爆破設(shè)計(jì)軟件在爆破參數(shù)分析中的應(yīng)用

爆破設(shè)計(jì)軟件在爆破參數(shù)分析中的應(yīng)用

影響樓梯壓縮的效果的主要因素有三個(gè)。一是爆炸區(qū)礦巖的爆炸性，即礦巖爆炸的難度，二是爆炸區(qū)的地形（主要指爆炸區(qū)的自由面條件），三是人工確定的開(kāi)孔、布置和包裝等爆炸設(shè)計(jì)參數(shù)。歪頭山鐵礦原來(lái)的爆破設(shè)計(jì)工作依靠爆破設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn),難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些因素的綜合量化分析,爆破參數(shù)(特別是孔位和藥量)的合理性往往不能得到保證,爆破效果不符合要求的情況時(shí)有發(fā)生。為克服依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的全人工爆破設(shè)計(jì)方法存在的上述缺陷,使工程爆破設(shè)計(jì)更為科學(xué)、可靠、高效,工程爆破計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與模擬技術(shù)研究已經(jīng)成為爆破研究領(lǐng)域里的一個(gè)主要趨勢(shì)和方向。30余年來(lái)國(guó)內(nèi)外已先后出現(xiàn)了BLASPA、SABREX、KUZ-RAM、HARRIES、BMMC等一系列比較成功的爆破模型和軟件。這些爆破軟件系統(tǒng)的研究方法、基本功能以及應(yīng)用效果雖然各有不同,但都已經(jīng)在礦山的爆破實(shí)踐中發(fā)揮了一定的積極作用。自2005年以來(lái),歪頭山鐵礦應(yīng)用BLAST-CODE爆破設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),基本取代了原來(lái)的全人工的爆破設(shè)計(jì)方法,為改善爆破效果和降低采礦生產(chǎn)成本,起到了顯著的積極作用。1爆破設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)建立BLAST-CODE是采用爆破漏斗理論分析和爆破工程多元非線性回歸分析相結(jié)合的方法建立起來(lái)的一種爆破設(shè)計(jì)軟件,其模型的主要特點(diǎn)是綜合考慮爆區(qū)地形及臺(tái)階自由面條件、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、炸藥爆炸性能諸因素對(duì)爆破效果的影響,并據(jù)此進(jìn)行臺(tái)階炮孔爆破的計(jì)算機(jī)自動(dòng)/人機(jī)交互設(shè)計(jì)。軟件模型由礦山地質(zhì)地形圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、臺(tái)階炮孔爆破計(jì)算機(jī)自動(dòng)/人機(jī)交互設(shè)計(jì)、爆破效果綜合模擬預(yù)測(cè)3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成(圖1)。地質(zhì)地形圖形數(shù)據(jù)庫(kù)以數(shù)字圖形形式反映礦山采場(chǎng)的地質(zhì)地形條件,構(gòu)成爆破設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái);爆區(qū)礦巖可爆性分級(jí)和爆區(qū)自由面條件自動(dòng)識(shí)別為爆破參數(shù)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)選取提供了具體依據(jù);爆破效果模擬預(yù)測(cè)則為預(yù)測(cè)爆破破碎效果和爆堆形態(tài),進(jìn)而修改和優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù),提供了一種途徑。爆破設(shè)計(jì)文件包括由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的爆破指令書、炮孔布置圖、爆破參數(shù)計(jì)算表。爆破指令書包括爆區(qū)地點(diǎn)、炮孔個(gè)數(shù)、炸藥種類與質(zhì)量、起爆器材明細(xì),以及預(yù)計(jì)爆破量(含分類礦巖量)。爆破參數(shù)計(jì)算表給出炮孔的序號(hào)、深度、裝藥種類與質(zhì)量、地表和孔內(nèi)起爆雷管段別以及炸藥單耗和延米爆破量等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),并可給出對(duì)爆破破碎質(zhì)量和爆堆尺寸的預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)。2爆破作用下產(chǎn)生破壞的難點(diǎn)礦巖可爆性分級(jí)是爆破參數(shù)選取的主要依據(jù)?？杀允侵傅V巖在爆破作用下產(chǎn)生破壞的難易程度。確定影響礦巖可爆性的因素,并在此基礎(chǔ)上找出對(duì)巖體的可爆性進(jìn)行分級(jí)評(píng)估的科學(xué)方法,可為合理選擇爆破技術(shù)參數(shù)提供有效和可行的參考依據(jù)。