CN116484151A - 一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统，涉及工程爆破技术领域，所述估算方法包括：将前排炮孔和露天台阶的前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包，计算各个理想球形药包爆破时，第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角，然后计算第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和竖直抛掷和速度，之后计算第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，最终利用弹道公式计算第j个立方体破碎块体的抛掷距离，本发明可提升对破碎块体的处理效率，提高破碎块体抛掷距离的计算精度，符合工程实际。

Description

一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统

技术领域

本发明涉及露天台阶爆破技术领域，特别是涉及一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统。

背景技术

露天台阶爆破是水利水电工程、交通、矿山等领域岩体开挖应用最广泛的开挖方法。炮孔内的炸药爆轰后，受爆炸冲击波、爆生气体膨胀和重力等多种因素联合作用，露天台阶的破碎块体将以一定的初速度沿临空面做抛掷运动，不考虑空气阻力时，破碎块体在水平方向以常速飞行，而垂直方向由于重力加速度作用自由下落。

实际爆破工程中，用于破碎岩体的能量仅占炸药总能量的20％～30％，控制台阶面破碎块体的抛掷距离可降低爆破开挖过程中的岩体的抛掷动能比例，有助于提高炸药能量的利用效率。合适的抛掷距离可减少爆堆铲装工序的辅助工作量，降低铲装工序风险，提高铲装机械的工作效率。此外，根据爆破碎块体最远抛掷距离可提前布设必要的安全防护措施，有利于爆破飞石的安全防护。因此，估算台阶面破碎块体的抛掷距离对台阶爆破设计优化具有重要意义。

台阶面的爆破破碎块体通常呈辐射状飞散，破碎块体的抛掷速度沿台阶呈非均匀分布，抛掷速度大小与药包尺寸、岩石类型、单位炸药量消耗量和炸药种类等因素有关，抛掷方向与炮孔轴线方向、最小抵抗线方向和临空面倾角等有关，可见破碎块体的抛掷速度影响因素极为复杂。

针对破碎块体的抛掷规律，定向抛掷爆破理论提出了抛体堆积法和体积平衡法两种计算方法。抛体堆积法将破碎块体等效为非弹性的角锥体或三角形分块，利用弹道理论计算大药包条件下块体的定向爆破抛掷距离，体积平衡法则假定群药包爆破形成的堆积体是由每一个药包形成的堆积体叠加，利用统计、回归原理建立了斜坡地形条件下的抛掷堆积距离计算方法。以上两种计算方法主要适用于定向爆破工程的抛掷堆积设计，且主要是针对集中药包、大抵抗线条件下破碎块体的抛掷距离计算，对台阶爆破的适用性有待进一步研究。

在中国发明中申请号为CN202110464030.8的专利公开了一种使用无人机的露天矿爆破飞石危害效应评价方法，该方法需要在爆破作业现场布置多台无人机和高速摄影仪，获取台阶面运动图像，通过图像处理后建立基于神经网络的露天矿爆破飞石危害效应评价模型，进而估算爆破飞石的抛掷速度和抛掷距离。该方法后续图像处理工作量巨大，处理工作复杂，且图像拍摄质量及其角度对所建立预测模型计算精度影响较大。因预测模型计算精度的干扰，后续破碎块体的铲装工作安排也会相应受到影响，不符合工程实际。

发明内容

本发明的目的是提供一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统，能够提高破碎块体抛掷距离的计算精度，进而提升对破碎块体的铲装处理效率，符合工程实际。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面；所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面；所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装填柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离；

所述露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，包括：

获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线；所述台阶信息，包括：所述露天台阶的台阶高度和台阶倾角；所述炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深；所述药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量；前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔；所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角；所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值；所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离；

根据所述台阶信息，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶信息和所述炮孔信息，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包；其中，n＞1，m＞1；

根据所述台阶信息和所述炮孔信息，确定各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；所述块体抵抗线集合中的每一个块体抵抗线对应一个理想球形药包；一个所述块体抵抗线为一个所述立方体破碎块体与一个所述理想球形药包之间的距离；

对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角；其中，1≤j≤n，且j为整数；

根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；

将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角；

根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

可选地，根据所述台阶信息，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶信息和所述炮孔信息，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包，具体包括：

