掘進巷道炮眼布置設計及其三維可視化研究

1、 掘進巷道炮眼布置設計及其三維可視化研究 爆破是目前破碎巖石的主要手段，爆破操作是一種技術性很強的工作，操作的正確與否不僅直接影響到爆破質(zhì)量的好壞，更重要的是會嚴重的威脅職工的安全。要想獲得良好的爆破效果，就必須了解和掌握工程爆破的基本要求以及影響爆破效果的主要因素，特別是巖石的性質(zhì)和爆破工程的地質(zhì)條件爆破技術的基本理論和基本方法等。炮眼布置是影響爆破效果的重要因素之一。影響炮眼布置的主要因素：巖石性質(zhì)巷道斷面炸藥性能和炮眼裝藥量等。由于地下地質(zhì)條件變化很大，工作面的炮眼布置不能一成不變，必須根據(jù)具體地質(zhì)情況進行布置和調(diào)整。近些年國內(nèi)外地質(zhì)信息可視化模型的研究發(fā)展較快，提出了各種三維數(shù)據(jù)模型。

2、有許多文獻已經(jīng)對三維建模方法進行了系統(tǒng)評價和分類，已產(chǎn)生一些面向煤礦開采、石油開采等領域的商品化軟件。三維建模與可視化在資源勘探與開發(fā)中具有十分重要的意義, 建立通用可擴展的地質(zhì)三維信息模型, 可直接對礦產(chǎn)資源勘探、區(qū)域環(huán)境地質(zhì)綜合分析等提供決策依據(jù)。目前已有很多文獻對炮眼布置做出了詳細地論述, 但缺乏三維直觀效果和可視化計算分析功能。筆者開發(fā)的程序不但給出了炮眼布置科學準確的二維圖例和詳細的工程量表，而且實現(xiàn)了相應的可視化的三維模型。用戶可以方便的根據(jù)三維模型修改炮眼參數(shù)，以便使爆破效果更加理想。1：炮眼的分類 按照用途不同，炮眼可以分為四類。（1）掏糟眼用于爆破出新的自由面，為其他炮眼創(chuàng)造

3、有利的爆破條件。（2）輔助眼用來進一步擴大掏糟眼爆破形成的自由面。（3）崩落眼破碎煤巖的主要炮眼，經(jīng)掏糟眼輔助眼爆破后，崩落眼就有足夠大的平行或大致平行于炮眼的自由面，在該自由面方向上形成較大的爆破漏斗。（4）周邊眼也稱輪廓眼，主要用途是使爆破后的巷道斷面形狀和方向符合設計要求。按周邊眼的位置可分為頂眼幫眼和底眼。 2：炮眼的布置2.1 糟眼的布置：掏糟眼一般位于巷道斷面中央靠近底板，這樣便于鉆眼時掌握方向，并且有利于上部炮眼爆破時巖石借自重而崩落。如果斷面中存在軟硬夾層時，則掏糟眼應位于軟巖層中。根據(jù)掏糟眼和工作面之間的夾角，可分為：斜眼掏糟法，其中包括單向掏糟錐形掏糟楔形掏糟；直眼掏糟法，

4、其中有平行龜裂掏糟角柱掏糟菱形掏糟螺旋掏糟；混合掏糟法，即斜眼和直眼混合掏糟。（1） 斜眼掏糟適用于各類巖石，其炮眼和工作面夾角為5570，巖石越堅硬夾角越小；每側(cè)眼間距取300500mm，堅硬巖石取較小值；眼底一般較其他炮眼深200mm，每對眼底間距100200mm，不能打透；掏糟眼一次起爆。但炮眼深度超過2 m時，可采用雙楔形掏糟分兩次起爆。（2） 直眼掏糟的炮眼深度，一般不受巷道斷面大小的限制，更適于中深孔或深孔爆破；爆破的巖石塊均勻，巖石拋離不遠；全部掏糟眼互相平行，而且相距較近，有利于使用鑿巖臺車。其缺點是鉆眼工作量大，需要雷管段數(shù)較多，有瓦斯的工作面不能采用，眼孔質(zhì)量要求較高。(3

