CN113743020B - 一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统 - Google Patents

一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，应用于露天矿山爆破技术领域，获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；确定爆堆内部位移场的迁移路径。本发明提供了一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统，采用微元思想将爆堆内部爆破岩块用质点进行表示，更加准确的确定每个爆破岩块的运动轨迹，对于进行爆破时，爆破参数、爆破范围等等起到了重要的参考价值。

Description

一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统
技术领域
本发明涉及露天矿山爆破技术领域，更具体的说是涉及一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统。
背景技术
露天台阶深孔爆破形成的爆堆及其块度分布规律的研究是评价爆破效果的重要手段，用三维模拟方法直观表达爆堆块度分布规律是露天岩土爆破的重要发展方向。由于露天台阶深孔爆破形成的爆堆及其块度分布具有规模大、堆形复杂、岩块形状不规则、重叠粘连、离散性大等特点，建立爆堆及其块度分布的三维模型难度较大，研究成果较少。
现有技术中三维模型存在的弊端在于，对于爆堆内部位移场的迁移路径未进行表征，也就无法对于爆堆内关键质点的运动轨迹进行预测。
因此，如何提供一种对于爆堆内部位移场的迁移路径进行预测的方法与系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统，采用微元思想将爆堆内部爆破岩块用质点进行表示，更加准确的确定每个爆破岩块的运动轨迹，对于进行爆破时，爆破参数、爆破范围等等起到了重要的参考价值。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，具体步骤包括：
获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；
利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
确定爆堆内部位移场的迁移路径。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法中，建立三维几何模型的具体步骤包括：
根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，所述爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
对所述底面线框和所述顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
对每一个所述凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法中，根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹具体步骤如下：
将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
每个三角区用质点进行表示；
对所述质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
根据运动方程确定起点和终点。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法中，爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律的具体步骤如下：
获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
搭建深度学习网络，根据所述爆破参数、所述应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法中，确定爆堆内部位移场的迁移路径具体步骤包括如下：
将所述起点、所述爆破参数、所述应变数据输入所述运动轨迹预测模型；将爆破时间分割成时间序列；
利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，包括：
三维几何模型建立模块，用于获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
运动轨迹确定模块，根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；
预测模块，利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
迁移路径确定模块，确定爆堆内部位移场的迁移路径。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统中，三维几何模型建立模块包括：
线框确定单元，根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，所述爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
凸边形区域划分单元，对所述底面线框和所述顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
三维几何模型单元，对每一个所述凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统中，运动轨迹确定模块包括：
划分单元，将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
质点单元，每个三角区用质点进行表示；
运动方程单元，对所述质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
端点确定单元，根据运动方程确定起点和终点。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统中，预测模块包括：
离散元单元，获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
训练集单元，获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
运动轨迹预测单元，搭建深度学习网络，根据所述爆破参数、所述应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
