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露天矿爆破设计与模拟Blast2Code 模型及其在水厂铁矿的应用
2011-08-02
结合实例介绍了一种用于露天矿台阶垂直中深孔爆破设计并对爆破破碎效果 和爆堆形状分别进行预测和模拟的软件系统———Blast2Code 模型。该模型主要由采场地 质地形数据库、爆破设计与模拟两大部分构成,前者可以准确和方便快捷地反映采场的地 形条件、矿岩物理力学性质及地质构造等信息; 后者则依据对爆区地形(包括台阶自由面 条件) 、爆区内矿岩的物理力学性质与地质构造特征、炸药爆炸性能三类对爆破效果具有 直接影响的关键因素的综合定量分析,由计算机自动进行完整的爆破设计,并可对矿岩的 破碎效果和爆堆形状进行定量的模拟和预测。Blast2Code 模型具有爆破参数选取的人工 干预和钻孔爆...
第 7 卷 第 2 期 0 0 1 年 6 月 ENGINEERING BLASTING   VJouln.e7 , 2N0o0.12 工 程 爆 破     2 文 章 编 号 : 1006 - 7051(2001) 02 - 0018 - 07 露 天 矿 爆 破 设 计 与 模 拟 Blast2Code 模 型 及 其 在 水 厂 铁 矿 的 应 用 1 1 2 2 璩 世 杰 ,尚 峰 华 ,李 宝 辉 ,王 友 成 ( 1. 北 京 科 技 大 学 ,北 京 100083 ; 2. 首 都 钢 铁 公 司 矿 业 公 司 ,河 北 迁 安 064404) 摘 要 : 结 合 实 例 介 绍 了 一 种 用 于 露 天 矿 台 阶 垂 直 中 深 孔 爆 破 设 计 并 对 爆 破 破 碎 效 果 和 爆 堆 形 状 分 别 进 行 预 测 和 模 拟 的 软 件 系 统 ——— Blast2Code 模 型 。 该 模 型 主 要 由 采 场 地 质 地 形 数 据 库 、爆 破 设 计 与 模 拟 两 大 部 分 构 成 ,前 者 可 以 准 确 和 方 便 快 捷 地 反 映 采 场 的 地 形 条 件 、矿 岩 物 理 力 学 性 质 及 地 质 构 造 等 信 息 ; 后 者 则 依 据 对 爆 区 地 形 (包 括 台 阶 自 由 面 条 件 ) 、爆 区 内 矿 岩 的 物 理 力 学 性 质 与 地 质 构 造 特 征 、炸 药 爆 炸 性 能 三 类 对 爆 破 效 果 具 有 直 接 影 响 的 关 键 因 素 的 综 合 定 量 分 析 ,由 计 算 机 自 动 进 行 完 整 的 爆 破 设 计 ,并 可 对 矿 岩 的 破 碎 效 果 和 爆 堆 形 状 进 行 定 量 的 模 拟 和 预 测 。 Blast2Code 模 型 具 有 爆 破 参 数 选 取 的 人 工 干 预 和 钻 孔 爆 破 成 本 计 算 功 能 ,可 对 多 个 设 计 方 案 进 行 技 术 经 济 对 比 分 析 ,利 于 实 现 优 化 爆 破 。 关 键 词 : Blast2Code 模 型 ; 露 天 矿 ; 爆 破 设 计 与 模 拟 ; 地 质 地 形 数 据 库 + 中 图 分 类 号 : TD235. 4 7 文 献 标 识 码 : A BLAST2CODE MODEL FOR DESIGN AND SIMULATION OF OPEN2PIT BLASTIN G AND ITS APPL ICATION IN SHU ICHAN G IRON MIN E 1 1 2 2 QU S hi2jie , S HA N G Feng2hua , L I Bao2hui , WA N G You2cheng 1. U niversity of Science and Technology Beijing , Beijing 100083 , China ; . Mining Company , Capital Iron and Steel Company , Qian’ an , Hebei 064404 , China) ( 2 ABSTRACT : This paper introduces a computer program , the Blast2Code , for design and simula2 tion of open2pit blasting operations. In the Blast2Code , a geology and topography database is de2 veloped and used to provide the data on geological conditions , physical