计算机辅助软件在露天矿爆破设计中的应用

兰 振

(金堆城钼业股份有限公司矿冶分公司，陕西 华县 714102)



计算机辅助软件在露天矿爆破设计中的应用

兰 振

(金堆城钼业股份有限公司矿冶分公司，陕西 华县 714102)

本文介绍了爆破设计软件Shotplus-i的特点、功能及应用实例。通过现场实践表明，该软件可用于改进传统的人工设计方法，解决了生产爆破设计的技术难题，提高了爆破设计的合理性和可靠性，为爆破设计的科学化和智能化提供了较为先进的技术途径。

爆破软件；逐孔起爆；参数优化；爆破振动

0 引 言

爆破工作是露天矿山采矿工艺的一个重要环节，生产爆破质量的优劣将对矿山铲装、运输、选矿等其他工艺环节的生产效率和生产成本产生重要的影响。因此，改善爆破效果是其他作业的基础，是降低采矿综合成本、保证矿山安全高效运行的重要途径。

依据生产现状,提高爆破设计水平和质量尤为重要,要使爆破施工设计更加科学合理,更加智能高效,必须充分利用计算机辅助设计技术。利用计算机技术加强爆破设计和爆破管理，解决了传统人工设计难以实现的生产爆破优化设计的技术难题，可以把工程技术人员从繁重的设计计算和绘图工作中解放出来，使其能够把更多的精力投入到创造性的工作中，并且爆破设计精度和爆破质量也有大幅度的提高。

1 Shoptlus-i爆破设计软件的引入

爆破设计的特点是需要考虑因素多、计算过程复杂多变、工作重复零乱、劳动强度大、耗费时间多。目前，我矿生产爆破设计工作仍停留在手工设计阶段，一次规模在100个炮孔的中型爆破，由于时间紧，数据处理工作量大，用手工方法难以进行多方案比较和优化设计，往往凭经验进行设计，使爆破质量欠佳，生产成本大幅增加。

随着平盘的不断延深，边邦硬岩区域的揭露，花岗斑岩、石英岩、板岩等可爆性较差的岩石增多，使爆破效果恶化，根底、大块率居高不下，重复爆破次数较以往增多，使爆破单耗增大、铲装效率低下、设备磨损严重、故障率增加，导致采矿总成本大幅提高。

另外，年任务量的不断增加，爆破规模的增大，爆破振动对周围建(构)筑物和最终边坡的影响不断加剧，新的安全环保问题又随之出现，所以，保证爆破效果，降低爆破震动影响迫在眉睫。

针对上述存在的问题，我矿引进澳瑞凯公司的Shoptlus-i爆破设计软件，开始进行现场工业试验。

2 软件基本功能

shoptlus-i爆破软件可以使所设计的爆破网路最大限度地、比较直观地体现出来，实现爆破网络的最优化，获得最佳的爆破效果[1]。

(1)当爆破相关参数确定后，软件能够按不同的布孔方式(既能自动布孔、又能手动布孔)，自动生成孔网平面图。

(2)能够自动生成剖面图，在图中能够显示填塞、间隔药柱高度及所在的位置及尺寸。

(3)在相关参数确定后，能自动生成爆破参数表。

(4)按被爆岩体的实际硬度系数，自动计算微差时间，自动显示各段雷管微差时间表。

(5)软件能够显示每个孔微差起爆时间，可以模拟演示起爆次序。

(6)可显示抵抗线的移动速度和延期时间。

(7)可自动生成爆破所需雷管、炸药等材料清单。

3 Shoptlus-i 爆破软件应用介绍

爆破器材、爆破理论和爆破软件是一个相互联系的整体，在实际应用过程中不可只具其一。shoptlus-i作为一种辅助工具，能在时间搭配上精确推算，解决逐孔起爆技术计算数据多、设计难度大的问题。

3.1 爆破设计

3.1.1 导入数据

测量数据经处理后可以转换为一个标准的standard DXF (AutoCAD)格式或者其他数据文件[2]，Shoptlus-i爆破设计软件直接调用该文件，由计算机读取数据并自动生成带坐标的平面图，省去人工绘图工序，减少了爆破技术人员的工作量，提高了爆破设计工作效率。

