一种露天矿台阶钻爆孔位设计方法与流程

1.本发明涉及钻爆布孔领域，特别是一种露天矿台阶钻爆孔位设计方法。


背景技术：

2.露天矿生产环节中，台阶钻爆是比较重要的环节，钻爆效果的好坏直接影响后续生产是否能顺利进行，在布孔设计时，要根据钻区范围、岩性、最小抵抗线等因素进行头排、边排、后排及钻区内孔位设计，不同的孔网参数影响钻区整体的布孔效率，也影响爆破质量。
3.单自由面或多自由面钻区是露天矿现场爆破最频繁的区域。自由面是在爆破作用范围内，岩体和空气接触的界面。自由面的存在有利于爆炸冲击波产生反射拉伸作用，引起岩石的片落和径向裂隙,促使爆炸气体向自由面方向运动，形成鼓包
→
破碎
→
抛掷。自由面越大、数目越多,岩石的阻力越小，破碎越容易，炸药单耗越少，爆破效果也越好。
4.对于露天矿山，特别是金属矿山，根据生产计划的调整，多面临双自由面布孔的情况。参见图1，其示出了由上一次爆破形成的头排自由面1和边排自由面2组成的双自由面，其中，头排自由面1上的坡顶线称为头排坡顶线3，边排自由面2上的坡顶线称为边排坡顶线4，图1还示出了坡底线5。
5.目前，露天矿台阶钻爆主要依赖技术人员经验，一般是通过人工测量每个孔位的距离及方向进行布孔，在不同的环境下通过人工测量每个孔位之间的距离在根据岩性及调整参数的限制进行孔位的调整，因此布孔工作量很大。


技术实现要素：

6.本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种露天矿台阶钻爆孔位设计方法，解决了实际操作过程中因仪器精度、人工布孔误差、标记物丢失等因素导致的整体钻区孔网参数不均匀，提高了爆破质量，降低了穿孔成本。
7.本发明公开了一种露天矿台阶钻爆孔位设计方法，包括：
8.s1：确定露天矿自由面钻区中的布孔设计区；其中，布孔设计区包括依次连接以形成闭合的：头排设计线、边排设计线、与露天矿山的坡底线平行的后排方向线、与边排坡顶线两端连线平行的边排方向线。
9.s2：基于获取的布孔参数确定头排设计线和边排设计线上的外部孔位；
10.s3：基于边排设计线的弯曲程度确定与边排方向线平行的第一内部设计线，其中，第一内部设计线与后排方向线相交于初始孔位。
11.s4：基于布孔参数以第一内部设计线为对象向边排方向线阵列设置，以确定布孔设计区中全部的内部设计线。
12.s5：基于布孔参数和内部设计线自身长度确定各内部设计线上的内部孔位。
13.s6：结合全部的外部孔位和内部孔位确定孔位布设数据。
14.进一步地，所述步骤s1之前，还包括：
15.基于现场测点数据，确定相交的头排坡顶线和边排坡顶线；其中，头排坡顶线和边排坡顶线两者未相交的一端为各自的终点，相交的一端为起点；
16.所述步骤s1，包括：
17.基于边排坡顶线的终点，以及从边排坡顶线的终点出发沿露天矿山的坡底线走向上测点的现场测点数据，确定后排方向线；
18.基于头排坡顶线的终点，以及边排坡顶线的起点、终点的连线的方向，确定与后排方向线相交的边排方向线；
19.将头排坡顶线向内侧沿后排方向线方向移动作业安全距离，得到头排设计线；将边排坡顶线向内侧沿边排方向线方向移动作业安全距离，得到边排设计线；
20.确定由头排设计线、边排设计线、后排方向线和边排方向线围成的封闭区域为布孔设计区。
21.进一步地，所述步骤s2中，布孔参数包括：孔距、排距、头排等距孔距、头排疏孔距、头排密孔距、边排等距孔距、边排疏孔距、边排密孔距。
22.进一步地，所述步骤s2包括：
23.获取露天矿头排自由面的底盘抵抗线与排距比较，若大于等于1.3倍的排距，则采用疏密布孔方式，并以头排设计线和边排设计线的交点为布孔的起点，以头排疏孔距、头排密孔距为孔距参数确定头排设计线上的外部孔位；若小于1.3倍的排距，则采用等距布孔方式，并以头排设计线和边排设计线的交点为布孔的起点，以等距孔距为孔距参数确定头排设计线上的外部孔位；
