蘭 振

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司，陜西 華縣 714102)

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計(jì)算機(jī)輔助軟件在露天礦爆破設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蘭 振

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司，陜西 華縣 714102)

本文介紹了爆破設(shè)計(jì)軟件Shotplus-i的特點(diǎn)、功能及應(yīng)用實(shí)例。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該軟件可用于改進(jìn)傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法，解決了生產(chǎn)爆破設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，提高了爆破設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，為爆破設(shè)計(jì)的科學(xué)化和智能化提供了較為先進(jìn)的技術(shù)途徑。

爆破軟件；逐孔起爆；參數(shù)優(yōu)化；爆破振動(dòng)

0 引 言

爆破工作是露天礦山采礦工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)爆破質(zhì)量的優(yōu)劣將對(duì)礦山鏟裝、運(yùn)輸、選礦等其他工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本產(chǎn)生重要的影響。因此，改善爆破效果是其他作業(yè)的基礎(chǔ)，是降低采礦綜合成本、保證礦山安全高效運(yùn)行的重要途徑。

依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀,提高爆破設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量尤為重要,要使爆破施工設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理,更加智能高效,必須充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)加強(qiáng)爆破設(shè)計(jì)和爆破管理，解決了傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，可以把工程技術(shù)人員從繁重的設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖工作中解放出來，使其能夠把更多的精力投入到創(chuàng)造性的工作中，并且爆破設(shè)計(jì)精度和爆破質(zhì)量也有大幅度的提高。

1 Shoptlus-i爆破設(shè)計(jì)軟件的引入

爆破設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是需要考慮因素多、計(jì)算過程復(fù)雜多變、工作重復(fù)零亂、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間多。目前，我礦生產(chǎn)爆破設(shè)計(jì)工作仍停留在手工設(shè)計(jì)階段，一次規(guī)模在100個(gè)炮孔的中型爆破，由于時(shí)間緊，數(shù)據(jù)處理工作量大，用手工方法難以進(jìn)行多方案比較和優(yōu)化設(shè)計(jì)，往往憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使爆破質(zhì)量欠佳，生產(chǎn)成本大幅增加。

隨著平盤的不斷延深，邊邦硬巖區(qū)域的揭露，花崗斑巖、石英巖、板巖等可爆性較差的巖石增多，使爆破效果惡化，根底、大塊率居高不下，重復(fù)爆破次數(shù)較以往增多，使爆破單耗增大、鏟裝效率低下、設(shè)備磨損嚴(yán)重、故障率增加，導(dǎo)致采礦總成本大幅提高。

另外，年任務(wù)量的不斷增加，爆破規(guī)模的增大，爆破振動(dòng)對(duì)周圍建(構(gòu))筑物和最終邊坡的影響不斷加劇，新的安全環(huán)保問題又隨之出現(xiàn)，所以，保證爆破效果，降低爆破震動(dòng)影響迫在眉睫。

針對(duì)上述存在的問題，我礦引進(jìn)澳瑞凱公司的Shoptlus-i爆破設(shè)計(jì)軟件，開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。

2 軟件基本功能

shoptlus-i爆破軟件可以使所設(shè)計(jì)的爆破網(wǎng)路最大限度地、比較直觀地體現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)爆破網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，獲得最佳的爆破效果[1]。

(1)當(dāng)爆破相關(guān)參數(shù)確定后，軟件能夠按不同的布孔方式(既能自動(dòng)布孔、又能手動(dòng)布孔)，自動(dòng)生成孔網(wǎng)平面圖。

(2)能夠自動(dòng)生成剖面圖，在圖中能夠顯示填塞、間隔藥柱高度及所在的位置及尺寸。

(3)在相關(guān)參數(shù)確定后，能自動(dòng)生成爆破參數(shù)表。

(4)按被爆巖體的實(shí)際硬度系數(shù)，自動(dòng)計(jì)算微差時(shí)間，自動(dòng)顯示各段雷管微差時(shí)間表。

(5)軟件能夠顯示每個(gè)孔微差起爆時(shí)間，可以模擬演示起爆次序。

(6)可顯示抵抗線的移動(dòng)速度和延期時(shí)間。

(7)可自動(dòng)生成爆破所需雷管、炸藥等材料清單。

3 Shoptlus-i 爆破軟件應(yīng)用介紹

爆破器材、爆破理論和爆破軟件是一個(gè)相互聯(lián)系的整體，在實(shí)際應(yīng)用過程中不可只具其一。shoptlus-i作為一種輔助工具，能在時(shí)間搭配上精確推算，解決逐孔起爆技術(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)多、設(shè)計(jì)難度大的問題。