优选的，在上述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统中，迁移路径确定模块：
输入单元，将所述起点、所述爆破参数、所述应变数据输入所述运动轨迹预测模型；
时间序列获取单元，将爆破时间分割成时间序列；
差分单元，利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法及系统，采用微元思想将爆堆内部爆破岩块用质点进行表示，更加准确的确定每个爆破岩块的运动轨迹，对于进行爆破时，爆破参数、爆破范围等等起到了重要的参考价值。尤其是，对于安全范围的确定，以及爆破岩块走势的确定能够对于爆破工作带来指导意义。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统框图。
具体实施方式
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。
本发明实施例公开了一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，如图1所示，具体步骤包括：
获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
根据三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；
利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
确定爆堆内部位移场的迁移路径。
通过上述技术方案，采用微元思想将爆堆内部爆破岩块用质点进行表示，更加准确的确定每个爆破岩块的运动轨迹，对于进行爆破时，爆破参数、爆破范围等等起到了重要的参考价值。
需要了解的是：爆破这种快速现象有明确的发展过程。最简单的是单个集中药包的土石抛掷爆破，其发展过程大致可分为应力波扩展阶段、鼓包运动阶段和抛掷回落阶段。应力波扩展阶段在高压爆炸产物的作用下，介质受到压缩，在其中产生向外传播的应力波。同时，药室中爆炸气体向四周膨胀，形成爆炸空腔。空腔周围的介质在强高压的作用下被压实或破碎，进而形成裂缝。介质的压实或破碎程度随距离的增大而减轻。应力波在传播过程中逐渐衰减，爆炸空腔中爆炸气体压力随爆炸空腔的增大也逐渐降低。应力波传到一定距离时就变成一般的塑性波，即介质只发生塑性变形，一般不再发生断裂破坏。应力波进一步衰变成弹性波，相应区域内的介质只发生弹性变形。从爆心起直到这个区域，称为爆破作用范围，再往外是爆破引起的地震作用范围；
鼓包运动阶段如药包的埋设位置同地表距离不太大，应力波传到地表时尚有足够的强度，发生反射后，就会造成地表附近介质的破坏，产生裂缝。此后，应力波在地表和爆炸空腔间进行多次复杂的反射和折射，会使由空腔向外发展的裂缝区和由地表向里发展的裂缝区彼此连通，形成一个逐渐扩大的破坏区。在裂缝形成过程中，爆炸产物会渗入裂缝，加强裂缝的发展，影响这一破坏区内介质的运动状态。如果破坏区内的介质尚有较大的运动速度，或爆炸空腔中尚有较大的剩余压力，则介质会不断向外运动，地表面不断鼓出，形成所谓鼓包。由各瞬时鼓包升起的高度可求出鼓包运动的速度。
抛掷回落阶段在鼓包运动过程中，尽管鼓包体内介质已破碎，裂缝很多，但裂缝之间尚未充分连通，仍可把介质看作是连续体。随着过程的发展，裂缝之间逐步连通并终于贯通直到地表。于是，鼓包体内的介质便分块作弹道运动，飞散出去并在重力作用下回落。鼓包体内介质被抛出后，地面形成一个爆坑。
基于上述爆破过程，本实施例将爆破前的岩块进行划分，用质点进行表征，并采用运动轨迹模型进行预测每个质点的运动轨迹，根据起点位置，能够得到终点位置，并且对整个爆破过程质点的运动轨迹进行模型，而且也可以对爆破事故进行复盘，确定爆破参数，已达到精准爆破。
为了进一步优化上述技术方案，建立三维几何模型的具体步骤包括：
根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
对底面线框和顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
对每一个凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
为了进一步优化上述技术方案，根据三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹具体步骤如下：
将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
每个三角区用质点进行表示；
对质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
根据运动方程确定起点和终点。
为了进一步优化上述技术方案，爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律的具体步骤如下：
获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
搭建深度学习网络，根据爆破参数、应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
为了进一步优化上述技术方案，确定爆堆内部位移场的迁移路径具体步骤包括如下：
将起点、爆破参数、应变数据输入运动轨迹预测模型；
将爆破时间分割成时间序列；
利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
具体地，输入数据X1(x11,x21,x31,...)，其中，xii表示不同的输入数据，例如起点坐标，爆破参数，应变数据等输入运动轨迹预测模型得到运动轨迹Y＝(y1,y2,y3...)；
爆破时间T＝(t0,t1,t2,...)；
t0时刻每个质点的位置用初始坐标x11(a11,b11)表示，t1时刻每个质点的位置坐标x12(a12,b12)，那么t0-t1运动轨迹y1表征沿x轴方向运动a12-a11，沿y轴方向运动b12-b11；整个运动轨迹以此类推。
本发明的另一实施例公开了一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，如图2所示，包括：
三维几何模型建立模块，用于获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
运动轨迹确定模块，根据三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；
预测模块，利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
迁移路径确定模块，确定爆堆内部位移场的迁移路径。
为了进一步优化上述技术方案，三维几何模型建立模块包括：
线框确定单元，根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
凸边形区域划分单元，对底面线框和顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