24.获取露天矿边排自由面的底盘抵抗线与排距比较，若大于等于1.3倍的排距，则采用疏密布孔方式，并以头排设计线和边排设计线的交点为布孔的起点，以边排疏孔距、边排密孔距为孔距参数确定边排设计线上的外部孔位；若小于1.3倍的排距，则采用等距布孔方式，并以头排设计线和边排设计线的交点为布孔的起点，以等距孔距为孔距参数确定边排设计线上的外部孔位。
25.进一步地，所述步骤s3包括：
26.获取边排设计线沿后排方向线上距离边排方向线的最短直线和最长直线；通过以下表达式确定边排设计线弯曲度：
27.r＝
△
h/a/0.154
28.其中，r为边排设计线弯曲度，
△
h为直线最远距离和直线最近距离的差值，a为布孔参数中的孔距；
29.通过以下表达式确定初始孔位与边排设计线终点的距离：
[0030][0031]
其中，h
后
为后排方向线长度，h
min
为最短直线；
[0032]
确定过初始孔位且平行于边排方向线的第一内部设计线，第一内部设计线与头排设计线相交点位为初始点位。
[0033]
进一步地，所述步骤s4，包括：
[0034]
以第一内部设计线为阵列对象，布孔参数的孔距为阵列间隔，向边排方向线列阵阵列设置，以确定布孔设计区中全部的内部设计线。
[0035]
进一步地，所述步骤s5，包括：
[0036]
确定各内部设计线的自身长度；
[0037]
基于各内部设计线的自身长度确定对应的设计线等分数，表达式如下：
[0038][0039]
其中，l为内部设计线的自身长度，b为排距，m为设计线等分数；
[0040]
基于各内部设计线的设计线等分数确定对应的内部孔位。
[0041]
进一步地，步骤s6之前还包括：
[0042]
确定自第一内部设计线上各内部孔位起，与后排方向线平行设置且各自相交于边排设计线设置的孔位补充平行线，基于以下表达式确定各孔位补充平行线上增加的内部孔位：
[0043][0044]
其中，r为边排设计线弯曲度。
[0045]
本发明至少具有以下有益效果：
[0046]
本发明针对露天矿台阶钻爆中双自由面情况，根据钻区范围、岩性、最小抵抗线等因素进行头排、边排、后排及钻区内孔位进行了布孔设计，解决了实际操作过程中因仪器精度、人工布孔误差、标记物丢失等因素导致的整体钻区孔网参数不均匀，提高了爆破质量，降低了穿孔成本。
[0047]
本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0049]
图1是露天矿爆破自由面的结构示意图。
[0050]
图2是本发明优选实施例公开的双自由面钻区的轮廓图。
[0051]
图3是本发明优选实施例公开的现场钻区轮廓图。
[0052]
图4是本发明优选实施例公开的头排设计线位置示意图。
[0053]
图5是本发明优选实施例公开的边排设计线位置示意图。
[0054]
图6是本发明优选实施例公开的布孔设计区域。
[0055]
图7是本发明优选实施例公开的头排设计线等距布孔图。
[0056]
图8是本发明优选实施例公开的头排设计线疏密布孔图。
[0057]
图9是本发明优选实施例公开的一种外部孔位布设图。
[0058]
图10是本发明优选实施例公开的另一种外部孔位布设图。
[0059]
图11是本发明优选实施例公开的另一种外部孔位布设图。
[0060]
图12是本发明优选实施例公开的另一种外部孔位布设图。
[0061]
图13是本发明优选实施例公开的边排设计线弯曲度示意图。
[0062]
图14是本发明优选实施例公开的其中一种孔位布设结构图。
[0063]
图15是本发明优选实施例公开的其中一种孔位布设结构图。
[0064]
图16是本发明优选实施例公开的其中一种孔位布设结构图。
[0065]
图17是本发明优选实施例公开的其中一种孔位布设结构图。
[0066]
