CN112214730B - 一种岩石可钻性可爆性判定方法和系统 - Google Patents

一种岩石可钻性可爆性判定方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种岩石可钻性可爆性判定方法，依次记录每个钻孔孔口三维坐标，实时记录每分钟的炮孔钻孔数据；根据钻孔孔口三维坐标，在数字地质模型中提取该炮孔负担爆破面积区域内岩石地质数据；根据记录的每分钟的炮孔钻孔数据，得到炮孔数据矩阵；对比和分析岩石地质数据矩阵和钻孔过程中炮孔数据矩阵，构建岩石可钻性可爆性判定模型，分析两个矩阵之间的关系；利用“钻进速度‑时间”曲线和构建的“岩石可钻性可爆性判定模型”分析岩石的可钻性和可爆性，对岩石的可爆性进行分级，并将分级数据存储到岩石参数矩阵中；利用钻孔过程中的炮孔数据矩阵和各个炮孔的岩石地质数据矩阵，来对三维数字地质模型进行修正。

Description

一种岩石可钻性可爆性判定方法和系统
技术领域
本发明属于矿产资源开采露天台阶爆破工程领域，具体涉及一种岩石可钻性可爆性判定方法和系统。
背景技术
露天矿山开采离不开爆破，矿山钻爆工艺环节包括钻孔、装药、填塞和起爆等，其中影响露天矿山爆破效率的因素有钻孔速度和爆破效果，因此提高大型露天矿山的钻爆效率大多从这两个方面进行优化。而待爆岩石的可钻性和可爆性是影响露天矿山钻孔效率和爆破效果的主要因素。
以往的学者和技术人员都是依据矿山的地质资料，根据岩石类型和各类数学模型对岩石的可钻性可爆性进行评估，此类方法最主要是根据经验模型和地质资料，具有一定的局限性，不利于矿山爆破岩石可钻性可爆性的精细化评估。
随着矿山开采技术的发展，数字化矿山的建设也在逐步发展和建设之中，大部分矿山依据勘探资料构建了三维数字地质模型，可以对矿山的地质资料进行三维数字化显示，为矿山开采计划制定、开采方案设计提供了依据，但是依据勘探数据构建的地质模型精度不高，无法精确表达真实的地质状况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种岩石可钻性可爆性判定方法和系统，能够达到矿山待爆岩石可爆性自动分级和地质模型自动修正的目的。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作，钻机定位系统依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据；
S2、根据钻孔孔口三维坐标，在数字地质模型中提取该炮孔负担爆破面积区域内岩石地质数据，构成该炮孔在爆破面积区域内岩石地质数据矩阵；设第i个炮孔负担的爆破面积区域由若干单位体构成，那么第i个炮孔在爆破面积区域内的第j个单位体的岩石地质数据矩阵为Dij；
设一次爆破区域内有n个炮孔，每个炮孔的爆破面积区域均有m个单元体，构成岩石地质数据矩阵Dnm；
S3、根据记录的每分钟的炮孔钻孔数据，得到第i个炮孔钻孔数据矩阵Kil，其中第i个炮孔第l分钟的炮孔钻孔数据构成炮孔数据矩阵Kil；
所述的n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm；
S4、根据n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm，绘制“钻进距离-时间”、“钻进速度-时间”曲线；
S5、对比和分析岩石地质数据矩阵Dnm和钻孔过程中炮孔数据矩阵Knm中各个参数之间一一对应的关系，构建岩石可钻性可爆性判定模型；
S6、利用“钻进速度-时间”曲线和构建的“岩石可钻性可爆性判定模型”分析岩石的可钻性和可爆性，对岩石的可爆性进行分级，并将分级数据存储到岩石参数矩阵中；
S7、利用钻孔过程中的炮孔数据矩阵和各个炮孔的岩石地质数据矩阵，来对三维数字地质模型进行修正。
按上述方法，本方法还包括：S8、根据炮孔钻孔数据，生成钻机钻头动画进行展示。
按上述方法，本方法还包括：S9、重复步骤S1-S7，直至完成所有炮孔的钻进；将钻孔过程中的所有数据进行上传和存储处理。
按上述方法，所述的岩石地质数据包括岩石类型和岩石力学参数。
按上述方法，所述的岩石力学参数包括单轴抗压强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角。
按上述方法，所述的炮孔钻孔数据包括钻孔深度、最终深度、钻孔开始时间、钻孔结束时间、钻头轴压和转速。
按上述方法，通过所述的钻孔开始时间和钻孔结束时间计算出钻孔时间，令每个炮孔的钻孔时间均为所有炮孔钻孔所用的时间最大值。
按上述方法，在钻进钻孔过程中，若有参数缺失，则用0代替。
一种岩石可钻性可爆性判定系统，本判定系统包括：
钻机定位系统，用于在钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作时，依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据；
