一种露天转地下保安矿柱范围圈定方法与流程

1.本发明属于采矿技术领域，尤其涉及一种露天转地下保安矿柱范围圈定方法。


背景技术：

2.当地下的矿石被采出后，其原岩应力的平衡状态被破坏，从旧平衡被破坏向新平衡形成的过程中，岩层发生不同程度的移动和变形，应力重新分布。对于一些矿山的地表有建筑物和构筑物，因此地表不允许产生显著的不均匀沉降。国内每年因地下开采沉降导致巨大损失，为将损失降到最低，因此有效控制因矿山开采而导致的地表沉降势在必行。
3.为有效避免地下开采对地面建筑物、构筑物造成破坏，预留保安矿柱是一种较为可靠的方法。但也会导致这一部分资源不能及时回采，同时如果保安矿柱范围圈定不合理，将严重恶化保安矿柱的开采技术条件，不利于保安矿柱资源回收，造成大量优质矿产资源的损失。
4.为提高矿产资源的回收率，保障不同水平生产能力的接续，延长矿山寿命，同时又能保证地表建筑物、构筑物的安全，因此一个既能实现经济又能保证安全的保安矿柱范围对矿山的发展意义重大。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种露天转地下保安矿柱范围圈定方法，以解决金属矿山地下开采保安矿柱边界划定的问题，使其边界更加合理，提高了保安矿柱范围圈定的可靠性。
6.为此，本发明实施例提供的露天转地下保安矿柱范围圈定方法，包括如下步骤：
7.步骤1、确定安全塌陷带
8.针对保护对象，查看相应的标准与规范，确定安全塌陷带的位置和长度；
9.步骤2、与地表dtm(数字地面模型)面的拟合
10.将步骤1得到的安全塌陷带与包括了露天采坑的地表dtm面进行拟合，使塌陷带上的点尽可能落在地表dtm面上；
11.步骤3：提取拟合曲线
12.在安全塌陷带与地表dtm面拟合的基础上，提取出拟合曲线；
13.步骤4、拟合曲线向下扩展
14.将步骤3得到的拟合曲线按岩石移动角θ向下拓展2h的高度，得到推导曲线；其中，h为分段高度；
15.步骤5、快速生成dtm面
16.在3dmine软件中基于步骤4获得的推导曲线与步骤3得到的拟合曲线，快速生成dtm面，并将其编号为m，m的初始值为1；
17.步骤6、形成h
0-mh水平剖面线
18.基于高程h
0-mh切割剖面，从而形成h
0-mh水平剖面线，h0为地表平均高程；
19.步骤7、判断剖面线是否贯穿m号dtm面
20.如果已贯穿，则将剖面线与溢出边界进行组合，形成新的拟合曲线，令m＝m+1，并返回步骤4，在步骤5中将新的拟合曲线和新的拟合曲线的推导曲线共同形成dtm面，其它步骤依次进行；若剖面线未贯穿dtm面，则进入下一步；
21.步骤8、获取保安矿柱理论边界
22.通过删除冗余点和丁字角对h
0-mh水平剖面线进行修整，利用修整后的平面曲线推导出每一个水平的保安矿柱理论边界；
23.步骤9：得到保安矿柱边界
24.根据实际工程布置、开采中长期计划以及简单和便于施工的原则对步骤8的边界进行优化，得到更合理的保安矿柱边界。
25.具体的，步骤1中所述安全塌陷带依据保护对象外轮廓形成的弧状曲线，其长度不小于安全沉陷带与保护对象距离的5倍。
26.具体的，步骤2中所述地表dtm面的范围大于矿床范围。
27.具体的，步骤2中塌陷带上的点至少有90％落在地表dtm面上。
28.具体的，步骤7所述溢出边界为剖面线与两个曲线相交后，水平高程较大曲线和水平高程较小值曲线交点左侧或右侧的部分。
29.具体的，步骤9中实际工程包括开拓工程、采准工程、矿山中长期规划以及地质构造。
30.具体的，步骤1中保护对象包括建构筑物、道路以及其它自然保护景观。
31.与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：本发明将获取的塌陷带与地表的dtm面进行拟合，充分考虑了地表走势的变化和露天开采的影响，利用3dmine功能和人为修正，保证了保安矿柱理论边界的可靠，并基于实际工程的布置情况对理论边界的优化，得到更加便于施工的保安矿柱边界。
32.综上，本发明将软件、理论与实际工程相结合，相较于直接根据岩石移动角一步到位推导保安矿柱边界，该方法得到保安矿柱矿柱更平整和简单，也更便于保安矿柱留置施工，利于保安矿柱资源的回收，具备安全、经济和适用等特点。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明实施例提供的露天转地下保安矿柱范围圈定方法流程图；
35.图2是本发明实施例确定的安全塌陷带示意图；
36.图3是本发明实施例涉及的安全塌陷带与实际dtm面的拟合示意图；
37.图4是本发明实施例获得的拟合曲线图；
38.图5是本发明实施例获得的拓展曲线图；
39.图6是本发明实施例利用拟合曲线和拓展曲线生成1号dtm面示意图；
