CN117973075A - 用于自动化爆破设计规划的系统及其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生成爆破规划的系统、方法或设备，其可以接收爆破数据，该爆破数据包括爆破现场的地质特性、爆破孔参数和可用爆炸物产品。可以基于面高度、可用爆炸物产品的比能和台阶的地质特性之间的关系来确定图案进尺。可以根据图案进尺来确定抵抗线和间距。

Description

用于自动化爆破设计规划的系统及其相关方法

本申请是2020年2月4日提交的申请号为202080011203.4的发明名称为“用于自动化爆破设计规划的系统及其相关方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年2月5日提交的名称为“SYSTEMS FOR AUTOMATED BLAST DESIGNPLANNING AND METHODS RELATED THERETO[用于自动化爆破设计规划的系统及其相关方法]”的美国临时专利申请号62/801,312的优先权，该美国临时专利申请的内容通过援引整体并入本文。

技术领域

本披露总体上涉及爆炸物。更具体地，本披露涉及用于设计爆破规划的方法、系统和设备。

附图说明

结合附图，从以下描述和所附权利要求中，本文披露的实施例将变得更加清楚。附图主要描绘了一般化的实施例，这些实施例将结合附图以附加的特殊性和细节进行描述，在附图中：

图1展示了根据一个实施例的爆破规划建模系统的网络图。

图2展示了根据一个实施例的显示无人机的扫描路径的个人电子装置。

图3展示了根据一个实施例的爆破设计系统的框图。

图4展示了根据一个实施例的用于生成爆破设计的方法的流程图。

图5展示了根据一个实施例的用于通过对多个可能排列执行多次模拟来生成爆破设计的方法的流程图。

图6展示了根据一个实施例的从爆破数据生成多个排列的数据集的方法的示例。

图7展示了根据一个实施例的用于模拟数据集的排列的方法的示例。

图8A展示了根据一个实施例的用于生成爆破水平细节的方法的第一部分。

图8B展示了根据一个实施例的用于生成爆破水平细节的方法的第二部分。

图9展示了根据一个实施例的用于找到适合爆破现场的优先化距离的方法。

图10展示了根据一个实施例的用于为给定的抵抗线(burden)和间距生成孔水平细节的方法。

图11展示了根据一个实施例的用于测试所规划的爆破设计的有效性的方法。

图12展示了根据一个实施例的用于计算有效设计的特定特性的方法。

图13展示了基于振动被评分的示例性爆破规划结果的图形。

图14展示了根据一个实施例的用于编辑抵抗线和间距的方法。

具体实施方式

爆炸物通常在采矿、采石和挖掘行业用于将岩石和矿石破碎。一般而言，在表面(诸如地面)中钻出孔(被称为“爆破孔”)。然后可以将爆炸物放置在爆破孔内。通常，使用多个爆破孔来使大量岩石和矿石破碎。使用多个爆破孔增加了爆破规划的复杂性。例如，爆破可以基于多个因素而变化，这些因素包括爆破孔间距、爆破孔抵抗线、爆破孔深度、爆破孔图案、爆破孔数量、地质特性、爆炸物类型和爆炸物量。大量的可能性使得爆破规划变得困难，即使对于训练有素的爆破工程师也是如此。

本文描述了用于生成爆破规划的实施例。实施例可以接收爆破数据，该爆破数据包括爆破现场的地质特性、爆破孔参数和可用爆炸物产品。基于接收到的爆破数据，本文的实施例可以确定抵抗线和间距，并且生成爆破规划。

爆破设计或爆破规划包括爆破孔的布置、爆破孔的几何形状和待使用的爆炸物。

将容易理解的是，如下文总体描述和本文附图中展示的实施例的组成部分可以被布置和设计成多种多样的不同配置。例如，方法的步骤不一定需要以任何特定顺序执行，或甚至依次执行，这些步骤也不需要仅执行一次。因此，如下文描述和附图中表示的各种实施例的以下更详细描述不旨在限制本披露的范围，而是仅仅代表多种不同的实施例。虽然在附图中呈现了实施例的各个方面，但是除非明确指示，否则附图不一定按比例绘制。

本文描述的爆破规划系统和方法的实施例和实现方式可以包括各种步骤，这些步骤可以在将由计算机系统执行的机器可执行指令中体现。计算机系统可以包括一个或多个通用或专用计算机(或其他电子装置)。计算机系统可以包括包含用于执行这些步骤的特定逻辑的硬件部件，或者可以包括硬件、软件和/或固件的组合。

