煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)及應(yīng)用探討

劉亞　孫建峰　黃傳賢

摘要：煤礦工程區(qū)地理環(huán)境、地區(qū)質(zhì)量、巖石區(qū)的穩(wěn)定性、地表巖石層斷面的形狀、地底瓦斯賦存量、施工隊(duì)的開采條件及巖石開采過程中的力學(xué)等是煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能設(shè)計(jì)方案所要涉及的內(nèi)容，煤礦的開采是復(fù)雜的理論與技術(shù)含量相結(jié)合的高難度問題。要進(jìn)行煤礦巷道爆破智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)方面的研究，必須使研究理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：煤礦工程區(qū)；巷道掘進(jìn)爆破；智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)；智能布孔；煤礦開采 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2015）30-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.032

1 研究煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義

隨著世界能源的大幅度減少，地下礦產(chǎn)開采次數(shù)越來越頻繁，各地區(qū)巷道工程建設(shè)任務(wù)也越來越繁重，同時(shí)由于煤炭巷道安全方面的隱患，使得建設(shè)者們面臨的壓力也越來越大。我國目前的巷道爆破工程就普遍存在著施工速度低且安全隱患大的問題，在煤礦巷道挖掘的過程中，掘進(jìn)爆破依然采用的是人工鉆孔，難免會出現(xiàn)工作效率低、工作成功率不高的情況。這些情況不僅影響巷道工程開挖的進(jìn)度，還給施工者留下很大的生命威脅。新世紀(jì)的計(jì)算機(jī)科技的飛速發(fā)展，使得專家們看到關(guān)于煤炭開采工程的另外一種可能，就是在巷道掘進(jìn)爆破施工中利用計(jì)算機(jī)智能進(jìn)行輔助，經(jīng)過專家們潛心的研究和無數(shù)次的試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出了煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)。專家們認(rèn)為煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)就是解決目前巷道掘進(jìn)爆破工程中出現(xiàn)問題的最理想辦法。

2 煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)的內(nèi)在形式

2.1 煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)的組成

通過煤礦巷道爆破領(lǐng)域的專家們對傳統(tǒng)巷道爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)和工藝方面的深入研究，把所有參加研究的煤礦巷道爆破領(lǐng)域的專家們的研究理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、失敗原因進(jìn)行細(xì)致的分析和總結(jié)，最終基本確立了爆破系統(tǒng)下的各組成部分的構(gòu)造方法和主要組織形式，其主要是由主用戶界面、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)內(nèi)部推理機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識獲取機(jī)構(gòu)四個(gè)部分構(gòu)成。

2.2 煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

通過煤礦巷道爆破領(lǐng)域?qū)＜覀兊南到y(tǒng)研究和后期工作人員們的資料整理，最終將關(guān)于巷道掘進(jìn)爆破的數(shù)據(jù)劃分為五大類型板塊，分別是用戶信息基礎(chǔ)、系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)知識庫、爆破數(shù)據(jù)資料、掏槽模式參數(shù)、統(tǒng)籌設(shè)計(jì)圖表。本文所指的數(shù)據(jù)庫是工作人員們采用Microsoft Access進(jìn)行編輯。

3 煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的案例

3.1 智能布孔設(shè)計(jì)

兗礦集團(tuán)的楊村煤礦采用的就是智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的布孔設(shè)計(jì)，其煤礦區(qū)的巷道斷面多采用拱形設(shè)計(jì)，長、寬、高等固定指標(biāo)都是經(jīng)過核算后達(dá)到的最精確的數(shù)據(jù)：寬5.2m×高4.2m～寬2m×高2m，掏槽的形狀大多采用的是楔形。楊村煤礦中一個(gè)寬4.8m×高3.6m的巷道根據(jù)自適應(yīng)智能布孔原理，采用的是單楔形掏槽的拱形斷面。拱形斷面輪廓線繪制就是在智能系統(tǒng)中建立一個(gè)固定的坐標(biāo)系，按照系統(tǒng)比對順序輸入斷面控制點(diǎn)，利用控制點(diǎn)區(qū)域形成的坐標(biāo)表示控制點(diǎn)間的曲線特征參數(shù)，然后將區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)用曲線連接起來生成一條斷面輪廓線。在主用戶界面中，輸入經(jīng)由計(jì)算得到的斷面參數(shù)后即可得到需要的斷面輪廓線。