40.图7是本发明实施例基于高程1570m切割剖面示意图；
41.图8是本发明实施例涉及的组合曲线示意图；
42.图9是本发明实施例涉及的基于高程1490m切割剖面示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.某地下铁矿矿石属于中品位高硫低磷钒钛磁铁矿，富含钒钛资源，开采价值极高。矿体走向近东西，倾向北，倾角50
°
～60
°
，矿体呈单斜层状、似层状及透镜状产出。依据开采技术条件，该地下铁矿前期采用露天开采，目前矿山已经转入地下开采阶段，所采用的采矿方法为无底柱分段崩落法，分层高度为20m,由于矿体正上方存在该地区公路的两段路段，分别位于矿体北部及矿体西部，以及地表部分建构筑物离开采岩层移动范围较近，考虑到公路及地表建构筑物的安全以及露天边坡的稳定性，因此需对其保安矿柱的范围进行确定。本发明提供了一种露天转地下保安矿柱范围圈定方法，如图1所示，该实施例按照如下步骤进行：
47.步骤1：确定安全塌陷带
48.安全塌陷带依据保护对象外轮廓形成的弧状曲线，其长度不小于安全沉陷带与保护对象距离的5倍，且具有代表性。本实施例中，针对公路保护对象，根据需要保护段的公路，查看相应的标准与规范，确定允许塌陷带的距离公路外轮廓20m，且塌陷带的长度为1311m，如图2所示。
49.步骤2：与地表dtm面的拟合
50.该矿山为露天转地下的矿山，因此在地表存在露天采坑，因此将步骤1得到的安全塌陷带与包括了露天采坑的地表dtm面进行拟合，使塌陷带上的点至少有90％落在dtm面上，地表dtm面的范围大于矿床范围，如图3所示。
51.步骤3：提取拟合曲线
52.在步骤2的基础上，提取出拟合曲线，如图4所示。
53.步骤4：拟合曲线向下扩展。将步骤3得到的拟合曲线按岩石移动角60
°
向下拓展40m高度，得到推导曲线，如图5所示。
54.步骤5：快速生成dtm面
55.在3dmine中基于生成dtm表面的功能将步骤4中推曲线与步骤3得到的拟合曲线快速生成dtm面，并将其编号为m(m的初始值为1)，如图6所示。
56.步骤6：形成1570m水平剖面线
57.基于高程1570m切割1号dtm面，从而形成1570m水平剖面线，如图7所示。
58.步骤7：判断剖面线是否贯穿1号dtm面
59.1570m水平剖面线已贯穿1号dtm面，因此需要将剖面线与溢出边界进行组合，形成新的拟合曲线(组合线)，并对新的拟合曲线使用清理和查错功能，溢出边界为剖面与两个曲线(拟合曲线和推导曲线)相交后，水平高程较大曲线和水平高程较小值曲线交点左(右)侧的部分，如图7和图8所示。
60.将验证合理后的拟合曲线返回到步骤4，开始一个新循环。在步骤5中是将1570m水平形成新的拟合曲线与根据该新的拟合曲线形成的推导曲线共同生成2号dtm面，按照步骤和判断标准严格执行流程，当进行到1490m水平形成切割剖面线时，该剖面线未贯穿对应的dtm面，因此进入下一步操作，如图9所示。
61.步骤8：获取保安矿柱理论边界
62.对高程为1490m水平的剖面线进行用清理和查错，删除冗余点，删去钉子角(角度小于5
°
)，修整后的平面曲线作为推导每个开采水平保安矿柱边界的初始线。计算出每个开采水平与1490m水平的高差。按照计算出的每一个高差值，将修整后的1490m水平剖面线自上而下以60
°
岩石移动角推导至每一个开采水平，此时每个水平得到的曲线即为保安矿柱理论边界。
63.步骤9：得到保安矿柱边界
64.在确保安全的情况下，根据该矿山的现有工程以及未来的主要工程布置计划以及地质构造，对保安矿柱理论边界进行优化。优化的具体要求为：(1)在可能的情况下，边界线段由为横平竖直的折线，且折线尽可能少；(2)每个水平的重要工程和设施优先；(3)边界简单且保安矿柱范围内高品位矿石少的原则，通过以上的过程就得到了该铁矿每个水平的实际保安矿柱范围。
65.本发明将软件、理论与实际工程相结合，相较于直接根据岩石移动角一步到位推导保安矿柱边界的方法，该方法得到保安矿柱矿柱更平整和简单，也更便于保安矿柱留置施工，利于保安矿柱资源的回收。本发明具备安全、经济和适用等特点。
66.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
67.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
68.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件
既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
69.上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。