广州市越堡水泥有限公司 510460
摘要：本文从项目实施背景、模型建立理论及关键数据计算、实际应用推广情况、社会效益等方面来对露天台阶爆破数字模型应用于设计、效果预分析及工程控制进行分析。
关键词：爆破；数字模型；台阶爆破
一、实施背景
（一）爆破工艺的发展趋势
爆炸，其广泛应用于各种生产制造、拆除等行业。但因其过程的高速非线性变化，控制难度的增加，影响了其应用过程中的不确定性和一定危害性。如何实现爆破的数据化、有效性、准确化分析和控制，成为未来爆破技术发展的必然。而对于露天矿山行业，虽然近年来设计等工作逐步利用计算机进行作业，但是大多是由技术人员根据现场和个人作业经验进行爆破设计工作，人为的主观因素过多，往往会使爆破效果和理想状况出现很大偏差。计算机可以根据指令进行快速的数据处理，减少主观因素的影响，各行业对作业的数字化越来越注重。爆破参数的设计与爆点岩体性质的有效匹配、效果的数据化、有效性分析控制也就成为发展的必然。
（二）依据露天矿山台阶爆破的效果控制要求，提出控制关键点
破效果控制主要经济技术指标：炸药单耗、爆堆块度、爆堆高度、爆堆抛掷距离、爆点体积变化系数。其中珠水石灰石矿于2010年中时珠水矿山方面主要采矿设备配置有：Atlas copco L8潜孔钻机、PC1250正铲式和 PC400反铲式挖掘机、CAT和TEREX系列运矿车。部分爆破参数及主要指标：
1、台阶高度19.5m；
2、钻机穿孔直径140mm；
3、PC1250的最大挖掘高度12.8m，在爆堆松散度较好、块度均匀的条件，爆堆高度控制为<15.6m；
4、破碎漏斗口允许最大入料尺寸2m*2m，实际爆堆块度分布70cm以下<80%，大块率<0.8%；
（三）珠水石灰石矿2010年时爆破存在的问题
因采用炸药类型及装药方式的改变（乳化炸药混装药改为人工填装成品卷装药）、技术人员的变动影响技术水平的波动，造成爆破参数未能及时依据基础条件进行科学有效匹配，致使爆破的效果无法标准化控制，波动较大；炸药单耗偏高，影响爆破成本的增加。存在问题，具体如下：
1、调整爆破区域、台阶高度等因素时无法及时的依据爆点岩体性质确定爆破孔网参数，岩体性质与爆破参数上的匹配度，造成炸药耗能的浪费。
2、爆破的爆堆高度、爆堆松散度、矿石的粒径等不能直观明确的进行预估和评估对矿石和破碎设备的匹配造成影响。
3、因技术水平、炸药类型、装药方式、实际装药过程中线装药密度的变化等，造成爆破效果的控制、预测难度增加，而直接影响后续工序。
二、模型建立理论及关键数据计算
（一）台阶爆破模型建立的方法及原理
确定影响爆破效果的有效关键基础条件，设定效果目标，通过爆破原理的分析及破坏公式的计算，匹配相应的爆破孔网参数，并依据孔网参数，结合岩体破坏的原理及爆破破坏原理，分析求解预测爆破效果，进而直接进行爆破孔网设计，并于装药过程中，根据实际装药情况，重新评估爆破效果并对不良因素及时采取控制措施，保证爆破效果。具体如下：
1、模型建立的基础条件的形成
影响爆破有关的岩体及岩石性质的确定及分析，分析评估各岩体性质及对爆破的影响度，计算各参数件关系公式。具体条件如下：
（二）爆破基础条件、设计参数及效果目标及中间值分析的理论及方法的确定
1、爆破效果及破坏边界控制条件的分析方法
分析理论：爆破抛掷漏斗的分析方法：以标准化效果对应的加强抛掷漏斗进行后续爆破效果的分析中加强抛掷漏斗的确定，另依据岩体内部破坏原理，确定岩体形成最低破坏漏斗时的最小抵抗线情况，进而把爆破破化分为三个部分：
