Surpac软件在中深孔凿岩爆破优化中的应用
矿业工程软件建立的三维模型能够清晰准确地表述各类地质现象，快速直观了解地质构造、分布位置及相关影响，为矿山发展和资源合理开发提供参考依据。相关学者对矿业工程软件在矿山应用进行了深入研究，王月军等３ＤＭｉｎｅ软件在司家营铁矿的应用，建立了地质数据库，构建了地表模型、实体模型及块体模型，并广泛应用于编制生产计划、爆破设计、供配矿管理及采剥量核算等工作，实现矿山精确发展；彭寿星３ＤＭｉｎｅ软件在尖山铁矿地采穿孔爆破设计中的应用，通过３ＤＭｉｎｅ软件详细阐述软件在矿山生产中高效应用；文柏茂３ＤＭｉｎｅ在某钨锡矿三维建模及爆破设计中的应用，实现了矿山三维模型的可视化中深孔爆破设计，为矿山的采矿设计、生产及管理等提供初步指导。紫金矿业境外权属企业在此基础上深化研究，详细分析Ｓｕｒｐａｃ和中望ＣＡＤ等软件在矿山三维地质建模、中深孔爆破设计、生产动态管理等方面应用成果，为矿山发展提供参考。
１ 工程概况
龙兴采用空场采矿法和无底柱分段崩落采矿法，分层从＋８０到-２００，分层分批次回采矿石。矿体穿脉间距为１５ｍ左右，矿体大小不一，穿脉间距随矿体有所变化。在分层适合位置布置切割井，设立切割槽；以切割槽为自由面后退回采，每次爆破１～２排炮孔。采用Ａｔｌａｓ Ｓｉｍｂａ１３５４采矿凿岩台车施工上向扇形孔，孔径为７６ｍｍ。龙兴公司前期采用中望ＣＡＤ软件进行采准设计、中深孔爆破设计，在二维平面分析爆破情况、采空区状况等。无法立体展现矿山生产全流程，给生产带来诸多不便。
根据龙兴采矿方法、地质构造、中深孔爆破试验研究确定中深孔孔网参数，结合Ｓｕｒｐａｃ和中望ＣＡＤ等多种软件进行三维模型构造、中深孔设计、爆破设计等，优化孔网参数，把握现场安全，提高生产和爆破效率，为公司高效发展提供蓬勃动力。
＋８０采场位于分层采场最上部，距离地表约８５ｍ，开采位于１６９９～１７３５ｍ标高之间的矿体。＋８０矿体下盘围岩为碳黑色黄铁矿化含碳玄武岩凝灰岩，不稳固；由于裂隙发育，岩石不稳固矿石类型为块状硫化物型多金属矿石。
２ 三维模型构建
２．１ 地表建模
地表模型由若干地形线和地表散点生成。采用中望ＣＡＤ软件绘制地形图，保留采区地形线、首曲线和计曲线图层，保留高程点，其余部分删除。导入Ｓｕｒｐａｃ软件后，查看导入数据是否正常，如不正常，参照周边点及ＣＡＤ内高程，使用编辑-点-属性功能调整不合适的点坐标；坡顶和坡底匹配对应的高程点，使用ＤＴＭ工具-由当前层创建ＤＴＭ功能创建。
２．２ 矿体模型建立
龙兴矿体结构复杂多变，相邻两勘探线上矿石品位不一，需要多组勘探线对矿体进行控制，结合地表孔数据，１５ｍ间距一组勘探线钻探。钻探矿石化验后编入岩性表、品位表、定位表、测斜表，将数据导入Ｓｕｒｐａｃ软件。通过对钻孔进行平推、肩推，编辑三角网，ＤＴＭ面，优化验证生成矿体模型。龙兴＋８０矿体模型��图１所示。
２．３ 块体模型建立
在Ｓｕｒｐａｃ打开矿体模型，新建块体模型，系统自动匹配矿体的坐标参数，提高块体报量准确性，龙兴块体尺寸定为２ｍ×２ｍ×１ｍ，次块尺寸１ｍ×１ｍ×０.５ｍ，主要属性有矿岩属性、体积、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ矿体及密度等。