实施例可以作为包括计算机可读介质的计算机程序产品来提供，该计算机可读介质上存储有指令，这些指令可以用于对计算机系统或其他电子装置进行编程以执行本文描述的过程。计算机可读介质可以包括但不限于：硬盘驱动器、软盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固态存储装置、或者适用于存储电子指令的其他类型的介质/计算机可读介质。

计算机系统以及计算机系统中的计算机可以经由网络进行连接。适合用于如本文所述的配置和/或用途的网络包括一个或多个局域网、广域网、城域网和/或互联网或IP网络，诸如万维网、私有互联网、安全互联网、增值网络、虚拟私有网络、外联网、内联网、或甚至通过介质的物理传输来与其他机器通信的独立机器。具体地，合适网络可以由两个或更多个其他网络(包括使用不同硬件和网络通信技术的网络)的部分或全部形成。

其他的合适网络包括服务器和若干客户端；其他的合适网络可以包含服务器、客户端和/或对等节点的其他组合，并且给定计算机系统可以既充当客户端，又充当服务器。每个网络包括至少两个计算机或计算机系统，诸如服务器和/或客户端。计算机系统可以包括工作站、膝上型计算机、可断开连接的移动计算机、服务器、主机、集群、所谓的“网络计算机”或“瘦客户端”、平板电脑、智能电话、个人数字助理或其他手持式计算装置、“智能”消费电子装置或器具、医疗装置、或它们的组合。

合适网络可以包括通信或联网软件，诸如可从和其他供应商获得的软件，并且可以使用TCP/IP、SPX、IPX和其他协议通过以下方式操作：双绞线、同轴或光纤缆线；电话线；无线电波；卫星；微波继电器；经调制的AC电力线；物理介质传输；和/或本领域技术人员已知的其他数据传输“线”。网络可以涵盖更小的网络和/或可通过网关或类似机构连接到其他网络。

每个计算机系统包括一个或多个处理器和/或存储器；计算机系统还可包括各种输入装置和/或输出装置。处理器可以包括通用装置，诸如或其他“现成”微处理器。处理器可以包括专用处理装置，诸如ASIC、SoC、SiP、FPGA、PAL、PLA、FPLA、PLD或其他定制的或可编程的装置。存储器可以包括静态RAM、动态RAM、闪存存储器、一个或多个触发器(flip-flop)、ROM、CD-ROM、磁盘、磁带、磁存储介质、光学存储介质或其他计算机存储介质。(多个)输入装置可以包括键盘、鼠标、触摸屏、光笔、平板电脑、麦克风、传感器或其他带有固件和/或软件的硬件。(多个)输出装置可以包括监视器或其他显示器、打印机、语音或文本合成器、开关、信号线或其他带有固件和/或软件的硬件。

计算机系统可能能够使用软盘驱动器、磁带驱动器、光学驱动器、磁光驱动器或读取存储介质的其他器件。合适的存储介质包括具有特定物理配置的磁存储装置、光存储装置或其他计算机可读存储装置。合适的存储装置包括软盘、硬盘、磁带、CD-ROM、DVD、PROM、RAM、闪存存储器和其他计算机系统存储装置。物理配置表示数据和指令，这些数据和指令致使计算机系统以如本文描述的特定且预定义的方式操作。

相关领域技术人员易于使用此处提出的教导内容以及编程语言和工具(诸如Java、Pascal、C++、C、PHP、.Net、数据库语言、API、SDK、汇编、固件、微码和/或其他语言和工具)来提供有助于实现本发明的合适软件。合适的信号格式可以以模拟或数字形式实施，带有或不带有错误检测和/或校正位、数据包报头、特定格式的网络地址和/或相关领域技术人员易于提供的其他支持数据。

某些实施例的方面可以被实现为软件模块或部件。如本文所用，软件模块或部件可以包括位于计算机可读存储介质内或其上的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。软件模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，该一个或多个物理或逻辑块可以被组织为执行一个或多个任务或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。特定软件模块可以包括存储在计算机可读存储介质的不同位置中的不同指令，这些指令一起实现模块的所描述功能。实际上，模块可以包括单一指令或许多指令，并且可以分布在数个不同的代码段上、不同的程序之中、以及数个计算机可读存储介质上。

