煤礦巷道掘進爆破智能設計系統及應用探討

劉亞　孫建峰　黃傳賢

摘要：煤礦工程區地理環境、地區質量、巖石區的穩定性、地表巖石層斷面的形狀、地底瓦斯賦存量、施工隊的開采條件及巖石開采過程中的力學等是煤礦巷道掘進爆破智能設計方案所要涉及的內容，煤礦的開采是復雜的理論與技術含量相結合的高難度問題。要進行煤礦巷道爆破智能設計系統方面的研究，必須使研究理論成果和實踐經驗相結合。

關鍵詞：煤礦工程區；巷道掘進爆破；智能設計系統；智能布孔；煤礦開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2015）30-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.032

1 研究煤礦巷道掘進爆破智能系統設計的意義

隨著世界能源的大幅度減少，地下礦產開采次數越來越頻繁，各地區巷道工程建設任務也越來越繁重，同時由于煤炭巷道安全方面的隱患，使得建設者們面臨的壓力也越來越大。我國目前的巷道爆破工程就普遍存在著施工速度低且安全隱患大的問題，在煤礦巷道挖掘的過程中，掘進爆破依然采用的是人工鉆孔，難免會出現工作效率低、工作成功率不高的情況。這些情況不僅影響巷道工程開挖的進度，還給施工者留下很大的生命威脅。新世紀的計算機科技的飛速發展，使得專家們看到關于煤炭開采工程的另外一種可能，就是在巷道掘進爆破施工中利用計算機智能進行輔助，經過專家們潛心的研究和無數次的試驗，最終設計出了煤礦巷道掘進爆破智能系統。專家們認為煤礦巷道掘進爆破智能系統就是解決目前巷道掘進爆破工程中出現問題的最理想辦法。

2 煤礦巷道掘進爆破智能系統的內在形式

2.1 煤礦巷道掘進爆破智能系統的組成

通過煤礦巷道爆破領域的專家們對傳統巷道爆破設計系統和工藝方面的深入研究，把所有參加研究的煤礦巷道爆破領域的專家們的研究理論成果和實踐經驗、失敗原因進行細致的分析和總結，最終基本確立了爆破系統下的各組成部分的構造方法和主要組織形式，其主要是由主用戶界面、系統數據庫、計算機內部推理機構、計算機系統知識獲取機構四個部分構成。

2.2 煤礦巷道掘進爆破智能系統的數據庫

通過煤礦巷道爆破領域專家們的系統研究和后期工作人員們的資料整理，最終將關于巷道掘進爆破的數據劃分為五大類型板塊，分別是用戶信息基礎、系統經驗知識庫、爆破數據資料、掏槽模式參數、統籌設計圖表。本文所指的數據庫是工作人員們采用Microsoft Access進行編輯。

3 煤礦巷道掘進爆破智能系統設計的案例

3.1 智能布孔設計

兗礦集團的楊村煤礦采用的就是智能系統設計中的布孔設計，其煤礦區的巷道斷面多采用拱形設計，長、寬、高等固定指標都是經過核算后達到的最精確的數據：寬5.2m×高4.2m～寬2m×高2m，掏槽的形狀大多采用的是楔形。楊村煤礦中一個寬4.8m×高3.6m的巷道根據自適應智能布孔原理，采用的是單楔形掏槽的拱形斷面。拱形斷面輪廓線繪制就是在智能系統中建立一個固定的坐標系，按照系統比對順序輸入斷面控制點，利用控制點區域形成的坐標表示控制點間的曲線特征參數，然后將區域內控制點用曲線連接起來生成一條斷面輪廓線。在主用戶界面中，輸入經由計算得到的斷面參數后即可得到需要的斷面輪廓線。

在操作過程中，最重要的就是掏槽孔的布置。根據系統經驗數據庫及由斷面輪廓線得到的斷面參數來確定最終循環進尺以及爆破點的孔深，選擇最合適的掏槽角并根據其確定孔口間距后，可以根據所得到的結果在斷面直角坐標系下得到準確的布孔位置，從而布置出掏槽孔。在楊村煤礦中系統計算下，又經現場反復測試出的掏溝槽傾角位置在68°～79°之間最為合理。最后在系統的用戶界面中輸入參數就可以得到楔形掏槽孔最終的布置圖。根據前期計算后得出的掏槽孔布置圖來布置掏槽的周邊孔。用布置圖中曲線弧的圓心為圓心、以布置圖的曲線半徑，再減去掏槽周邊孔孔口與開挖輪廓線的距離為半徑作與其曲線弧等角度的弧線。然后，根據掏槽周邊孔的間距對應的弧長從前一個控制點開始布置，全部按控制點間序號順序的順時針方向來布置周邊孔位置。準確地布置掏槽孔的位置后，就可以開始布置掏槽孔周邊輔助孔的位置。再由系統的用戶界面中獲取輔助孔參數后，以兩點間的排距為單位，由掏槽區域的邊界向煤礦巷道兩側開始布置炮孔排，然后以相同的孔距在各排掏槽區域的上下相同距離范圍內進行布置炮孔以及輔助孔。最后系統計算結果和煤礦巷道布置完成、掏槽區的掏槽孔挖掘完畢后，就開始進行巷道掘進爆破布孔的設計方案。

3.2 智能爆破布孔設計的結果

根據巷道掘進爆破布孔的方案，最后進行由系統計算確定底孔的距離和崩落眼的距離，最終完整的炮孔布置圖就是按照掏槽孔和輔助孔眼的兩種相同布孔方式相結合得到的。方案的實施過程中，掘進爆破的設計參數都基本合理，試驗得出的爆破效果比較理想。將專家根據反復的試驗后得出的設計方案與智能系統中的設計方案、最終的實驗結果進行比較，發現利用巷道掘進爆破智能設計系統，能夠優化爆破過程中的參數，計算機也能夠自適應智能布孔成圖，可以在較短時間內完成巷道掘進爆破設計，縮短時間，減少人力上的浪費，提高了施工質量和進度，保障了施工人員的安全。

4 結語

根據巷道掘進爆破技術經驗、成果和新型計算機智能系統的理論，進行煤礦巷道掘進爆破智能設計的全方位系統功能的研發以及功能，通過對各個模塊設計的研究結合計算機模擬技術，實現根據巷道基本參數自動生成炮孔布置圖，從而提高巷道掘進爆破的工作效率和成功率，這就是新型的煤礦巷道掘進爆破智能系統。

參考文獻

[1] 王軍利.大功率巖石掘進機在巖石巷道掘進中的應用[J].科技風，2013，（2）.

[2] 王雪力，徐穎.煤礦巷道掘進中深孔爆破智能庫設計與應用[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2011，19（6）.

[3] 張曉春，盧愛紅，王軍強，等.動力擾動導致巷道圍巖層裂結構及沖擊礦壓的數值模擬[J].巖石力學與工程學報，2006，25（z1）.

[4] 李偉忠.礦井智能爆破監控系統方案的設計與實踐

[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（15）.

[5] 武立文.智能爆破監控系統在河東煤礦的應用[J].中國科技財富，2012，（14）.

[6] 李廷春，劉洪強.煤礦下山巷道爆破掘進技術試驗研究[J].巖土力學，2012，33（1）.

（責任編輯：秦遜玉）endprint