properties of rocks , topog2 raphy environment within and nearby the blast. The data and the recognized explosive character2 istics can be automatically analyzed and a complete design can be carried out with the model. Blast simulation includes prediction of resultant fragmentation in terms of looseness degree , fragment size average as well as the 32D profile and any cross2sectional profile of a muck pile. The Blast2 收 稿 日 期 : 2000 - 09 - 27 作 者 简 介 : 璩 世 杰 ,土 木 与 环 境 工 程 学 院 副 研 究 员 ,美 国 密 苏 里 大 学 硕 士 。 璩 世 杰 等 : 露 天 矿 爆 破 设 计 与 模 拟 Blast2Code 模 型 及 其 在 水 厂 铁 矿 的 应 用 峰 19 峰 Code model permits interactive parameter selection and calculation of drilling and blasting cost , so that result of different runs of blast design can be compared in terms of the predicted outcome and cost and then an optimum design can be selected. KEY WORDS : Blast2Code model ; Surface mines ; Blast design and simulation ; Geology and to2 pography database 1 引 言 在 露 天 矿 山 日 常 的 爆 破 生 产 过 程 中 ,爆 破 设 计 的 具 体 方 式 与 方 法 是 影 响 设 计 结 果 以 及 最 终 爆 破 效 果 的 一 个 重 要 因 素 。 因 此 ,爆 破 设 计 的 方 式 与 方 法 不 仅 为 现 场 爆 破 技 术 工 作 者 所 关 注 ,也 是 多 年 来 国 内 外 爆 破 研 究 领 域 里 的 一 项 重 要 研 究 课 题 。 在 绝 大 多 数 情 况 下 ,采 用 依 个 人 经 验 选 取 爆 破 参 数 的 方 法 ,难 以 对 复 杂 的 爆 区 地 形 条 件 、爆 区 内 矿 岩 的 物 理 力 学 性 质 与 地 质 结 构 构 造 特 征 、炸 药 爆 炸 性 能 三 类 对 爆 破 效 果 具 有 直 接 影 响 的 关 键 因 素 进 行 准 确 的 综 合 定 量 分 析 ,无 法 保 证 爆 破 设 计 的 科 学 性 和 合 理 性 ,不 利 于 有 效 地 控 制 爆 破 效 果 和 钻 爆 生 产 成 本 。 近 二 十 多 年 来 ,国 内 外 一 些 爆 破 研 究 者 将 工 程 爆 破 专 业 知 识 和 经 验 与 现 代 计 算 机 辅 助 设 计 技 术 相 结 合 ,先 后 提 出 了 工 程 爆 破 计 算 机 辅 助 设 计 和 爆 破 模 拟 的 概 念 ,以 取 代 工 程 爆 破 传 统 的 人 工 设 〔 1~ 6〕 计 方 式 与 方 法 ,并 为 此 进 行 了 不 少 具 有 积 极 意 义 的 尝 试 和 探 索 。 但 是 ,使 用 计 算 机 爆 破 设 计 与 模 拟 软 件 进 行 爆 破 设 计 ,至 关 重 要 的 是 如 何 提 高 其 实 用 性 和 有 效 性 ,使 之 适 应 现 场 地 质 与 地 形 条 件 的 复 杂 性 和 不 规 则 性 ,并 能 获 得 预 期 的 爆 破 效 果 。 Blast2Code 模 型 则 较 好 地 解 决 了 这 方 面 的 问 题 。 