数据计算机处理模块，用于接收钻机定位系统传来的炮孔钻孔数据，调用数字地质模型，并完成权利要求1-8中任意一项所述的岩石可钻性可爆性判定方法。
按上述系统，本判定系统还包括数据显示模块，用于显示“钻进速度-时间”曲线和钻孔实时动画。
本发明的有益效果为：通过对钻机钻进过程中的“钻进距离-时间”、“钻进速度-时间”曲线、钻孔位置和深度信息进行记录，在数据处理计算模块分析的基础上，实现矿山各类岩石可钻性可爆性自动分级和矿山地质模型的修正，达到矿山待爆岩石可爆性自动分级和地质模型自动修正的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例的方法流程图。
图2为本发明一实施例的系统框图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种岩石可钻性可爆性判定方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作，钻机定位系统依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据。
钻机开始工作时，打开钻机定位导航装置和岩石可爆性判定及地质模型修订系统，依据矿山生产计划和爆破区域划分，将钻孔区域三维数字地质模型自动导入系统。
S2、根据钻孔孔口三维坐标，在数字地质模型中提取该炮孔负担爆破面积区域内岩石地质数据，构成该炮孔在爆破面积区域内岩石地质数据矩阵；设第i个炮孔负担的爆破面积区域由若干单位体构成，那么第i个炮孔在爆破面积区域内的第j个单位体的岩石地质数据矩阵为Dij。
设一次爆破区域内有n个炮孔，每个炮孔的爆破面积区域均有m个单元体，构成岩石地质数据矩阵Dnm。
钻机到达第i个钻孔开始钻进，钻机定位系统记录孔口处的三维坐标；本判定系统根据孔口处的三维坐标在数字地质模型中提取该炮孔负担爆破面积区域内岩石地质数据，构成第i个炮孔区域内岩石地质数据矩阵Dij，该数据矩阵包括1m*1m*1m单位块体的中心三维坐标、岩石类型、岩石力学参数等，则该炮孔附近第j个单位体的地质数据矩阵如下：
Dij＝{x,y,z,LX,σc,σt,E,ν,c,φ} (1)
其中：x,y,z——炮孔孔口的三维坐标；
LX——表示岩石类型，用数字表示；
σc——单轴抗压强度；
σt——单轴抗拉强度；
E——弹性模量；
ν——泊松比；
c——内聚力；
φ——内摩擦角等。
则一次爆破区域内n个炮孔，每个炮孔m个单元体构成的数据矩阵Dnm如下：
S3、根据记录的每分钟的炮孔钻孔数据，得到第i个炮孔钻孔数据矩阵Kil，其中第i个炮孔第l分钟的炮孔钻孔数据构成炮孔数据矩阵Kil。所述的n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm。
钻机钻孔过程中的数据记录，利用钻机导航定位系统记录钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟钻孔深度、最终深度、钻孔开始时间、钻孔结束时间、钻头轴压、转速等数据构成第i个炮孔钻孔数据矩阵Kil，其中第i个孔第l分钟这些参数构成的数据矩阵Kil如下，
Kil＝{x,y,z,Lm,L,ts,te,Fz,Vz} (3)
其中：x,y,z——炮孔孔口的三维坐标；
Lm——每分钟钻孔深度(m)；
L——钻孔最终深度(m)；
ts——钻孔开始时间；
te——钻孔结束时间；
Fz——钻头轴压；
Vz——钻头转速。
则该区域n个炮孔，每个炮孔钻孔时间设为m分钟，其中m为n个炮孔钻孔过程中所用时间最大值，某些炮孔缺失值用0代替，所以爆破区域n个炮孔钻孔过程中构成的数据矩阵Knm如下所示：
S4、根据n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm，绘制“钻进距离-时间”、“钻进速度-时间”曲线。
S5、对比和分析岩石地质数据矩阵Dnm和钻孔过程中炮孔数据矩阵Knm，分析代表各个岩石单元体岩石力学参数的地质数据矩阵D和各个单元体钻进参数的炮孔数据矩阵K之间一一对应的关系，例如代表岩石强度的抗压和抗拉强度、岩石类型等和钻进速度之间的对应关系，以此利用深度学习技术，构建岩石力学参数与该钻机钻进参数之间的模型，分析两个矩阵之间的关系。
S6、利用“钻进速度-时间”曲线和构建的“岩石可钻性可爆性判定模型”分析岩石的可钻性和可爆性，对岩石的可爆性进行分级，分为极易爆、易爆、中等、难爆、极难爆等5个等级，并将分级数据存储到岩石参数矩阵中。
S7、利用钻孔过程中的炮孔数据矩阵和各个炮孔的岩石地质数据矩阵，来对三维数字地质模型进行修正，可以使地质模型更加精确，也为提高“岩石可钻性可爆性判定模型”的精确度提供数据。修正方法为，利用深度学习方法构建的岩石地质力学参数与钻机钻进参数之间的关系，对数字地质模型中的岩石力学参数不准确、有误差、有错误的地方进行修正，并重新赋值，达到修订模型的目的。
将系统记录钻机的轴压、旋转速度，钻机钻头动画演示一并在数据显示模块上展示，可以更加直观的了解钻进过程。