根据所述台阶信息，根据公式计算需等效的立方体破碎块体的尺寸；其中，x₀为需等效的立方体破碎块体的尺寸；α为台阶倾角；H为台阶高度；

根据所述钻孔超深和所述堵塞长度，根据公式计算需等效的理想球形药包的直径；其中，d₀为需等效的理想球形药包的直径；h_c为钻孔超深；h_s为堵塞长度；

根据需等效的立方体破碎块体的尺寸和需等效的理想球形药包的直径，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包；x₀为所述立方体破碎块体的尺寸，d₀为所述理想球形药包的直径。

可选地，根据所述台阶信息和所述炮孔信息，计算各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，具体包括：

根据所述理想球形药包的直径，根据公式计算第i个理想球形药包的炮孔内高度；其中，h_i为第i个理想球形药包的炮孔内高度；所述炮孔内高度为所述理想球形药包到前排炮孔孔底的距离；

根据所述台阶信息和所述立方体破碎块体尺寸，根据公式计算第j个立方体破碎块体的落差；其中y_j为第j个立方体破碎块体的落差；所述落差为所述立方体破碎块体抛掷点与其落点之间的竖直距离；

根据所述台阶信息、所述炮孔信息、所述上台阶抵抗线、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，确定第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；计算公式如下：

其中，1≤i≤m，且i为整数，W₀为所述上台阶抵抗线，W_i,j为第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合中第i个理想球形药包对应的块体抵抗线。

可选地，对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角，具体包括：

根据所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；计算公式如下：

其中，V_i，j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；P为前排炮孔内柱状药包的延米装药量；

根据所述台阶信息、所述炮孔信息、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角；计算公式如下：

其中，为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角。

可选地，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，具体包括：

根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度；计算公式如下：

根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；计算公式如下：

其中，1≤i≤m，且i为整数，V_i，j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角；V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度；V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。

可选地，根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，具体包括：

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的抛掷和速度；计算公式如下：

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的最终抛掷角；计算公式如下：

其中，V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；V_j0为第j个立方体破碎块体的抛掷和速度；θ_j为第j个立方体破碎块体的最终抛掷角。

可选地，根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离，具体包括：

根据第j个立方体破碎块体的落差、第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算第j个立方体破碎块体的抛掷距离；计算公式为：

其中，g为重力加速度，l_j为第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

可选地，在根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离之后，还包括：

根据所有理想球形药包爆破时各个立方体破碎块体的抛掷距离，绘制所述露天台阶的破碎块体抛掷距离分布曲线。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算系统，包括：

信息获取模块，用于获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线；所述台阶信息，包括：露天台阶的台阶高度和台阶倾角；所述炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深；所述药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量；前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔；所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角；所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值；所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离；

其中，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面；所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面；所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装填柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离；

等效处理模块，用于根据所述台阶高度和所述台阶倾角，将第一排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶高度、所述堵塞长度和所述钻孔超深，将所述柱状药包等效为m个理想球形药包；

块体抵抗线计算模块，用于根据所述台阶信息和所述炮孔信息，计算各个立方体破碎块体的块体抵抗线；

抛掷初速度和初始抛掷角计算模块，用于对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角；其中，1≤j≤n，且j为整数；

水平抛掷初速度与竖直抛掷初速度计算模块，用于根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算可得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；

水平抛掷和速度与竖直抛掷和速度计算模块，用于将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；

抛掷和速度与最终抛掷角计算模块，用于根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角；

抛掷距离计算模块，用于根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统，通过将前排炮孔和前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，将前排炮孔内柱状药包等效为m个理想球形药包，计算各个理想球形药包爆破时，第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，估算第j个立方体破碎块体的抛掷距离，相较于现有技术，本发明公开的估算方法不用处理大量图像，能够提高破碎块体抛掷距离的计算精度，进而提升对破碎块体的铲装处理效率，避免拍摄图像的质量及其角度干扰依据图像建立的预测模型计算精度的问题，符合工程实际。

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。

图1为本发明露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法流程图；

图2为本发明露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法原理图；

图3为本发明实施例露天台阶爆破中破碎块体水平抛掷初速度分布图；

图4为本发明实施例露天台阶爆破中破碎块体竖直抛掷初速度分布图；

图5为本发明实施例露天台阶爆破中破碎块体最终抛掷角度分布图；

图6为本发明实施例露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离分布曲线。

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。

本发明的目的是提供一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法及系统，通过等效处理，计算破碎块体的抛掷距离，能够提升露天台阶爆破工程中，能够提高破碎块体抛掷距离的计算精度，进而提升对破碎块体的铲装处理效率，符合工程实际。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，应用于露天台阶爆破工程，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面。所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面。所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装载柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离。

