CN113139319B - 一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，涉及工程爆破技术领域。该方法首先建立炮孔关系数据库，并将智能钻机获得的炮孔原始数据存储到数据库中；然后通过炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据生成炮孔岩性柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；对炮孔位置点集和爆破范围多边形点按Delaunay准则进行三角面剖分，计算炮孔影响面积，根据炮孔的岩性分层和影响面积，计算炮孔装药量。该方法突破了现有炮孔装药量计算方法存在的缺陷，充分利用炮孔精确的岩性分层和影响面积，提高计算炮孔装药量精度，进而提高爆破效果和降低爆破成本。

Description

一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，尤其涉及一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法。

背景技术

随着智能钻机的研发和使用，能够准确的获得炮孔中岩性数据。如何充分利用炮孔的岩性数据，优化炮孔装药量计算方法，提高炮孔的装药精度，达到提高爆破效果和降低爆破成本，是一个急需研究和解决的问题。

目前普遍采用的计算炮孔装药量的方法中，主要依据地质勘探钻孔数据来估计炮孔的岩性，并由此估计炮孔的炸药单耗。这一方法，由于所依据的地质勘探钻孔密度太大，往往无法准确提供炮孔的岩性分布，会对爆破效果和爆破成本产生较大的影响。为提高爆破效果和降低爆破成本，很多学者和工程技术人员在炮孔装药量辅助计算和爆破效果分析等方法已经做了很多研究。1987年，崔顺英等利用电子计算机，实现了露天矿生产爆破中CAD技术。2005年，郑明焦使用排孔装药系数来计算炮孔装药量。2018年，张晋对优化炮孔布置参数来降低炮孔炸药单耗的方法进行了总结。这些研究由于技术的限制，均未涉及到提高炮孔岩性分布精度来提高炮孔装药量计算精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，计算炮孔装药量，并提高炮孔装药量的计算精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，包括以下步骤：

步骤1：存储炮孔岩性数据；

建立炮孔关系数据库，并将智能钻机获得的炮孔原始数据存储到数据库中；炮孔关系数据库由炮孔表、岩层表和岩性表组成，并分别通过炮孔数据结构、岩层数据结构及岩性数据结构实现对炮孔数据的存储、组织和管理；

所述炮孔数据结构包括炮孔编号、炮孔名称、炮孔X坐标、炮孔Y坐标、炮孔Z坐标和炮孔采集时间；

所述岩层数据结构包括组成边的炮孔编号、炮孔深度、回转速度、回转压差、加压压力1、加压压力2、钻进速度、风压和岩性号；

所述岩性数据结构包括岩性号、岩层名称和炸药单耗；

步骤2：通过炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据生成炮孔岩性柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；

为了对炮孔数据库中存储的数据进行对比和分析，对炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据进行可视化显示，生成炮孔二维和三维柱状图；通过查看炮孔的二维和三维柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；

步骤3：从炮孔关系数据库中提取炮孔数据，计算每个炮孔的影响面积，具体方法为：

步骤3.1：按照爆破工程设计，在露天矿采剥工程平面图上圈定爆破范围多边形，从炮孔关系数据库中提取炮孔数据，展绘爆破范围多边形内的各炮孔孔口位置，得到炮孔位置点集H＝{p₁,p₂,…,p_i,…p_n}，其中，p_i为第i个炮孔位置点，i∈[1,n]，n为炮孔总数，p_i由空间三维坐标(x_i,y_i,z_i)构成，三维坐标(x_i,y_i,z_i)所在的三维坐标系的原点根据实际情况设定，三维坐标系的X轴和Y轴表示炮孔位置点的水平方向信息，Z轴表示炮孔位置点的竖直方向信息；

步骤3.2：对炮孔位置点集H和爆破范围多边形顶点按Delaunay准则进行三角面剖分，得到三角面集T＝{t₁,t₂,…,t_j,…t_m}，其中，t_j为第j个三角面，j∈[1,m]，m为三角面的总数；

步骤3.3：由与炮孔位置点连接的三角面计算炮孔的影响面积，得到炮孔影响面积集A＝{a₁,a₂,…,a_i,…a_n}，其中，a_i为第i个炮孔的影响面积，如下公式所示：

式中，S_o为与该炮孔连接的第o个三角面的面积，o∈[1,q]，q为与第i个炮孔相连接三角面的总数；λ_o为与第o个三角面连接的炮孔个数；

步骤4：基于炮孔的影响面积，计算炮孔装药量，具体方法为：

由于炮孔按岩性分层，所以计算炮孔的装药量时，按岩层分层顺序计算某炮孔各岩层所需要的炸药量Q_ik，如下公式所示：

Q_ik＝a_iq_kL_k

式中，Q_ik为第i个炮孔第k层岩层所需的炸药量，k∈[1,l]，l为第i个炮孔的岩层分层总数，q_k为第k层岩层的炸药单耗，L_k为第k层岩层的厚度；

则各岩层分层所需炸药量之和即为该炮孔的装药量，如下公式所示：

其中，Q_i为第i个炮孔的装药量。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，通过建立炮孔关系数据库，存储炮孔岩性数据；为了对炮孔数据库中存储的数据进行对比和分析，对炮孔数据进行可视化显示，生成炮孔岩性柱状图。对炮孔位置点集和爆破范围多边形点按Delaunay准则进行三角面剖分，计算炮孔影响面积，根据炮孔的岩性分层和影响面积，计算炮孔装药量。突破了现有炮孔装药量计算方法存在的缺陷，充分利用炮孔精确的岩性分层和影响面积，提高计算炮孔装药量精度，进而提高爆破效果和降低爆破成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法的流程图；

