煤礦巷道掘進(jìn)爆破布孔設(shè)計(jì)智能研究

于慧　王永林

隨著地下礦產(chǎn)的開(kāi)采越來(lái)越頻繁，我國(guó)的巷道工程建設(shè)任務(wù)越來(lái)越繁重，目前國(guó)內(nèi)普遍存在著巷道掘進(jìn)速度偏低的問(wèn)題。在煤礦巷道掘進(jìn)爆破中采用人工布孔難免出現(xiàn)工作效率低的問(wèn)題，嚴(yán)重影響巷道開(kāi)挖進(jìn)度。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得巷道掘進(jìn)爆破施工設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為可能，也使其成為解決目前巷道掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題的理想辦法。

本文以廣能煤礦開(kāi)采項(xiàng)目為研究背景，根據(jù)巷道掘進(jìn)爆破技術(shù)并結(jié)合計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)理論，進(jìn)行巷道掘進(jìn)爆破智能布孔設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能組成、模塊設(shè)計(jì)的研究，通過(guò)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。

一、智能系統(tǒng)的組成

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)巷道爆破設(shè)計(jì)工藝的研究，確立了系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式，主要由用戶(hù)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)構(gòu)、知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)四個(gè)部分構(gòu)成，如圖1-1所示。

圖1-1 智能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

二、智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)研究整理，將關(guān)于巷道掘進(jìn)爆破的數(shù)據(jù)劃分為用戶(hù)信息、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)、爆破數(shù)據(jù)、掏槽參數(shù)以及設(shè)計(jì)圖表等五種類(lèi)型。本文的數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft Access進(jìn)行編輯建立，如圖2-1所示。

圖2-1 數(shù)據(jù)庫(kù)截圖

三、巷道掘進(jìn)爆破布孔設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)

廣能煤礦的巷道斷面采用拱形設(shè)計(jì)，寬5.2×高4.2米～寬2×高2米，大多采用楔形掏槽。本文以廣能煤礦中一寬4.8m×高3.6m的采用單楔形掏槽的拱形斷面為例進(jìn)行自適應(yīng)布孔智能系統(tǒng)的介紹。

1.斷面輪廓線(xiàn)繪制

在系統(tǒng)中建立一個(gè)坐標(biāo)系，按照一定順序輸入斷面拐點(diǎn)（控制點(diǎn)），利用控制點(diǎn)坐標(biāo)表示控制點(diǎn)間的曲線(xiàn)特征參數(shù)，然后將控制點(diǎn)和曲線(xiàn)連接起來(lái)生成斷面輪廓線(xiàn)。在用戶(hù)界面中，輸入已知的斷面參數(shù)后即可得到斷面輪廓線(xiàn)，如圖3-1所示：

2.布置掏槽孔

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)及斷面參數(shù)確定循環(huán)進(jìn)尺及孔深，選擇合適的掏槽角并確定孔口距之后，即可以在斷面直角坐標(biāo)系下準(zhǔn)確的布置出掏槽孔。在廣能煤礦中，掏槽孔傾角經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)測(cè)試在68～79°之間為合理。在系統(tǒng)的用戶(hù)界面輸入?yún)?shù)即可得到楔形掏槽孔布置圖，如圖3-2所示。

圖3-1 巷道斷面輪廓線(xiàn)圖3-2 掏槽孔布置圖

3.布置周邊孔

用曲線(xiàn)弧的圓心為圓心、以曲線(xiàn)半徑減去周邊孔孔口與開(kāi)挖輪廓線(xiàn)的距離為半徑作與曲線(xiàn)弧等角度的弧。然后，以周邊孔間距對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)從前一個(gè)控制點(diǎn)開(kāi)始，按控制點(diǎn)序號(hào)順序順時(shí)針?lè)较虿贾弥苓吙?，圖3-3所示。

4.布置輔助孔

系統(tǒng)獲取輔助孔參數(shù)后，以排距為單位由掏槽區(qū)域邊界向巷道兩側(cè)布置炮孔排，然后以孔距在各排掏槽區(qū)域的上下距離范圍內(nèi)布置炮孔，如圖3-4所示。

圖3-3 周邊孔布置圖圖3-4 輔助孔布置圖

5.巷道掘進(jìn)爆破布孔設(shè)計(jì)方案

最后系統(tǒng)再根據(jù)確定的底孔距離和崩落眼距離，按照和輔助眼相同的布孔方式得到完整的炮孔布置圖，如圖3-5所示。

圖3-5 巷道掘進(jìn)炮孔布置圖圖3-6 現(xiàn)場(chǎng)施工巷道掘進(jìn)爆破布置圖

將專(zhuān)家的設(shè)計(jì)方案（圖3-6）與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)參數(shù)基本合理，爆破效果比較理想。利用智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)爆破參數(shù)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)自適應(yīng)布孔成圖，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成巷道爆破設(shè)計(jì)，提高了施工質(zhì)量和進(jìn)度。

四、結(jié)論

本文根據(jù)巷道爆破設(shè)計(jì)技術(shù)并結(jié)合計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)理論，創(chuàng)建了巷道爆破布孔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合廣能煤礦各類(lèi)巷道斷面的特點(diǎn)，建立了可用于計(jì)算機(jī)編程的自適應(yīng)布孔數(shù)學(xué)模型。使用Visual C++6.0工具編制程序，使系統(tǒng)框架下的各個(gè)相互獨(dú)立的模塊成為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的整體。本文中所確定的巷道掘進(jìn)爆破布孔設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)是合理、可行的，并且可以預(yù)見(jiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在爆破技術(shù)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]曹洪洋，楊仁樹(shù)，王偉，郭東明.巖巷掘進(jìn)中爆破專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].礦冶工程，2003，23（4）：4-6.

[2]孫惠民，靳建偉.掘進(jìn)巷道炮眼布置計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制.山西煤炭.1998年12月.

[3]邊亞?wèn)|， 張玉國(guó)， 潘洪科， 吳聚巧.巖巷掘進(jìn)中爆破輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究.中州煤炭.2007年第3期.

[4]李戰(zhàn)懷.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[5]張海藩.軟件工程導(dǎo)論M（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社2002.