图1为本发明露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法流程图，参见图1，所述露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，包括：

步骤S1：获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线。

其中，台阶信息，包括：露天台阶的台阶高度和台阶倾角。所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角。

炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深。前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔。所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值。

进一步地，前排炮孔为爆破时距离所述前台阶面最近的一排炮孔。示例性的，以三排炮孔为例，和前台阶面之间的距离由近及远分别为第一排炮孔、第二排炮孔和第三排炮孔。在当前爆破工程中，三排炮孔都会进行起爆，但是在三排炮孔起爆之间设计了延时时间，导致三排炮孔起爆会存在几个到几十个毫秒的时间间隔。所以本发明实施例以第一排炮孔为例，第一排炮孔即为前排炮孔，根据第一排炮孔的炮孔信息执行下述步骤。

药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量。

所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离。

步骤S2：根据所述台阶信息，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶信息和所述炮孔信息，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包。其中，n＞1，m＞1。

根据本实施例对露天爆破形成的破碎块体形态研究成果，可以得到形成的破碎块体主要以三轴尺寸差异较小的六面体为主。此种情况下，可将露天爆破中的破碎块体等效为多个同尺寸的立方体。因此，每一个立方体破碎块体的抛掷距离，可视为由多个小的沿炮孔分布的理想等效球形药包共同作用形成。

为了计算方便，对等效得到的立方体破碎块体和理想球形药包进行编号处理。按从前排炮孔的孔底到孔口，或者从孔口到孔底的顺序，对理想球形药包进行编号，两种编号顺序的计算方式相同。其中，立方体破碎块体的编号顺序需要与理想球形药包保持一致。下述实施例中以从孔底到孔口的编号顺序为例进行说明。

图2为本发明露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法原理图，参见图2，步骤S2具体包括：

步骤S21：根据所述台阶信息，根据公式计算需等效的立方体破碎块体的尺寸。

上述公式中，x₀为需等效的立方体破碎块体的尺寸；α为台阶倾角；H为台阶高度。

步骤S22：根据所述钻孔超深和所述堵塞长度，根据公式计算需等效的理想球形药包的直径。

上述公式中，d₀为需等效的理想球形药包的直径；h_c为钻孔超深；h_s为堵塞长度。

步骤S23：根据需等效的立方体破碎块体的尺寸和需等效的理想球形药包的直径，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包。

理想球形药包和立方体破碎块体的数量应根据装药长度、台阶高度和台阶倾角合理确定，其尺寸不应过大，且应以方便后续计算为宜。

步骤S3：根据所述台阶信息和所述炮孔信息，确定各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合。

其中，所述块体抵抗线集合中的每一个块体抵抗线对应一个理想球形药包；一个所述块体抵抗线为一个所述立方体破碎块体与一个所述理想球形药包之间的距离。

参见图2，步骤S3具体包括：

步骤S31：根据所述理想球形药包的直径，根据公式计算第i个理想球形药包的炮孔内高度。

其中，h_i为第i个理想球形药包的炮孔内高度；所述炮孔内高度为所述理想球型药包到前排炮孔孔底的距离。

步骤S33：根据所述台阶信息和所述立方体破碎块体尺寸，根据公式计算第j个立方体破碎块体的落差。

其中y_j为第j个立方体破碎块体的落差；所述落差为所述立方体破碎块体抛掷点与其落点之间的竖直距离。

步骤S33：根据所述台阶信息、所述炮孔信息、所述上台阶抵抗线、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，计算第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；第j个立方体破碎块体的块体抵抗线的计算公式为：

其中，1≤i≤m，且i为整数，W₀为所述上台阶抵抗线，W_i,j为第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合中第i个理想球形药包对应的块体抵抗线。

示例性的，W_1,j为第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合中第1个理想球形药包之间的块体抵抗线，即第1个理想球形药包与第j个立方体破碎块体之间的距离。W_i,2为第2个立方体破碎块体的块体抵抗线集合中第i个理想球形药包之间的块体抵抗线，即第i个理想球形药包与第2个立方体破碎块体之间的距离。