5、) 混合掏糟的實質(zhì)是直眼掏糟，只是在擴大糟孔時采用斜眼。這樣可以較直眼掏糟法減少鉆眼工作量；增大斜眼與工作面的夾角（一般取7585），也可以克服一些斜眼掏糟法的缺點。2.2 輔助眼的布置（包括崩落眼）：輔助眼是布置在掏糟眼和周邊眼之間的炮眼，是大量崩落巖石和刷大斷面的主要炮眼。輔助眼之間和輔助眼各圈之間的距離，一般均為400600mm，方向基本垂直工作面，且要布置比較均勻，使崩下的巖石塊度大小和堆集距離，都要便于裝巖工作。2.3 周邊眼的布置：周邊眼是用來崩落巖石并形成巷道斷面的設計輪廓，它是決定巷道成型的主要因素。周邊眼的間距一般為500800mm.。根據(jù)巖石硬度，幫眼眼口距巖幫約10020

6、0 mm. 幫眼眼底一般伸出巷道輪廓線外100200 mm。底眼眼口距地板150 mm，并需向下傾斜，一般扎到底板標高以下200 mm左右，以防拉底，便于鋪軌。3：實例說明藍光數(shù)字化平臺是一套具有自主版權的、集MIS、CAD、GIS和三維可視化于一體的大型應用軟件平臺。該平臺可用于地測采臺帳的編錄與處理、圖形的編錄與處理、三維地面建模和地質(zhì)建模、礦體圈定與儲量管理、三維可視化應用、地質(zhì)圖形和工程圖形的自動生成、數(shù)據(jù)庫管理、輔助地質(zhì)報告修編等，是建設數(shù)字礦山和數(shù)字城市的理想平臺。其巷道建模和三維漫游系統(tǒng)系統(tǒng)可以根據(jù)相關數(shù)據(jù)（3DT文件或DAT文件）進行三維建模，生成三維模型?？蓪Φ刭|(zhì)體、鉆孔、硐

7、室、斷層、采場、巷道、地面建筑和剖面進行三維建模，還可以把三維對象迭加建模。其主要用于對已建立的三維化模型（3DT文件或DAT文件）進行渲染、移動、縮放和旋轉(zhuǎn)，以便讓用戶從不同的視點進行觀察研究，并可將其結(jié)果保存為BMP文件打印輸出。掘進巷道炮眼布置程序的目標是建立一個基于藍光數(shù)字化平臺，可以實現(xiàn)炮眼布置的參數(shù)化繪圖功能和三維可視化模型。將布置炮眼的所有變量參數(shù)化，通過輸入斷面大小炮眼間距等相關參數(shù)值就能自動繪制合乎不同條件的炮眼布置圖和三維可視化模型。3.1 炮眼布置程序界面及其參數(shù)化設計。炮眼布置程序具有良好的用戶界面，通過界面的菜單或命令行方式可以方便地進行各種操作。讓用戶能很快地學會使

8、用。炮眼布置圖和其三維可視化模型和參數(shù)建立了關系，圖形可以根據(jù)參數(shù)的變化而變化，又可以根據(jù)圖形的要求來修改參數(shù)。這樣提高設計圖形生成和修改的效率。本程序的炮眼布置參數(shù)大致分三類：（1） 基本參數(shù)（2） 斷面參數(shù)（3） 圖形及其關系參數(shù)。圖1是炮眼布置部分參數(shù)輸入對話框，用戶可以方便的輸入或者修改參數(shù)數(shù)據(jù)。 圖13.2 二維圖形的生成。本程序的二維圖形（如圖2）在藍光公司開發(fā)的礦山數(shù)字化平臺中顯示。炮眼布置圖分為平斷剖面圖。巷道斷面形狀有切圓形梯形半圓形矩形。炮眼的種類有掏糟眼輔助眼周邊眼和崩落眼。用戶僅需輸入原始設計數(shù)據(jù)（斷面形狀炮眼間距等），便能自動生成繪圖數(shù)據(jù)，藍光數(shù)字化平臺可以直接打開該圖形，并有相應的工程量表。圖2 3.3 三維圖形的生成。巷道建模和三維漫游系統(tǒng)可以直接打開炮眼布置程序生成的三維數(shù)據(jù)（3DT文件或DAT文件），生成三維可視化模型。該系統(tǒng)可以對模型進行剪切旋轉(zhuǎn)縮放漫游等操作。其三維圖形比二維圖形更直觀，結(jié)合三圖形的數(shù)據(jù)信息可以對炮眼布置做更全面科學地分析。炮眼布置的三維可