3.1.2 炮孔装药结构设计

根据钻孔实测数据，利用Shoptlus-i爆破软件对单个炮孔进行装药结构设计并创建模板[2]，使用预定义模板对其他相同孔进行批量设计，可避免逐一重复作业，减轻繁重的重装药工作量。如图1所示。

3.1.3 微差起爆网络设计

装药设计完成后，开始进行爆破网路设计。选取导爆管型号和延期时间，根据起爆点位置的选择，连线方式有“V”形和“雁”形等。

图1 装药结构设计图

3.1.4 预爆矿岩量计算

根据导入的炮孔平面布置图，圈出预爆矿岩区周边，即可显示爆破面积，根据预先输入的台阶高度和岩石密度，自动计算爆破体积和爆破量。

3.1.5 材料清单统计

该功能可以自动统计该次爆破设计中爆破器材的使用数量和规格，数目准确可靠，方便审批和领用。

3.2 爆破设计效果模拟优化

依据矿岩特性，运用Shotpius-i爆破软件进一步对爆破各个参数及网络联接进行模拟校核和优化。调整微差时间，选取合理孔网参数、起爆方式和起爆顺序。达到逐孔起爆，降低了爆破单耗和振动，改善爆破效果，提高爆破质量。

3.2.1 逐孔起爆参数优化

该功能主要作用是显示在一定时长(标准为8 ms)内同时起爆的炮孔数量和位置[3]。可根据该功能来调整网络延期时间，以使在8 ms内同时起爆的炮孔数尽量减少，达到控制单响药量降低振动的目的。并依靠软件对调整后的爆破参数进行起爆顺序模拟，以实现起爆次序合理、单响段药量最小、爆堆抛掷方向。如图2所示。

图2 逐孔起爆网路图

3.2.2 点燃阵面模拟功能

模拟起爆可显示5个不同速度下的起爆。该功能主要作用为模拟现场起爆网络和炮孔分段的起爆方式，给设计者以直观的方式检验整个爆破设计是否与设计者设计思路一致。如图3所示。

图3 点燃阵面模拟图

应用该功能可以检测：(1) 可对爆破的连线、装药进行检查，检验是否有漏连或漏装药的孔位。(2)炮孔起爆的先后顺序。(3)分段装药各段起爆顺序。(4)不同时间点爆破网络的起爆情况。

3.2.3 岩石初始移动模拟

该功能主要用于模拟起爆后爆堆的岩石移动方向。应用该功能可以看出在同一炮区所造成岩石不同的移动方向。对于要求岩石定向移动的特殊爆破(如：采石场定向抛堆，矿石贫化控制时的矿岩分离爆破等等)，应用该功能可方便对爆破效果进行模拟验证。

如图4所示，爆区内高品位矿石中间夹杂部分低品位矿石(或废石)，通过Shoptlus-i对爆破网络延期时间的设置和岩石移动模拟，可明确看出矿岩分离效果。

图4 矿岩移动方向的模拟图

3.2.4 起爆等时线

应用逐孔起爆技术进行爆破作业时，爆破过程的推进(或展开)并不是整排或整列，而是与排和列成一定的角度向前推进，位于同一角度上的爆破质点所组成的曲线是起爆等时线。如图5所示，图中标出的平行线就是依次为0 ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms、500 ms、600 ms、700 ms时刻的爆破等时线。

图5 爆破等时线

所谓起爆等时线就是在固定时间炮区内受炸药起爆影响一致的点的连线，它反映的爆破炮区实际的起爆排。使用该功能可以对爆破设计的延期时间进一步印证。等时线的平滑程度反映了炮区炮孔延期时间的一致程度，岩石受力一致均匀，爆堆松散度一致。另外，等时线递增的方向就是爆破振动叠加的方向，沿该方向爆破振动更为明显。可根据等时线原理，通过调整网路连接，改变等时线方位，使所要保护建(构)筑物避开爆破振动最强方向。