2.1可爆性聚類分析確定在目前國(guó)內(nèi)外爆破實(shí)踐中,一般采用巖石密度(或容重)和某些靜載力學(xué)特性參數(shù)(如巖石的靜載抗壓強(qiáng)度)作為衡量巖石可爆性能的指標(biāo)。其基本指導(dǎo)思想是:巖石的密度和強(qiáng)度越高,爆破所需要的炸藥能量就越多。這類方法中應(yīng)用最為普遍的是按巖石堅(jiān)固性的普氏分級(jí)法?；诒☉?yīng)力波破壞理論,也有不少研究者用巖石或巖體的聲波速度或波阻抗(即巖石密度與縱波波速的乘積)描述巖石或巖體的可爆性。這類方法認(rèn)為,巖石的可爆性隨波速或波阻抗值的增高而下降。實(shí)踐中臺(tái)階炮孔爆破的對(duì)象是巖體。采場(chǎng)巖(礦)體一般由多種巖石構(gòu)成,而不同巖石的物理力學(xué)性質(zhì)往往都存在著顯著差別,故巖體是一種非均質(zhì)固態(tài)介質(zhì)。此外,由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的原因,巖體中不同程度的含有節(jié)理、層理、裂隙以及斷層等地質(zhì)不連續(xù)面。巖體的這種不連續(xù)特性對(duì)于爆破的作用過(guò)程及結(jié)果也都具有不可忽略的影響。但是,由于問(wèn)題的復(fù)雜性,究竟巖石的哪些屬性在何種程度上反映了它的可爆性能,以及用何種方法才能正確地反映巖石的屬性與其可爆性之間的關(guān)系,迄今還缺乏一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)巖體可爆性指標(biāo)相關(guān)性分析的結(jié)果,采用巖石的容重、抗拉強(qiáng)度、沖擊動(dòng)載抗壓強(qiáng)度以及巖體完整性系數(shù)作為衡量可爆性的指標(biāo),得出了巖體可爆性分級(jí)判據(jù)指標(biāo)(表1)。在此基礎(chǔ)上,采用聚類分析方法對(duì)歪頭山鐵礦各類礦巖的這4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析計(jì)算,確定了各類礦巖的可爆性可爆性分級(jí)(表2)。在表1中,巖體的完整性系數(shù)η定義為η=√CmassCrock?(1)其中,Cmass和Crock分別為縱波在巖石和巖體中的傳播速度。2.2多巖工質(zhì)巖型巖歪頭山鐵礦地質(zhì)條件較為復(fù)雜,主要有14種礦巖(表2)。根據(jù)上述,并采用聚類分析方法對(duì)巖石和巖體的相關(guān)物理力學(xué)特性參數(shù)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析,歪頭山鐵礦礦巖可爆性分級(jí)的結(jié)果如表2。3選擇中斷參數(shù)的基本原則和方法爆破參數(shù)主要包括孔位與孔深設(shè)計(jì)、炮孔藥量計(jì)算、起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)3個(gè)方面。3.1臺(tái)階底部抵抗線計(jì)算采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行炮孔孔位的自動(dòng)設(shè)計(jì),是由計(jì)算機(jī)代替人對(duì)炸藥威力、炮孔直徑和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)與地形等各種相關(guān)因素進(jìn)行確認(rèn)、計(jì)算與分析,最終確定爆區(qū)內(nèi)各個(gè)炮孔的合理位置。在清渣爆破條件下,確定前排孔孔邊距(即炮孔到臺(tái)階坡頂線的距離)的原則有兩個(gè),一是根據(jù)巖體可爆性和炮孔直徑初步確定其大小,然后根據(jù)臺(tái)階坡面角計(jì)算臺(tái)階底部抵抗線的大小,按底部抵抗線調(diào)整并確定孔邊距,確保炮孔既能最大限度地克服臺(tái)階底部抵抗線,同時(shí)使炮孔和炸藥得到盡可能充分和有效的利用;二是它至少能夠保證鉆機(jī)安全作業(yè)的要求。孔間距的大小取決于兩相鄰炮孔之間巖體的可爆性指數(shù)和炸藥威力的大小。如果兩炮孔各自所在位置的巖體可爆性不同,則采用距離加權(quán)平均的方法計(jì)算孔距,即a=d1+(a1-d1)?a2a1,(2)式中,a為設(shè)計(jì)孔距;d1為炮孔1至兩孔之間分類巖體分界線的距離;a1、a2分別按炮孔1和炮孔2所在位置巖體的可爆性確定的孔距。對(duì)給定的炮孔鄰近系數(shù)m,有ai=√Si?m?(3)式中,S為按炮孔i所在位置巖體可爆性指數(shù)計(jì)算的單孔負(fù)擔(dān)面積(即炮孔爆破有效作用范圍的水平面面積),且Si=Κs?Ρpower??ξrm.(4)排距b按炮孔鄰近系數(shù)m或炮孔負(fù)擔(dān)面積S與設(shè)計(jì)孔距a計(jì)算,即b=am?(5)或b=Sa.(6)3.2爆破孔口實(shí)際標(biāo)高的確定算法根據(jù)定義,炮孔深度應(yīng)是孔口標(biāo)高和臺(tái)階下水平(底板)設(shè)計(jì)標(biāo)高之差與合理超深值的和。由此可見(jiàn),如何確定孔口標(biāo)高,對(duì)于炮孔設(shè)計(jì)深度的合理性具有重要的影響。爆破生產(chǎn)實(shí)踐表明,爆區(qū)地形起伏越大,這種影響就越明顯,從而會(huì)對(duì)爆破效果及爆破生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來(lái)十分不利的影響。