鞍钢矿业爆破有限公司
摘要：在复杂露天铜矿床开采过程中，为了确保开采作业的可视化，必须通过三维激光扫描技术开展可视化开采工艺，以此更新矿采场现状模型，统计分析爆堆，监测边坡稳定性，实现智能化和精细化采矿。通过此次分析铜矿床三维可视化开采工艺，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：复杂露天铜矿；三维可视化；开采工艺；优化技术
某矿区铜矿床主要以铜硫、金银锌铁为主，存储量达到2.2亿吨，远期寻找前景广阔。然而由于矿石复杂性比较高，且矿区内分布大量规模不等的矿体，不仅包括原生铜矿物，还包括次生铜矿物。矿石品位比较复杂，且变化系数在4倍左右，不同矿体氧化率不同。其次，该矿区水文地质复杂，且岩溶发育生长，风化深度比较大，大多数矿体位于侵蚀基准面下，在采剥离期间会加大涌水量，因此必须注重爆破对于边坡稳定性的影响。传统露天煤矿开采工艺包括平缓矿床开采和倾斜矿床开采两种模式。在开采过程中，矿山供配矿管理，生产进度等获取难度比较大，且现有管理模式比较粗放，在时效上无法满足矿山的生产需求，所以需要研发出新的工艺技术，以此确保开采工艺的高精细化。
1、三维激光扫描技术
1.1技术原理分析
该项技术是新型测绘技术，在测量时主要是应用高速激光设备实现，在复杂条件下能够快速扫描测量露天矿采场所，获取点云数据，之后对数据实施三维重建，以此获取采矿现场的实际情况。
现阶段，三维激光扫描技术多应用脉冲测距法，原理在于由激光设备发射激光脉冲信号，之后通过被测物体漫反射之后，会将光线发射回到接收器，按照传输时间差，能够对扫描仪器与目标物体之间的距离进行计算。在实际测量过程中，通过角度编码器能够对不同激光脉冲扫描角度进行同时测量，通过相关参数能够对目标点的坐标进行计算。如图1所示。
图1脉冲测距法计算目标点坐标
按照三角函数，对目标点坐标进行计算。三维可视化开采工艺测量需要应用到扫描仪器的内部坐标系统，并且将以中心位置坐标默认为（0，0，0）。
在应用测量仪器之前，需要按照补偿器设定初始位置，且在已知仪器中心段坐标、初始化范围情况下，可以采用旋转和平移方式，将观测点的坐标数据转换到用户坐标系统中。用户坐标系中的不同测点坐标，通过网格技术能够将点云坐标连接为曲面，以此形成矿场的三维图像。
1.2技术应用优势与不足
相比于全站仪等测量设备，三维激光扫描技术具备较多优势，第一，露天矿山边坡曲面不规则，在应用传统测量技术时，必须在待测区域内选取地形特征点，且特征点数量、区域选取等会直接影响测量结构的准确性。通过应用三维激光扫描技术，能够获取高精度云数据，对待测区域进行立体化扫描，因此在采样率和测量结果等方面均具有较高的准确性，且计算结构与实物比较符合。第二，应用传统测量技术时，由于外业工作效率比较低，且自动化程度不高。通过应用三维可视化开采工艺可以实时生成检测结果，且多为全数字数据，便于后期处理和传输，从根本提升工作效率。第三，传统测量技术只能够对数据进行测绘，在解读数据时必须具备专业的知识。管理人员只能基于数据判断，不能掌握矿场边坡情况。通过应用三维可视化开采工艺，可以获取高精度数据，并且生成三维模型，叠合实际影像图像，以此建立彩色的实景模型。比较贴合矿山开采作业的实际情况，提升检测结果的准确性。第四，传统测量技术的工作效率比较低，且计算方法步骤较为复杂，不具备自动化程度。通过应用三维可视化开采工艺，可以通过情景再现方式生成被测成果。此外，由于边坡环境复杂，相应加大了工作人员的工作难度以及操作风险系数，降低作业效率。三维可视化开采工艺属于非接触式测量技术，能够向被测物体发射出扫描激光，且不会受到被测空间、反射棱镜限制，可以独立高效地完整危险区域内的测量工作，还能够达到人员无法到达的被测空间内进行测量，确保测量结果的准确性。
2、三维可视化开采工艺优化实践
通过应用三维激光扫描仪器扫描采矿场，建立三个观测站，在1h内就能够完成三站测量，获取高达千万个云数据，还能够对采矿区的三维形态进行准确还原。
2.1采矿现状模型更新
应用后处理软件的过滤功能，能够去除采矿场上的噪点，例如机械设备和人员等，由此生成三维模型，如图1所示。露天矿山在开采期间，随着生产进度的变化，会促使矿坑内道路走向、台阶剥离发生变化，对矿区模型进行更新升级，有助于对矿场测量进行校准，还能够了解实际生产进度。通过应用三维可视化开采工艺，可以再次扫描新采矿区域，并且建立相应的模型，与原有模型进行重合，以此获得精准的采矿场现状模型。
图1采矿场三维模型
2.2采剥量验收
对于露天矿山来说，按照月或者季度定期验收出矿量和剥岩量，并且比较生产计划件进行校准，及时掌握和明确生产情况，为产量及资金使用计划调整提供重要参考依据。当前，多数矿山企业在开始精细化管理时，细致化分开采成本，且按照工程所包含的不同内容，运输距离和作业区域，制定相应的作业单价、施工区域单元，不同验收段不仅要对采剥量进行计算，还应当详细统计不同平台和出矿点的方量，明显增加了测绘工程量，应用传统测绘技术无法满足该项要求。
通过应用三维可视化开采工艺，可以通过三角形联网法计算模型实施计算，详细计算采场模型方量，根据不同期采场模型数据，对不同区域内的采掘方量进行计算，还能够对填方量和挖方量进行统计，通过表格方式输出数据成果，这样能够有效满足小范围内的采掘方量验收需求。
2.3分析与统计爆堆
通过优化露天爆破参数，能够明显提升矿山生产管理水平，经济效益价值高。在爆破后，爆堆参数能够作为爆破优化的依据，所以必须确保爆堆测量结果的准确性。在爆破后所形成的爆堆属于不规则体，传统测量方法必须使人员到达爆堆上方采集数据，无法保证人身安全，还会降低作业效率，通过采样密度和数据特征点不能反映出爆堆的形态。通过三维激光扫描技术，能够确保人员在安全区域内采集数据，通过点云能够呈现出爆堆的细节特征，准确统计爆破量。
在对爆堆点云数据进行采集后，能够建立爆堆模型，联合现场实际勘测数据，勾画出爆堆的边界，建立去除爆堆的模型。通过比较分析实施爆破前后的模型，可以对单次爆破方量数据进行计算，优化爆破参数。
2.4监测边坡安全
通过不同时期的边坡三维扫描数据和模型，统计和比较模型差值，以此对边坡变形情况进行分析，还能够勾画出重点区域的点位，分析变形速度曲线和位移曲线，从根本上提升了边坡的稳定性和感知力。
3、结束语
综上所述，在露天矿山开采活动中应用三维可视化开采工艺，能够高效获取生产测绘数据，能够实现复杂开采场的三维可视化工艺优化，建立以三维可视化开采工艺扫描设备为主的开采工艺优化技术，从根本上提升矿山管理人员对于矿山内生产进程和实际情况的掌握度，以此促进复杂露天铜矿床开采的顺利性和有效性。其次，在矿山排土场、尾矿库等场所也可以应用三维可视化开采工艺，以此以上上述场所的技术工艺优化。
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