一些实施例可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，软件模块可以位于本地和/或远程计算机可读存储介质中。此外，在数据库记录中被捆绑或一起呈现的数据可以驻留在相同的计算机可读存储介质中、或者在数个计算机可读存储介质上，并且可以通过网络在数据库中的记录的字段中被链接在一起。根据一个实施例，数据库管理系统(DBMS)允许用户与一个或多个数据库交互并且提供对数据库中包含的数据的访问。

图1展示了根据一个实施例的爆破规划建模系统100的网络图。爆破规划建模系统100接收爆破现场的图像、生成爆破现场的三维模型、并且生成爆破规划。在所示的实施例中，爆破规划建模系统100包括个人电子装置(PED)102、无人机104和爆破设计系统106。

PED 102可以是任何数量的不同类型的装置，包括但不限于：便携式电话、智能电话、便携式计算装置、平板计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、掌上计算机、手持式计算机、便携式导航装置、个人导航助理(例如便携式全球定位系统(GPS)单元)、无人机控制器等。PED 102与无人机104通信并且控制无人机。PED 102可以提供飞行规划和爆破现场的周界，和/或向无人机104提供手动方向。在一些实施例中，PED 102和爆破设计系统106可以是同一装置。在一些实施例中，可能没有PED 102，并且爆破设计系统106可以控制无人机104。

无人机104可以在跟随扫描路径时捕捉图像。无人机104可以向PED 102提供实时馈送。无人机104还可以向爆破设计系统106提供图像和相关联的位置坐标和海拔。在一些实施例中，可以使用相机、手机或其他电子装置来捕捉图像。

爆破设计系统106可以接收图像并且生成三维模型。爆破设计系统106还可以接收用户定义的参数，诸如爆破现场的地质特性、爆破孔参数和可用爆炸物产品。基于用户定义的参数，爆破设计系统106可以确定爆破规划的抵抗线和间距。爆破设计系统106可以将爆破规划叠加在三维模型上，并且将叠加的模型呈现给技术人员。技术人员可以作出更改，并且最终的爆破规划可以被发送给现场装备108和现场装备108的操作者以供实施。

在一些实施例中，无人机104或其他图像捕捉装置捕捉爆破后图像。爆破设计系统106可以执行爆破后分析，并且将结果用于下一个爆破规划。这种人工智能反馈可能会使相继爆破得到进一步优化。爆破后分析可以确定来自爆破的碎屑的尺寸和位置。

图2展示了根据一个实施例的显示无人机104的扫描路径202的PED 102。扫描路径202被设计成允许无人机在爆破现场的周界204内捕捉图像。在一些实施例中，技术人员可以手动输入扫描路径202。PED 102可以优化手动输入的扫描路径202，或者基于爆破现场的周界204设计扫描路径202。

图3展示了根据一个实施例的图1的爆破设计系统106的框图。爆破设计系统106可以包括经由系统总线318电通信的电子存储器310、一个或多个处理器312、网络接口314和I/O接口316。

电子存储器310可以包括静态RAM、动态RAM、闪存存储器、一个或多个触发器、或其他电子存储介质。电子存储器310可以包括多个模块330和数据340。

模块330可以包括装置的其他元件的全部或部分。模块330可以通过一个或多个处理器312或者在一个或多个处理器上串行、并发或并行运行多个操作。

在一些实施例中，所披露的模块、部件和/或设施的部分被实施为体现在硬件或固件中的、或者存储在非暂态机器可读存储介质上的可执行指令。这些指令可以包括计算机程序代码，该计算机程序代码当由处理器和/或计算装置执行时，使得计算系统实施某些处理步骤、过程和/或操作，如本文所披露的。本文披露的模块、部件和/或设施可以被实施和/或体现为驱动器、库、接口、API、FPGA配置数据、固件(例如，存储在EEPROM上)等。在一些实施例中，本文披露的模块、部件和/或设施的部分被体现为机器部件，诸如通用和/或专用装置，包括但不限于：电路、集成电路、处理部件、接口部件、(多个)硬件控制器、(多个)存储控制器、可编程硬件、FPGA、ASIC等。

模块330可以包括图案进尺计算器332、抵抗线和间距计算器334、钻孔设计器336和爆破验证器338。图案进尺计算器332可以通过一个或多个处理器312执行操作，以确定在爆破规划中限定了孔周围区域的图案进尺。图案进尺代表能够被位于台阶中的爆破孔中的可用爆炸物产品适当地碎裂的区域。确定图案进尺可以基于面高度、可用爆炸物产品的比能和台阶的地质特性之间的关系进行。抵抗线和间距计算器334可以基于图案进尺来确定爆破规划中的孔的抵抗线和间距。钻孔设计器336可以确定钻孔设计细节。爆破验证器338可以确定爆破是否满足某些标准。

