黑岱沟露天矿预裂爆破参数智能设计及连线设计

狐为民

(华北科技学院 计算机学院，北京东燕郊 101601)

《黑岱沟露天矿预裂爆破计算机智能设计系统》主要通过研究影响黑岱沟露天煤矿预裂爆破质量的关键因素及其相互关系，形成的成果能够为预裂爆破设计与优化提供理论支撑，并达到提升预裂爆破质量的目的。其关键技术主要包括:预裂爆破机理的研究、炸药和爆区矿岩可爆性匹配优化研究、预裂爆破参数确定与优化研究等。本文就其预裂爆破参数智能设计及连线设计及实际爆破效果进行探讨。

1 黑岱沟露天煤矿预裂爆破选取爆破参数设计的原则

确定影响爆破参数设计的主要指标是进行爆破参数设计的关键一步。主要影响指标的确定应遵循以下原则:

1)重要性原则。主要影响指标必须包括所有影响岩石成缝和爆破参数设计的主要因素，又不包括影响程度较小的次要因素。

2)独立性原则。主要影响指标相互间必须具有独立性，同一层次上主要影响指标能反映某一方面的属性，各指标间相关程度低。

3)定量性原则。能为参数设计提供定量数值，而不是一个因人而异的含糊术语。

4)简单性原则。各主要影响指标易在现场获得，形式简单，并能定量表示。

5)通用性原则。主要影响指标的选取，不应是在某些特殊情况下出现的特例。

2 影响爆破参数设计主要指标的确定

根据影响岩石成缝因素的分析及主要影响指标选取的原则，爆破参数选取以下5个影响指标:

1)炸药。根据预裂爆破的应力波与爆生气体联合作用理论，要求炸药具有一定的爆速和猛度及爆生气体量尽量多的性质。按照这性质，预裂爆破采用低猛度、低爆速、低密度和传爆性良好的炸药，以消除或缩小炮眼周围形成的岩石粉碎圈。以2号岩石铵锑炸药为计算标准，可以使用爆炸能量相对系数(e)把炸药定量化，见表1。

表1 常用炸药的爆炸能量相对系数e值

2)矿岩强度。依据预裂爆破理论，炮孔壁不被压坏，主要与炸药量和岩石抗压强度有关;而预裂缝的生成则主要与炸药量和抗拉强度有关。岩石的抗拉强度约为抗压强度的1/30～1/10。为简化所见，工程实践中，常用极限抗压强度来考虑炸药量。一般来说，当炮孔间距不变时，线装药量随岩石的极限抗压强度增大而增大，所以这种考虑在一定意义上是可行的。为方便使用，可用矿岩的抗压强度或普氏坚固系数表示矿岩强度。为有利于定性描述定量化，确定了矿岩的可爆定性描述定量化，见表2。

表2 矿岩的可爆定性描述量化表

3)裂隙。裂隙、节理、层面和断层等，将岩石分割成许多大大小小的块体，使块体与块体之间形成弱面。这些弱面有的是连续的，有的是不连续的，弱面的性质因地质变化而不同。岩体中这种自然结构的差异造成各种地质条件的千变万化。这些构造中尤以裂隙对预裂爆破成缝影响最大。一方面，裂隙可导致爆生气体和压力的泄漏，降低爆破能的作用，不利成缝;另一方面，这些裂隙破坏了岩体的完整性，易于从弱面破裂，利于成缝。为有利于定性描述定量化，确定了矿岩的裂隙发育程度定性描述定量化，见表3。

表3 矿岩的裂隙发育程度定性描述定量化表

4)孔径。在应力波的作用下，不同的孔径，其初始成缝的长度不一。孔径越大，初始成缝长度越长，其克服成缝的耗能也越多，即消耗炸药量也越多。

5)孔深。随着炮孔深度的增加，岩体的初始应力通常也呈增加的趋势，即随深度的增加，炮孔底部的夹制作用也就愈显著。为抵消初始应力，确保爆破后形成的预裂缝能顺利延伸到底部，随深度的不同，孔底药量增加也就不同。工程上经验是:孔深大于10 m时，底部增加的药量为线装药量的3～5倍，把它们平均分摊在孔底1～2 m的长度上;5～10 m孔深增加2～3倍;3～5 m孔深增加1～2倍。坚硬岩石取大值，软弱岩石取小值。

