CN108319782A - 一种露天爆破方量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及露天矿爆破技术领域,具体涉及一种露天爆破方量计算方法,首先收集露天台阶爆破实测数据,包括孔口坐标,台阶高度,爆破方向和缓冲距离;然后建立平面坐标系,按爆破方向和缓冲距离对炮孔点进行偏移处理,得到炮孔点的集合以及2D Alpha Shape算法参数α的取值范围;接着利用2D Alpha Shape算法,对炮孔点集合进行边界线提取,调整α的值寻求最佳拟合效果,得到露天台阶爆破区域;最后根据提取的露天台阶爆破区域,结合台阶高度,计算基于上述参数的露天台阶爆破方量。该方法综合考虑了爆破方向和缓冲距离对爆破区域形成的影响,克服了传统计算方法中忽视了炮孔间相互影响的缺点,从而提高了计算的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿爆破技术领域,具体涉及一种露天爆破方量计算方法。
背景技术
在露天矿爆破生产过程中,爆破参数的设定与选取对于整个矿山的经济效益有着至关重要的影响。装药量作为重要的爆破参数之一,过多地装药会提高爆破生产的成本,浪费炸药,造成爆堆分散,同时还可能引起飞石,冲击波等危害;而过少地装药将降低爆破的效果,造成岩石破碎不充分,大块率高等不利影响。在传统生产过程中,单孔装药量通常由炸药单耗q,孔距a,台阶高度H和抵抗线W计算得来,总装药量Q由单孔装药量和炮孔总数n决定:
Q=qHWa×n
其中,炸药单耗q(Kg/m3)是指爆破每单位体积矿岩所需的炸药量,可参照国家定额并在矿山进行爆破实验加以修正;W在前排为抵抗线,在后排为排距;HWa(m3)为一次爆破所产生的爆破方量。由此可见,爆破方量的准确计算能帮助矿山选取合适的装药量,在达到预期爆破效果的同时大大地节省爆破成本,减低危害。
然而,由上述方法计算的爆破方量和装药量仅仅是基于单个炮孔的爆破效果,没有考虑炮孔之间的影响,没有考虑岩体中能量分布对爆破效果的影响,也没有考虑爆破的前,后,侧排的爆破区域的影响。这样简单地算数累计所有炮孔的单孔爆破方量,忽略炮孔之间的相互作用,没有以整体的角度考虑炮孔网络的爆破效果,必然影响装药量的计算准确性,进而损害矿山整体的经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何整体地考虑炮孔网络,结合爆破区域,计算单次爆破总方量。
针对该技术问题,本发明提供了一种露天台阶爆破方量计算的方法,包括:
S1:收集露天台阶爆破实测数据,包括孔口坐标,台阶高度,爆破方向和缓冲距离;
S2:将孔口坐标转化为平面炮孔点,根据缓冲距离和爆破方向,对炮孔点进行偏移,得到炮孔偏移点;
S3:通过2D Alpha Shape算法,提取炮孔点和炮孔偏移点的边界线,得到露天台阶爆破区域;
S4:计算露天台阶爆破区域的面积,结合台阶高度,计算本次露天台阶爆破方量。
可选地,所述步骤S1中缓冲距离包括前冲距离DF,左侧冲距离 DL,右侧冲距离DR和后冲距离DB。
可选地,所述步骤S2包括:
S21:以正北方向为90°构建平面坐标系,爆破方向以角度θ表示;将炮孔坐标转换成炮孔点集合V={v1,v2,…vn};
S22:根据爆破方向和缓冲距离,计算前、后、左、右四个方向的偏移向量计算公式为:
S23:根据偏移向量和炮孔孔口坐标,分别计算各个炮孔四个方向的偏移点坐标,计算公式为:
PF=(x0+DF×cos(θ+180°),y0+DF×sin(θ+180°))
PB=(x0+DB×cosθ,y0+DB×sinθ)
PL=(x0+DL×cos(θ-90°),y0+DL×sin(θ-90°))
PR=(x0+DR×cos(θ+90°),y0+DR×sin(θ+90°))
其中,P0(x0,y0)为炮孔坐标,P(x,y)为四个方向的偏移点坐标,最后将偏移点插入到炮孔点集合V={v1,v2,…v5n}。
可选地,所述步骤S3包括:
S31:求取炮孔点集合V中横坐标x和纵坐标y的最大和最小值:
xmax=max{x1,x2,…x5n}
xmin=min{x1,x2,…x5n}
ymax=max{y1,y2,…y5n}
