煤矿巷道掘进爆破布孔设计智能研究

于慧　王永林

随着地下矿产的开采越来越频繁，我国的巷道工程建设任务越来越繁重，目前国内普遍存在着巷道掘进速度偏低的问题。在煤矿巷道掘进爆破中采用人工布孔难免出现工作效率低的问题，严重影响巷道开挖进度。计算机技术的发展，使得巷道掘进爆破施工设计中应用计算机辅助设计成为可能，也使其成为解决目前巷道掘进爆破设计中出现问题的理想办法。

本文以广能煤矿开采项目为研究背景，根据巷道掘进爆破技术并结合计算机智能系统理论，进行巷道掘进爆破智能布孔设计的系统功能组成、模块设计的研究，通过计算机模拟技术实现根据巷道基本参数自动生成炮孔布置图，从而提高巷道掘进爆破的工作效率。

一、智能系统的组成

通过对传统巷道爆破设计工艺的研究，确立了系统各组成部分的构造方法和组织形式，主要由用户界面、数据库、推理机构、知识获取机构四个部分构成，如图1-1所示。

图1-1 智能系统的基本结构

二、智能系统的数据库

通过研究整理，将关于巷道掘进爆破的数据划分为用户信息、经验知识库、爆破数据、掏槽参数以及设计图表等五种类型。本文的数据库采用Microsoft Access进行编辑建立，如图2-1所示。

图2-1 数据库截图

三、巷道掘进爆破布孔设计智能系统

广能煤矿的巷道断面采用拱形设计，宽5.2×高4.2米～宽2×高2米，大多采用楔形掏槽。本文以广能煤矿中一宽4.8m×高3.6m的采用单楔形掏槽的拱形断面为例进行自适应布孔智能系统的介绍。

1.断面轮廓线绘制

在系统中建立一个坐标系，按照一定顺序输入断面拐点（控制点），利用控制点坐标表示控制点间的曲线特征参数，然后将控制点和曲线连接起来生成断面轮廓线。在用户界面中，输入已知的断面参数后即可得到断面轮廓线，如图3-1所示：

2.布置掏槽孔

根据经验数据库及断面参数确定循环进尺及孔深，选择合适的掏槽角并确定孔口距之后，即可以在断面直角坐标系下准确的布置出掏槽孔。在广能煤矿中，掏槽孔倾角经现场反复测试在68～79°之间为合理。在系统的用户界面输入参数即可得到楔形掏槽孔布置图，如图3-2所示。

图3-1 巷道断面轮廓线图3-2 掏槽孔布置图

3.布置周边孔

用曲线弧的圆心为圆心、以曲线半径减去周边孔孔口与开挖轮廓线的距离为半径作与曲线弧等角度的弧。然后，以周边孔间距对应的弧长从前一个控制点开始，按控制点序号顺序顺时针方向布置周边孔，图3-3所示。

4.布置辅助孔

系统获取辅助孔参数后，以排距为单位由掏槽区域边界向巷道两侧布置炮孔排，然后以孔距在各排掏槽区域的上下距离范围内布置炮孔，如图3-4所示。

图3-3 周边孔布置图图3-4 辅助孔布置图

5.巷道掘进爆破布孔设计方案

最后系统再根据确定的底孔距离和崩落眼距离，按照和辅助眼相同的布孔方式得到完整的炮孔布置图，如图3-5所示。

图3-5 巷道掘进炮孔布置图图3-6 现场施工巷道掘进爆破布置图

将专家的设计方案（图3-6）与系统的设计方案进行比较，设计参数基本合理，爆破效果比较理想。利用智能设计系统，能够实现爆破参数优化、计算机自适应布孔成图，可以在较短时间内完成巷道爆破设计，提高了施工质量和进度。

四、结论

本文根据巷道爆破设计技术并结合计算机智能系统理论，创建了巷道爆破布孔设计数据库，并结合广能煤矿各类巷道断面的特点，建立了可用于计算机编程的自适应布孔数学模型。使用Visual C++6.0工具编制程序，使系统框架下的各个相互独立的模块成为一个相互关联的整体。本文中所确定的巷道掘进爆破布孔设计智能系统的组成与结构是合理、可行的，并且可以预见计算机技术在爆破技术中的应用会越来越广泛。

参考文献

[1]曹洪洋，杨仁树，王伟，郭东明.岩巷掘进中爆破专家系统的应用研究[J].矿冶工程，2003，23（4）：4-6.

[2]孙惠民，靳建伟.掘进巷道炮眼布置计算机自动绘制.山西煤炭.1998年12月.

[3]边亚东， 张玉国， 潘洪科， 吴聚巧.岩巷掘进中爆破辅助系统设计的研究.中州煤炭.2007年第3期.

[4]李战怀.数据库系统原理.西安：西北工业大学出版社，1999.

[5]张海藩.软件工程导论M（第三版）.北京：清华大学出版社2002.