图2本发明实施例提供的165个炮孔的分布图；

图3为本发明实施例提供的炮孔三角剖分的三角面网图；

图4为本发明实施例提供的炮孔柱状图，其中，(a)为二维柱状图，(b)为三维柱状图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某露天煤矿的918平盘，作业范围长125m，宽65m的范围进行穿孔爆破，将智能钻机获得165个炮孔的岩性分层数据为原始数据，存储到炮孔关系数据库中，充分利用炮孔岩性分层数据，通过本发明的基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法实现对各炮孔装药量的计算。

本实施例中，一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：存储炮孔岩性数据；

建立炮孔关系数据库，并将智能钻机获得的炮孔原始数据存储到数据库中；炮孔关系数据库由炮孔表、岩层表和岩性表组成，并分别通过炮孔数据结构、岩层数据结构及岩性数据结构实现对炮孔数据的存储、组织和管理；

所述炮孔数据结构包括炮孔编号、炮孔名称、炮孔X坐标、炮孔Y坐标、炮孔Z坐标和炮孔采集时间；

所述岩层数据结构包括组成边的炮孔编号、炮孔深度、回转速度、回转压差、加压压力1、加压压力2、钻进速度、风压和岩性号；

所述岩性数据结构包括岩性号、岩层名称和炸药单耗；

本实施例使用C++编程语言编写的炮孔数据结构、岩层数据结构和岩性数据结构实现对炮孔数据的存储、组织和管理；

本实施例将智能钻机获得的炮孔原始数据存储到炮孔关系数据库，对炮孔岩性数据进行存储和管理。数据库中存储的165个炮孔的部分数据如表1所示。炮孔的分布如图2所示，图2将实施例用到的165个炮孔绘制到图形中。

表1数据库中存储的部分数据

炮孔编号	炮孔名称	X	Y	Z	炮孔采集时间
						1	ZK2023	19477.49	74464.34	916.62	2017/11/611:15:28
2	ZK2024	19480.17	74458.97	916.19	2017/11/611:31:36
						…	…	…	…	…	…
165	ZK2187	19400.55	74492.93	917.48	2017/11/813:37:55

步骤2：通过炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据生成炮孔岩性柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；

为了对炮孔数据库中存储的数据进行对比和分析，对炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据进行可视化显示，生成炮孔二维和三维柱状图；通过查看炮孔的二维和三维柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；

本实施例使用C++编程语言编写的程序实现对炮孔数据进行可视化显示，生成炮孔二维柱状图和三维柱状图。炮孔二维柱状图如图3所示，炮孔三维柱状图如图4所示，图中显示的是炮孔名称、炮孔分层岩性和分层岩层厚度。

步骤3：炮孔关系数据库中提取炮孔数据，计算每个炮孔的影响面积，具体方法为：

步骤3.1：按照爆破工程设计，在露天矿采剥工程平面图上圈定爆破范围多边形，从炮孔关系数据库中提取炮孔数据，展绘爆破范围多边形内的各炮孔孔口位置，如图2所示，得到炮孔位置点集H＝{p₁,p₂,…,p_i,…p_n}，其中，p_i为第i个炮孔位置点，i∈[1,n]，n为炮孔总数，p_i由空间三维坐标(x_i,y_i,z_i)构成，三维坐标(x_i,y_i,z_i)所在的三维坐标系的原点根据实际情况设定，三维坐标系的X轴和Y轴表示炮孔位置点的水平方向信息，Z轴表示炮孔位置点的竖直方向信息；

步骤3.2：对炮孔位置点集H和爆破范围多边形顶点按Delaunay准则进行三角面剖分，得到三角面集T＝{t₁,t₂,…,t_j,…t_m}，其中，t_j为第j个三角面，j∈[1,m]，m为三角面的总数；

步骤3.3：由与炮孔位置点连接的三角面计算炮孔的影响面积，得到炮孔影响面积集A＝{a₁,a₂,…,a_i,…a_n}，其中，a_i为第i个炮孔的影响面积，如下公式所示：

式中，S_o为与该炮孔连接的第o个三角面的面积，o∈[1,q]，q为与第i个炮孔相连接三角面的总数；λ_o为与第o个三角面连接的炮孔个数；

本实施例中，在圈定的爆破范围多边形内有炮孔165个；对这165个炮孔位置点和爆破范围多边形顶点按Delaunay准则进行三角面剖分，得到390个三角面，如图3所示。根据炮孔影响面积计算公式计算出所有炮孔的爆破影响面积，计算结果如表2所示。