步骤S4：对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角。其中，1≤j≤n，且j为整数。

步骤S4中，第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角求解过程，具体包括：

步骤S41：根据所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度。计算公式如下：

式中，V_i,j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；P为前排炮孔内柱状药包的延米装药量。

进一步的，当露天台阶爆破的工程现场具备开展台阶爆破抛掷过程高速摄影试验条件时，可在与立方体破碎块体水平抛掷方向垂直的部位布置高速摄影仪，对立方体破碎块体的抛掷过程进行快速、高精度、非接触式测量，并根据相关图像处理结果，修正上述破碎块体抛掷初速度计算公式。

步骤S42：根据所述台阶信息、所述炮孔信息、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角。计算公式如下：

式中，为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角。

步骤S5：根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度。

步骤S6：将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。

步骤S6具体包括：

步骤S61：根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度。计算公式如下：

步骤S62：根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。计算公式如下：

上述公式中，i为理想球型药包的序号，1≤i≤m，且i为整数。

式中，V_i，j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角；V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度；V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。

示例性的，通过步骤S5，根据第4个理想球形药包爆破时，第7个立方体破碎块体的抛掷初速度V_4,7和第4个理想球形药包爆破时，第7个立方体破碎块体的初始抛掷角进行计算，即可得到第4个理想球形药包爆破时，第7个立方体破碎块体的竖直初速度第4个理想球形药包爆破时，第7个立方体破碎块体的水平初速度/>

步骤S7：根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角。

参见图2，步骤S7具体包括：

步骤S71：根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的抛掷和速度。计算公式如下：

步骤S72：根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的最终抛掷角。计算公式如下：

其中，V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；V_j0为第j个立方体破碎块体的抛掷和速度；θ_j为第j个立方体破碎块体的最终抛掷角。

步骤S8：根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

步骤S8具体包括：

根据第j个立方体破碎块体的落差、第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算第j个立方体破碎块体的抛掷距离。计算公式为：

其中，g为重力加速度，l_j为第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

为了便于计算，步骤S8抛掷距离的计算忽略空气阻力并不计块体间的二次碰撞破碎等因素。

本发明实施例还包括：在根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离之后，根据所有理想球形药包爆破时各个立方体破碎块体的抛掷距离，绘制所述露天台阶的破碎块体抛掷距离分布曲线。

具体的，通过步骤S4-S7的多次迭代，可以获取所有理想球形药包爆破时各个立方体破碎块体的抛掷距离，进而绘制所述露天台阶的破碎块体抛掷距离分布曲线。通过破碎块体抛掷距离分布曲线，能够更为直观的确认破碎块体抛掷距离的分布。

实施例二

为贴合工程实际，提高破碎块体抛掷距离的计算精度，提升对破碎块体的铲装处理效率，本发明还提供了如下方案：

一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算系统，包括：信息获取模块、等效处理模块、块体抵抗线计算模块、抛掷初速度和初始抛掷角计算模块、水平抛掷初速度与竖直抛掷初速度计算模块、水平抛掷和速度与竖直抛掷和速度计算模块和抛掷距离计算模块。

所述信息获取模块用于获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线。

所述台阶信息，包括：露天台阶的台阶高度和台阶倾角；所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角。

所述炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深；前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔；所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值。

所述药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量。

所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离。

其中，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面；所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面；所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装载柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离。

所述等效处理模块用于根据所述台阶高度和所述台阶倾角，将第一排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶高度、所述堵塞长度和所述钻孔超深，将所述柱状药包等效为m个理想球形药包。

所述块体抵抗线计算模块用于根据所述台阶信息和所述炮孔信息，计算各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合。

所述抛掷初速度和初始抛掷角计算模块用于对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角。其中，1≤j≤n，且j为整数。

所述水平抛掷初速度与竖直抛掷初速度计算模块用于根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算可得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度。

所述水平抛掷和速度与竖直抛掷和速度计算模块用于将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。

所述抛掷和速度与最终抛掷角计算模块用于根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角。

所述抛掷距离计算模块用于根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

实施例三

本发明提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实现实施例一所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法。