存储在电子存储器310上的数据340可以包括接收到的数据和由爆破设计系统106生成的数据，例如由模块330或其他模块生成的数据。存储的数据340可以被组织为一个或多个存储器寄存器/地址、文件和/或数据库。

数据340可以包括用户定义的爆破参数342、爆破限制344、现场特定数据346和爆破设计348。用户定义的爆破参数342可以包括面高度、图案类型(例如，矩形、交错的、正方形)和湿孔名称。爆破限制344可以包括爆炸物的重量、待爆破的材料的重量、待爆破的材料的体积和孔的数量。现场特定数据346可以包括可用钻孔直径、地质数据、可用爆炸物产品和地震信息。用户定义的爆破参数342、爆破限制344和现场特定数据346可以由用户经由I/O接口316输入，或者通过网络接口314从另一装置接收。模块330可以基于这些输入来生成爆破设计348。在一些实施例中，数据340可以包括爆破后分析，模块330可以使用该爆破后分析来输出更优化的爆破设计348。

这一个或多个处理器312可以包括任何计算电路系统。这一个或多个处理器312可以包括通用处理器和/或专用处理器。网络接口314可以促进与其他计算装置和/或网络的通信，例如与互联网和/或其他计算和/或通信网络。网络接口314可以配备有传统网络连接。网络接口314可以是配备有传统无线网络连接技术的无线网络接口。在一些实施例中，网络接口314可以用于与测量该处理电路系统(未示出)所在区域的功率消耗的电流与电压传感器通信。I/O接口316可以促进与一个或多个输入装置和/或一个或多个输出装置的相接。

系统总线318可以促进爆破设计系统的其他部件(包括电子存储器310、该一个或多个处理器312、网络接口314和I/O接口316)之间的通信和/或交互。

可以理解，在其他实施例中，处理电路系统350可以比所示出或描述的更简单。例如，某些设计可以放弃一个或多个部件，诸如存储器、多个处理器、多个接口等，取而代之的是执行更接近裸金属或在裸金属上的指令(例如，没有中间操作系统或其他软件层，直接在逻辑硬件上执行指令)。

图4展示了根据一个实施例的用于生成爆破设计输出408的方法400的流程图。方法400可以由图1和图3的爆破设计系统106使用来生成爆破设计408。为了执行针对爆破设计的计算410，爆破设计系统接收一组数据输入(例如，爆破特定数据402、爆破限制数据404和位置数据406)。在一些实施例中，这些输入属于不同的类别：地质特性、爆破区域特性、钻孔特性、可用产品和爆破约束、以及地震特性。

例如，在所示的实施例中，爆破设计系统接收爆破特定数据402、爆破限制数据404和位置数据406。爆破特定数据402可以包括爆破的面高度、期望的图案类型(例如，正方形、矩形、交错的)、以及孔是否是湿的。

爆破限制数据404可以包括用户所设置的一个或多个限制。例如，用户可能受限于爆炸物的重量、材料的重量、材料的体积或孔的数量。在一些实施例中，爆破限制数据404可以包括从爆破孔到矿面的距离。

在所示的实施例中，位置数据406包括可用钻孔直径、地质数据、可用爆炸物产品、地震仪数据以及在钻孔时从测量中收集的其他参数(钻孔数据)。

地质数据可以代表现场的地质特性、地质特征和地质因素。地质特性的非限制性示例包括矿物学(元素和/或矿物)、岩性结构(原生、次生和/或组构)、孔隙度、硬度、衰减、杨氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比、P波速度、S波速度、岩石密度、岩石类型、岩石强度、岩石条件、岩石描述、节理条件、节理角度、节理取向、节理间距的标准偏差、内聚性、竖直节理间距、水平节理间距、无侧限抗压强度(UCS)、声速、钻孔标准偏差、冲击速度、岩石断裂韧性、岩石反射率、岩石抗拉强度、内摩擦角、雨贡尼奥(Hugoniot)数据(例如，Up min、Upmax、Us min、Us max)和地应力(σ1、σ2、σ3、应力取向、倾角、方向和滚动)。“组构”是指形成岩石或其他材料的连生矿物晶体的尺寸、形状和排列。地质数据可以用于确定进一步的地质特征，诸如易碎性和碎裂性。