２．４ 采准设计
将矿体模型导入Ｓｕｒｐａｃ软件，切割横、纵剖面，确定分层高度、穿脉数量、切割槽位置，退采方向、铲装点、车辆运输方向、通风系统等。根据铲装设备确定巷道大小为４ｍ宽、４ｍ高，１／４三心拱设计。
２．５ 地采巷道模型建立
地质测量人员进行巷道实测，标注巷道大小，底板顶板高程。将实测巷道底板边界线导入Ｓｕｒｐａｃ软件，在实体建模中创建三角网，编辑三角网；验证优化根据设计断面大小建立巷道实体模型。龙兴＋８０分层巷道三维实体模型如图２所示。
３ Ｓｕｒｐａｃ中深孔爆破设计
３．１ 爆破参数确认
龙兴中深孔采用Ａｔｌａｓ Ｓｉｍｂａ１３５４采矿凿岩台车施工，孔径７６ｍｍ。结合地质情况、其他分层爆破后参数，确定孔网参数方案一、方案二见表１。
３．２ 建立数据库
中深孔钻机Ａｔｌａｓ Ｓｉｍｂａ１３５４录入参数，包括钻机极轴点高度（机芯高度）、倾斜惯例和限制（扇形面前后角度）、应用旋转限制（扇形面左右角度）、钻头直径、钻杆长度等。
矿石和主岩（围岩）参数录入，矿石名称多金属矿、围岩名称凝灰岩、矿石密度３.６ｇ／ｃｍ³、地震Ｐ波速度３１８４ｍ／ｓ、地震Ｓ波速度１９００ｍ／ｓ、岩石静态拉伸强度８.６ＭＰ等。
ＡＣＰ-１炸药参数录入，包括炸药名称、密度０.８５ｇ／ｃｍ³、比重１.１７６ｇ／ｃｍ³、溶于水、散装炸药、需要起爆药包等。
起爆药包硝铵炸药参数录入，爆破装药名称ＡＭＯＭＯＮＩＵＭ ＮＩＴＲＡＴＥ、直径３２ｍｍ、长度２００ｍｍ、密度１ｇ／ｃｍ³、重量０.２ｋｇ等。
起爆雷管参数录入，包括雷管名称、非电延迟、延迟间隔时间２５ｍｓ、雷管脚线长度２１ｍ等。
３．３ 导入模型
Ｓｕｒｐａｃ线框文件分为巷道工程、采场边界、矿体模型三种，按照类型分别导入实体，再导入多段线＋８０／Ｔ１巷道中心线，如图３所示。
３．４ 方案一中深孔设计
将巷道工程设置为采空区，隐藏采场边界和矿体。选择创建新扇形孔集合中的扇形孔集合，选择对应的采场限制为＋８０／Ｔ１采准边界与参考线＋８０／Ｔ１巷道中心线，选择上向孔。
布置参数界面输入孔直径为７６ｍｍ、最大扫描角-５０°、最小扫描角５０°、最大扫孔长２５ｍ、最小扫孔长３ｍ、起始倾角９０°、结束倾角９０°、扇面间距２ｍ、孔间距２.５ｍ、首扇面偏２ｍ、矿石接触偏移-０．５ｍ等参数。
装药参数界面选择数据库内炸药、起爆、雷管类型；采用耦合装药、输入填塞距１ｍ、球体半径１ｍ、最小孔口长度３ｍ、在孔底布置起爆点等。
Ｓｕｒｐａｃ软件在创建新扇形孔集合中输入参数时，系统生成方案一的中深孔设计。
中深孔设计自动生成后，还可以利用软件编辑功能，直接修改参数。
３．５ 块模型功能
在Ｓｕｒｐａｃ软件中导入块体模型，在扇形孔评估中选择扇面Ｒ４，系统自动生成Ｒ４等值面，密度填入３.６ｔ／ｍ³，在块体中选择要的参数比如ｓｇ、ｃｓ-ｐｂ、ｃｓ-ｚｎ等，结果出现Ｒ４排炮孔个数、炮孔长度、体积、重量、金属品位等，为生产发展提供数据化指导。
