿 方法几何模型，得到被采切工程开挖后的矿 块的 几何实俸模型 ，把这个 模型 记为S。 3 把模型S和 采矿方法 几何 模型叠加 起 来，构成 采场组合模型。 由于是一种实体 模型 的组合结构 ，因此在几何实体模型采用 的数据结构基础上，增设体表，管理采场组 合模型。组合模型的概念 来源于计算机 图形 学 中图形层 次结 构的定义⋯ 由其构造 过程可以看 出，采场组 合模型 维普资讯 第1 3 卷1 9 9 2 年第 8期 3 3 包含 了采场 内矿体 及采矿工程结构的综合信 息。 因为采场 组合模型 的基本结构是 几何实 体模型 ， 因此，可 由采场组合模型可 以得 到 采场情 况的立体 视图，从而可 从不同的方 向 观察采 切工 程与矿体 空间 几何 形态 的配合情 况 由采场 组合模型还可 以得 到采 场的栗 切 工程布置方案的任剖面 图，也可计算 出有关 设计指标。关 于采 场组 合模型 的情况，本文 结合应用实例将进一步介绍。 四、 设计 实例 下面进行的是该矿一个采场 的采 切工 程 布置方案 的设计。设计步骤如下 1 首先 由矿块实体矿 化模型库 中调 出 该采场的矿块实体矿 化模型 ，其几何 形状见 图 卜a 。 然 后调 出该 采场采 用的上向水平分 层充填采矿法的几何摸型， 见圈3 。 2 把采矿方法 几何模型 布置到矿块 实 俸矿 化模型里 ，通过采场立体 图显示 布置方 案的结果，观察备采切工程与矿体边界的相 对位 置，特别注意采充 分层在上下盘的推 进 位置，见图 5和 图 6。 3 若发现有不合理之 处，可变 动采切 工程的空间位置 ，调整采切 工程布置方案 。 根据最终确定的采切工程空 间位置 ，重 新构 造采矿方 法 几何模型 ，并构造采 场 组 合 模 型。 4 选 定几个剖面，绘制采场组合摸型 的剖面投影图， 同时在 Au t o CAD软 件支 持 下编辑这 立剖面 图 a n 剖面线、充填料符 号 等 ， 得到最终 设计方案的平面 图形 ，见图7 。 5 指标计算。这里假设矿块第一个分 层刚开始 切割 ，得 到以下计算指标 a ． 矿块 原 有储量4 7 0 0 3 t ，b．矿块 保有储量3 7 3 9 5 t 矿块 原有储量减去顶底柱 占有的储量和采 切工程带 矿量 ， c ．采切 工程量 不包括上下 中段水平的阶段运输 巷道 为2 0 7 ． 5 m／ l 0 4 9 m 。由于篇幅所限， 指 标计 算方法的 介 绍 本文从略 ，这里 只是说明通过采场组合模型 及矿块实体矿 化模型，可以 由程 序 自动地计 算 出上述各项指 标。 围 5 从 右翻 观 察采切 工程 布■ 情况 田 6 B 一 A 田 T 最终 设计 方囊 平面 田 五 、结束 浯 本文提 出的以矿块实体矿化 摸 型 为 基 础，构造采场组合模型 ，通过改变标准采矿 方法 几何 模型基本部件的空间安装位置 ，选 择采场采切工程布置 方案 的计算机三维辅助 维普资讯 3 4 黄金 第 1 3 卷1 9 9 2 年第 8 期 从选 金厂废液 中回收氰化物的一种新方法 一 Vi t r o k e l e 9 1 2 氰化 物 回收工 艺 堂茎璺 7 s I 地矿 却矿 产综 合利 用研究 所 【 捕 翼1 介绍 了一种 从选 金厂 废液 中回 收氰化 物和 除去 有毒 金属 的Vi r o ke l e 新 I 艺。 选种 Vi t r o ke l e 盎 属警 告剂还 可替 代 活性炭 用于 吸附 回 收金 。 关■词堡垒鏖婆 煎i 兰 塑 新工艺 就从选金厂的矿浆 和废 液中经济有效地 回收氰化物和除去有毒金属 如 Cu 来说， Vi t r o k e l e 9 1 2 V9 1 2 工 艺很有可能获得 成 功 [ 1 ] 。这种新方 法 对矿 浆和溶液 都同 样 适 用，且可将氰 化物总量 和有毒 金属的 含量 分 别降到低于 1 ． O 和0 ． 5 p p m。 并且采 用 这 种 方法回收氰化物时 ，多数情 况下都可在较 短 的时 间内收 回这 部分 投资，而采 用其它方 法 对废 液作去 毒处理时 ，往 往会提 高 生 产 费 用 2 ] 。 更 为可贵的是，这种 Vi t r o ke l e 也是 一 种新型 的金吸附剂 ，有人还将它称 之 为生物 吸 金剂 [ 3 ] 。它 是由总 部设在海 牙 的De v o e Ho l b e i n国际公 司 的 Br u c e Ho l b e i n和 I r vi ng De v0 e 两 位生物学家 ，仿照微 生物 吸 附金 的原理而研 制成功 的。 这 种 Vi t r o ke l e 吸附剂，实 为一种获得 专利 权的金属螯 台剂 ，它 已粘结 在细粒的 多孔 基质 如 玻璃 或聚 苯乙烯上 ，用以从溶液 中选择性回收 金 如该工艺 最后能在工业上获得成功 ，还 可 用于处理低 品位矿石。 此外，采用这种生物吸金剂还可简化提 金工艺 ，无需传统的活性炭和离子交换树脂 提金工艺那样要进行洗提 与再生，将微生物 烧掉 就可使金回收 [ 3 ] 。 因此 ，Vi t r o k e l e 是一种兼 有提 金、 回 收氰 化物 和除去有毒金属等 多种功能 的吸 附 剂。下面对它们分 别作一 简要介绍 。 一 、用Vi t r o k e l e 吸附剂 回收氰化物 随着对环保的要求越来越严 ，各 国都 开 始重视对排放有毒废液进行 控铷 与管理 ，并 采取 多种措施尽可能使毒物 的含量 降到最低 限度。 为从选 盘厂尾液 中除去 氰化物 ，过去 已 提 出和使 用过好 几种方 法。 化学 分解 法存 在 一 些缺点，其 中最 突出的是 费用较高，且 会 在 尾液 中产 生硫 氰酸盐、氰酸盐、以及在某 些情况下还 会产生氨。单独使 用酸化 挥 发 再 中和 AVR 工艺时， 不能达到很 高的氰 化物 回收率，并且也不能 回收有毒金 属 而 自然分解法所需 的时 间往往都很沉 长 接 3 3 页 设计 方法 ，改 变 了传统的人工定 点划线 的作 法 ，大大提 高 了设计效率和设计质量。 同时， 三维模型 可通过 丰富的图形方式，显示各 种 设计 方案 的结果 ，使设计 者能够快速而有数 地评价各种方案 的优劣 ，在综合考虑矿体空 间几 何形态等影响 因素的基础上作 出最佳选 择。 参考文献 1 孙家广等．计算 辅助几何造型技术． 清华大学出 版社，1 9 9 0 ． 2]A． J Wh e e ’ 等． 块段模型和线框模型在地下采矿 L { j 应用，国外盒届矿山．1 9 8 9 ． 2 ． [ 3 j盎廷赞等，计算机图形学 浙江大学出版社， l 9 鸥 辅辑 崔岱 维普资讯