基于GPS的矿山爆破设计及爆破效果优化分析

郑彦涛，姜贵川，向品倪

（1.贵州化工建设有限责任公司，贵州 贵阳 550001；2.贵州息烽磷矿有限责任公司，贵州 贵阳 550001）

爆破是矿山开采作业过程中的必备环节，虽然爆破设计的方式有很多，但是基础工作中都要涉及到施工现场地形勘查、岩体种类、所用炸药种类等，然后制定爆破设计方案，施工团队按照设计内容进行作业。近年来，矿山爆破作业过程中的不安全因素都与爆破设计有关，因此如何将设计成果利用可视化技术进行作业前的呈现，并建立三维立体空间模型，结合GPS的精确定位，实现爆破施工作业的自动化布孔、网路设计及爆破数据成果的分析及输出等，成为当前提升矿山爆破设计优化工作的重要依据。

贵州息烽磷矿是我国建矿较早，生产规模较大的重要矿山之一，矿区地处云贵高原的中山丘陵地区，矿权区内中部全部为露采形成的“U”字型槽谷人工地形，区内最高海拔1010m（矿区西南部），最低为732m（矿区东北部），最大相对高差为278m，总体地势南西高，北东低，属高原剥蚀型中低山山地地貌类型。矿山现露天开采设计保有资源量即将枯竭，矿山准备从露采转入地下开采，针对露采形成的高陡边坡稳定性的影响，本文通过预裂爆破技术参数和效果的分析进行实时监测，保障采场边坡的安全高效开采。

该矿露天开采主要是使用预裂爆破。裂爆破是常用的爆破控制技术之一，它是沿爆破边界一定间距布置一排预裂爆破钻孔，在钻孔中装较少量的不耦合药包，在主爆破钻孔之前先起爆预裂钻孔，使岩体的冲击波达到预裂面时便被折射、扩散、扰动和吸收、破坏作用大大折减，从而可以避免或者大为减少主爆破孔对预裂面以外岩体的破坏及松动作用，提高边坡稳定性。结合矿山地质、矿层条件，对预裂爆破技术进行改进和应用，效果显著。预裂爆破是在设计的开挖边界线上钻凿一排间距较密的炮孔，每孔装少量炸药，采用不耦合装药，在主爆孔前起爆，形成一条具有一定宽度，能反射应力波的预裂缝，并减弱应力波对边坡的破坏。爆破后也能沿设计轮廓形成平整的光滑面，并减少超、欠挖量，而且运用预裂缝将开挖区和保留区岩体分开，使开挖区爆破对应力波在预裂面产生反射，而透射到保留区岩体的应力波则大为减弱，同时，还使地震效果大大降低，从而并有效地保护保留区的岩体和建筑物。对矿山开采来讲，将减少总剥离量，增加开采量，并带来巨大经济效益。

1 矿山三维地形展示方式

在矿山爆破设计之初，都要针对爆破点附近及其范围内的地形进行勘查，大多数勘查数据都会以二维形式进行布图，呈现的立体效果较差，地形的动态分布难以实现，鉴于此，建立以计算机技术为基础的三维立体空间模型，根据视点与被测物体之间的距离大小，分别可选择采用不同精细程度的模型。

2 GPS RTK技术简介

GPS技术是结合卫星导航系统，实现的对测量区域的精确定位，由于具备观测时间长，测量数据准确和仪器操作简便等优势，因此可应用于矿山地形勘查、数据输出、爆破布孔定位等作业环节中。

2.1 载波相位差分技术

载波相位差分技术可根据收集的数据信息，结合地形三维布局，实时的建立可供观察和处理的2个测站载波相位，并实现高精度的输出。将观测量传输给移动站，将载波相位进行对比分析，从而实现观测值的实时处理。

2.2 GPS测量功能的实现

GPS测量功能的实现主要包含点测量功能和点放样的功能，结合使用的软件，让其保持固定解的状态，经过简单的数据处理后，结合软件，形成三维矿山模型。为节省爆破过程中的布孔工作，利用GPS技术可以实现爆破布孔的准确操作，并可有效的确定实际的布孔位置，结合软件的使用，控制器可发出操作过程中的指令声音提示。

3 基于GPS的矿山爆破设计

3.1 工程概况

贵州息烽磷矿建设规模20万t/年，最大的开采深度为250m，具体的参数数据有：台阶高度12m，孔径为150mm，按照一侧的爆破为4排炮孔。

3.2 布孔及爆破设计流程分析

采用选定的测绘软件，首先对爆破的区域进行数据收集，保证坡顶线的精度。在基准站架设点选择时，应选择便于安放的较高水平点，远离高达的障碍物和大面积的水域区域。

其次，在爆破方案的设计中，得到对应的平台地形，760平台地形中的炮孔多为水孔，因此在炸药的选择过程中，多选用乳化炸药，选用潜孔型的钻机，按照软件使用的需求，合理输入对应的参数数据，计算得到对应的孔网参数。

最后对选择的炮孔进行调整、删除和补孔等。

3.3 爆破路网的选择

本项目试验采用的是逐孔起爆的方式，选用不同类型的3种雷管，分别是17ms，65ms和275ms，选择合理的延期时间，实现爆破网路设计的优化。

3.4 现场布孔及验孔

现场布孔和验孔的过程中，必须要结合炮孔的坐标，将选择好的布孔数据复制到对应的SD卡中，并结合测量点的放样，进行布孔及验孔。在实际的布孔及验孔的过程中，应合理控制炮孔位置的精确定，避免使得杆竖直，且使得水泡居中。

4 爆破效果优化

以爆破设计参数、爆破流程及方法为主要的评估对象的爆破效果分析，直接会影响到矿山开采的成本和总预算，从实际的爆破效果分析，由于爆破方案及项目开展的预算需求不同，理论上存在“最低爆破效果”，从爆破优化设计的角度，寻求“最佳爆破效果”是实现爆破作业精确评价、爆破作业过程优化的重要内容，因此按照爆破流程及技术内容选择合理的最佳爆破效果，成为当前爆破设计优化模型建立的重要内容，并可实现应用于生产过程中。

5 结语

综上所述，不论是爆破作业方案的选择、布孔流程还是爆破效果的优化，都应建立在良好的工作环境基础上，以安全操作为主，利用三维可视化的立体模型构建爆破风险预估系统，建立爆破三维模型，并结合GPS软件提高工作效率。本文首先以矿山三维地形展示方式及GPS RTK技术理论为指导，分析了爆破设计及布孔流程，对爆破设计优化进行了简要分析，为矿山爆破作业提供一定理论参考。