3.1 爆破設(shè)計(jì)

3.1.1 導(dǎo)入數(shù)據(jù)

測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的standard DXF (AutoCAD)格式或者其他數(shù)據(jù)文件[2]，Shoptlus-i爆破設(shè)計(jì)軟件直接調(diào)用該文件，由計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成帶坐標(biāo)的平面圖，省去人工繪圖工序，減少了爆破技術(shù)人員的工作量，提高了爆破設(shè)計(jì)工作效率。

3.1.2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用Shoptlus-i爆破軟件對(duì)單個(gè)炮孔進(jìn)行裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并創(chuàng)建模板[2]，使用預(yù)定義模板對(duì)其他相同孔進(jìn)行批量設(shè)計(jì)，可避免逐一重復(fù)作業(yè)，減輕繁重的重裝藥工作量。如圖1所示。

3.1.3 微差起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

裝藥設(shè)計(jì)完成后，開始進(jìn)行爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)。選取導(dǎo)爆管型號(hào)和延期時(shí)間，根據(jù)起爆點(diǎn)位置的選擇，連線方式有“V”形和“雁”形等。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.1.4 預(yù)爆礦巖量計(jì)算

根據(jù)導(dǎo)入的炮孔平面布置圖，圈出預(yù)爆礦巖區(qū)周邊，即可顯示爆破面積，根據(jù)預(yù)先輸入的臺(tái)階高度和巖石密度，自動(dòng)計(jì)算爆破體積和爆破量。

3.1.5 材料清單統(tǒng)計(jì)

該功能可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)該次爆破設(shè)計(jì)中爆破器材的使用數(shù)量和規(guī)格，數(shù)目準(zhǔn)確可靠，方便審批和領(lǐng)用。

3.2 爆破設(shè)計(jì)效果模擬優(yōu)化

依據(jù)礦巖特性，運(yùn)用Shotpius-i爆破軟件進(jìn)一步對(duì)爆破各個(gè)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接進(jìn)行模擬校核和優(yōu)化。調(diào)整微差時(shí)間，選取合理孔網(wǎng)參數(shù)、起爆方式和起爆順序。達(dá)到逐孔起爆，降低了爆破單耗和振動(dòng)，改善爆破效果，提高爆破質(zhì)量。

3.2.1 逐孔起爆參數(shù)優(yōu)化

該功能主要作用是顯示在一定時(shí)長(zhǎng)(標(biāo)準(zhǔn)為8 ms)內(nèi)同時(shí)起爆的炮孔數(shù)量和位置[3]?？筛鶕?jù)該功能來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)間，以使在8 ms內(nèi)同時(shí)起爆的炮孔數(shù)盡量減少，達(dá)到控制單響藥量降低振動(dòng)的目的。并依靠軟件對(duì)調(diào)整后的爆破參數(shù)進(jìn)行起爆順序模擬，以實(shí)現(xiàn)起爆次序合理、單響段藥量最小、爆堆拋擲方向。如圖2所示。

圖2 逐孔起爆網(wǎng)路圖

3.2.2 點(diǎn)燃陣面模擬功能

模擬起爆可顯示5個(gè)不同速度下的起爆。該功能主要作用為模擬現(xiàn)場(chǎng)起爆網(wǎng)絡(luò)和炮孔分段的起爆方式，給設(shè)計(jì)者以直觀的方式檢驗(yàn)整個(gè)爆破設(shè)計(jì)是否與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)思路一致。如圖3所示。