因此,當(dāng)炮孔合理超深值已知時(shí),孔深設(shè)計(jì)是否合理,將主要取決于能否準(zhǔn)確地確定孔口實(shí)際標(biāo)高并將之應(yīng)用于孔深的設(shè)計(jì)計(jì)算。在爆破設(shè)計(jì)過(guò)程中,計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)孔口標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算的原理是:爆區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)距炮孔越近,孔口標(biāo)高與該實(shí)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高的差異就越小。因此,應(yīng)用距離倒數(shù)加權(quán)法可以基本準(zhǔn)確地判斷出孔口位置的標(biāo)高。具體算法與步驟如下:(1)從地質(zhì)地形數(shù)據(jù)庫(kù)中提取爆區(qū)內(nèi)已有實(shí)測(cè)點(diǎn)i的三維坐標(biāo)(xi,yi,zi);(2)在一定距離范圍內(nèi),求炮孔中心點(diǎn)P(x,y)到爆區(qū)各實(shí)測(cè)點(diǎn)的距離di;(3)按距離權(quán)系數(shù)計(jì)算孔口標(biāo)高:z=∑(zi/d2i)/∑(1/d2i).(7)如范圍內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為零,則視孔口標(biāo)高z與臺(tái)階上水平設(shè)計(jì)標(biāo)高相等。3.3計(jì)算炮孔負(fù)擔(dān)范圍下巖體質(zhì)量m炮孔裝藥量Q的設(shè)計(jì)計(jì)算原則是:首先根據(jù)炮孔抵抗線范圍內(nèi)巖體的可爆性指數(shù)ξrm和炸藥爆炸威力指數(shù)Ppower確定炸藥單耗q,然后根據(jù)炮孔負(fù)擔(dān)范圍內(nèi)巖體質(zhì)量Mr計(jì)算Q,即q=C?ξrmΡpower?(8)Q=q?Μr?(9)Μr=S?ˉΗ?ˉγ?(10)式中,C為系數(shù);S為炮孔負(fù)擔(dān)范圍(爆破漏斗)水平面面積,m2;ˉΗ為炮孔負(fù)擔(dān)范圍內(nèi)的平均段高,m;ˉγ為炮孔負(fù)擔(dān)范圍內(nèi)巖體平均容重,g/cm3。炮孔起爆藥包位置可由人工選擇指定,但從有效利用炸藥能量和改善爆破效果考慮,一般推薦采用底部起爆。3.4人工指定出爆點(diǎn)及微差時(shí)間爆區(qū)起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括孔內(nèi)雷管段別與個(gè)數(shù)、地表起爆網(wǎng)絡(luò)形式以及地表延期雷管的段別和個(gè)數(shù)。使各炮孔在起爆瞬間具有良好的自由面條件,是起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。在人工指定期望的巖體拋移方向后,即可以計(jì)算機(jī)自動(dòng)/人機(jī)交互方式進(jìn)行炮孔起爆順序與微差時(shí)間的設(shè)計(jì)?；静襟E是:(1)指定起爆點(diǎn)(首先起爆的炮孔),該炮孔必須是前排孔;(2)前排孔起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì);(3)設(shè)計(jì)爆區(qū)其它部分炮孔的起爆網(wǎng)絡(luò);(4)如有必要,修改設(shè)計(jì)結(jié)果。4爆破參數(shù)預(yù)測(cè)應(yīng)用BLAST-CODE軟件對(duì)主采場(chǎng)116～128m水平一爆區(qū)進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),爆區(qū)巖石種類包括混合巖(Mr)和磁鐵礦(Fe2PL)2種。鉆機(jī)鉆孔直徑為310mm。根據(jù)軟件的可爆性分級(jí)計(jì)算,上述2種巖石分別屬第IV級(jí)和第V級(jí)巖石。爆區(qū)共布置炮孔48個(gè),炮孔裝藥全部為乳化炸藥,炮孔裝藥量700～840kg,總藥量39.62t,炸藥單耗0.331kg/t,預(yù)計(jì)爆破量為141639t,其中混合巖64035t,礦石77604t。前排孔孔間地表延時(shí)為42ms,其它孔孔間地表延時(shí)65ms,孔內(nèi)延時(shí)均為400ms。應(yīng)用BLAST-CODE軟件預(yù)測(cè)最大前沖距離40.97m,最大后(側(cè))沖5.2m,爆堆隆起最大高度3.48m,與實(shí)測(cè)結(jié)果相比,誤差均不大于5%;預(yù)測(cè)爆堆礦巖平均塊度為14.6cm,爆堆松散系數(shù)為1.31,但由于實(shí)測(cè)難度較大,未能確定這2個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性;實(shí)際爆堆礦巖的破碎質(zhì)量較好,塊度均勻,電鏟挖掘作業(yè)正常,沒(méi)有出現(xiàn)留根底現(xiàn)象。5爆破質(zhì)量評(píng)價(jià)(1)BLAST-CODE軟件以采場(chǎng)地質(zhì)地形數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)處理技術(shù)平臺(tái),使得爆破設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化成為可能。(