爆 破 设 计 与 模 拟 Blast2Code 模 型 的 基 本 功 能 是 :对 露 天 矿 台 阶 垂 直 炮 孔 爆 破 条 件 下 的 爆 区 地 形 、爆 区 内 矿 岩 的 物 理 力 学 性 质 与 地 质 构 造 特 征 、炸 药 爆 炸 性 能 三 类 对 爆 破 效 果 具 有 直 接 影 响 的 关 键 因 素 进 行 综 合 分 析 ,在 此 基 础 上 以 矿 岩 可 爆 性 指 数 为 主 要 依 据 ,同 时 充 分 考 虑 爆 区 的 形 状 以 及 台 阶 自 由 面 条 件 (包 括 台 阶 自 由 面 的 性 质 ,如 清 碴 或 压 碴 ) ,由 计 算 机 自 动 进 行 完 整 的 爆 破 设 计 ,并 可 对 矿 岩 的 破 碎 效 果 和 爆 堆 形 状 进 行 定 量 的 模 拟 和 预 测 。 Blast2Code 模 型 同 时 提 供 了 爆 破 参 数 选 取 的 人 工 干 预 和 钻 孔 爆 破 成 本 计 算 功 能 ,可 对 多 个 设 计 方 案 进 行 技 术 经 济 对 比 和 分 析 ,对 于 实 现 优 化 爆 破 具 有 重 要 意 义 。 2 Blast2Code 模 型 基 本 构 成   在 爆 破 工 艺 一 定 的 情 况 下 ,爆 破 设 计 的 过 程 实 质 上 是 一 个 基 于 对 爆 区 条 件 的 了 解 以 及 这 种 条 件 对 爆 破 效 果 的 影 响 的 认 识 和 判 断 ,为 获 得 一 定 的 爆 破 效 果 而 对 所 有 的 爆 破 参 数 进 行 决 策 的 过 程 。 显 然 ,这 种 了 解 是 否 准 确 和 全 面 ,以 及 这 种 认 识 和 判 断 是 否 与 实 际 相 符 , 将 直 接 影 响 到 设 计 的 结 果 和 最 终 爆 破 效 果 。 因 此 ,对 各 种 可 能 影 响 爆 破 效 果 的 条 件 因 素 进 行 分 类 ,同 时 对 这 些 因 素 与 爆 破 效 果 之 间 的 关 系 进 行 量 化 分 析 和 表 述 ,是 确 保 设 计 参 数 合 理 性 的 两 个 关 键 ,也 是 所 图 1 Blast2Code 模 型 基 本 结 构 有 计 算 机 爆 破 设 计 与 模 拟 软 件 系 统 所 必 须 Fig. 1 Schematic description of the Blast2Code model 具 有 的 两 个 基 本 内 容 。 Blast2Code 模 型 的 峰 20 峰 工 程 爆 破 基 本 构 成 如 图 1。 在 Blast2Code 模 型 中 ,采 场 地 质 地 形 数 据 库 按 属 性 以 图 形 和 数 值 数 据 描 述 了 水 厂 铁 矿 各 采 场 的 地 质 地 形 状 况 ,从 而 可 为 计 算 机 爆 破 设 计 等 后 续 工 作 迅 速 提 供 关 于 爆 区 地 质 与 地 形 条 件 的 准 确 信 息 。 矿 岩 可 爆 性 分 级 模 型 的 作 用 是 对 所 确 定 爆 区 范 围 内 不 同 矿 岩 的 爆 破 难 易 程 度 进 行 定 量 分 析 ,确 定 矿 岩 可 爆 性 指 数 ,从 而 为 爆 破 参 数 的 选 择 提 供 可 靠 的 依 据 。 爆 破 设 计 的 任 务 包 括 :根 据 设 计 者 选 定 的 炮 孔 直 径 和 炸 药 种 类 以 及 炸 药 的 基 本 性 能 指 标 ,同 时 基 于 采 场 地 质 地 形 数 据 库 自 动 提 供 的 地 质 地 形 信 息 和 爆 区 内 矿 岩 可 爆 性 分 级 结 果 ,自 动 进 行 孔 网 参 数 与 孔 位 设 计 、炮 孔 装 药 量 和 孔 口 填 塞 高 度 设 计 以 及 炮 孔 起 爆 顺 序 和 微 差 时 间 设 计 。 爆 破 模 拟 的 内 容 则 包 括 爆 破 作 用 范 围 分 析 与 预 测 、爆 堆 三 维 形 态 模 拟 、爆 堆 矿 岩 松 散 系 数 与 平 均 块 度 (可 包 括 块 度 均 匀 指 数 ) 计 算 、爆 破 技 术 经 济 指 标 (包 括 炸 药 单 位 消 耗 量 、炮 孔 延 米 爆 破 量 以 及 钻 爆 生 产 成 本 ) 统 计 计 算 等 。 爆 破 数 据 库 包 括 炸 药 数 据 库 和 爆 破 设 计 文 件 存 档 两 方 面 的 内 容 ,前 者 用 于 输 入 和 存 储 可 选 炸 药 的 名 称 与 爆 炸 性 能 基 本 参 数 ,后 者 用 于 存 储 历 次 爆 破 设 计 文 件 ,以 供 事 后 查 询 和 调 用 。 3 采 场 地 质 地 形 数 据 库 水 厂 铁 矿 采 场 地 质 地 形 数 据 库 是 采 用 VC6. 0 计 算 机 程 序 设 计 语 言 、并 以 Object ARX 为 二 次 开 发 工 具 对 AutoCAD R14 进 行 二 次 开 发 建 立 起 来 的 。 