[发明专利]数字矿山中的爆破仿真方法

说明书

技术领域    

本发明属于爆破仿真技术领域，尤其涉及一种数字矿山中的爆破仿真方法。

背景技术    

随着社会经济生产发展的需要，高效安全的数字化采矿技术成为了是我国矿业生产的必然趋势。目前，我国采矿信息化建设刚刚起步，总体信息化水平还不够高，正处于迅速发展阶段。而爆破的数字化自动化也是刻不容缓的内容。由于爆破的复杂性、不确定性、不可重复性，任何爆破的设计都是要根据矿山地质条件、矿岩的物理性质、设备条件、经济效益等约束条件进行。

目前，对于模拟爆破与爆破冲击波的系统模型主要有三类，即经验模型（或关联模型）、现象模型（或物理模型）、以及可计算流体力学（CFD）模型（或数值模拟模型）。在模拟爆炸和爆破冲击波系统领域的研究已有二十多年了。针对爆破设计与仿真的需求，它们有如下几点不足和局限性：

1.  没有结合爆破原理和参数模型的计算，并不适用于采矿爆破；

2.  复杂的几何物体和场景需要太多的计算资源；

3.  部分需要特殊的硬件和软件；

4.  部分没有考虑三维场景中的障碍物体；

5.  速度与精度往往不能平衡。

往往对于爆破的设计与仿真，不仅仅需要模拟模型，还需要将爆破模拟与爆破参数及其设计相结合。对于爆破参数的设计，大多研究工作是针对某种特定的对象和爆破方法，结合人工智能算法优化爆破参数，如粗糙集和人工神经网络来训练关键的爆破参数。根据成功爆破经验，基于模糊神经网络来优化学习结果、优化爆破参数，其工作效果达到专家团队的级别。这些方法在自学过程中，模型完全利用了成功案例的优点，并回避了他们的缺点。所以如果优化模型用于设计工程爆破，它可以缓减爆破专家经验上的限制和缺陷，减少不好的爆破效果，甚至避免爆破灾害的发生。然而，优化模型的质量与输入的学习示例的数量和质量有紧密的联系。在学习样例的数量限制上，神经网络很难确保精确性。

发明内容    

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可应用于数字矿山中的爆破仿真方法，具体包括如下步骤：

步骤(1).选择爆破方式，

所述的爆破方式包括巷道掘进爆破、地下崩落采矿爆破、露天爆破；

步骤(2).设计爆破参数，根据步骤(1)所选择的爆破方式生成相应的爆破参数设计对话框，具体爆破参数设计步骤如下：

2-1.用户输入基本爆破参数，基本爆破参数包括岩石性能参数、断面参数、炸药参数、钻孔设备参数。

2-2.基本爆破参数设置好后，根据经验公式自动计算孔网参数，孔网参数包括各个类型炮孔的炮孔个数、炮孔深度、炮孔间距、炮孔排距、装药方式；

孔网参数计算模型如下：

炮孔总数计算公式为

                  （1）

其中，是炮孔总个数，为井巷断面面积，为岩石坚固性系数；

炮孔间距大小取决于两相邻炮孔之间矿岩坚固性系数和炸药威力，若两炮孔各自所在位置的矿岩坚固性系数相同，其计算公式为

                （2）

其中，为相邻两个炮孔的炮孔间距，为调整系数，在1016之间，矿岩坚固性系数越大，取大值，岩石较软取小值；为炮孔半径；

若两炮孔各自所在位置的矿岩坚固性系数不相同，其计算公式为

         （3）

其中，表示炮孔i至两孔之间分类岩体分界线的距离；可由下式计算得到：

      （4）

其中，为炮孔密集系数，为按炮孔i所在位置矿岩坚固性系数计算的单孔负担面积，即炮孔爆破有效作用范围的水平面面积。 

炮孔排距由炮孔密集系数与炮孔间距a计算得出，

       （5）

2-3.根据基本参数和孔网参数，自动生成不同类型炮孔的单位炸药消耗量和炮孔装药量；岩石越坚硬，单位炸药消耗量就越大；而巷道面积越大，单位炸药消耗量就越小；炮孔装药量计算公式如下：

      （6）

其中，为单位炸药消耗量，为炮孔深度；

2-4.根据爆破漏斗、最小抵抗线原理，得到最小抵抗线的参数值：

       （7）

其中，为单孔装药量；为爆破系数，取值为0.20.5； 

2-5.生成爆破效果参数，爆破效果参数包括飞石接近地面时的速度、爆破飞石最大距离、飞石飞行最大高度；

爆破飞石最大距离计算如下：