基于GIS 的大型露天礦山三維爆破安全系統設計及應用

楊保國

（西山煤電西曲礦 通風科，山西 太原 030021）

礦山爆破是指對礦山礦產資源的開采與開發過程，企業在對礦產進行開采時，爆破工作是必不可少。隨著爆破工作的日益深入，采礦、地質、石油開采等領域均得到廣泛應用，但是爆破環節會出現誤傷或者在及短的時間下產生爆破，如果不能進行適當治理，會造成較大規模的傷害，這是當前資源開采急需解決的問題[1]。因此，提出一種三維爆破安全系統，利用三維空間來處理礦山爆破帶來的問題，但是，很多礦山所采用的爆破開采方法尚不完善，所要針對此問題，構建一個較為完善安全的爆破系統，并應用到實際當中[2]。

1 工作面概況

所研究的礦區工作地位于北西方向，GIS的應用與傳統領域當中，利用其最短的生成路徑，為三維安全爆破系統提供解決問題的新方案。GIS為三維礦山爆破信息提供可靠的平臺，結合相關的地質信息數據、礦山地質遙感成像以及自定義三維數據模型，將其結合控制爆破理論當中，會出現爆破工程的負面影響，形成一個以集成空間進行分析為主，圖文報表、數字模擬以及決策支持等的一體化綜合信息管理系統[3]。

工作面地質構造條件中等，根據掘進資料和上覆地質回采資料分析，礦山地質工作面回采中會受到8條落差為0.8-3.5米的礦山斷層影響，受斷層影響，地質構造附近節理、裂隙發育。

礦山爆破工作面的傾斜長為220米，走向長度為759米，礦厚1.85—2.35米，平均2.20米，礦層結構0.50（0.04）1.66米，礦層整體傾向西南，傾角3°—6°，一般為5°。礦層結構簡單，中下部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大[4]。根據礦山地質軟件系統構架與信息管理業務，以GIS為平臺，對三維爆破安全系統進行開發建設，結合礦山工程的實際情況，選用適當的三維安全爆破系統。通過信息處理軟件，對礦山地質的基礎數據進行采集整理，并采用GIS文件，進行功能一體化功能處理，實現交換操作及礦山地質信息查詢影響處理分析。

本文系統是利用礦山礦城地質紋路表面信息，利用衛星多光譜掃描儀的影像，得到礦山地質的具體數據，更有效的提高圖像空間分辨率，有益于識別礦山地質精準度[5]。

2 系統功能實現情況

2.1 功能模塊

為了實現基于GIS的三維爆破安全系統的功能，對此系統的主要功能模塊，如下所示：

（1）基礎功能：以空間距離量算以及三維顯示為主，實現了三維空間基本的瀏覽功能，對三維空間內的距離、點位坐標進行量算；書簽定位，此定位方式是為了實現不同頁面與角度的快速定位，對地質的當前視點與目標進行記錄；設計一條規定路徑漫游系統，用戶可以通過這一漫游路徑，進行礦上工程目標點的自動調節，調整其位置，并利用動漫瀏覽方式進行系統瀏覽；動畫制作方式是通過，對路徑進行設計或者對工作礦區場景進行普通漫游，并制作出飛行動畫模式。

（2）特色功能。礦山爆破的決策支持，這是針對一般的爆破因子的評價而言，根據分析得到的經驗公式，進行數值模擬，并得出所評價的結論，此結論可以為分析決策人員提供有價值的參考，并進行科學合理的利用；生成節能減耗路徑，并計算出礦山的坡度與起伏度加權后的成本，并以最低的方法進行計算，得出爆破點到礦山開采加工區域的最短路徑，以方便在礦山爆破后，對廢棄的材料運輸路徑進行整合[6]。

2.2 爆破模塊的實現

空氣沖擊波是高度爆破，在進行爆破時，會在空氣中形成一團，瞬間占據炸藥原有的高壓氣體與空間，這團氣體會猛烈的帶動周圍氣體，這樣的氣體會對四周產生一系列的壓縮波動，它也是各個壓縮當中，最終產生疊加狀態[7]。

生成的爆破聲壓級的應用公式如下所示：

式中，Δp 為爆破聲壓，Lp為聲壓級，P0為參照聲壓值，C 為裝藥量，R 為爆破中心距離。

分析過程中，首先對坐標中心點，爆破深度，炸藥量等原始資料進行轉換，得到礦山工程爆破數據格式。

2.3 礦山爆破振動危害

在爆破作用下引起的振動波稱之為爆破振動，這是一種較為復雜的隨機振動波，為了更加方便的對其進行研究，在一般情況下，假定介質在較為均勻的情況下，各向同性的彈性體質，形成介質點的簡諧式運動，而礦山的爆破振動速度，是利用介質點振動來進行描述。

在礦山開采區的路徑制定不僅要受到地形的限制，還需要對礦山爆破的炸藥以及其他物品的成本等因素。因此，新建路徑成本要少，路徑要短。

3 基于三維爆破的實際應用

本次數據分析主要通過在正常礦山開采過程中三維爆破安全系統設進行合理科學的應用，礦山炸藥埋藏的深度、抽采礦產以及抽采量這幾項數據對工程施工的變化影響。

開發本系統的主要目的是為了安全進行礦山爆破，其是依托GIS平臺將礦山生產的工作需要，對礦山地質數據進行詳細分析，并將屬性數據相互結合，以GIS的平臺作為媒介，實現了礦山爆破中礦山模型數據以及全面平臺的整合，達到資源整合與數據統一管理的模式。在此基礎上，提供礦山爆破的危害性預測，對報表進行統計，并生成合理方案，這樣可以提供科學規范的礦山爆破工作策略。以GIS為平臺媒介的三維礦山爆破信息系統，結合合理的地質信息資源并加以利用，最終形成一個較為完整的礦山爆破信息管理整合平臺，從而實現了礦山爆破信息資源的整合，為礦山爆破工作提供科學合理的方案，為工程進度提供參考依據。GIS的三維礦山爆破信息系統的流程主要有兩個，分別為爆破流程與三維礦山爆破安全系統。

4 三維礦山爆破模塊研究

圖1 爆破過程波及范圍

礦山的爆破系統模塊分為兩個放馬，第一，是在空氣當中，爆破沖擊波所帶來的危害，該波及的范圍較廣，該沖擊波是指礦山在經過爆破時，所產生的高壓氣體，這些氣體會通過高壓進行不斷擴散，在空氣中形成一種噪聲污染。爆破過程在空氣當中的沖擊波爆破深度與噪音污染形成了正比。爆破引起的振動是由爆破的高壓氣體所引起，其對周圍的環境或者周圍其他礦山會造成影響，搏擊范圍較廣泛，如圖1所示，爆破所波及的范圍。

5 結語

隨著時間的推移，礦產開采總量的不斷增加，礦產開采的深度也不斷延伸，隨之而來礦產資源的使用量也越來越大，在礦層間距較近時，由于本礦層在進行開采之前均達標，采礦區內的礦產資源作企業運行的核心，也存在采集量不高的情況，通過對GIS三維礦山爆破信息系統的技術研究，改進了礦山地質信息，為礦山現場開采提供了技術方面和方法，同時，也改進了礦山爆破系統。也為爆破系統提供了安全輔助，要制定不同的治理方案，并在實踐中不斷改進。