根 据 实 测 地 形 地 质 原 始 数 据 ,该 系 统 可 即 时 地 自 动 生 成 采 场 台 阶 坡 顶 线 和 坡 底 线 、实 测 点 坐 标 以 及 地 质 构 造 界 线 和 矿 岩 分 界 线 , 并 按 属 性 划 分 矿 岩 种 类 。 该 数 据 库 系 统 除 具 有 目 前 一 般 矿 山 数 据 库 系 统 图 形 的 输 入 与 输 出 等 基 本 功 能 外 ,其 突 出 特 点 是 能 对 采 场 任 意 区 域 内 的 矿 岩 分 布 及 矿 岩 物 理 力 学 性 质 等 属 性 自 动 查 询 和 识 别 ,对 区 域 内 各 类 矿 岩 的 体 积 与 质 量 自 动 计 算 ,为 实 现 台 阶 爆 破 计 算 机 自 动 设 计 ,同 时 保 证 参 数 选 择 的 科 学 性 ,提 供 了 更 为 全 面 和 可 靠 的 数 据 条 件 和 技 术 基 础 。 其 主 要 内 容 及 功 能 如 下 。 3 . 1 基 本 内 容 ( ( 1) 三 维 坐 标 系 统 2) 地 质 信 息 、数 据 : ① 矿 岩 分 界 线 及 矿 岩 分 布 区 域 ; ② 矿 岩 种 类 及 其 物 理 力 学 等 基 本 参 数 (如 矿 岩 普 氏 系 数 f 、密 度 ρ 等 ) ; ③ 地 质 结 构 构 造 及 原 岩 (按 矿 岩 种 类 ) 节 理 裂 隙 发 育 特 性 参 数 ; ④ 基 于 可 爆 性 分 级 数 学 模 型 的 矿 岩 可 爆 性 分 区 。 ( 3) 地 形 信 息 、数 据 : 采 场 实 测 点 坐 标 ( x , y , z) ; 台 阶 坡 顶 线 与 坡 底 线 。 . 2 主 要 功 能 1) 图 形 和 数 据 的 储 存 与 输 出 功 能 :根 据 原 始 实 测 坐 标 数 据 按 属 性 生 成 、储 存 和 输 出 各 种 3 ( 地 质 地 形 数 据 与 图 线 ,并 可 在 必 要 时 以 自 动 或 手 工 方 式 对 其 进 行 修 正 。 图 2 为 数 据 库 自 动 生 成 的 水 厂 铁 矿 南 采 场 的 地 质 地 形 平 面 图 。 ( 2) 按 属 性 的 自 动 查 询 、识 别 与 处 理 功 能 :可 根 据 系 统 各 功 能 模 块 发 出 的 指 令 自 动 查 询 、识 别 图 形 目 标 (包 括 图 线 和 图 形 等 ) 和 任 一 给 定 区 域 内 各 类 矿 岩 的 性 质 参 数 ,并 自 动 进 行 相 应 的 图 形 处 理 以 及 与 图 形 属 性 有 关 的 数 量 统 计 分 析 与 计 算 (如 对 任 一 给 定 区 域 内 矿 岩 分 布 范 围 的 自 动 确 定 及 对 矿 (岩 ) 量 的 计 算 等 ) 。 ( 3) 数 据 库 自 动 更 新 功 能 :当 爆 破 设 计 得 到 确 认 和 实 施 时 ,计 算 机 可 根 据 爆 破 破 碎 范 围 的 预 测 结 果 或 现 场 地 形 变 化 的 实 测 结 果 ,自 动 对 数 据 库 地 形 内 容 进 行 相 应 的 更 新 。 地 质 地 形 数 据 库 所 具 有 的 上 述 功 能 特 点 ,对 于 提 高 爆 破 设 计 等 各 种 后 续 工 程 应 用 软 件 的 璩 世 杰 等 : 露 天 矿 爆 破 设 计 与 模 拟 Blast2Code 模 型 及 其 在 水 厂 铁 矿 的 应 用 峰 21 峰 集 成 程 度 、自 动 化 程 度 和 运 行 速 度 ,最 大 限 度 地 减 少 手 工 工 作 量 以 及 各 种 可 能 的 人 为 因 素 的 不 利 影 响 ,保 证 计 算 与 处 理 结 果 的 准 确 性 和 可 靠 性 ,都 具 有 极 为 重 要 的 意 义 。 4 矿 岩 可 爆 性 分 级 与 分 区 根 据 矿 岩 可 爆 性 指 数 对 水 厂 铁 矿 各 采 区 进 行 了 矿 岩 可 爆 性 分 级 与 分 区 。 矿 岩 的 可 爆 性 指 数 是 综 合 反 映 矿 岩 爆 破 难 易 程 度 的 一 个 专 项 指 标 ,也 是 确 定 孔 网 参 数 和 炸 药 单 位 消 耗 量 的 主 要 依 据 。 从 实 质 上 讲 ,分 级 和 分 区 是 矿 岩 可 爆 性 指 数 的 另 外 两 种 具 体 的 表 达 形 式 ,其 优 点 是 可 实 现 设 计 过 程 的 可 视 化 ,从 而 增 进 人 对 设 计 过 程 的 了 解 和 判 断 。 