地质特性可以直接地或间接地由诸如地震数据、钻孔数据、钻屑、岩心样本或它们的组合的源进行确定。例如，可以使用x射线或γ射线荧光、扫描电子显微镜法、及其他光谱法和/或显微镜技术来分析钻屑和/或岩心样本。

地震仪数据可以包括在特定距离处的振动要求。在一些实施例中，地质特性可以由地震仪数据确定。例如，处理电路系统可以将源(例如，钻孔或测试填装)处的地震振动与一个或多个地震检波器处的地震振动进行比较。至少基于地震振动的延时、频率和振幅，处理器电路系统可以确定地质特性(例如，碎裂、复合材料密度、组成、岩石阻抗、硬度值、杨氏模量、剪切应变或其他这样的特性)。

钻孔数据可以包括在连续或增量基础上(诸如每英尺基础上)的信息。钻孔数据可以包括诸如钻头尺寸、钻头转速、钻头扭矩、钻进速率、钻头振动、下拉压力、排渣风压、孔位置、孔数量、和孔长度或深度的信息。钻孔数据可以与沿着爆破孔的长度的地质特性相关。因此，钻孔数据可以用于生成沿着爆破孔的长度的硬度值(即，硬度分布曲线)。

在一些实施例中，爆破设计系统可以接收该组数据输入或附加信息的子集。例如，不是每个计算都使用振动检查。因此，衰减和地震仪数据可以是可选的输入。

在一些实施例中，爆破特定数据402可以包括期望的碎裂。例如，爆破特定数据402可以包括期望的平均碎裂尺寸。

爆破设计系统将该组数据输入用于爆破设计408的计算410。计算410包括确定图案进尺412、确定抵抗线和间距414、确定钻孔的结构416、以及确定满足限制所需的孔的数量432。计算410还包括爆破有效性检查以确定爆破设计是否满足某些标准。例如，在所示的实施例中，有效性检查包括能量检查420、抵抗线刚度检查422和振动检查424。

在一些实施例中，爆破设计系统可以基于期望的碎裂、期望的岩石体积、或其他用户定义的参数或地理参数来确定从爆破孔到面的距离。

当确定图案进尺412时，爆破设计系统在爆破设计408中限定孔周围的区域。图案进尺值是抵抗线和间距的乘积，换句话说，图案进尺值代表每个孔周围的推荐面积。图案进尺考虑了数个因素(例如，地质、产品和孔直径)，且结果影响过程中的所有其他计算。图案进尺代表能够被位于台阶中的爆破孔中的可用爆炸物产品适当地碎裂的区域。确定图案进尺可以基于面高度、可用爆炸物产品的比能和台阶的地质特性之间的关系进行。

图案进尺可以是基于地质特性和爆破孔参数的第一因素和基于可用产品的比能的第二因素的乘积。例如，比能可以是ANFO(例如，94％硝酸铵颗粒和6％燃料油)与可用爆炸物产品(例如，可用爆炸物产品的相对体积强度(RBS))、以及基于可用爆炸物产品的直径的第三因素之间的相关性。

在一些实施例中，爆破设计系统通过计算第一地质因素乘以爆破孔高度或面高度除以可用产品的直径(或者如果产品是散装爆炸物，则为爆破孔直径)相除值的自然对数的结果来计算第一因素。可以将结果减去第二地质因素。如果存在一个或多个分层(deck)，则这一个或多个分层之间的距离和/或爆破孔的顶部或底部(趾部)可以用作面高度，以计算爆破孔的一部分的图案进尺。因此，第一因素可以是：

地质因素或地质常数(即，A和B)可以包括将地质特性与爆破孔的几何特性相关联的经验变量。等式1使用面高度与可用爆炸物产品的直径的比率作为等式中的变量以确定原始图案进尺，该等式中的地质常数凭经验拟合来自先前爆破中的先前爆破数据(已经使得先前爆破中的特定台阶材料适当碎裂)。先前爆破数据还可以用于确定使用何种类型的爆炸物产品或要使用的爆炸物产品的量。先前爆破数据包括来自现场装备的实际爆炸物装载数据，该现场装备在先前爆破中用于在钻孔中装载爆炸物。现场装备可以包括用于自动装填爆破孔的装备。先前爆破数据可以包括图案进尺、抵抗线、间距、爆炸物产品的实际质量、和/或装载到爆破孔中的爆炸物产品的体积。在该示例中，等式包括一阶多项式。例如，表1包括示例地质因素。这些地质因素可以具有线性关系。在一些实施例中，地质因素可以是爆破孔高度和深度的自然对数与地质特性之间的关系。

