掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究

王晴

[摘要]在掘进巷道炮眼布置设计的过程中，相关的煤矿人员需要根据煤矿的实际情况，根据煤矿的地质构造以及周围的环境等进行设计，这样才能够确保煤矿的安全生产。因此，本文针对于掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化进行了分析与研究，希望通过本文的探讨，能够进一步促进煤矿生产工作的顺利进行。

[关键词]掘进巷道炮眼布置设计 三维可视化

[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-134-1

1炮眼的分类

随着我国经济的不断发展，煤矿企业的生产也在不断的增加。而在煤矿挖掘的过程中采用的爆破手段是非常重要的，爆破质量的好坏不仅对煤矿挖掘工程有着直接的影响，还对职工的安全有着直接的关联。

提高爆破效果就必须要掌握炮眼的类型、用途、地质条件、炸药性能等因素[1]。根据对煤矿开采爆破的情况大致可以将炮眼分为四种类型：

（1）掏槽眼

爆破的自由面选择很重要，掏槽眼的主要目的就是为爆破新的自由面，为其他的炮眼营造更加有利的爆破条件来提高爆破质量。

（2）辅助眼

它是建立在掏槽眼爆破的基础上，将形成的自由面进一步扩大，进一步加强爆破质量。

（3）崩落眼

它也是煤矿岩石破碎过程中的主要炮眼，是利用掏槽眼和辅助眼爆破后形成的自由面进一步实现爆破操作，实现将该自由面的方向上形成更大的爆破漏斗。

（4）周边眼

其又名轮廓眼，结合于相关的设计要求，将爆破后形成的巷道形状、方向以及断面都要完全符合设计要求，周边眼的布置大致可分为三种类型，顶眼、帮眼、底眼[2]。

2巷道炮眼布置

2.1掏槽眼的布置

掏槽眼是煤矿巷道爆破的第一个环节，主要在巷道的断面中央切靠近底板的位置，选择这个位置可以方便在钻眼的过程中很好的掌握爆破方向，而且，还可以充分利用到断面的上部炮眼在爆破过程中借助于岩石自身的重量崩落的效果[3]。其中需要注意的是如果布置掏槽眼的断面位置存在软夹层和硬夹层时，掏槽眼的位置需要布置在软夹层的岩层中，实现更好的爆破效果。

根据掏槽眼的工作断面之间的夹角大致可将掏槽眼分为三种：直眼掏槽，是一种深度掏槽眼，主要包括角柱掏槽、螺旋掏槽、菱形掏槽等，适用于深孔断面处或在深控断面出爆破，其优点是在爆破后形成的岩块比较均匀，而且爆破抛离的岩石也不远，另外布置的掏槽眼之间相互平行切距离都离得比较近，便于使用凿岩台车[4]。相反存在的缺点是掏槽钻眼的工作量较大，使用的雷管数量也比较多，对于孔眼质量的要求也比较高，而且，在存有瓦斯的断面处禁止使用；斜眼掏槽，可以在各类岩石中使用，主要包括锥形掏槽、单向掏槽、楔形掏槽等，与断面的工作夹角一般在50°至75°之间，角度的掌握是随着岩石的硬度来变化的，岩石的硬度越强采用的工作夹角就会越小；混合掏槽，是将直眼掏槽与斜眼掏槽结合为一体的掏槽眼，可以充分的将两种掏槽眼的优点结合到一起，直接克服了两种掏槽眼的弊端，大大提升了掏槽眼的爆破效率。

2.2辅助眼和崩落眼的布置

辅助眼和崩落眼的布置形式几乎一样，炮眼的主要布置位置位于掏槽眼、周边眼两种炮眼之间，是煤矿巷道刷大断面和崩落岩石的主要炮眼。另外需要注意的是辅助眼之间的距离一定要保持均匀，爆破方向垂直于爆破的工作面且布置位置均匀。要使爆破崩碎下来的岩石块大小以及岩石堆积的距离均匀，方便装岩工作的顺利进行[5]。

2.3周边眼的布置

周边眼是巷道成型的主要炮眼。结合与相应的巷道设计进行爆破，将多余部分的岩石崩落并形成巷道断面对应的设计轮廓。另外，需要将周边眼之间的布置距离保持在550mm至750mm之间，而且，要对布置周边眼的岩石硬度的情况进行帮眼和底眼的布置，帮眼之间的距离要尽量保持在100mm至200mm之间，同时需要帮眼的眼底伸出煤矿巷道的设计轮廓之外至100mm至200mm之间的距离。相对来说对于底眼的布置位置较为严格，要求底眼眼口的布置需要保持距离地板150mm的位置且爆破角度需要向下倾斜，防止在爆破的过程中出现拉底的现象，而且便于巷道中轨道的铺设。

3煤矿巷道的三维可视化的应用研究

3.1三维可视化技术

三维可视化技术主要是与GPS技术相互结合来实现对煤矿巷道的三维图形的形成。在煤矿巷道爆破和轮廓建设的过程中，会涉及到很多抽象数据无法直观的体现出来，而利用三维可视化技术可以利用图像和图表的形式来将原本比较抽象的数据用具体的形式表现出来，提高对数据信息的理解，便于在煤矿开采中做出正确的决策。

另外，三维可视化技术不仅应用到煤矿行业中，还在地质岩层、物理研究等多个领域得到重用，是提高工作精确度的重要手段。

3.2煤矿巷道爆破安全检测以及信息管理和调度的三维可视化

煤矿巷道的爆破炮眼不能盲目的布置，不仅要根据相应炮眼的技术规范进行布置，同时还要利用三维可视化对巷道爆破工程进行管权检测和信息管理调度的工作。三维可视化能将煤矿巷道中的爆破工程利用三维图形和图表的形式充分的展现出来，在炮眼布置的过程中，如果哪里出现小小的问题的话，可以通过三维图形或图表中直接观察出来，并且结合相应的报警系统，如果哪里出现危险因素可以通过三维图形或图表中直接体现出来具体的位置和危险因素的信息。尤其是在煤矿巷道爆破的过程中涉及到的瓦斯量的安全管理，瓦斯是无色无味的气体状态，是人眼无法观测到的，而利用三维可视化的信息管理可以实现对瓦斯量的监测，通过调度室可直接观察到巷道内的一些相关数据信息，提高煤矿巷道的爆破以及开采的安全性。

参考文献

[1]杨德文. 工作面炮眼布置的技术措施[J]. 科技资讯. 2012（30）.

[2]李梅，董平，毛善君，马蔼乃. 地质矿山三维建模技术研究[J]. 煤炭科学技术. 2011（04）.

[3]边亚东，杨仁树，王伟. 掘进巷道炮眼布置计算机辅助设计[J]. 煤炭工程. 2011（10）.

[4]田本东. 工作面炮眼布置与岩巷掘进光面爆破技术[J]. 煤炭技术. 2012（05）.

[5]梁建斌，张和生. 应用OpenGL进行巷道三维显示研究[J]. 太原理工大学学报. 2011（02）.

[6]汪云甲，伏永明. 矿井巷道三维自动建模方法研究[J]. 武汉大学学报（信息科学版）. 2012（12）.