ymin=min{y1,y2,…y5n}
S32:计算炮孔点集合外包矩形对角线的长度,作为2D Alpha Shape算法中参数α的最大值:
以0为α的最小值,α的取值范围:
α∈(0,αmax)
S33:利用2D Alpha Shape算法提取炮孔点集合V的边界线,通过调整α的取值,得到最佳边界拟合方案,即为露天台阶爆破区域。
可选地,所述步骤S4中,露天台阶爆破方量的计算公式为:
V=S×H
其中,S为露天台阶爆破区域的面积,H为台阶高度。
本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供的一种露天爆破方量计算方法,综合考虑了爆破方向和缓冲距离对爆破区域形成的影响,整体地计算了单次爆破的总方量,克服了传统计算方法中忽视了炮孔相互影响的缺点,从而提高了计算的准确性,为露天爆破计划的编制提供指导作用。
附图说明
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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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。
图1是本发明实施例提供的一种露天爆破方量计算方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的计算炮孔点前、后、左、右偏移向量的示意图;
图3是本发明实施例提供的缓冲距离为1.5m时生成的炮孔偏移点示意图;
图4是本发明实施例提供的α分别取8.87、9.47、10.06、11.25、 13.61和14.80时生成的爆破区域示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种露天爆破方量计算的方法,其流程如图1所示,包括:
S1:收集露天台阶爆破实测数据,包括孔口坐标,台阶高度,爆破方向和缓冲距离。
本实例数据基于多宝山露天铜矿“+520m平台”的一次爆破设计,其中孔口坐标以x,y,z表示;台阶高度为15m;爆破方向为垂直于炮排,指向炮孔后排的方向,此实例中为北偏东45°;缓冲距离为边缘炮排对下一次布孔的影响距离,分为前冲距离DF,左侧冲距离DL,右侧冲距离DR和后冲距离DB,此实例中统一设为3m。
S2:将孔口坐标转化为平面炮孔点,根据缓冲距离和爆破方向,对炮孔点进行偏移,得到炮孔偏移点。具体包括以下步骤:
S21:以正北方向为90°构建平面坐标系,爆破方向以角度θ表示;将炮孔坐标转换成炮孔点集合V={v1,v2,…vn};
将三维孔口坐标转换为平面炮孔点坐标,以集合V表示,V= {v1(x,y),v2(x,y)…vn(x,y)},爆破方向如图2所示,为后冲方向与正东方向的夹角,以θ表示。则右侧冲方向为θ+90°,左侧冲方向为θ-90°,前冲方向为θ+180°。
S22:根据爆破方向和缓冲距离,计算前、后、左、右四个方向的偏移向量计算公式为:
S23:根据偏移向量和炮孔孔口坐标,分别计算各个炮孔四个方向的偏移点坐标,计算公式为:
PF=(x0+DF×cos(θ+180°),y0+DF×sin(θ+180°))
PB=(x0+DB×cosθ,y0+DB×sinθ)
PL=(x0+DL×cos(θ-90°),y0+DL×sin(θ-90°))
PR=(x0+DR×cos(θ+90°),y0+DR×sin(θ+90°))
其中,偏移向量方向由炮孔点指向偏移点,长度为各方向缓冲距离,P0(x0,y0)为炮孔坐标,P(x,y)为四个方向的偏移点坐标。最后将偏移点插入到炮孔点集合V={v1,v2,…v5n}。如图3所示,一个炮孔产生四个方向的偏移点,由红点表示,为了能清晰地标识各偏移点,图中四个方向的偏移距离都为1.5m。
S3:通过2D Alpha Shape算法,提取炮孔点和炮孔偏移点的边界线,得到露天台阶爆破区域。具体包括以下步骤:
S31:求取炮孔点集合V中横坐标x和纵坐标y的最大和最小值:
xmax=max{x1,x2,…x5n}
xmin=min{x1,x2,…x5n}
ymax=max{y1,y2,…y5n}
ymin=min{y1,y2,…y5n}
