基于DIMINE软件的露天矿山爆破设计

王 萍，邹智斌 ，伍 俊，涂鹏飞

（江西铜业集团七宝山矿业有限公司，江西 宜春 336400）

1 引言

传统的爆破设计通常是爆破人员凭借经验在二维平面上的设计，具有方便、灵活等特点。随着技术的进步，逐孔爆破技术的出现及高精度电子雷管的普及，二维爆破设计呈现的局限性越来越突出，难以达到高精度设计水平，而具有三维可视化、可模拟功能的DIMINE软件刚好可以满足爆破工程师的要求，它的爆破设计模块可以通过精准设计与分析，提高设计阶段的安全性［1-2］。

2 概述

江西铜业集团七宝山矿业有限公司（原江西省七宝山铁矿）为国有中型露天矿山。位于江西省宜春市上高县塔下乡，距县城12km，有公路与320国道相通，有准轨铁路专用线，经上高、新余与浙赣线接轨，交通运输方便［3］。

七宝山矿为凹陷型露天开采矿山，设计台阶高度为10m，自上而下分台阶开采。采用深孔爆破，穿孔设备为阿特拉斯CM760D和志高D460露天液压潜孔钻机各一台，孔径152mm。使用澳瑞凯高精度非电导爆管雷管，采用多排孔逐孔起爆方式。年最大穿孔爆破能力为7.2×106t，历史单次爆破最大用药量为20t，爆破孔数为213孔，爆破量约为2×105t［4］。

七宝山矿采场岩性较为复杂，孔网参数依据岩性不同采用不同的孔网参数，主要有5m×6m、4.5m×5.5m、4m×5m等，根据工作面情况采用梅花型或矩形布孔，台阶高度设计为10m，超深1～2m，采用直径120mm的袋装2#露天岩石乳化炸药人工装药［5］，炸药密度约为1.25g/cm3，装药密度一般约为1.05g/cm3。炸药单耗一般约为0.3～0.4kg/m3，一般采用的是连续装药结构，当临近最终边坡或岩质较松软时，采用气体间隔装药爆破。装入设计用药后，采用钻屑进行人工炮孔充填，充填高度一般控制在4m左右。

起爆方法为高精度逐孔起爆法，采用澳瑞凯高精度非电导爆管雷管［5］。原来采用澳瑞凯爆破设计软件shotplus试用版进行网路设计，能帮助我们在爆破设计时做出精准的网路延时及起爆模拟分析。

引进DIMINE软件后，开始尝试采用该软件进行爆破网路设计。采用DIMINE软件的露天爆破设计模块进行爆破设计，不仅可以实现精准网路延时和起爆模拟分析，而且还可以同时输出设计报告、穿孔作业书、装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间分析图、技术经济指标等信息。依托软件强大的空间构造能力，通过构建地质数据库、三维矿岩模型，可以在三维空间中展示整个爆破区域的变化特征，满足了爆破工程师在三维精确爆破设计、分析与优化爆破设计等方面的需求。

3 创建三维模型

本次建模的模型以铅锌采区2022年3月末现状地表模型为原型，创建2022年3月末地形地表模型流程见图1，包括处理与导入源图、整理图层、编辑点线、生成DTM及地貌模型创建等几个部分，其中前两个过程均可在CAD、DIMINE中实现，编辑点线与生成DTM两个步骤需对照参考，相互反馈，直至生成符合实际的DTM模型。

图1 创建地表DTM流程

3.1 处理与导入源图

在CAD二维软件或DIMINE软件中将原有矿区及周边地形地貌图比例统一缩放为1∶1000，并将整幅图坐标移动到统一坐标上［6］。同时将不同对象移动至不同图层，可分原始地形线、测点、台阶坡顶线、坡底线、地物、水系、道路及其他等图层，并删除无用图层［6］。