三维几何模型单元，对每一个凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
为了进一步优化上述技术方案，运动轨迹确定模块包括：
划分单元，将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
质点单元，每个三角区用质点进行表示；
运动方程单元，对质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
端点确定单元，根据运动方程确定起点和终点。
为了进一步优化上述技术方案，预测模块包括：
离散元单元，获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
训练集单元，获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
运动轨迹预测单元，搭建深度学习网络，根据爆破参数、应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
为了进一步优化上述技术方案，迁移路径确定模块：
输入单元，将起点、爆破参数、应变数据输入运动轨迹预测模型；
时间序列获取单元，将爆破时间分割成时间序列；
差分单元，利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
具体的，输入单元，输入数据X1(x11,x21,x31,...)，其中，xii表示不同的输入数据，例如起点坐标，爆破参数，应变数据等输入运动轨迹预测模型得到运动轨迹Y＝(y1,y2,y3...)；
时间序列获取单元，序列化爆破时间T＝(t0,t1,t2,...)；
差分单元，t0时刻每个质点的位置用初始坐标x11(a11,b11)表示，t1时刻每个质点的位置坐标x12(a12,b12)，那么t0-t1运动轨迹y1表征沿x轴方向运动a12-a11，沿y轴方向运动b12-b11；整个运动轨迹以此类推。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，其特征在于，具体步骤包括：
获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹具体步骤如下：
将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
每个三角区用质点进行表示；
对所述质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
根据运动方程确定起点和终点；
利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
确定爆堆内部位移场的迁移路径。
2.根据权利要求1所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，其特征在于，建立三维几何模型的具体步骤包括：
根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，所述爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
对所述底面线框和所述顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
对每一个所述凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
3.根据权利要求1所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，其特征在于，爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律的具体步骤如下：
获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
搭建深度学习网络，根据所述爆破参数、所述应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
4.根据权利要求3所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立方法，其特征在于，确定爆堆内部位移场的迁移路径具体步骤包括如下：
将所述起点、所述爆破参数、所述应变数据输入所述运动轨迹预测模型；
将爆破时间分割成时间序列；
利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
5.一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，其特征在于，包括：
三维几何模型建立模块，用于获取爆破前台阶与爆破后爆堆的三维形态，建立三维几何模型；
运动轨迹确定模块，根据所述三维几何模型确定爆堆内质点的运动轨迹，同时确定起点和终点；所述运动轨迹确定模块包括：
划分单元，将每个凸边形区域的重心和轮廓上的点进行连线，将轮廓进行无限分割，得到无数个三角区；
质点单元，每个三角区用质点进行表示；
运动方程单元，对所述质点进行三维空间的受力分析，结合运动和力的关系分别在空间的三个方向上建立运动方程；
端点确定单元，根据运动方程确定起点和终点；
预测模块，利用离散元和神经网络表征爆破过程中爆堆位移场的三维演化规律；
迁移路径确定模块，确定爆堆内部位移场的迁移路径。
6.根据权利要求5所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，其特征在于，三维几何模型建立模块包括：
线框确定单元，根据实测的炮孔孔口坐标创建爆堆范围线框，所述爆堆范围线框包括底面线框和顶面线框；
凸边形区域划分单元，对所述底面线框和所述顶面线框进行划分，划分为多个凸边形区域；
三维几何模型单元，对每一个所述凸边形区域进行轮廓提取，构建三维几何模型。
7.根据权利要求5所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，其特征在于，预测模块包括：
离散元单元，获取爆破参数，进行不同加载路径下的离散元数值试验；
训练集单元，获取不同加载路径下的应变数据，并进行预处理，建立原始训练数据库；
运动轨迹预测单元，搭建深度学习网络，根据所述爆破参数、所述应变数据、起点、终点以及运动方程预测每个质点的运动轨迹，得到运动轨迹预测模型。
8.根据权利要求7所述的一种爆堆内部位移场迁移路径建立系统，其特征在于，迁移路径确定模块：
输入单元，将所述起点、所述爆破参数、所述应变数据输入所述运动轨迹预测模型；
时间序列获取单元，将爆破时间分割成时间序列；
差分单元，利用差分方法确定爆破前后爆堆内部位移场的迁移路径。
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