露天矿超大规模控制爆破数字化系统

赵鹏举 陆大鸣 温鑫

摘要：现今计算机、网络、软件、网格、通信等信息技术的迅猛发展和无限应用，数字化与人工智能成为各行各业发展的必然趋势。先进的卫星导航定位系统、计算机网络技术、信息通信技术、智能钻机、数码雷管等新型的爆破器材与智能爆破技术相结合，使得爆破施工的数字化已成为现实。数字化与人工智能成为各行各业发展的必然趋势。在爆破行业科学技术发展的过程中“数字爆破”发展的目标是使爆破行业数字化、网络化、智能化、精细化和可视化，以推动爆破行业向科学化、可持续发展。爆破施工的数字化是数字爆破的核心内容，是爆破数字化的现实基础与最终目标。根据矿山的实际生产需要，开发爆破智能化设计软件显得尤为重要。

关键词：矿山爆破；数字化；设计

露天矿山生产过程中，穿爆是首道工序，穿爆费用约占开采直接成本的20％一30％。穿爆工作的好坏，直接影响全矿的开采效率、矿石成本和经济效益。多数露天矿山的爆破工作中，主要是根据矿山生产经验来确定爆破参数。然而由于矿山工程地质变化、地质构造及矿岩性质变动引起的工程上的不确定性，致使这种按照经验方式确定的爆破参数不具有普遍适用性，无法保证对爆破效果的要求。

一、系统开发方案

根据用户需求调查分析结果，系统运作模式主要有：一是自动化与随机调整相结合，系统能按照岩石爆破理论和抛掷爆破技术，实现抛掷爆破工程计算机智能设计，并结合现场岩层条件和地形的变化，运用面向对象和人机对话界面，进行爆破参数的人工调整；二是动态修正制，在给定地质条件和爆破设计方案情况下进行爆破效果预测和效果反演，方便对爆破方案设计参数实时调整，实现爆破方案自动修正与优化。根据运作模式首先导入爆破基础数据构建空间数据库，计算机根据爆破工程设计理论及案例合理选择爆破参数，设计人员根据计算机推荐的合理范围及自身经验选择设计参数并进行效果模拟，如果对设计结果满意则结束设计，否则回到参数选择重新进行爆破设计。如图。

根据业务流程图和数据流程图，首先分析确定系统的总体控制流图，然后按照自顶向下与逐步细化的原则，并进行子系统的划分与逐层分解，得出各层次结构控制流图，直至可以表达执行程序算法过程的底层控制流程图。爆破相关资料数据通过软件数据接口导入并转换为统一格式，组成空间数据库，其中地质地形数据形成三维空间的爆破设计区域，地质参数分别辅助爆破设计、模拟和分析功能模块，并生成没计参数、模拟参数、分析参数形成可输出文档。

二、矿山爆破数字化系统功能

1、三维可视化图形管理平台。软件从底层开发图形平台，在自主开发的图形平台上进行爆破设计、模拟分析等。图形平台的功能包括：基本图形实体的三维空间编辑功能；爆破设计专用标识的编辑功能；全三维视图功能，三维空间下图形缩放功能，定制了放大缩小快捷菜单；三维空问下图形平移功能。

2、数据动态实时管理平台。软件动态管理后台数据库，数据管理包含：爆破设计与数据平台实时交换功能；炸药类编信息管理功能；软件与高精度三维扫描仪的数据对接技术；与AutoCAD数据动态交换功能；与Excel表格数据动态实时交换功能；与Word文档数据交换功能。方便输出爆破施工组织设计文档；数据的图形、数据库的动态关联与更新。与爆破智能设计相关的爆破器材信息管理系统，为爆破器材的智能选取提供了接口。

3、地质地形信息管理系统。露天矿地质地形信息管理系统。根据采场现场实际测量的坐标数据，以数值方式将采场地表实测点坐标以及各区域内矿岩的各种地质属性参数以表的形式存入数据库；在爆破设计过程中能对采场给定区域内的矿岩种类、分布范围、体积以及对各种物理力学性质参数进行自动查询、识别和计算处理；根据爆破设计各功能模块发出的指令自动查询与处理图形目标，并自动进行相应的图形边界处理以及与图形属性有关的统计分析与计算。

4、爆破智能设计系统。台阶深孔爆破智能设计系统。基于地质地形信息管理系统，建立爆破参数知识库、起爆系统知识库、智能设计知识库、爆破器材管理库、装药结构模板库和火工品模板库等。实现岩石定向断裂爆破及矿山生产爆破的参数智能化选取、爆区的布孔设计、装药结构设计、起爆网络设计、爆破参数反馈调整、爆破过程模拟以及火工品消耗计算等功能，以提高工作效率和爆破设计的可靠性和准确性，达到了实用化的水平。

5、爆破模拟及效果分析系统。露天矿爆破模拟软件，根据设计软件的爆破设计方案准确模拟整个爆破过程；显示不同孔网参数、装药、起爆点和连线方式下模拟起爆后所产生不同位置的形成的爆堆形状剖面图及炮区的后冲侧冲情况；利用地质模型数据，实现分岩层模拟爆破效果。

三、矿山爆破数字化系统设计

1、基础数据的采集及处理。软件精确设计需采集爆破相关的基础数据，使用激光扫描仪将坡面、坡顶线及坡顶面进行扫描，扫描完毕把所得的数据分别导人至设计软件中进行处理。软件在数据导入后即直接将数据保存在特定的图层里，并直接形成面，方便了对数据的处理。

2、布孔设计。软件根据给定的爆破区域及孔网参数进行布孔。软件可以进行单孔布孔、单排布孔以及区域布孔。区域布孔可以将设计的结果保存下来，方便下次再有类似设计时，直接导入保存的结果即可，无需进行二次设计，方便、快捷。

3、装药设计。装药与布孔为同一步骤，即布孔设计包含了装药设计，都可以对局部的炮孔装药单独修正。软件在炮孔属性窗体中，包含了炮孔周围的地质属性图，方便直观观察炮孔周围的岩性，为精确设计提供了详细的参考资料；装药设计栏含有模板选择功能，可对矿山常用的装药模板预先设计，布孔装药时选择相应的装药模板即可完成装药，减少设计人员的重复工作。

4、孔位调整。由于爆区岩石坡面不是很规整，为了满足对前排抵抗线的要求，爆区前3～4排主爆孔孔位就需要进行适当的调整，软件在前排孔孔位调整功能上已经能够做到智能化自动调整。端帮处的预裂孔钻孔方向是垂直于主爆区钻孔方向的，位于端帮处的3—4排主爆孔也需要进行适当的调整，以免打孔过深，造成对端帮的破坏。软件实现了智能化截短端帮处3～4排主爆孔的功能。

5、松动爆破设计及模拟预测功能：软件可以进行松动爆破设计，国内露天矿山主要以松动爆破为主，因而，软件在国内露天矿山中具有广阔的应用前景。在抛掷爆破设计结果分析上，软件将爆破效果扫描数据导入至系统中分析爆破的效果，计算有效抛掷率及松散系数，软件可查看任意剖面位置的爆破效果，方便、快捷、计算结果准确。软件建立了抛掷爆破效果预测模型，在抛掷爆破设计完成未进行施工时，可以根据设计参数及爆区岩性预测模拟爆破设计的效果。

参考文献：

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