表1

在一些实施例中，爆破设计系统通过对比能添加校正因素来计算第二因素。第二因素也可以被限制在一定量以下。例如，第二因素可以是：

RBS是用于此示例计算的比能。可以将RBS缩放157.7，以缩放RBS值。在等式2中，第二因素可以被限制为1.2或更小。

在一些实施例中，爆破设计系统通过将直径除以测量单位因素来计算第三因素，以将孔直径测量值取为期望的间距单位。所得的相除值可以进行平方。例如，第三因素可以为：

因此，图案进尺可以为：

先前提供的等式和表1是英制版本。类似的等式可以用于公制单位系统，如下所示。如果可以使用公制单位系统，可以使用等式5和表2。

表2

图案进尺可以用于确定抵抗线和间距414，并且执行能量检查420。抵抗线和间距代表图案进尺的长度和宽度，并且可以基于选择的爆破形状或图案以及地质而变化。例如，可以通过将图案进尺的平方根乘以常数来确定抵抗线，该常数是根据爆破现场的地质特性和期望的爆破图案类型的形状从岩石类别推导出。等式6和表3提供了可以用于确定抵抗线的示例等式和常数。

在等式6中，C是根据爆破现场的地质特性、以及期望的爆破图案类型的形状从岩石类别推导出的常数。表3包括针对正方形和矩形的C的示例值。

表3

图案类型	正方形/矩形	交错的
			岩石类别
块状(3)	1	0.85
			层压(1，2)	1	0.93

爆破设计系统可以通过将图案进尺除以抵抗线来计算间距，如下所示。

在一些实施例中，抵抗线和间距可以被舍入到最接近的0.5ft(对于公制为0.1m)增量。

在一些实施例中，爆破设计系统在确定了间距和抵抗线之后执行约束检查。例如，对于针对正方形或矩形图案的英制单位，爆破设计系统可以确定孔之间的距离是否大于所用孔直径的1.5倍。在一些实施例中，如果间距小于1.5倍，则检查失败，并且当前爆破设计无效并且不应继续进行进一步的计算。对于交错的图案，检查可以是如果使用公制单位，1.5可以替换为0.018。

爆破设计系统可以执行能量检查420，以确定产生的爆破是否将具有在目标范围内的能量。为了确定柱中爆炸物的质量，爆破设计系统可以使用等式8。

然后可以如等式9中所示来确定爆炸物的质量能量。

爆破设计系统可以对照最小能量质量阈值和最大能量质量阈值来检查爆破的质量能量，如等式10中所示。

能量质量_下限<质量能量<能量质量_上限等式10

在一些实施例中，爆破设计系统还可以检查爆破的质量能量是否在等式11中描述的参数内。

如果爆破的质量能量不在任何一个目标范围内，则当前的爆破设计无效，并且爆破设计系统不需要进行剩余的过程。

抵抗线和间距用于抵抗线刚度检查422和计算钻孔细节416。钻孔细节416描述单一钻孔的结构。为了找到钻孔的先钻(subdrill)深度，爆破设计系统可以将该抵抗线乘以0.3。顶部填塞可以通过将抵抗线乘以0.7来确定。对于分层孔，可以改变0.7这个因素。可以通过从爆破孔的深度减去顶部填塞来确定粉末柱。

爆破设计系统还可以使用抵抗线和间距来执行抵抗线刚度检查422。抵抗线刚度可以是孔的高度除以抵抗线，如下所示

爆破设计系统将抵抗线刚度与抵抗线刚度最小阈值进行比较。在一个实施例中，抵抗线刚度最小阈值是2。在一些实施例中，如果抵抗线刚度小于2，则爆破设计系统可以停止进行计算。在一些实施例中，爆破设计系统可以继续生成爆破设计，并且如果抵抗线刚度检查得出抵抗线刚度低于抵抗线刚度最小阈值的结论，则向用户抛出标志。

爆破设计系统可以完成振动检查424，以验证生成的爆破设计通过了地震仪约束。振动检查424可以检查在8毫秒的时间范围内可以爆破的最大爆炸物量。使用爆炸物的最大质量极限，爆破设计系统可以检查是否超过最大质量极限。例如，其中α是阿尔法因素，并且默认值为1.6。K是基于地质特性的常数。表4示出了示例性K值。