A.形成有效加强抛掷；
B.具备标准抛掷，但无法形成标准加强抛掷；
C．岩石无法完全进行有效内部破坏的耗能。
对于爆后底部平台以下的炮孔药柱无限小单元，以垂直于平台水平面为（夹角60度）加强抛掷漏斗，其中对于台阶自由面与底部平台结合处为漏斗破坏范围最远端，进而确保爆后无地脚、地根。即如为炮孔倾角90度时，超深长度为最小抵抗线的0.57，如炮孔倾角<90度，超深长度须乘以因倾角存在影响漏斗方向的改变造成的变动系数（炮孔倾角的正弦值）。同经验公式对比，可进行精确计算。分析方法有效。
各指标计算方法：通过爆破视频进行爆破成型时间（如下视频截图）概率统计分析，确定标准值，并以台阶高度、炮孔倾角等值，进行垂直方向加速度、标准破坏的无限小单元宏观破坏临界状态时的速度、地面滚动摩擦产生的加速度计算，并以计算值，代入实际爆破效果的视频，进行预测、现场验证，后通过样本分析，通过拟合求得各指标标准值。其中珠水矿山的部分标准值如上表所示。
（三）台阶爆破模型的组成
1、岩体性质及基础条件模块（需结合岩体实际物理性质及现场数据，自行输入，部分系统自行匹配计算），有：
A．岩体类型及力学性质
B.岩体节理情况
C.岩体质量系数及对应标准台阶爆破效果的理论装药密度（由岩体性质匹配计算）
D．爆破自由面情况
E.使用炸药的性质
2、孔网参数及爆破参数的优化设计模块（依据标准效果爆破破坏边界条件，结合工程质量预留匹配计算）
A.孔网设计区域 通过爆破参数优化计算板快计算值进行设计填写，并用于岩石块度分布及爆堆体积、抛掷距离及高度的计算。
B.爆破参数优化计算区域 依据标准爆破效果边界条件，系统模型自行优化计算。
三、实际应用推广情况
（一）该模型适用于所有露天矿山的台阶爆破工序的设计、分析及过程控制。对于不同类型岩体，只需更新岩体物理性质及采用炸药的性质，并应用样本统计分析方法，确定爆破破坏边界条件，后即可进行模型的应用。
（二）该系统模型建立后，可通过数据库编程，建立软件系统实现效果分析同爆破实时视频的结合，并以数据库的共享、互访，同矿山各工序数据库进行信息访问，实现数字化矿山多个板块的系统合并，进而解决数字化矿山建设中关于台阶爆破的数据化、可分析控制，借助通讯技术实现远程异地信息访问。
四、社会效益
（一）该模型适用于所有露天矿山的台阶爆破工序的设计、分析及过程控制。对于不同类型岩体，只需更新岩体物理性质及采用炸药的性质，并应用样本统计分析方法，确定爆破破坏边界条件，后即可进行模型的应用。
（二）该系统模型建立后，可通过数据库编程，建立软件系统实现效果分析同爆破实时视频的结合，并以数据库的共享、互访，同矿山各工序数据库进行信息访问，实现数字化矿山多个板块的系统合并，进而解决数字化矿山建设中关于台阶爆破的数据化、可分析控制，借助通讯技术实现远程异地信息访问。
（三）系统应用可标准化爆破效果，操作简便，广泛应用，有助于提高行业内爆破技术的整体进步，从减少无功损耗的角度，降低炸药单耗，进而推动通过以提高炸药能量利用率，降低炸药单耗的爆破技术的不断进步。
论文作者:胡乾威
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：效果论文; 炸药论文; 台阶论文; 矿山论文; 模型论文; 漏斗论文; 参数论文; 《基层建设》2017年第8期论文;