S32:计算炮孔点集合外包矩形对角线的长度,作为2D Alpha Shape算法中参数α的最大值:
以0为α的最小值,确定α的取值范围:
α∈(0,αmax)
S33:利用2D Alpha Shape算法提取炮孔点集合V的边界线,通过调整α的取值,得到最佳边界拟合方案,即为露天台阶爆破区域。
其中2D Alpha Shape算法是用来从一堆无序的点集中提取边界,原理可以想象成一个半径为α的圆在点集V外滚动,其滚动轨迹即这个点集的边界线。调整α的值可以得到不同的拟合效果,用户可以根据实际情况选取合适的拟合方案,但应当遵循一个原则:提取的边界线应该和实际布孔区域的边界一致。
如图4所示,当其他参数一定时,爆破区域的边界随α的改变而相应变化。比如,当α=8.87时,爆破区域边界在C3和C4间出现局部凹陷,显然不符合实际情况,故增大α使边界线更贴近实际布孔区域的边界。可以看到,当α逐步增加的同时,爆破区域的边界也逐渐与实际布孔区域相吻合。当α=14.80时,拟合的边界线与实际布孔区域边界一致性最高,所以在此实例中,α=14.80所提取的爆破区域边界即为最优拟合。
S4:计算露天台阶爆破区域的面积,结合台阶高度,计算本次露天台阶爆破方量,其计算公式为:
V=S×H
其中,S为露天台阶爆破区域的面积,H为台阶高度。
此实例中,α=14.80所提取的爆破区域面积为680.62m2,结合 15m台阶高度,可得到爆破方量V为10209.36m3。
Claims (5)
1.一种露天台阶爆破方量计算的方法,其特征在于,包括:
S1:收集露天台阶爆破实测数据,包括孔口坐标,台阶高度,爆破方向和缓冲距离;
S2:将孔口坐标转化为平面炮孔点,根据缓冲距离和爆破方向,对炮孔点进行偏移,得到炮孔偏移点;
S3:通过2D Alpha Shape算法,提取炮孔点和炮孔偏移点的边界线,得到露天台阶爆破区域;
S4:计算露天台阶爆破区域的面积,结合台阶高度,计算本次露天台阶爆破方量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S1中缓冲距离包括前冲距离DF,左侧冲距离DL,右侧冲距离DR和后冲距离DB。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
S21:以正北方向为90°构建平面坐标系,爆破方向以角度θ表示;将炮孔坐标转换成炮孔点集合V={v1,v2,…vn};
S22:根据爆破方向和缓冲距离,计算前、后、左、右四个方向的偏移向量计算公式为:
S23:根据偏移向量和炮孔孔口坐标,分别计算各个炮孔四个方向的偏移点坐标,计算公式为:
PF=(x0+DF×cos(θ+180°),y0+DF×sin(θ+180°))
PB=(x0+DB×cosθ,y0+DB×sinθ)
PL=(x0+DL×cos(θ-90°),y0+DL×sin(θ-90°))
PR=(x0+DR×cos(θ+90°),y0+DR×sin(θ+90°))
其中,P0(x0,y0)为炮孔坐标,P(x,y)为四个方向的偏移点坐标,最后将偏移点插入到炮孔点集合V={v1,v2,…v5n}。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
S31:求取炮孔点集合V中横坐标x和纵坐标y的最大和最小值:
xmax=max{x1,x2,…x5n}
xmin=min{x1,x2,…x5n}
ymax=max{y1,y2,…y5n}
ymin=min{y1,y2,…y5n}
S32:计算炮孔点集合外包矩形对角线的长度,作为2D Alpha Shape算法中参数α的最大值:
以0为α的最小值,α的取值范围:
α∈(0,αmax)
S33:利用2D Alpha Shape算法提取炮孔点集合V的边界线,通过调整α的取值,得到最佳边界拟合方案,即为露天台阶爆破区域。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S4中,露天台阶爆破方量的计算公式为:
V=S×H
其中,S为露天台阶爆破区域的面积,H为台阶高度。
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