掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究.doc

掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究 爆破是目前破碎岩石的主要手段，爆破操作是一种技术性很强的工作，操作的正确与否不仅直接影响到爆破质量的好坏，更重要的是会严重的威胁职工的安全。要想获得良好的爆破效果，就必须了解和掌握工程爆破的基本要求以及影响爆破效果的主要因素，特别是岩石的性质和爆破工程的地质条件爆破技术的基本理论和基本方法等。炮眼布置是影响爆破效果的重要因素之一。影响炮眼布置的主要因素：岩石性质巷道断面炸药性能和炮眼装药量等。由于地下地质条件变化很大，工作面的炮眼布置不能一成不变，必须根据具体地质情况进行布置和调整。近些年国内外地质信息可视化模型的研究发展较快，提出了各种三维数据模型。有许多文献已经对三维建模方法进行了系统评价和分类，已产生一些面向煤矿开采、石油开采等领域的商品化软件。三维建模与可视化在资源勘探与开发中具有十分重要的意义, 建立通用可扩展的地质三维信息模型, 可直接对矿产资源勘探、区域环境地质综合分析等提供决策依据。目前已有很多文献对炮眼布置做出了详细地论述, 但缺乏三维直观效果和可视化计算分析功能。笔者开发的程序不但给出了炮眼布置科学准确的二维图例和详细的工程量表，而且实现了相应的可视化的三维模型。用户可以方便的根据三维模型修改炮眼参数，以便使爆破效果更加理想。1：炮眼的分类 按照用途不同，炮眼可以分为四类。（1）掏糟眼用于爆破出新的自由面，为其他炮眼创造有利的爆破条件。（2）辅助眼用来进一步扩大掏糟眼爆破形成的自由面。（3）崩落眼破碎煤岩的主要炮眼，经掏糟眼辅助眼爆破后，崩落眼就有足够大的平行或大致平行于炮眼的自由面，在该自由面方向上形成较大的爆破漏斗。（4）周边眼也称轮廓眼，主要用途是使爆破后的巷道断面形状和方向符合设计要求。按周边眼的位置可分为顶眼帮眼和底眼。 2：炮眼的布置2.1 糟眼的布置：掏糟眼一般位于巷道断面中央靠近底板，这样便于钻眼时掌握方向，并且有利于上部炮眼爆破时岩石借自重而崩落。如果断面中存在软硬夹层时，则掏糟眼应位于软岩层中。根据掏糟眼和工作面之间的夹角，可分为：斜眼掏糟法，其中包括单向掏糟锥形掏糟楔形掏糟；直眼掏糟法，其中有平行龟裂掏糟角柱掏糟菱形掏糟螺旋掏糟；混合掏糟法，即斜眼和直眼混合掏糟。（1） 斜眼掏糟适用于各类岩石，其炮眼和工作面夹角为5570，岩石越坚硬夹角越小；每侧眼间距取300500mm，坚硬岩石取较小值；眼底一般较其他炮眼深200mm，每对眼底间距100200mm，不能打透；掏糟眼一次起爆。但炮眼深度超过2 m时，可采用双楔形掏糟分两次起爆。（2） 直眼掏糟的炮眼深度，一般不受巷道断面大小的限制，更适于中深孔或深孔爆破；爆破的岩石块均匀，岩石抛离不远；全部掏糟眼互相平行，而且相距较近，有利于使用凿岩台车。其缺点是钻眼工作量大，需要雷管段数较多，有瓦斯的工作面不能采用，眼孔质量要求较高。(3) 混合掏糟的实质是直眼掏糟，只是在扩大糟孔时采用斜眼。这样可以较直眼掏糟法减少钻眼工作量；增大斜眼与工作面的夹角（一般取7585），也可以克服一些斜眼掏糟法的缺点。2.2 辅助眼的布置（包括崩落眼）：辅助眼是布置在掏糟眼和周边眼之间的炮眼，是大量崩落岩石和刷大断面的主要炮眼。辅助眼之间和辅助眼各圈之间的距离，一般均为400600mm，方向基本垂直工作面，且要布置比较均匀，使崩下的岩石块度大小和堆集距离，都要便于装岩工作。2.3 周边眼的布置：周边眼是用来崩落岩石并形成巷道断面的设计轮廓，它是决定巷道成型的主要因素。周边眼的间距一般为500800mm.。根据岩石硬度，帮眼眼口距岩帮约100200 mm. 帮眼眼底一般伸出巷道轮廓线外100200 mm。底眼眼口距地板150 mm，并需向下倾斜，一般扎到底板标高以下200 mm左右，以防拉底，便于铺轨。3：实例说明蓝光数字化平台是一套具有自主版权的、集MIS、CAD、GIS和三维可视化于一体的大型应用软件平台。该平台可用于地测采台帐的编录与处理、图形的编录与处理、三维地面建模和地质建模、矿体圈定与储量管理、三维可视化应用、地质图形和工程图形的自动生成、数据库管理、辅助地质报告修编等，是建设数字矿山和数字城市的理想平台。其巷道建模和三维漫游系统系统可以根据相关数据（3DT文件或DAT文件）进行三维建模，生成三维模型。可对地质体、钻孔、硐室、断层、采场、巷道、地面建筑和剖面进行三维建模，还可以把三维对象迭加建模。其主要用于对已建立的三维化模型（3DT文件或DAT文件）进行渲染、移动、缩放和旋转，以便让用户从不同的视点进行观察研究，并可将其结果保存为BMP文件打印输出。掘进巷道炮眼布置程序的目标是建立一个基于蓝光数字化平台，可以实现炮眼布置的参数化绘图功能和三维可视化模型。将布置炮眼的所有变量参数化，通过输入断面大小炮眼间距等相关参数值就能自动绘制合乎不同条件的炮眼布置图和三维可视化模型。3.1 炮眼布置程序界面及其参数化设计。炮眼布置程序具有良好的用户界面，通过界面的菜单或命令行方式可以方便地进行各种操作。让用户能很快地学会使用。炮眼布置图和其三维可视化模型和参数建立了关系，图形可以根据参数的变化而变化，又可以根据图形的要求来修改参数。这样提高设计图形生成和修改的效率。本程序的炮眼布置参数大致分三类：（1） 基本参数（2） 断面参数（3） 图形及其关系参数。图1是炮眼布置部分参数输入对话框，用户可以方便的输入或者修改参数数据。 图13.2 二维图形的生成。本程序的二维图形（如图2）在蓝光公司开发的矿山数字化平台中显示。炮眼布置图分为平断剖面图。巷道断面形状有切圆形梯形半圆形矩形。炮眼的种类有掏糟眼辅助眼周边眼和崩落眼。用户仅需输入原始设计数据（断面形状炮眼间距等），便能自动生成绘图数据，蓝光数字化平台可以直接打开该图形，并有相应的工程量表。图2 3.3 三维图形的生成。巷道建模和三维漫游系统可以直接打开炮眼布置程序生成的三维数据（3DT文件或DAT文件），生成三维可视化模型。该系统可以对模型进行剪切旋转缩放漫游等操作。其三维图形比二维图形更直观，结合三图形的数据信息可以对炮眼布置做更全面科学地分析。炮眼布置的三维可