因 此 ,在 采 场 地 质 地 形 数 据 库 的 基 础 上 确 定 采 场 矿 岩 的 可 爆 性 指 数 ,同 时 进 行 可 爆 性 分 级 与 分 区 ,是 Blast2Code 模 型 的 另 一 重 要 内 容 。 4 . 1 矿 岩 可 爆 性 指 数 及 其 影 响 因 素 图 2 南 采 场 的 地 质 地 形 平 面 图 Fig. 2 Topographical and geological plan of the South pit 大 量 的 研 究 和 经 验 均 表 明 ,岩 体 爆 破 的 难 易 程 度 主 要 取 决 于 岩 石 的 密 度 和 普 氏 系 数 以 及 岩 体 内 节 理 裂 隙 等 地 质 〔 构 造 的 发 育 程 度 7〕 。 在 一 般 情 况 下 ,岩 石 的 密 度 越 大 ,普 氏 系 数 越 高 ,岩 石 的 破 坏 和 位 移 所 需 要 的 能 量 就 越 多 ;但 仅 仅 用 岩 石 的 密 度 和 普 氏 系 数 等 物 理 力 学 性 质 参 数 还 不 能 对 岩 体 的 可 爆 性 进 行 足 够 准 确 和 可 靠 地 描 述 。 就 露 天 矿 山 的 炮 孔 爆 破 而 言 ,岩 体 的 破 碎 绝 大 多 数 是 沿 着 原 岩 中 的 节 理 裂 隙 等 地 质 结 构 面 发 生 的 ,即 矿 岩 的 破 碎 效 果 在 很 大 程 度 上 取 决 于 原 岩 地 质 构 造 的 发 育 程 度 。 观 察 爆 堆 岩 块 的 表 面 特 征 也 可 得 出 类 似 的 结 论 。 根 据 以 上 分 析 ,同 时 也 基 于 可 行 、实 用 和 有 效 的 原 则 ,Blast2Code 模 型 采 用 岩 石 的 密 度 ρ 、 普 氏 系 数 f 以 及 岩 体 的 节 理 裂 隙 平 均 间 距 d 三 项 指 标 作 为 衡 量 矿 岩 可 爆 性 的 标 准 。 水 厂 铁 矿 主 要 矿 岩 的 有 关 物 理 力 学 性 质 与 地 质 结 构 特 征 参 数 列 于 表 1。 表 1 矿 岩 物 理 力 学 性 质 与 地 质 结 构 特 征 参 数 Table 1 Rock property and geological characteristic parameters 矿 岩 种 类 性 质 与 特 征 风 化 矿 岩 混 合 花 岗 岩 薄 层 状 磁 铁 石 英 岩 厚 层 块 状 表 土 < 2. 66 < 6 片 麻 岩 2. 66~ 2. 80 8~ 10 赤 铁 矿 3. 05~ 3. 15 12~ 14 磁 铁 石 英 岩 3. 20~ 3. 30 > 14 密 度 ρ / (g峰cm - 3) 普 氏 系 数 f 节 理 裂 隙 间 距 d/ cm < 30 30~ 75 76~ 100 > 100 4 . 2 矿 岩 可 爆 性 分 级 与 采 场 爆 破 分 区 根 据 上 述 三 项 指 标 的 测 定 和 统 计 结 果 ,水 厂 铁 矿 矿 岩 可 爆 破 性 指 数 由 下 式 表 示 : ξ = F( A , B ,ρ , f , d ,α ,β ) (1) 3 式 中 :ξ 为 矿 岩 可 爆 性 指 数 ;ρ 为 岩 石 密 度 ,g/ cm ; f 为 岩 石 普 氏 系 数 ; d 为 岩 体 地 质 结 构 面 平 均 间 距 ,cm ; A 、B 、α 、β 为 常 数 。 当 爆 区 的 位 置 一 定 时 ,地 质 地 形 数 据 库 将 对 爆 区 内 矿 岩 的 种 类 及 其 分 布 区 域 自 动 进 行 识 别 ,同 时 按 矿 岩 种 类 对 ρ 、 f 以 及 d 三 项 指 标 进 行 自 动 查 询 ,最 终 求 出 爆 区 内 各 类 矿 岩 的 ξ 值 。 峰 22 峰 工 程 爆 破 5 爆 破 设 计 与 模 拟 爆 破 设 计 与 模 拟 模 块 是 Blast2Code 模 型 的 核 心 ,其 任 务 是 在 爆 区 地 质 与 地 形 等 给 定 条 件 下 ,由 计 算 机 做 出 完 整 的 爆 破 设 计 ,且 能 保 证 以 较 低 的 钻 爆 生 产 成 本 获 得 良 好 的 爆 破 破 碎 效 果 。 5 . 