图18是本发明优选实施例公开的实施流程图。
[0067]
其中，1-头排自由面，2-边排自由面，3-头排坡顶线，4-边排坡顶线，5-坡底线，6-后排方向线，7-边排方向线，8-头排设计线，9-边排设计线，10-头排坡顶线起点/边排坡顶线起点，11-现场测点，12-最短直线，13-最长直线，14-头排坡顶线终点，15-边排坡顶线终点。
具体实施方式
[0068]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0069]
如图18所示，本发明公开了一种露天矿台阶钻爆孔位设计方法，包括：
[0070]
s1：确定露天矿自由面钻区中的布孔设计区，钻孔孔位是布设在布孔设计区中的。其中，布孔设计区包括依次连接以形成闭合的：头排设计线8、边排设计线9、与露天矿山的坡底线5平行的后排方向线6、与边排坡顶线4两端连线平行的边排方向线7。
[0071]
s2：基于获取的布孔参数确定头排设计线8和边排设计线9上的外部孔位；
[0072]
s3：基于边排设计线9的弯曲程度确定与边排方向线7平行的第一内部设计线，其中，第一内部设计线与后排方向线6相交于初始孔位。
[0073]
s4：基于布孔参数以第一内部设计线为对象向边排方向线7阵列设置，以确定布孔设计区中全部的内部设计线。
[0074]
s5：基于布孔参数和内部设计线自身长度确定各内部设计线上的内部孔位；
[0075]
s6：结合全部的外部孔位和内部孔位确定孔位布设数据。优选的，孔位布设数据可以包括外部空位和内部孔位的坐标。
[0076]
在本发明的一些实施例中，要确定布孔设计区的各边界，首先要确定头排坡顶线3和边排坡顶线4。具体的，如图2和图3所示，在所述步骤s1之前，还包括：基于现场测点11的数据，确定相交的头排坡顶线3和边排坡顶线4，例如，可以利用gps手持机对现场进行测量，
由计算机等具有数据处理的设备按头排坡顶线3和边排坡顶线4走势测点，测点依次连线形成头排坡顶线3和边排坡顶线4。其中，头排坡顶线3和边排坡顶线4两者未相交的一端为各自的终点，相交的一端为起点。所述步骤s1，包括：
[0077]
s101：基于边排坡顶线4的终点，以及从边排坡顶线4的终点出发沿露天矿山的坡底线5走向上测点的现场测点11的数据，确定后排方向线6。如图3所示，从边排坡顶线4的终点出发按坡底线5走向测一点形成后排方向线6。
[0078]
s102：基于头排坡顶线3的终点，以及边排坡顶线4的起点、终点的连线的方向，确定与后排方向线6相交的边排方向线7。如图3所示，过头排坡顶线终点14以平行于边排坡顶线起点10与边排坡顶线终点15连线做直线与后排方向线6相交。
[0079]
s103：将头排坡顶线3向内侧沿后排方向线6方向移动作业安全距离，得到头排设计线8；将边排坡顶线4向内侧沿边排方向线7方向移动作业安全距离，得到边排设计线9。优选的，如图4所示，结合头排坡顶线3上的测点，按钻机能正常作业安全距离(一般1.5～2米)，向后排方向线6的方向依次移动测点得到头排设计线8。如图5所示，结合边排坡顶线4上的现场测点11，按钻机能正常作业安全距离(一般为1.5～2米)，向边排方向线7的方向依次移动各现场测点11得到边排设计线9。
[0080]
s104：确定由头排设计线8、边排设计线9、后排方向线6和边排方向线7围成的封闭区域为布孔设计区，参见如图6，即则最终布孔范围为由头排设计线8、边排设计线9、后排方向线6和边排方向线7组成的闭合区域。
[0081]
在本发明的一些实施例中，布孔参数包括后续设计孔位需要的各项参数，包括：孔距(a)、排距(b)、头排等距孔距(a
头
)、头排疏孔距(a2)、头排密孔距(a1)、边排等距孔距(a
边
)、边排疏孔距(a4)、边排密孔距(a3)。
[0082]
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2包括：