实施例四

某地铁停车场项目的花岗岩爆破施工过程中，采用3种不同能量的炸药进行试验。爆破设计参数如下表1所示。

表1某地铁停车场项目花岗岩爆破试验参数

根据实施例一所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法的步骤S2，将前排炮孔内的柱状药包等效为13个理想球形药包，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为15个立方体破碎块体。结合表1，计算需等效的理想药包的直径和需等效的立方体破碎块体的尺寸：

由上述计算可得到，需等效的理想球形药包的直径为1m，需等效的立方体破碎块体的尺寸为1m。

根据实施例一中所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法的步骤S4，将需等效的理想药包直径1m和需等效的立方体破碎块体的尺寸1m代入，计算第i个等效球形药包爆破对台阶面第j个爆破破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角。

执行实施例一中所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法的步骤S5-S7，计算第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和竖直抛掷初速度，并计算其抛掷和速度和最终抛掷角，计算结果如附图3、附图4和附图5所示。

利用本发明实施例一提供的所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，计算得到的立方体破碎块体抛掷速度和文献中可查找到的国内露天矿山开采实测抛掷速度大小对比如表2所示。

表2本发明计算结果与部分露天矿山实测台阶面爆破破碎块体抛掷速度对比

在该地铁停车场项目花岗岩爆破施工过程中，将前排炮孔内的柱状药包等效为13个理想等效药包后，利用本发明实施例一中所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法计算立方体破碎块体的抛掷和速度，与实测破碎块体抛掷和速度较为接近。

执行实施例一中所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法中的步骤S8，忽略空气阻力并不计破碎块体间的二次碰撞破碎等因素，并绘制破碎块体抛掷距离分布曲线。所述破碎块体抛掷距离分布曲线如附图6所示。

在该地铁停车场项目的花岗岩爆破施工过程中，在距离地面10m、15m、20m和30m位置布设了破碎块体抛掷距离观测点，三次试验实测台阶面破碎块体抛掷距离与本发明估算成果基本一致。

相比已有的抛掷规律估算方法，本发明供的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法具有如下优点：

本发明将露天台阶爆破中的柱状药包等效为多个理想球形药包，充分考虑了每一个理想球形药包对每一个破碎块体抛掷速度的贡献，抛掷初速度计算原理简洁明了，计算方法易于编程和植入计算机程序。

本发明相较于现有技术，本发明公开的估算方法不用处理大量图像，提升了露天台阶爆破中对破碎块体的处理效率，而且也提高了破碎块体抛掷距离的计算精度，避免拍摄图像的质量及其角度干扰依据图像建立的预测模型计算精度的问题，符合工程实际。

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。对于实施例公开的系统而言，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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面；所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面；所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装填柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离；

所述露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，包括：

获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线；所述台阶信息，包括：所述露天台阶的台阶高度和台阶倾角；所述炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深；所述药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量；前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔；所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角；所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值；所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离；

根据所述台阶信息，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶信息和所述炮孔信息，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包；其中，n＞1，m＞1；

根据所述台阶信息和所述炮孔信息，确定各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；所述块体抵抗线集合中的每一个块体抵抗线对应一个理想球形药包；一个所述块体抵抗线为一个所述立方体破碎块体与一个所述理想球形药包之间的距离；

对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角；其中，1≤j≤n，且j为整数；

根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；

将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角；

根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

2.根据权利要求1所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，根据所述台阶信息，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶信息和所述炮孔信息，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包，具体包括：

根据所述台阶信息，根据公式计算需等效的立方体破碎块体的尺寸；其中，x₀为需等效的立方体破碎块体的尺寸；α为台阶倾角；H为台阶高度；

根据所述钻孔超深和所述堵塞长度，根据公式计算需等效的理想球形药包的直径；其中，d₀为需等效的理想球形药包的直径；h_c为钻孔超深；h_s为堵塞长度；

根据需等效的立方体破碎块体的尺寸和需等效的理想球形药包的直径，将前排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，将前排炮孔内的柱状药包等效为m个理想球形药包。

3.根据权利要求2所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，根据所述台阶信息和所述炮孔信息，计算各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，具体包括：

根据公式计算第i个理想球形药包的炮孔内高度；其中，h_i为第i个理想球形药包的炮孔内高度；所述炮孔内高度为所述理想球型药包到前排炮孔孔底的距离；

根据所述台阶信息和所述立方体破碎块体尺寸，根据公式计算第j个立方体破碎块体的落差；其中y_j为第j个立方体破碎块体的落差；所述落差为所述立方体破碎块体抛掷点与其落点之间的竖直距离；