3.2 点、线编辑

利用DIMINE中线编辑-高程命令，为地形等高线、测点散点、边坡线、台阶线赋上实际高程值；应用井巷工程-坡度平滑命令将地形线、边坡线、台阶线适度平滑。

同一高程的地形线连接起来；边坡线应根据地形线实际情况调整高程［7］；通过线编辑-线清理命令对异常点进行清除，检测并处理线上的冗余点、重复点或畸形点。

3.3 生成DTM

将已经赋上实际高程值的地形线赋、测点散点、边坡线、台阶线图层显示出来，利用实体建模-DTM-整体命令，创建生产DTM模型［7］。该过程需与线、点编辑过程不断调试，进行相互对照，直至生成的DTM模型符合实际情况。最终得到地表DTM模型如图2所示。

图2 铅锌采区地表DTM

4 爆破设计

本次设计的是七宝山矿铅锌采区+145水平的一次正常台阶爆破设计，命名为145爆区，采用顶部装药结构，具体步骤如下:

（1）创建炮孔数据库并绘制爆破布孔线，如图3所示。

（2）进行布孔参数设置，如图4所示。

（3） 布孔。采用梅花型布孔并设置好炮孔属性。

图4 布孔参数设置

图3 创建炮孔数据库和爆破边界线

（4）设置装药参数并设计装药。根据现场实际，选择装药密度为1.05g/cm3的乳化炸药，采用顶部间隔装药结构，参照岩石的普氏系数选择相对应的炸药单耗，这里选择普氏系数f=8～10的中硬岩，单孔装药量设计为72～96kg，填塞长度控制在4～5m之间。如图5、6所示。

图5 装药参数设置

图6 设计装药

（5）炮孔连线。采用V型起爆网络，17～42ms延期搭配时间，如图7所示。

图7 炮孔连线和延期时间搭配

（6）起爆模拟分析。借助软件的模拟分析等时线、抛掷方向、起爆时间来检查连线合理性及等时线是否规整、均匀，抛掷方向是否与设计相符，同一时间段起爆的最大量。在点火前找出设计的问题，通过调整布孔、装药量、起爆顺序来实现设计的优化。抛掷方向如图8所示，起爆模拟如图9所示，起爆时间如图10所示。

图8 等时线和抛掷方向

图9 起爆模拟

图10 起爆时间

（7）成果输出。在软件中点击生成报告，可以同时输出设计报告、穿孔作业书、装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间分析图、技术经济指标等［8］，如图11所示。

图11 起爆时间爆破设计报告

5 应用结果与创建心得

借助DIMINE软件建模及爆破设计，不仅可以在三维条件下直观地看到每个炮孔的形态、装药情况、等时线、抛掷方向以及后续的起爆模拟情况等，还可以生成内容详实的爆破设计说明书，涵盖了一次设计的全部基础数据，便于归档整理。然而在设计过程中也发现了软件存在的一些不足和部分功能需要进一步完善之处。

（1）布孔方面。软件的自动布孔无法自动识别炮区前冲和后冲线，只能识别正南北或正东西方向的前后冲线，也就是说，如果炮区在各个不同方位，采用自动布孔会导致所布的炮孔无法对齐爆破边界的后冲线，需要手动对每一个孔进行调整，尽管也可以实现布孔，但却失去了自动布孔的意义。另外，炮孔前排如果软件能自动识别眉线，通过设置沿边距自动对不整齐的眉线进行加孔处理，可以减少手动加孔的工作量，炮孔编号方面也需要手动对每一个孔进行编号，较繁琐，有待进一步完善。

（2）起爆时间方面。在实际应用过程中，我们往往想通过逐孔起爆技术来达到控制爆破震动的目的，软件中的起爆时间虽然可以看到同响炮孔个数，但是无法直接在图上看到同响的孔，也就无法对爆破网络中同响孔的起爆时间进行调整，也就最终达不到逐孔起爆的目的。

（3）其他方面。软件可以直接显示抛掷方向和等时线，但是无法直接显示每个孔的起爆时间，也就无法判断先响与后响的问题，但是这关系到起爆网络设计的合理性问题。虽然可以通过起爆模拟进行放慢观察，但是不直观，该部分功能有待进一步完善改进。