[0083]
对于头排设计线8，首先确定的布孔方式采用等距布孔还是疏密布孔，具体的，获取露天矿头排自由面1的底盘抵抗线(w
头底
)与排距比较，若大于等于1.3倍的排距，则采用疏密布孔方式，并以头排设计线8和边排设计线9的交点为布孔的起点，以头排疏孔距、头排密孔距为孔距参数交替设置来确定头排设计线8上的外部孔位，参见图8；若小于1.3倍的排距，则采用等距布孔方式，并以头排设计线8和边排设计线9的交点为布孔的起点，以等距孔距为孔距参数确定头排设计线8上的外部孔位，参见图7。
[0084]
对于边排设计线9，同样需要先确定布孔方式，具体的，获取露天矿边排自由面2的底盘抵抗线(w
边底
)与排距比较，若大于等于1.3倍的排距，则采用疏密布孔方式，并以头排设计线8和边排设计线9的交点为布孔的起点，以边排疏孔距、边排密孔距为孔距参数确定边排设计线9上的外部孔位；若小于1.3倍的排距，则采用等距布孔方式，并以头排设计线8和边排设计线9的交点为布孔的起点，以等距孔距为孔距参数确定边排设计线9上的外部孔位。最终可能出现的外部布孔结构参见图9～图12。
[0085]
在本发明的一些实施例中，在确定外部孔位后，继续确定布孔设计区中的内部孔位，具体的，如图13所示，所述的步骤s3包括：
[0086]
确定后排方向线6上的初始孔位p1，p1的位置与边排设计线9的弯曲程度有关。获取边排设计线9沿后排方向线6上距离边排方向线7的最短直线12和最长直线13，参见图13。通过以下表达式确定边排设计线9弯曲度：
[0087]
r＝
△
h/a/0.154
ꢀꢀꢀ
(1)
[0088]
其中，r为边排设计线9弯曲度，
△
h为直线最远距离和直线最近距离的差值，a为布孔参数中的孔距。当r≤1时，p1距离边排设计线9终点的长度为a+(h
后-h
min
)(米)，当1《r≤2时，p1距离边排设计线9终点的长度为2a+(h
后-h
min
)(米)，当r》2时，p1距离边排设计线9终点的长度为3a+(h
后-h
min
)(米)。通过以下表达式确定初始孔位与边排设计线9终点的距离：
[0089][0090]
其中，h
后
为后排方向线6长度，h
min
为最短直线12。
[0091]
确定过初始孔位且平行于边排方向线7的第一内部设计线，第一内部设计线与头排设计线8相交点位为初始点位，第一内部设计线与头排设计线8的相交于点q1。
[0092]
在本发明的一些实施例中，所述步骤s4，包括：以第一内部设计线为阵列对象，布孔参数的孔距为阵列间隔，向边排方向线7列阵阵列设置，以确定布孔设计区中全部的内部设计线。
[0093]
在本发明的一些实施例中，确定好全部内部设计线后，需要根据边排设计线9弯曲度确定各自内部设计线上的内部孔位，具体的，所述步骤s5，包括：确定各内部设计线的自身长度；基于各内部设计线的自身长度确定对应的设计线等分数，表达式如下：
[0094][0095]
其中，l为内部设计线的自身长度，b为排距，m为设计线等分数。
[0096]
最后，基于各内部设计线的设计线等分数确定对应的内部孔位，即内部设计线的各等分的位置布设内部孔位。
[0097]
在本发明的一些实施例中，步骤s6之前还包括：确定自第一内部设计线上各内部孔位起，与后排方向线6平行设置且各自相交于边排设计线9设置的孔位补充平行线，基于以下表达式确定各孔位补充平行线上增加的内部孔位：
[0098][0099]
其中，r为边排设计线9弯曲度。
[0100]
在本发明的一些实施例中，将步骤s1～s2得到的外部孔位，以及步骤s3～s5得到的内部孔位结合，得到布孔设计区的全部孔位布设数据，可能出现的结果参见图14～图17。
[0101]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。