表4

地质输入	K值
		有利	140
平均	160
		困难	200

爆破设计系统可以确定满足爆破限制数据404所需的孔的数量。在一些实施例中，来自可选的爆破限制数据404的四个约束中的一个的输入可以由爆破设计系统进行计算。根据用户输入的约束，计算过程会执行不同的计算。每次计算的最终结果应是相同的。最终结果是满足给定限制的所需孔数量。根据所提供的输入，将使用以下四个等式之一。以下等式的结果可以被舍入到最接近的整数，以找到满足爆破限制数据404的孔数量。

如果爆破限制数据404是爆炸物的总重量，则爆破设计系统可以使用等式13。

如果爆破限制数据404是岩石的总体积，则爆破设计系统可以使用等式14。

从钻孔爆破的岩石体积＝抵抗线*间距*面高度 等式14

如果爆破限制数据404是待爆破的岩石体积，则爆破设计系统可以使用等式15。

如果爆破限制数据404是待爆破的岩石总重量，则爆破设计系统可以使用等式16。

如果爆破限制数据404是孔的数量，则使用该爆破限制数据。

爆破设计系统可以执行度量评估430，以确定有用的统计数据，用于将它们呈现给用户。在一个实施例中，爆破设计系统可以在度量评估430期间确定以下因素。

总钻孔长度＝孔的数量*(面高度+先钻)等式18

爆破设计系统可以输出爆破设计408。爆破规划包括抵抗线和间距、钻孔细节、预测的振动粉末因素、孔的数量、图案细节、钻孔长度、待爆破的材料体积、爆炸物的重量、和/或待爆破的材料重量。

在一些实施例中，确定图案进尺包括计算面高度与特异于台阶地质特性的可用爆炸物产品的直径的几何关系，以确定原始图案进尺。在一些实施例中，爆破设计系统基于可用爆炸物产品的比能与在先前爆破中使用的爆炸物产品的比能之间的差异来调节原始图案进尺，来自这些先前爆破的先前爆破数据已被用于生成该等式。在一些实施例中，爆破设计系统基于可用爆炸物产品的体积来调节原始图案进尺。

在一些实施例中，爆破设计系统可以通过生成包括所接收的爆破数据的多个排列的数据集来执行爆破设计的优化(参见图5)。爆破设计系统可以针对这多个排列中的每一个来模拟爆破以确定多个模拟结果，并且基于最高评分的模拟结果来制定爆破规划。在一些实施例中，爆破设计系统可以执行碎屑图像的爆破后分析，并且基于碎屑的尺寸和位置来调整未来的爆破规划。

在一些实施例中，爆破设计系统可以改变这些排列内的乳化爆炸物密度以进行模拟，从而确定每个爆破孔的最佳能量分布。例如，爆破设计系统可以确定爆破孔内具有不同地质特性的段。这多个排列可以包括用于爆破孔和/或爆破孔内的段的不同爆炸物密度和/或产品。在一些实施例中，这多个排列可以包括在爆破孔内具有不同地质特性的段内不同密度的乳化爆炸物或硝酸铵和燃料油(ANFO)。

在一些实施例中，爆破设计系统可以输出碎裂预测。例如，基于历史爆破，爆破设计系统可以预测碎裂尺寸并且将该预测提供给用户。

图5至图13展示了通过对多个可能排列执行多次模拟来生成爆破设计的各个方面。图1和图3的爆破设计系统106可以使用图5至图13中描述的通过使用多个排列来生成爆破设计。

图5展示了根据一个实施例的方法500的流程图，该方法用于通过针对多个可能排列执行多次模拟来生成爆破设计。该方法将对这些排列的模拟作为可以独立解决的问题来执行。

执行该方法500的爆破设计系统从用户接收502爆破数据。爆破数据可以包括爆破现场尺寸、爆破现场地质和可用爆炸物类型、和/或其他数据输入(例如，图4的爆破特定数据402、爆破限制数据404和位置数据406)。爆破设计系统从接收到的爆破数据生成504多个可能的爆破设计排列的数据集。爆破设计系统针对这多个排列来模拟506爆破，以确定多个模拟结果。模拟可以在多台机器、处理器、内核或线程上并行运行，以改善效率。

模拟结果被存储507，并且被评分和比较508。设计系统可以基于最高评分的模拟结果生成爆破规划，并且将结果呈现510给用户。爆破规划标识了要钻出的爆破孔的位置、以及要使用的爆炸物的类型和量。在一些实施例中，爆破规划可以基于成本、分层的数量、孔的数量、抵抗线刚度比和振动得分中的一者或多者进行评分。