表2炮孔影响面积计算结果表

炮孔编号	炮孔名称	影响面积(m2)
			1	ZK2023	70.72
2	ZK2024	70.00
			3	ZK2025	71.27
…	…	…
			165	ZK2187	82.26

步骤4：基于炮孔的影响面积，计算炮孔装药量，具体方法为：

由于炮孔按岩性分层，所以计算炮孔的装药量时，按岩层分层顺序计算某炮孔各岩层所需要的炸药量Q_ik，如下公式所示：

Q_ik＝a_iq_kL_k

式中，Q_ik为第i个炮孔第k层岩层所需的炸药量，k∈[1,l]，l为第i个炮孔的岩层分层总数，q_k为第k层岩层的炸药单耗，L_k为第k层岩层的厚度；

则各岩层分层所需炸药量之和即为该炮孔的装药量，如下公式所示：

其中，Q_i为第i个炮孔的装药量。

本实施例中计算每一个炮孔的装药量，根据步骤3计算得到的每一个炮孔的影响面积，根据炮孔编号从炮孔数据库提取岩性分层数据和不同岩性的炸药单耗，根据公式计算炮孔岩性分层所需要的炸药量，各分层所需炸药量之和就是炮孔的装药量。以炮孔ZK2032为例，如图4所示，该炮孔共分为10个岩层，该炮孔的影响面积为80.69m²，根据计算公式分别计算这10个岩层所需要的炸药量，这10个岩层所需要炸药量的总和就是炮孔ZK2032的装药量为226.80Kg。部分炮孔装药量计算结果如表3所示。

表3部分炮孔装药量计算结果表

炮孔编号	炮孔名称	炮孔装药量(Kg)
			1	ZK2023	175.91
2	ZK2024	117.67
			3	ZK2025	98.10
…	…	…
			165	ZK2187	138.75

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：存储炮孔岩性数据；

建立炮孔关系数据库，并将智能钻机获得的炮孔原始数据存储到数据库中；所述炮孔关系数据库由炮孔表、岩层表和岩性表组成，并分别通过炮孔数据结构、岩层数据结构及岩性数据结构实现对炮孔数据的存储、组织和管理；

步骤2：通过炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据生成炮孔岩性柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库；

步骤3：从炮孔关系数据库中提取炮孔数据，计算每个炮孔的影响面积；

步骤3.1：按照爆破工程设计，在露天矿采剥工程平面图上圈定爆破范围多边形，从炮孔关系数据库中提取炮孔数据，展绘爆破范围多边形内的各炮孔孔口位置，得到炮孔位置点集H＝{p₁,p₂,…,p_i,…p_n}，其中，p_i为第i个炮孔位置点，i∈[1,n]，n为炮孔总数，p_i由空间三维坐标(x_i,y_i,z_i)构成，三维坐标(x_i,y_i,z_i)所在的三维坐标系的原点根据实际情况设定，三维坐标系的X轴和Y轴表示炮孔位置点的水平方向信息，Z轴表示炮孔位置点的竖直方向信息；

步骤3.2：对炮孔位置点集H和爆破范围多边形顶点按Delaunay准则进行三角面剖分，得到三角面集T＝{t₁,t₂,…,t_j,…t_m}，其中，t_j为第j个三角面，j∈[1,m]，m为三角面的总数；

步骤3.3：由与炮孔位置点连接的三角面计算炮孔的影响面积，得到炮孔影响面积集A＝{a₁,a₂,…,a_i,…a_n}，其中，a_i为第i个炮孔的影响面积，如下公式所示：

式中，S_o为与该炮孔连接的第o个三角面的面积，o∈[1,q]，q为与第i个炮孔相连接三角面的总数；λ_o为与第o个三角面连接的炮孔个数；

步骤4：基于炮孔的影响面积，计算炮孔装药量。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，其特征在于：所述炮孔数据结构包括炮孔编号、炮孔名称、炮孔X坐标、炮孔Y坐标、炮孔Z坐标和炮孔采集时间；所述岩层数据结构包括组成边的炮孔编号、炮孔深度、回转速度、回转压差、加压压力1、加压压力2、钻进速度、风压和岩性号；所述岩性数据结构包括岩性号、岩层名称和炸药单耗。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：

为了对炮孔数据库中存储的数据进行对比和分析，对炮孔关系数据库中存储的炮孔原始数据进行可视化显示，生成炮孔二维和三维柱状图；通过查看炮孔的二维和三维柱状图，对炮孔中的数据进行检查和修改并更新炮孔关系数据库。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能岩性识别的炮孔装药量计算方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

由于炮孔按岩性分层，所以计算炮孔的装药量时，按岩层分层顺序计算某炮孔各岩层所需要的炸药量Q_ik，如下公式所示：

Q_ik＝a_iq_kL_k

式中，Q_ik为第i个炮孔第k层岩层所需的炸药量，k∈[1,l]，l为第i个炮孔的岩层分层总数，q_k为第k层岩层的炸药单耗，L_k为第k层岩层的厚度；

则各岩层分层所需炸药量之和即为该炮孔的装药量，如下公式所示：

其中，Q_i为第i个炮孔的装药量。