３．６ 方案一爆破设计
在创建爆破设计窗口新建一个爆破，以方案一为例，更改爆破名称，在爆破序列中选择顺序中间孔为第一个孔，优先爆破、每次延迟孔数为３个、无药段顺序孔底到孔口在爆破间隔更改时序参数等。
选择Ｒ１~Ｒ５排创建爆破设计。选择等值面，可以清晰显示孔布局视图爆破轮廓线、长剖面图爆破轮廓、３Ｄ视图实体爆破模型，清晰表达爆破效果。
选择Ｄｉｌｕｔｉｏｎ，选择１ｍ分辨率，系统根据等值面自动分析爆破方量、矿石方量、废石方量，贫化率等。在添加到项目中，可将爆破影响下排孔具体位置，在等值面中标出，判断中深孔参数是否合理。
方案一Ｒ１~Ｒ５排中深孔米数、爆破矿石量、炸药单耗等见表２。
３．７ 方案二中深孔设计
如方案一步骤，填写方案二参数值，布置扇面间距２.５ｍ、孔间距２.６ｍ、首扇面偏２.５ｍ、矿石接触偏移-２ｍ。系统自动生成方案二中深孔设计。
３．８ 方案二爆破设计
如方案一步骤进行爆破设计，爆破方案二Ｒ１～Ｒ４排。方案二Ｒ１～Ｒ４排中深孔米数、爆破矿石量、炸药单耗等见表３。
３．９ 爆破对比
Ｒ１孔布局如图４所示，爆破后方案一Ｒ１爆破轮廓线明显比方案二爆破轮廓线大，爆破后废石更多，贫化率高，对其他采区破坏性大。
炮孔排面剖面示意图如图５所示，方案一Ｒ１排爆破轮廓线直接覆盖Ｒ２排面线，容易出现炮孔破坏、炮孔错位、眉线破坏等现象；方案二Ｒ１爆破轮廓线离Ｒ２排面线有一定距离。
３．１０ 导出与报告
完成中深孔设计，选择界面的‘采场’，右键选择导出，所有孔导出，包含坐标，排号、孔号等信息。
完成中深孔设计，在创建扇形孔集合-采场-报告，点击新建报告模板，选择扇面页-扇面视图、扇面表、扇面属性等，保存为中深孔报告。
采场爆破等值面，形成爆破实体，设置为空区，设计其他采场中深孔时，系统控制钻孔深度，炮孔不会穿透到其他采场。
Ｓｕｒｐａｃ软件建立好数据库，确定导出模板，方案一参数调整为方案二参数，系统可以自动生产新的中深孔设计和爆破设计，导出报告５ｍｉｎ完成设计。
采用Ｓｕｒｐａｃ软件中深孔设计和爆破设计，方案一参数调整为方案二参数，需重新画排位线，创建爆破爆破单元，切割剖面。每排炮孔重新确定机芯、钻机位置，采准边界，编辑炮孔，创建炮孔边界，计算爆破量，导出爆破数据。重复每排炮孔的上述操作，生成实体，平面成图，导出中望ＣＡＤ，需要２ｈ以上。
３．１１ 现场工业试验
Ｓｕｒｐａｃ软件数据库输入龙兴地质、钻机、雷管、炸药等参数，分别采用方案一、方案二在-１２０／１-３采场进行工业试验。方案二进爆破后眉线正常、顶板、边帮、眉线、钻孔完好。方案二矿石贫化降低４２.８６％，炸药单耗降低２８.４３％，炸药成本减少３０.７７％，钻孔时间减少３２.９０％。
４ 结语
１．Ｓｕｒｐａｃ软件在中深孔爆破设计人机交互界面良好，可视化程度高；数据库管理让矿山发展模块化；自动生产中深设计，工作效率提高１０倍；模拟爆破，直接分析孔网参数是否合理。
２．采用方案二孔网参数，贫化降低４２.８６％，炸药单耗降低２８.４３％，炸药成本减少３０.７７％，钻孔时间减少３２.９０％，对类似矿山具有指导意义。