重复以上步骤，直至完成所有炮孔的钻进。钻孔过程中，将所有数据上传并存储在钻孔控制中心和矿山数字化中心，作为后续工序的依据。
本发明还提供一种岩石可钻性可爆性判定系统，如图2所示，包括：
钻机定位系统，用于在钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作时，依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据。
数据计算机处理模块，用于接收钻机定位系统传来的炮孔钻孔数据，调用数字地质模型，并完成所述的岩石可钻性可爆性判定方法。
本判定系统还包括数据显示模块，用于显示“钻进速度-时间”曲线和钻孔实时动画。
本发明是基于矿山已有的三维地质数字模型和钻机实时工作参数，通过对钻机钻进过程中的“钻进距离-时间”、“钻进速度-时间”曲线、钻孔位置和深度信息进行记录，在数据处理计算模块分析的基础上，实现矿山各类岩石可钻性可爆性自动分级和矿山地质模型的修正，达到矿山待爆岩石可爆性自动分级和地质模型自动修正的目的。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作，钻机定位系统依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据；
S2、根据钻孔孔口三维坐标，在数字地质模型中提取该炮孔负担爆破面积区域内岩石地质数据，构成该炮孔在爆破面积区域内岩石地质数据矩阵；设第i个炮孔负担的爆破面积区域由若干单位体构成，那么第i个炮孔在爆破面积区域内的第j个单位体的岩石地质数据矩阵为Dij；
设一次爆破区域内有n个炮孔，每个炮孔的爆破面积区域均有m个单元体，构成岩石地质数据矩阵Dnm；
S3、根据记录的每分钟的炮孔钻孔数据，得到第i个炮孔钻孔数据矩阵Kil，其中第i个炮孔第l分钟的炮孔钻孔数据构成炮孔数据矩阵Kil；
所述的n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm；
S4、根据n个炮孔钻孔过程中构成炮孔数据矩阵Knm，绘制“钻进距离-时间”、“钻进速度-时间”曲线；
S5、对比和分析岩石地质数据矩阵Dnm和钻孔过程中炮孔数据矩阵Knm中各个参数之间一一对应的关系，构建岩石可钻性可爆性判定模型；
S6、利用“钻进速度-时间”曲线和构建的“岩石可钻性可爆性判定模型”分析岩石的可钻性和可爆性，对岩石的可爆性进行分级，并将分级数据存储到岩石参数矩阵中；
S7、利用钻孔过程中的炮孔数据矩阵和各个炮孔的岩石地质数据矩阵，来对三维数字地质模型进行修正。
2.根据权利要求1所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：本方法还包括：S8、根据炮孔钻孔数据，生成钻机钻头动画进行展示。
3.根据权利要求1所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：本方法还包括：S9、重复步骤S1-S7，直至完成所有炮孔的钻进；将钻孔过程中的所有数据进行上传和存储处理。
4.根据权利要求1所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：所述的岩石地质数据包括岩石类型和岩石力学参数。
5.根据权利要求4所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：所述的岩石力学参数包括单轴抗压强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角。
6.根据权利要求1所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：所述的炮孔钻孔数据包括钻孔深度、最终深度、钻孔开始时间、钻孔结束时间、钻头轴压和转速。
7.根据权利要求6所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：通过所述的钻孔开始时间和钻孔结束时间计算出钻孔时间，令每个炮孔的钻孔时间均为所有炮孔钻孔所用的时间最大值。
8.根据权利要求6所述的岩石可钻性可爆性判定方法，其特征在于：在钻进钻孔过程中，若有参数缺失，则用0代替。
9.一种岩石可钻性可爆性判定系统，其特征在于：本判定系统包括：
钻机定位系统，用于在钻机根据设计的钻孔顺序和行走路线开始钻孔工作时，依次记录每个钻孔孔口三维坐标，并实时记录每分钟的炮孔钻孔数据；
数据计算机处理模块，用于接收钻机定位系统传来的炮孔钻孔数据，调用数字地质模型，并完成权利要求1-8中任意一项所述的岩石可钻性可爆性判定方法。
10.根据权利要求9所述的判定系统，其特征在于：本判定系统还包括数据显示模块，用于显示“钻进速度-时间”曲线和钻孔实时动画。
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