圖3 點(diǎn)燃陣面模擬圖

應(yīng)用該功能可以檢測(cè)：(1) 可對(duì)爆破的連線、裝藥進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)是否有漏連或漏裝藥的孔位。(2)炮孔起爆的先后順序。(3)分段裝藥各段起爆順序。(4)不同時(shí)間點(diǎn)爆破網(wǎng)絡(luò)的起爆情況。

3.2.3 巖石初始移動(dòng)模擬

該功能主要用于模擬起爆后爆堆的巖石移動(dòng)方向。應(yīng)用該功能可以看出在同一炮區(qū)所造成巖石不同的移動(dòng)方向。對(duì)于要求巖石定向移動(dòng)的特殊爆破(如：采石場(chǎng)定向拋堆，礦石貧化控制時(shí)的礦巖分離爆破等等)，應(yīng)用該功能可方便對(duì)爆破效果進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

如圖4所示，爆區(qū)內(nèi)高品位礦石中間夾雜部分低品位礦石(或廢石)，通過Shoptlus-i對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)間的設(shè)置和巖石移動(dòng)模擬，可明確看出礦巖分離效果。

圖4 礦巖移動(dòng)方向的模擬圖

3.2.4 起爆等時(shí)線

應(yīng)用逐孔起爆技術(shù)進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，爆破過程的推進(jìn)(或展開)并不是整排或整列，而是與排和列成一定的角度向前推進(jìn)，位于同一角度上的爆破質(zhì)點(diǎn)所組成的曲線是起爆等時(shí)線。如圖5所示，圖中標(biāo)出的平行線就是依次為0 ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms、500 ms、600 ms、700 ms時(shí)刻的爆破等時(shí)線。

圖5 爆破等時(shí)線

所謂起爆等時(shí)線就是在固定時(shí)間炮區(qū)內(nèi)受炸藥起爆影響一致的點(diǎn)的連線，它反映的爆破炮區(qū)實(shí)際的起爆排。使用該功能可以對(duì)爆破設(shè)計(jì)的延期時(shí)間進(jìn)一步印證。等時(shí)線的平滑程度反映了炮區(qū)炮孔延期時(shí)間的一致程度，巖石受力一致均勻，爆堆松散度一致。另外，等時(shí)線遞增的方向就是爆破振動(dòng)疊加的方向，沿該方向爆破振動(dòng)更為明顯?？筛鶕?jù)等時(shí)線原理，通過調(diào)整網(wǎng)路連接，改變等時(shí)線方位，使所要保護(hù)建(構(gòu))筑物避開爆破振動(dòng)最強(qiáng)方向。

3.2.5 排間泄壓時(shí)間

所謂排間泄壓時(shí)間是指爆破中實(shí)際排與排之間每米的延期時(shí)間。排間泄壓時(shí)間對(duì)爆堆的松散度起主要作用，如果排間泄壓時(shí)間過短，前排的炮孔起爆后還沒有完全移動(dòng)，后排的炮孔就馬上起爆，造成后排炮孔抵抗線過大，且沒有足夠的移動(dòng)空間，爆堆會(huì)壓實(shí)、隆起很高，不利于鏟裝，甚至造成飛石、空氣沖擊波、爆堆后翻、后沖破壞大等情況。如圖6所示。

圖6 排間泄壓時(shí)間模擬圖

4 礦山爆破應(yīng)用實(shí)例

2009年6月25日該軟件開始在金堆城鉬礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。

4.1 降低爆破振動(dòng)

在工程爆破實(shí)踐中，對(duì)爆破設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化的逐孔起爆和傳統(tǒng)的微差爆破進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)、振動(dòng)波分析比較[3]。爆破振動(dòng)速度時(shí)間歷程圖如圖7、圖8所示；爆破測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表1、表2所示。