根据所述台阶信息、所述炮孔信息、所述上台阶抵抗线、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，确定第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；计算公式如下：

其中，1≤i≤m，且i为整数，W₀为所述上台阶抵抗线，W_i,j为第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合中第i个理想球形药包对应的块体抵抗线。

4.根据权利要求3所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角，具体包括：

根据所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；计算公式如下：

其中，V_i,j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；P为前排炮孔内柱状药包的延米装药量；

根据所述台阶信息、所述炮孔信息、第i个理想球形药包的炮孔内高度和第j个立方体破碎块体的落差，计算第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角；计算公式如下：

其中，为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角。

5.根据权利要求1所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，具体包括：

根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度；计算公式如下：

根据所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度，计算第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；计算公式如下：

其中，1≤i≤m，且i为整数，V_i，j为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度；为第i个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角；V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度；V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度。

6.根据权利要求3所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，具体包括：

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的抛掷和速度；计算公式如下：

根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算第j个立方体破碎块体的最终抛掷角；计算公式如下：

其中，V_jx为第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度，V_jy为第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；V_j0为第j个立方体破碎块体的抛掷和速度；θ_j为第j个立方体破碎块体的最终抛掷角。

7.根据权利要求6所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离，具体包括：

根据第j个立方体破碎块体的落差、第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算第j个立方体破碎块体的抛掷距离；计算公式为：

其中，g为重力加速度，l_j为第j个立方体破碎块体的抛掷距离。

8.根据权利要求1所述的露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算方法，其特征在于，在根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离之后，还包括：

根据所有理想球形药包爆破时各个立方体破碎块体的抛掷距离，绘制所述露天台阶的破碎块体抛掷距离分布曲线。

9.一种露天台阶爆破中破碎块体抛掷距离的估算系统，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取台阶信息、炮孔信息、药包信息和上台阶抵抗线；所述台阶信息，包括：露天台阶的台阶高度和台阶倾角；所述炮孔信息，包括：前排炮孔的堵塞长度和钻孔超深；所述药包信息，包括：前排炮孔内柱状药包的延米装药量；前排炮孔为上台阶面上距离前台阶面最近的一排炮孔；所述台阶倾角为所述前台阶面和地面之间的夹角；所述钻孔超深为炮孔的深度与台阶高度的差值；所述上台阶抵抗线为前排炮孔在所述上台阶面上的中心至所述前台阶面的水平距离；

其中，所述露天台阶，包括：上台阶面和前台阶面；所述上台阶面和地面之间的连接面为前台阶面；所述上台阶面上有多排炮孔，所述炮孔用于装载柱状药包；所述炮孔的深度大于所述上台阶面与所述地面之间的距离；

等效处理模块，用于根据所述台阶高度和所述台阶倾角，将第一排炮孔和所述前台阶面之间的岩体等效为n个立方体破碎块体，并根据所述台阶高度、所述堵塞长度和所述钻孔超深，将所述柱状药包等效为m个理想球形药包；

块体抵抗线计算模块，用于根据所述台阶信息和所述炮孔信息，计算各个立方体破碎块体的块体抵抗线集合；

抛掷初速度和初始抛掷角计算模块，用于对于第j个立方体破碎块体，根据所述上台阶抵抗线、所述台阶信息、所述药包信息、所述炮孔信息和第j个立方体破碎块体的块体抵抗线集合，计算每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度和初始抛掷角；其中，1≤j≤n，且j为整数；

水平抛掷初速度与竖直抛掷初速度计算模块，用于根据每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的初始抛掷角和每个理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷初速度，计算可得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度；

水平抛掷和速度与竖直抛掷和速度计算模块，用于将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的水平抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度，将所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的竖直抛掷初速度求和，得到第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度；

抛掷和速度与最终抛掷角计算模块，用于根据第j个立方体破碎块体的水平抛掷和速度和第j个立方体破碎块体的竖直抛掷和速度，计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角；

抛掷距离计算模块，用于根据第j个立方体破碎块体的抛掷和速度和最终抛掷角，利用弹道公式计算所有理想球形药包爆破时第j个立方体破碎块体的抛掷距离。