1 设 计 内 容 与 步 骤 ( ( 1) 打 开 地 质 地 形 数 据 库 ,用 鼠 标 指 定 爆 破 地 点 并 圈 定 爆 破 范 围 ; 2) 给 定 钻 机 号 、炮 孔 直 径 和 (设 计 文 件 用 ) 爆 区 上 、下 水 平 名 义 标 高 (下 水 平 名 义 标 高 同 下 水 平 设 计 标 高 ) ; ( 参 数 ; ( 3) 人 工 选 择 炮 孔 装 药 种 类 及 输 入 炸 药 爆 炸 性 能 4) 爆 区 矿 岩 可 爆 性 计 算 机 自 动 分 级 或 分 区 (如 图 3 所 示 ) ; ( ( 5) 炮 孔 位 置 与 深 度 的 计 算 机 自 动 设 计 ; 6) 炮 孔 装 药 量 、孔 口 填 塞 高 度 和 炮 孔 起 爆 顺 序 及 雷 管 段 别 自 动 设 计 ; ( ( ( 7) 爆 破 破 碎 有 效 作 用 范 围 自 动 预 测 ; 8) 爆 堆 三 维 形 状 模 拟 ; 9) 爆 堆 矿 岩 松 散 系 数 、平 均 块 度 、块 度 均 匀 性 指 数 自 动 计 算 ; 图 3 爆 区 矿 岩 可 爆 性 分 级 与 分 区 Fig. 3Blastability classification of a blast ( 10) 爆 破 技 术 经 济 指 标 (如 炸 药 单 耗 和 炮 孔 延 米 爆 破 量 及 钻 爆 成 本 ) 计 算 ; ( 11) 生 成 设 计 文 件 (如 爆 破 指 令 书 、穿 孔 任 务 书 、爆 破 参 数 计 算 表 和 炮 孔 坐 标 清 单 ) 。 5 . 2 爆 破 参 数 设 计 方 法 对 于 台 阶 垂 直 中 深 孔 微 差 爆 破 而 言 ,主 要 的 爆 破 参 数 包 括 炮 孔 间 距 (孔 距 ) a 、排 距 b、单 孔 2 负 担 面 积 S (m ) 、孔 深 (含 超 深 ) H (m) 、炮 孔 装 药 量 Q (kg) 和 孔 口 填 塞 高 度 H′(m) 以 及 决 定 炮 孔 起 爆 微 差 间 隔 时 间 t 的 雷 管 段 别 。 具 体 设 计 方 法 如 下 : / 2 S = f 1 ( Ce ,ξ ,η ) ; a = ( S 峰 m) 1 ; b = S/ a ; H = ( Hkou - Hdi) + h ; q = f 2 ( Ce ,ξ ,η ) ;   Q = qS ( Hkou - Hdi)ρ ; H′ = H - 4000 Q/ (π <2ρ e) 。 式 中 : <为 炮 孔 直 径 ,mm; η 为 以 < = 250mm 为 基 准 的 炮 孔 直 径 系 数 ,η = </ 250; ξ 为 炮 孔 所 在 位 置 矿 岩 可 爆 性 指 数 ; m 为 炮 孔 邻 近 系 数 , m = a/ b; q为 炮 孔 所 在 位 置 矿 岩 的 炸 药 单 位 消 3 耗 量 , kg/ t ; ρ 为 炸 药 密 度 ,g/ cm ; Ce 为 与 炸 药 爆 炸 性 能 有 关 的 系 数 ; Hkou 、Hdi 、h 分 别 为 孔 e 3 口 标 高 、台 阶 下 水 平 设 计 标 高 和 炮 孔 超 深 ,m ; ρ 为 矿 (岩 ) 体 容 重 ,g/ cm 。 雷 管 段 别 决 定 了 炮 孔 的 起 爆 顺 序 和 起 爆 微 差 间 隔 时 间 。 在 炮 孔 起 爆 方 式 一 定 的 前 提 下 , 综 合 考 虑 炮 孔 起 爆 瞬 间 抵 抗 线 单 位 长 度 的 最 佳 微 差 间 隔 时 间 和 标 准 雷 管 产 品 的 微 差 时 间 设 计 值 两 方 面 因 素 的 影 响 ,是 炮 孔 雷 管 段 别 设 计 的 基 本 原 则 。 在 实 际 设 计 过 程 中 ,各 个 炮 孔 的 位 置 与 深 度 、装 药 参 数 、填 塞 高 度 和 微 差 雷 管 段 别 的 设 计 结 果 以 及 爆 破 设 计 技 术 经 济 指 标 均 详 列 于 穿 孔 任 务 书 (含 如 图 4 所 示 的 炮 孔 布 置 平 面 图 ) 、爆 破 参 数 计 算 表 及 炮 孔 坐 标 一 览 表 (限 于 篇 幅 ,本 文 从 略 ) 。 应 当 强 调 指 出 的 是 ,在 采 用 Blast2Code 模 型 进 行 爆 破 设 计 的 过 程 中 ,为 同 一 爆 区 内 的 各 种 璩 世 杰 等 : 露 天 矿 爆 破 设 计 与 模 拟 Blast2Code 模 型 及 其 在 水 厂 铁 矿 的 应 用 峰 23 峰 矿 岩 所 选 定 的 爆 破 参 数 (如 炮 孔 间 距 a 、排 距 b 以 及 炸 药 单 耗 等 ) ,取 决 于 该 炮 孔 所 在 位 置 矿 岩 的 可 爆 性 指 数 值 的 大 小 ,而 且 只 是 确 定 炮 孔 位 置 和 炮 孔 装 药 量 的 基 本 依 据 之 一 ,具 体 的 孔 位 和 炮 孔 装 药 量 设 计 还 需 要 计 算 机 根 据 对 各 炮 孔 起 爆 瞬 间 的 自 由 面 条 件 而 进 行 适 当 的 调 整 。 