3.2.5 排间泄压时间

所谓排间泄压时间是指爆破中实际排与排之间每米的延期时间。排间泄压时间对爆堆的松散度起主要作用，如果排间泄压时间过短，前排的炮孔起爆后还没有完全移动，后排的炮孔就马上起爆，造成后排炮孔抵抗线过大，且没有足够的移动空间，爆堆会压实、隆起很高，不利于铲装，甚至造成飞石、空气冲击波、爆堆后翻、后冲破坏大等情况。如图6所示。

图6 排间泄压时间模拟图

4 矿山爆破应用实例

2009年6月25日该软件开始在金堆城钼矿进行现场工业试验。

4.1 降低爆破振动

在工程爆破实践中，对爆破设计软件优化的逐孔起爆和传统的微差爆破进行振动数据、振动波分析比较[3]。爆破振动速度时间历程图如图7、图8所示；爆破测试数据统计表如表1、表2所示。

图7 微差爆破振动速度时间历程图

图8 逐孔爆破振动速度时间历程图

表1 微差爆破测试数据统计表

由于逐孔爆破显著减少了最大段起爆的药量，因此爆破地震能量也在时间上和空间上加以分散，使地震强度明显降低。从现场获得的爆破振动速度时间历程图可以看出，两种起爆方式的爆破振动波形差异很大。微差爆破的爆破振动波形起伏大，振动幅值变化明显；逐孔起爆的爆破振动幅值整体起伏小，振动幅值平缓。从频率上分析，逐孔起爆地震波的主频平均值为27.1 Hz，微差爆破产生的地震波的主频平均值为19.6 Hz。逐孔起爆比微差爆破产生的地震波的主频高。高频振动波不会与边坡、建筑物的固有频率的主频率相等或接近，避免共振产生的破坏[3]。

表2 逐孔起爆测试数据统计表

4.2 降低大块率

优化前爆破存在的问题是硬岩爆破后根底大块频繁发生。本次在1284平盘进行了爆破设计优化前后对比工业试验。爆区全部为石英岩。如图9、图10所示。

图9 优化前爆破区域的原始照

图10 优化后爆破区域的原始照片

从爆堆揭露的岩石观察，清晰地反应出在采取Shoptlus-i爆破设计后的区域，石英岩块度明显降低，本次爆破的大块率不足3%，其中90%的都在50 cm以下。而未采取优化措施的区域大块率在7%左右。可见采取措施后，爆破质量得到了明显改善。

5 结 语

(1)通过爆破设计分析和爆破效果模拟，可预测爆破设计效果和对施工要求的符合程度。效果不理想、不满足施工要求时，可反复修改、调整爆破参数、装药结构、连线方式等技术指标，优化爆破方案。

(2)根底大块产生机率降低，大幅度降低二次穿爆成本，并且提高电铲铲装效率，降低设备故障率，经济效益十分显著。

(3)降低爆破振动影响。保护边坡完整，周边建(构)筑物不受损坏,避免因爆破引起的民事纠纷,确保正常的矿山生产秩序。

(4)改变原来的纯手工编制说明书，运用Shotpius-i辅助爆破设计，具有实用性强、操作容易、快速准确等优点。不仅可提高工作效率,而且便于数据微机化管理，实现办公自动化，建立建全爆破数据库。

[1] 张 伟.Shotplus 爆破设计软件在露天矿台阶爆破中的应用[J].科技天地，2011，(10)：42-43.

[2] 曹 勇，王桂林，姜忠华，等.Shoptlus-ipro SV 软件在黑岱沟矿抛掷爆破中的应用[J].露天采矿技术，2009, (4)：43-45.

[3] 李志辉，龚 杰.逐孔起爆技术的研究及现场应用[J].金属矿山，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

兰 振(1982—)，男，采矿工程师，现在金堆城钼业股份有限公司矿业分公司露天矿采区从事生产管理工作。E-mail：lanzhen605@163.com

10.13384/j.cnki.cmi.1006-2602.2017.02.004

TD672

A

1006-2602(2017)02-0016-05