3 预裂爆破参数智能设计

结合预裂爆破主要参数的经验数据和经验公式，运用VB程序开发编程语言、ADO技术和Access数据库开发了预裂爆破参数智能化设计软件，软件的界面如图1所示:

“岩性”一栏为爆破区域主要岩体的种类，列表中的数据为Access数据库中rockcode表格中的数据，如图2所示，该表格以黑岱沟露天矿区为实例，包括了矿区所有类型岩体的基本物理力学性质。字段r为岩石的容重，字段f为岩石的普氏硬度系数，字段Blasting为岩石的可爆性分级，字段compression为岩石的抗压强度。使用时，选择待爆区域的岩体种类，输入炮孔直径、台阶高度、坡面角、炮孔倾角等矿区预裂爆破基础参数。选择“理论值”命令，软件将根据前面输入的基础参数和经验公式，计算预裂爆破设计参数的合理范围值，并显示“理论取值范围”栏。设计人员可以根据设计参数的取值范围，选择“均值”命令将参数的平均值作为设计的最终结果，也可以输入自己设计的参数值。参数设计完成后就可以给爆区进行装药设计，这里需要首先输入所选炸药的密度，选择“智能设计”命令，可以查看到本次预裂爆破设计的炮孔线装药密度(根据孔径和不耦合系数计算获得)、装药的长度(可以自己设计)以及反算的最终单耗结果。最终单耗为炮孔实际能装炸药量与预裂孔负担面积的比值。

图1 预裂爆破参数智能化设计软件窗体

4 预裂爆破连线设计

预裂炮孔之间采用分组连线，每组中的某一炮孔与邻近的主炮孔相连。预裂孔必须在其邻近主炮孔起爆之前起爆，可提前100～200 ms。主体孔与预裂孔之间的采用普通瞬发管连接，预裂孔的孔内孔外连线采用导爆索连接。

图2 预裂爆破参数智能化设计软件后台岩石物理力学性质数据库

爆破数字化综合处理系统软件的连线方式有整体连线和手动连线两种方式。

4.1 整体连线

选择“爆破设计”菜单→“连线设计”，打开软件的整体连线窗体，如图3所示，

用户在爆破设计名称选择需要进行连线的爆破设计的名称，名称栏右面的“删除本次设计的全部连线”命令可以删除该次爆破设计的全部连线。

排孔连线设计:可以为一排具有相同编号的炮孔进行连线，输入编号名称，孔外延时时间间隔，选择所需要的火工品就可以为该排炮孔进行整体连线。

列孔连线设计:列孔连线设计可以为不同编号的两排炮孔之间进行连线。这里需要用户输入相连的两排孔的编号，列的序号，连线的孔外延时时间间隔，按序号向前还是向后类推的方式以及所需要的火工品就可以为两列炮孔进行整体连线。

火工品:排孔或列孔之间的连线都需要选择所用的火工品，火工品的选择与炮孔设计时的火工品设计相同。

图3 整体连线设计窗体

4.2 手动连线

局部区域的某些炮孔，整体连线不能全部覆盖，需要手动进行连线。Ksbp软件开发了局部手动连线的功能。选择常用工具栏中的“连线”命令，点击选择所需要连接的炮孔，右键完成选择，打开手动连线设计窗体，如图4所示，只需要输入选择的炮孔之间的连线延时时间及所用的火工品，就可以为这些炮孔手动添加连线。

图4 手动连线设计窗体

以黑岱沟露天煤矿2012年西七次爆破设计为范例，为其设计预裂爆破连线如图5所示。

5 结论

黑岱沟露天煤矿预裂爆破选取爆破参数设计遵循五项原则，确定了影响爆破参数设计的炸药、矿岩强度等五项主要指标，实现了露天煤矿预裂爆破参数智能设计，并实现了预裂爆破连线设计手动连线与自动连线功能:详细说明了自动连线是针对爆区内有规律的连线专门开发的功能，适合大量有规律的连线设计;手动连线更为灵活，主要针对少量连线，可以为两个或多个炮孔进行单独连线设计。

图5 连线图

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