圖7 微差爆破振動(dòng)速度時(shí)間歷程圖

圖8 逐孔爆破振動(dòng)速度時(shí)間歷程圖

表1 微差爆破測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由于逐孔爆破顯著減少了最大段起爆的藥量，因此爆破地震能量也在時(shí)間上和空間上加以分散，使地震強(qiáng)度明顯降低。從現(xiàn)場(chǎng)獲得的爆破振動(dòng)速度時(shí)間歷程圖可以看出，兩種起爆方式的爆破振動(dòng)波形差異很大。微差爆破的爆破振動(dòng)波形起伏大，振動(dòng)幅值變化明顯；逐孔起爆的爆破振動(dòng)幅值整體起伏小，振動(dòng)幅值平緩。從頻率上分析，逐孔起爆地震波的主頻平均值為27.1 Hz，微差爆破產(chǎn)生的地震波的主頻平均值為19.6 Hz。逐孔起爆比微差爆破產(chǎn)生的地震波的主頻高。高頻振動(dòng)波不會(huì)與邊坡、建筑物的固有頻率的主頻率相等或接近，避免共振產(chǎn)生的破壞[3]。

表2 逐孔起爆測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.2 降低大塊率

優(yōu)化前爆破存在的問題是硬巖爆破后根底大塊頻繁發(fā)生。本次在1284平盤進(jìn)行了爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化前后對(duì)比工業(yè)試驗(yàn)。爆區(qū)全部為石英巖。如圖9、圖10所示。

圖9 優(yōu)化前爆破區(qū)域的原始照

圖10 優(yōu)化后爆破區(qū)域的原始照片

從爆堆揭露的巖石觀察，清晰地反應(yīng)出在采取Shoptlus-i爆破設(shè)計(jì)后的區(qū)域，石英巖塊度明顯降低，本次爆破的大塊率不足3%，其中90%的都在50 cm以下。而未采取優(yōu)化措施的區(qū)域大塊率在7%左右。可見采取措施后，爆破質(zhì)量得到了明顯改善。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)通過爆破設(shè)計(jì)分析和爆破效果模擬，可預(yù)測(cè)爆破設(shè)計(jì)效果和對(duì)施工要求的符合程度。效果不理想、不滿足施工要求時(shí)，可反復(fù)修改、調(diào)整爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、連線方式等技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)化爆破方案。

(2)根底大塊產(chǎn)生機(jī)率降低，大幅度降低二次穿爆成本，并且提高電鏟鏟裝效率，降低設(shè)備故障率，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

(3)降低爆破振動(dòng)影響。保護(hù)邊坡完整，周邊建(構(gòu))筑物不受損壞,避免因爆破引起的民事糾紛,確保正常的礦山生產(chǎn)秩序。

(4)改變?cè)瓉淼募兪止ぞ幹普f明書，運(yùn)用Shotpius-i輔助爆破設(shè)計(jì)，具有實(shí)用性強(qiáng)、操作容易、快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。不僅可提高工作效率,而且便于數(shù)據(jù)微機(jī)化管理，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化，建立建全爆破數(shù)據(jù)庫(kù)。

[1] 張 偉.Shotplus 爆破設(shè)計(jì)軟件在露天礦臺(tái)階爆破中的應(yīng)用[J].科技天地，2011，(10)：42-43.

[2] 曹 勇，王桂林，姜忠華，等.Shoptlus-ipro SV 軟件在黑岱溝礦拋擲爆破中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù)，2009, (4)：43-45.

[3] 李志輝，龔 杰.逐孔起爆技術(shù)的研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].金屬礦山，2009，(10)：428-433.

APPLICATION OF COMPUTER ASSISTANT SOFTWARE IN THE BLASTING DESIGN OF OPEN-PIT MINE

LAN Zhen

(Mining and Metallurgy Branch, Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd., Huaxian 714102, Shaanxi,China)

Features, function and application of Shotplus-i Software for blast design were described. On-site practice showed that the software could be used to improve the traditional design of artificial methods, solve the technical problems of production blasting design, improve the rationality of design and reliability of blasting, and provide more advanced technical means for blasting design of scientific and intelligent.

blasting software; detonation-by-hole; parameters optimization; blasting vibration

2017-01-05；

2017-02-08

蘭 振(1982—)，男，采礦工程師，現(xiàn)在金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦業(yè)分公司露天礦采區(qū)從事生產(chǎn)管理工作。E-mail：lanzhen605@163.com

10.13384/j.cnki.cmi.1006-2602.2017.02.004

TD672

A

1006-2602(2017)02-0016-05