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摘要：爆破是露天矿物开采和大规模土石方开挖常用的方法，其爆破质量和爆破施工安全均与爆破参数密切相关。为了提高露天爆破设计的规范化、便捷性，对露天台阶爆破设计系统进行了开发研究。以VisualC++为开发平台，软件采用MFC框架，结合OpenGL三维引擎开发技术，实现软件从底层自主开发生态的建立。通过现场工程实践应用表明爆破设计人员可以轻松通过本系统实现三维环境下的布孔设计和爆破网络设计以及精确的GPS布孔，并取得了良好的爆破效果，提高了台阶爆破的设计质量和设计速度。爆破智能设计系统能够实现矿山爆破设计的数字化、科学化、自动化和高效化，对于露天爆破具有十分重要的意义。
关键词：露天爆破；设计系统；应用
引言
爆破作为露天矿山开采的重要手段之一，爆破效果的好坏直接影响到矿山开采的综合效益。爆破参数设计是爆破作业的核心环节，对后续的爆破质量具有决定性的影响，同时对后续的铲装效率也有影响。传统的爆破设计对于工程师的经验依赖性很强，同时受到现场地质条件的影响，往往很难达到设计预期；同时传统基于CAD的绘图作业模式，大幅降低工程师的作业效率。
1露天台阶爆破设计软件开发与实现
1.1软件开发工具
OpenGL是一个开放性的图形库，适于多种硬件和操作平台，可以制作经过消隐的高质量三维图像和动画，如今OpenGL已经成为新一代三维图形工业标准，计算程序运用C++编程方便的实现程序的开发工作，在程序的后处理方面，采用OpenGL图形库来实现程序的编制，并完成软件的可视化效果。
1．2自适应炮孔布置算法
自适应炮孔布置算法规则如下：（1）现场测量的崖头线（坡顶线）坐标以及对应的坡底线坐标，通过坡顶与坡底线标定自由边界，即台阶爆破中的自由面，自由边界根据测点对应的两条线段的夹角大小分为一个自由边界或两个自由边界，即：如果某个测点所连接的两条线段在爆区内侧的夹角小于或等于90o，则认为是两个自由边界，否则认为是一个自由边界。把自由边界区分为两个的目的是：便于寻找第一个起爆的炮孔；当只有一个自由边界时，则随机制定第一个起爆的炮孔；（2）因为每次台阶爆破的规模是根据生产任务指标与铲装设备的能力决定当的，所以每次台阶爆破只能是一个台阶的一部分，因而自适应炮孔布置算法中，还要给出需要爆破与保留岩体的分界线，这里称之为无穷边界。自由边界与无穷边界标识完成后，把自由边界按指定排距后推，得到一系列布置炮孔的轮廓线。自由边界的后推方法是：计算每个测点所连接两条线段的法向向量（指向爆区内侧），然后按法向向量的方向把每条线段后移排距的距离，再计算后移后每条线段的交点，即得到自由边界后移一次的轮廓，重复上述过程，直到后移轮廓充满整个爆区为止。当自由边界后推完成后，即可在每个后移轮廓线上布置炮孔，方法是：以每条后移轮廓与无穷边界的交点作为起点，所得交点即为一个炮孔位置，依次对每条轮廓线重复上述操作，即可完成爆区内的炮孔布置。
1.3基于Voronoi随机网格技术的起爆顺序确定
根据测量的地质资料以及确定的各组孔网参数，运用Voronoi网格技术，以每个炮孔为中心，对爆破台阶在二维平面上进行Voronoi随机网格划分。这时，每个Voronoi单元的参考点即为炮孔的位置；认为每个Voronoi单元包含的区域近似为每个爆破孔的破坏区域，然后结合爆破自由面和最小抵抗线情况，来确定每个爆孔的起爆顺序。一个炮孔起爆后，确定下一个炮孔起爆的原则是：（1）是否具有最小抵抗线；（2）根据该炮孔当前的抵抗线存在情况，判别其抛掷方向是否与前一个炮孔相同或不同；（3）后继爆破的炮孔是否满足上述二个条件。根据上述条件，在起爆顺序的每个时步上，对所有炮孔中进行搜索、比较计算，最后得出起爆顺序方案。
而且要根据孔间和排间延期时间来共同确定，在划分完Voronoi网格，进行二次起爆顺序确定。
1.4爆破方案设计
爆破方案的合理性与爆破工程客观条件和主观因素密切相关。客观条件包括地质条件、机械设备、爆破器材等；主观因素包括技术储备、相关工程经验等。合理的爆破方案必须是两者的有机结合，即在充分利用和了解客观因素的基础上，发挥技术优势，设计多种爆破方案并进行技术比较，论证每个方案的优缺点，从而确定出最优爆破方案。合理的爆破方案可以改善破碎质量，提高钻孔、装载和运输等后续工序的效率，使其工程的综合成本达到最低。岩石介质对爆破作用抵抗能力的大小与其自身性质有关。岩石的基本性质主要取决于其生成条件、矿物成分、结构构造状态和后期地质的营造作用。用来定量评价岩石基本性质的参数有100多个，设计软件中考虑与爆破相关的主要参数如密度，容重，孔隙率，岩石波阻抗，岩石的风化程度，极限抗压强度。
1.5爆破网路连接
爆破网路连接模块中可以设置多个起爆点，在设定孔间毫秒延时间隔和排间毫秒延时间隔后可以实现网路自动连接，并根据起爆时差，实现网路连接传爆过程模拟，直观显示相关段别设定是否合理。
2应用实例
某露天煤矿1252m平台岩石为灰色砂岩为主，根据现场经验，该砂岩极限抗压强度较一般砂岩偏硬。根据以往平台爆破经验，其炮孔多为干孔，所以选择多孔粒状铵油炸药，钻孔设备选为150mm孔径的潜空KQL150型钻机，且钻孔倾角为90°。常采用梅花形布孔，装药结构为单一炸药连续耦合方式，所有参数设置完毕，分别选择前排孔、中间排孔、后排孔，计算孔排拒、超深、堵塞长度及单位炸药消耗量等爆破参数。利用RTK测量装置生成三维地质模型。计算得到的孔网参数为4.5m×6.5m，超深1.66m，堵塞5.5m，平均单孔药量为150kg，单位炸药消耗量为0.48kg/m3。此时，所有爆破参数系统已计算完毕，点击自动布孔进行布孔操作。可通过查询距离对前排炮孔和最后排炮孔进行调整，或根据需要在某些特殊位置进行补冲炮孔或删除炮孔，调整完毕后，共有4排，233个炮孔。本次爆破选取澳瑞凯依可赛高精度雷管，共选取了3种雷管：17ms地表连接雷管、65ms地表连接管、600ms高精度超强型雷管。连接方式采取斜线起爆，炮孔内为1根600ms超强型雷管。可以根据显示的爆破时间对爆破网络进行优化。
结束语
（1）以VisualC++为开发平台，采用MFC开发框架，利用OpenGL开发三维模型引擎，实现自主底层开发。该设计系统操作简单方便，生成地质模型方式多样，爆破方案设计考虑因素全面，实现自动炮孔布置，药量自动优化等功能，优化爆破起爆网路结构，控制岩石破碎效果。（2）工程实践表明，基于三维模型的露天台阶爆破智能设计系统能够提高工作效率、减少劳动量，为科学有效地进行爆破设计提供了具体指导和决策。
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