图 3 所 示 的 爆 区 之 炮 孔 孔 位 与 起 爆 顺 序 计 算 机 自 动 设 计 结 果 如 图 4 所 示 。 该 爆 破 设 计 的 基 本 技 术 经 济 指 标 为 :炮 孔 直 径 250mm ;炮 孔 47 个 ;矿 岩 总 量 97792. 76t (其 中 磁 铁 矿 32889. 60t 、片 麻 岩 58850. 52t 、断 层 6052. 64t) ; 炸 药 总 消 耗 量 19935kg (其 中 铵 油 炸 药 12280kg、乳 化 炸 药 7 655kg) ;延 米 爆 破 量 126t/ m ;综 合 炸 药 单 耗 0. 204kg/ t 。 . 3 爆 破 效 果 预 测 与 模 拟 Blast2Code 模 型 的 爆 破 效 果 预 测 与 模 拟 部 分 的 数 5 学 模 型 在 实 质 上 是 一 个 以 最 小 抵 抗 线 理 论 为 指 导 ,同 时 基 于 爆 堆 轮 廓 线 具 有 Weibul 分 布 特 征 假 设 的 工 程 统 计 模 型 。 它 认 为 炮 孔 起 爆 瞬 间 的 自 由 面 条 件 、炮 孔 周 围 矿 岩 的 物 理 力 学 性 质 与 地 质 构 造 特 征 以 及 炸 药 爆 炸 性 能 与 炮 孔 装 药 量 是 影 响 爆 破 效 果 (具 体 包 括 爆 破 破 碎 有 效 作 用 范 围 、爆 堆 形 状 及 爆 堆 矿 岩 破 碎 块 度 和 松 散 系 数 ) 的 关 键 因 素 ,并 采 用 统 计 分 析 的 手 段 建 立 和 验 证 这 种 影 响 因 素 与 实 际 效 果 之 间 的 数 量 关 系 。 对 图 3 和 图 4 所 示 的 爆 区 进 行 爆 破 效 果 预 测 和 模 拟 结 果 与 实 测 结 果 的 对 比 如 图 5 所 示 ,具 体 数 据 为 :爆 堆 矿 岩 松 散 系 数 1. 27 ,平 均 块 度 24. 96cm ,爆 堆 隆 起 最 大 高 度 图 4 计 算 机 自 动 生 成 的 布 孔 图 Fig. 4Blast2hole pattern automatically produced by a computer 4. 74m ,爆 堆 前 冲 最 大 距 离 ( 自 炮 孔 中 心 所 在 位 置 算 起 ) 25. 8m ,后 冲 破 坏 最 大 距 离 5. 32m。 对 于 矿 岩 破 碎 效 果 的 预 测 以 及 对 爆 堆 形 状 的 模 拟 ,可 为 设 计 者 改 进 设 计 、修 正 爆 破 设 计 参 数 提 供 较 为 全 面 的 参 考 依 据 ,以 取 得 较 为 理 想 的 爆 破 效 果 。 这 包 括 : ( 1) 适 当 的 爆 堆 隆 起 高 度 和 前 冲 距 离 以 及 由 之 决 定 的 爆 堆 矿 岩 松 散 系 数 ,以 提 高 电 铲 挖 掘 效 率 ; ( ( 2) 控 制 矿 岩 块 度 ,同 时 避 免 因 孔 深 设 计 的 偏 差 可 能 导 致 的 电 铲 超 挖 或 欠 挖 现 象 ; 3) 控 制 爆 堆 矿 岩 的 最 大 前 冲 距 离 ,以 保 证 爆 区 外 围 设 备 与 人 员 的 安 全 。 图 5 计 算 机 模 拟 的 爆 堆 三 维 图 (a) 和 横 剖 面 图 (b) Fig. 5 Computer2simulated 32D view(a) and cross2sectional view(b) of a muck pile 峰 24 峰 工 程 爆 破 6 成 本 计 算 及 其 与 设 计 优 化 的 关 系 爆 破 设 计 的 优 化 就 是 在 保 证 爆 破 效 果 满 足 要 求 的 前 提 下 使 钻 爆 成 本 最 小 。 采 用 Blast2 Code 模 型 ,根 据 设 计 过 程 中 输 入 的 钻 孔 及 炸 药 与 起 爆 器 材 的 单 价 ,可 以 自 动 计 算 出 每 次 爆 破 3 的 钻 爆 总 成 本 (元 ) 和 单 位 成 本 (元 / m 或 元 / t) 。 因 此 ,对 同 一 爆 区 选 用 不 同 的 炸 药 和 (或 ) 修 改 爆 破 设 计 参 数 ,可 以 按 成 本 和 预 测 的 爆 破 效 果 对 不 同 的 设 计 进 行 比 较 ,并 从 中 做 出 选 择 ,从 而 实 现 优 化 爆 破 。 7 结 语 ( 1)Blast2Code 模 型 综 合 考 虑 了 爆 区 地 形 及 台 阶 自 由 面 条 件 、矿 岩 物 理 力 学 性 质 与 地 质 构 造 特 征 、炸 药 爆 炸 性 能 三 类 对 爆 破 效 果 具 有 直 接 影 响 的 关 键 因 素 ,并 据 此 确 定 爆 破 设 计 参 数 , 为 台 阶 垂 直 中 深 孔 爆 破 的 设 计 工 作 提 供 了 一 种 有 效 、实 用 的 新 手 段 。 ( 2) 采 用 露 天 矿 采 场 地 质 地 形 数 据 库 技 术 ,实 现 了 采 场 地 质 地 形 和 矿 岩 物 理 力 学 性 质 等 基 本 条 件 数 据 的 即 时 输 入 和 分 析 ,为 爆 破 设 计 以 及 对 爆 破 破 碎 效 果 预 测 和 爆 堆 形 状 模 拟 提 供 了 必 要 的 前 提 条 件 。 ( 3) 在 爆 破 设 计 过 程 中 对 爆 区 平 面 形 状 和 台 阶 坡 顶 线 的 不 规 则 性 、台 阶 自 由 面 条 件 性 质 ( 压 碴 或 清 碴 ) 的 可 变 性 、台 阶 坡 面 角 度 的 非 同 一 性 以 及 爆 区 内 矿 岩 种 类 及 其 可 爆 性 能 的 复 杂 性 的 自 动 适 应 ,是 Blast2Code 模 型 的 另 一 个 显 著 特 征 ,也 是 保 证 其 实 用 性 和 有 效 性 的 一 关 键 因 素 。 ( 4)Blast2Code 模 型 具 有 爆 破 参 数 选 取 的 人 工 干 预 和 钻 孔 爆 破 成 本 计 算 功 能 ,可 对 多 个 设 计 方 案 进 行 技 术 经 济 对 比 分 析 ,从 而 使 该 模 型 成 为 实 现 优 化 爆 破 的 一 个 有 力 工 具 。 5) 在 水 厂 铁 矿 现 场 应 用 的 结 果 表 明 ,Blast2Code 模 型 地 质 地 形 数 据 库 与 爆 破 设 计 功 能 实 ( 用 、有 效 、可 靠 ,预 测 模 拟 的 结 果 与 实 际 基 本 相 符 。 对 于 控 制 爆 破 效 果 和 钻 爆 成 本 ,实 现 优 化 爆 破 ,同 时 提 高 矿 山 生 产 管 理 和 技 术 管 理 水 平 ,都 具 有 重 要 的 实 际 意 义 。 参 加 本 项 研 究 工 作 的 还 有 :边 广 增 、王 金 海 、乜 海 军 、李 士 全 、尹 之 足 和 钟 厚 贵 等 人 。 参 考 文 献 : 〔 1〕Jorgenson G K , Chung S H. Blast simulation surface and underground with the SABREX model[J ]. CIM Bul2 letin , 1987 , 80(904) : 37~ 41. 〔 〔 2〕冯 仲 仁 ,等 . 露 天 生 产 爆 破 CAD 系 统 的 研 究 [J ]. 爆 破 , 1992 , 9(1) : 29~ 34. 3〕Onederra I , et al. Mass blast design , simulation , optimization and monitoring at Big Bell Gold Mine[A]. Frag2 blast 1999[C]. Johannesburg , South African Institute of Mining and Metallurgy. 4〕Cameron A R , et al. Computer assisted blast design and assessment tools[A]. Proceedings of the 11th Sympo2 sium on Explosives and Blasting Research[C]. 1995. 〔 〔 〔 〔 5〕Tunstall A , Higgins M. Blast design and analysis software for surface mines and quarries[J ]. Quarry Manage2 ment , 1995 , 22(7) :37~ 38. 6〕Favreau , P , et al. BLASTCAD — Noranda’s three2dimensional computer2aided underground blast design system [ J ]. CIM Bulletin , 1993 , (2) :62~ 68. 7〕于 亚 伦 ,等 . 水 厂 铁 矿 的 岩 石 爆 破 性 分 区 [J ]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ,1990 ,9(3) :195~ 201.
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