在操作過程中，最重要的就是掏槽孔的布置。根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫及由斷面輪廓線得到的斷面參數(shù)來確定最終循環(huán)進(jìn)尺以及爆破點(diǎn)的孔深，選擇最合適的掏槽角并根據(jù)其確定孔口間距后，可以根據(jù)所得到的結(jié)果在斷面直角坐標(biāo)系下得到準(zhǔn)確的布孔位置，從而布置出掏槽孔。在楊村煤礦中系統(tǒng)計(jì)算下，又經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)測試出的掏溝槽傾角位置在68°～79°之間最為合理。最后在系統(tǒng)的用戶界面中輸入?yún)?shù)就可以得到楔形掏槽孔最終的布置圖。根據(jù)前期計(jì)算后得出的掏槽孔布置圖來布置掏槽的周邊孔。用布置圖中曲線弧的圓心為圓心、以布置圖的曲線半徑，再減去掏槽周邊孔孔口與開挖輪廓線的距離為半徑作與其曲線弧等角度的弧線。然后，根據(jù)掏槽周邊孔的間距對應(yīng)的弧長從前一個(gè)控制點(diǎn)開始布置，全部按控制點(diǎn)間序號順序的順時(shí)針方向來布置周邊孔位置。準(zhǔn)確地布置掏槽孔的位置后，就可以開始布置掏槽孔周邊輔助孔的位置。再由系統(tǒng)的用戶界面中獲取輔助孔參數(shù)后，以兩點(diǎn)間的排距為單位，由掏槽區(qū)域的邊界向煤礦巷道兩側(cè)開始布置炮孔排，然后以相同的孔距在各排掏槽區(qū)域的上下相同距離范圍內(nèi)進(jìn)行布置炮孔以及輔助孔。最后系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果和煤礦巷道布置完成、掏槽區(qū)的掏槽孔挖掘完畢后，就開始進(jìn)行巷道掘進(jìn)爆破布孔的設(shè)計(jì)方案。

3.2 智能爆破布孔設(shè)計(jì)的結(jié)果

根據(jù)巷道掘進(jìn)爆破布孔的方案，最后進(jìn)行由系統(tǒng)計(jì)算確定底孔的距離和崩落眼的距離，最終完整的炮孔布置圖就是按照掏槽孔和輔助孔眼的兩種相同布孔方式相結(jié)合得到的。方案的實(shí)施過程中，掘進(jìn)爆破的設(shè)計(jì)參數(shù)都基本合理，試驗(yàn)得出的爆破效果比較理想。將專家根據(jù)反復(fù)的試驗(yàn)后得出的設(shè)計(jì)方案與智能系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方案、最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)利用巷道掘進(jìn)爆破智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠優(yōu)化爆破過程中的參數(shù)，計(jì)算機(jī)也能夠自適應(yīng)智能布孔成圖，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成巷道掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)，縮短時(shí)間，減少人力上的浪費(fèi)，提高了施工質(zhì)量和進(jìn)度，保障了施工人員的安全。

4 結(jié)語

根據(jù)巷道掘進(jìn)爆破技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、成果和新型計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)的理論，進(jìn)行煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能設(shè)計(jì)的全方位系統(tǒng)功能的研發(fā)以及功能，通過對各個(gè)模塊設(shè)計(jì)的研究結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)巷道基本參數(shù)自動(dòng)生成炮孔布置圖，從而提高巷道掘進(jìn)爆破的工作效率和成功率，這就是新型的煤礦巷道掘進(jìn)爆破智能系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint