基于DIMINE軟件的露天礦山爆破設(shè)計(jì)

王 萍，鄒智斌 ，伍 俊，涂鵬飛

（江西銅業(yè)集團(tuán)七寶山礦業(yè)有限公司，江西 宜春 336400）

1 引言

傳統(tǒng)的爆破設(shè)計(jì)通常是爆破人員憑借經(jīng)驗(yàn)在二維平面上的設(shè)計(jì)，具有方便、靈活等特點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐孔爆破技術(shù)的出現(xiàn)及高精度電子雷管的普及，二維爆破設(shè)計(jì)呈現(xiàn)的局限性越來(lái)越突出，難以達(dá)到高精度設(shè)計(jì)水平，而具有三維可視化、可模擬功能的DIMINE軟件剛好可以滿(mǎn)足爆破工程師的要求，它的爆破設(shè)計(jì)模塊可以通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與分析，提高設(shè)計(jì)階段的安全性［1-2］。

2 概述

江西銅業(yè)集團(tuán)七寶山礦業(yè)有限公司（原江西省七寶山鐵礦）為國(guó)有中型露天礦山。位于江西省宜春市上高縣塔下鄉(xiāng)，距縣城12km，有公路與320國(guó)道相通，有準(zhǔn)軌鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，經(jīng)上高、新余與浙贛線(xiàn)接軌，交通運(yùn)輸方便［3］。

七寶山礦為凹陷型露天開(kāi)采礦山，設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為10m，自上而下分臺(tái)階開(kāi)采。采用深孔爆破，穿孔設(shè)備為阿特拉斯CM760D和志高D460露天液壓潛孔鉆機(jī)各一臺(tái)，孔徑152mm。使用澳瑞凱高精度非電導(dǎo)爆管雷管，采用多排孔逐孔起爆方式。年最大穿孔爆破能力為7.2×106t，歷史單次爆破最大用藥量為20t，爆破孔數(shù)為213孔，爆破量約為2×105t［4］。

七寶山礦采場(chǎng)巖性較為復(fù)雜，孔網(wǎng)參數(shù)依據(jù)巖性不同采用不同的孔網(wǎng)參數(shù)，主要有5m×6m、4.5m×5.5m、4m×5m等，根據(jù)工作面情況采用梅花型或矩形布孔，臺(tái)階高度設(shè)計(jì)為10m，超深1～2m，采用直徑120mm的袋裝2#露天巖石乳化炸藥人工裝藥［5］，炸藥密度約為1.25g/cm3，裝藥密度一般約為1.05g/cm3。炸藥單耗一般約為0.3～0.4kg/m3，一般采用的是連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，當(dāng)臨近最終邊坡或巖質(zhì)較松軟時(shí)，采用氣體間隔裝藥爆破。裝入設(shè)計(jì)用藥后，采用鉆屑進(jìn)行人工炮孔充填，充填高度一般控制在4m左右。

起爆方法為高精度逐孔起爆法，采用澳瑞凱高精度非電導(dǎo)爆管雷管［5］。原來(lái)采用澳瑞凱爆破設(shè)計(jì)軟件shotplus試用版進(jìn)行網(wǎng)路設(shè)計(jì)，能幫助我們?cè)诒圃O(shè)計(jì)時(shí)做出精準(zhǔn)的網(wǎng)路延時(shí)及起爆模擬分析。

引進(jìn)DIMINE軟件后，開(kāi)始嘗試采用該軟件進(jìn)行爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)。采用DIMINE軟件的露天爆破設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)網(wǎng)路延時(shí)和起爆模擬分析，而且還可以同時(shí)輸出設(shè)計(jì)報(bào)告、穿孔作業(yè)書(shū)、裝藥指導(dǎo)書(shū)、裝藥結(jié)構(gòu)圖、爆破連線(xiàn)圖、起爆時(shí)間分析圖、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等信息。依托軟件強(qiáng)大的空間構(gòu)造能力，通過(guò)構(gòu)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、三維礦巖模型，可以在三維空間中展示整個(gè)爆破區(qū)域的變化特征，滿(mǎn)足了爆破工程師在三維精確爆破設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)等方面的需求。

3 創(chuàng)建三維模型

本次建模的模型以鉛鋅采區(qū)2022年3月末現(xiàn)狀地表模型為原型，創(chuàng)建2022年3月末地形地表模型流程見(jiàn)圖1，包括處理與導(dǎo)入源圖、整理圖層、編輯點(diǎn)線(xiàn)、生成DTM及地貌模型創(chuàng)建等幾個(gè)部分，其中前兩個(gè)過(guò)程均可在CAD、DIMINE中實(shí)現(xiàn)，編輯點(diǎn)線(xiàn)與生成DTM兩個(gè)步驟需對(duì)照參考，相互反饋，直至生成符合實(shí)際的DTM模型。

圖1 創(chuàng)建地表DTM流程

3.1 處理與導(dǎo)入源圖

在CAD二維軟件或DIMINE軟件中將原有礦區(qū)及周邊地形地貌圖比例統(tǒng)一縮放為1∶1000，并將整幅圖坐標(biāo)移動(dòng)到統(tǒng)一坐標(biāo)上［6］。同時(shí)將不同對(duì)象移動(dòng)至不同圖層，可分原始地形線(xiàn)、測(cè)點(diǎn)、臺(tái)階坡頂線(xiàn)、坡底線(xiàn)、地物、水系、道路及其他等圖層，并刪除無(wú)用圖層［6］。

3.2 點(diǎn)、線(xiàn)編輯

利用DIMINE中線(xiàn)編輯-高程命令，為地形等高線(xiàn)、測(cè)點(diǎn)散點(diǎn)、邊坡線(xiàn)、臺(tái)階線(xiàn)賦上實(shí)際高程值；應(yīng)用井巷工程-坡度平滑命令將地形線(xiàn)、邊坡線(xiàn)、臺(tái)階線(xiàn)適度平滑。

同一高程的地形線(xiàn)連接起來(lái)；邊坡線(xiàn)應(yīng)根據(jù)地形線(xiàn)實(shí)際情況調(diào)整高程［7］；通過(guò)線(xiàn)編輯-線(xiàn)清理命令對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行清除，檢測(cè)并處理線(xiàn)上的冗余點(diǎn)、重復(fù)點(diǎn)或畸形點(diǎn)。

3.3 生成DTM

將已經(jīng)賦上實(shí)際高程值的地形線(xiàn)賦、測(cè)點(diǎn)散點(diǎn)、邊坡線(xiàn)、臺(tái)階線(xiàn)圖層顯示出來(lái)，利用實(shí)體建模-DTM-整體命令，創(chuàng)建生產(chǎn)DTM模型［7］。該過(guò)程需與線(xiàn)、點(diǎn)編輯過(guò)程不斷調(diào)試，進(jìn)行相互對(duì)照，直至生成的DTM模型符合實(shí)際情況。最終得到地表DTM模型如圖2所示。

圖2 鉛鋅采區(qū)地表DTM

4 爆破設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的是七寶山礦鉛鋅采區(qū)+145水平的一次正常臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)，命名為145爆區(qū)，采用頂部裝藥結(jié)構(gòu)，具體步驟如下:

（1）創(chuàng)建炮孔數(shù)據(jù)庫(kù)并繪制爆破布孔線(xiàn)，如圖3所示。

（2）進(jìn)行布孔參數(shù)設(shè)置，如圖4所示。

（3） 布孔。采用梅花型布孔并設(shè)置好炮孔屬性。

圖4 布孔參數(shù)設(shè)置

圖3 創(chuàng)建炮孔數(shù)據(jù)庫(kù)和爆破邊界線(xiàn)

（4）設(shè)置裝藥參數(shù)并設(shè)計(jì)裝藥。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選擇裝藥密度為1.05g/cm3的乳化炸藥，采用頂部間隔裝藥結(jié)構(gòu)，參照巖石的普氏系數(shù)選擇相對(duì)應(yīng)的炸藥單耗，這里選擇普氏系數(shù)f=8～10的中硬巖，單孔裝藥量設(shè)計(jì)為72～96kg，填塞長(zhǎng)度控制在4～5m之間。如圖5、6所示。

圖5 裝藥參數(shù)設(shè)置

圖6 設(shè)計(jì)裝藥

（5）炮孔連線(xiàn)。采用V型起爆網(wǎng)絡(luò)，17～42ms延期搭配時(shí)間，如圖7所示。

圖7 炮孔連線(xiàn)和延期時(shí)間搭配

（6）起爆模擬分析。借助軟件的模擬分析等時(shí)線(xiàn)、拋擲方向、起爆時(shí)間來(lái)檢查連線(xiàn)合理性及等時(shí)線(xiàn)是否規(guī)整、均勻，拋擲方向是否與設(shè)計(jì)相符，同一時(shí)間段起爆的最大量。在點(diǎn)火前找出設(shè)計(jì)的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整布孔、裝藥量、起爆順序來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。拋擲方向如圖8所示，起爆模擬如圖9所示，起爆時(shí)間如圖10所示。

圖8 等時(shí)線(xiàn)和拋擲方向

圖9 起爆模擬

圖10 起爆時(shí)間

（7）成果輸出。在軟件中點(diǎn)擊生成報(bào)告，可以同時(shí)輸出設(shè)計(jì)報(bào)告、穿孔作業(yè)書(shū)、裝藥指導(dǎo)書(shū)、裝藥結(jié)構(gòu)圖、爆破連線(xiàn)圖、起爆時(shí)間分析圖、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等［8］，如圖11所示。

圖11 起爆時(shí)間爆破設(shè)計(jì)報(bào)告

5 應(yīng)用結(jié)果與創(chuàng)建心得

借助DIMINE軟件建模及爆破設(shè)計(jì)，不僅可以在三維條件下直觀地看到每個(gè)炮孔的形態(tài)、裝藥情況、等時(shí)線(xiàn)、拋擲方向以及后續(xù)的起爆模擬情況等，還可以生成內(nèi)容詳實(shí)的爆破設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，涵蓋了一次設(shè)計(jì)的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，便于歸檔整理。然而在設(shè)計(jì)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了軟件存在的一些不足和部分功能需要進(jìn)一步完善之處。

（1）布孔方面。軟件的自動(dòng)布孔無(wú)法自動(dòng)識(shí)別炮區(qū)前沖和后沖線(xiàn)，只能識(shí)別正南北或正東西方向的前后沖線(xiàn)，也就是說(shuō)，如果炮區(qū)在各個(gè)不同方位，采用自動(dòng)布孔會(huì)導(dǎo)致所布的炮孔無(wú)法對(duì)齊爆破邊界的后沖線(xiàn)，需要手動(dòng)對(duì)每一個(gè)孔進(jìn)行調(diào)整，盡管也可以實(shí)現(xiàn)布孔，但卻失去了自動(dòng)布孔的意義。另外，炮孔前排如果軟件能自動(dòng)識(shí)別眉線(xiàn)，通過(guò)設(shè)置沿邊距自動(dòng)對(duì)不整齊的眉線(xiàn)進(jìn)行加孔處理，可以減少手動(dòng)加孔的工作量，炮孔編號(hào)方面也需要手動(dòng)對(duì)每一個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)，較繁瑣，有待進(jìn)一步完善。

（2）起爆時(shí)間方面。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，我們往往想通過(guò)逐孔起爆技術(shù)來(lái)達(dá)到控制爆破震動(dòng)的目的，軟件中的起爆時(shí)間雖然可以看到同響炮孔個(gè)數(shù)，但是無(wú)法直接在圖上看到同響的孔，也就無(wú)法對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)中同響孔的起爆時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，也就最終達(dá)不到逐孔起爆的目的。

（3）其他方面。軟件可以直接顯示拋擲方向和等時(shí)線(xiàn)，但是無(wú)法直接顯示每個(gè)孔的起爆時(shí)間，也就無(wú)法判斷先響與后響的問(wèn)題，但是這關(guān)系到起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的合理性問(wèn)題。雖然可以通過(guò)起爆模擬進(jìn)行放慢觀察，但是不直觀，該部分功能有待進(jìn)一步完善改進(jìn)。