图6展示了从爆破数据生成多个排列的数据集的方法600的示例(例如，参见图5，生成504数据集)。执行该方法600的爆破设计系统识别602爆破数据的可能排列。例如，爆破设计系统可以使用可用孔直径、选定的产品、和分层数量来识别可能排列。爆破设计系统可以针对每个排列生成604记录，并且组合606针对每个排列的记录以生成数据集。

例如，爆破数据可以包括以下指示：具有最多三个分层、具有两个可用的孔直径(例如，89mm和102mm)以及选定的产品是Dynomix倾注。在此示例中，爆破设计设置将被简化为爆破数据的所有排列的集合。例如，如果没有默认产品，则排列将包括：

[孔直径＝89mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝1]

[孔直径＝89mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝2]

[孔直径＝89mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝3]

[孔直径＝102mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝1]

[孔直径＝102mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝2]

[孔直径＝102mm，产品＝dynomix倾注，孔配置＝3]

排列的总数目可以用等式18计算。在此特定的示例中，具有六种可能排列。

任务数量＝(选定的产品+默认产品)*|孔直径|*最大分层数量等式18

在一些实施例中，排列还可以包括在爆破孔的段内的不同密度的爆炸物产品。例如，爆破孔可以具有变化的硬度分布，并且这些排列可以在爆破孔的具有相似硬度值的段处施加某一密度的爆炸物产品、在爆破孔的具有不同硬度值的段处施加第二密度的爆炸物产品、在爆破孔的具有另一不同硬度值的段处施加第三密度的爆炸物产品，等等。

图7展示了用于模拟数据集的排列的方法700的示例(例如，参见图5，执行506模拟)。执行该方法700的爆破设计系统生成702爆破水平细节。这包括图案进尺、抵抗线和间距。在所示的实施例中，爆破设计系统还生成704针对抵抗线和间距的孔水平细节。爆破设计系统可以执行706有效性检查，以确定爆破设计是否满足有效爆破的目标标准。该方法然后可以计算708有效爆破的特征。以下附图提供了这些步骤的更多细节。

图8A和图8B展示了用于生成爆破水平细节的方法800(例如，参见图7，生成702爆破水平细节)。方法800从给定的输入生成潜在的爆破设计解决方案。爆破设计系统可以根据直径、产品、分层的数量为每个排列和地震仪计算802每单位延时的质量磅数，并且根据最低地震仪和最严格每单位延时质量磅数来识别804排列。

爆破设计系统计算806初始图案进尺。这可以使用参考图4描述的等式4和表1或等式5和表2来进行。爆破设计系统根据初始图案进尺来计算807初始抵抗线和间距。可以使用等式6和表3来计算初始抵抗线，并且可以使用如参考图4所描述的等式7来确定间距。

爆破设计系统确定808初始抵抗线和间距是否不大于爆破现场的长度和宽度。如果初始抵抗线和间距大于爆破现场的长度和宽度，则没有可能的解决方案，且方法结束。如果初始抵抗线和间距不大于爆破现场的长度和宽度，则方法继续，并且计算810最小抵抗线和间距，其中小于抵抗线并且抵抗线小于初始间距。

爆破设计系统可以对初始抵抗线进行舍入812。例如，爆破设计系统可以将初始抵抗线舍入到小数点后1位，或如果以英尺为单位，则舍入到.5。

爆破设计系统计算814新的图案进尺。新的图案进尺＝优先化距离*非优先化距离。取决于用户希望更好地适应爆破长度或爆破宽度中的哪一个，优先化距离可以是抵抗线或间距。例如，如果优先化距离是抵抗线，则非优先化距离变成间距。

爆破设计系统检查816新的图案进尺是否在目标范围内，该范围为：图案进尺*0.9<新的图案进尺<图案进尺*1.1。如果新的图案进尺不在目标范围内，则爆破设计系统尝试822找到如图9描述的适合的优先化距离。如果新的图案进尺不在目标范围内，则爆破设计系统检查818优先化距离是否完美地适合(例如，爆破长度或宽度等于优先化距离)。

如果优先化距离并不是完美地适合，则爆破设计系统尝试822找到如图9描述的适合的优先化距离。如果优先化距离确实完美地适合，则爆破设计系统将新的抵抗线和间距附加820到最终结果列表，然后尝试找到822其他适合的优先化距离。爆破设计系统对从最佳适合到最差适合排序的近似结果列表进行排序824。

在图8B中，爆破设计系统遍历826该近似结果列表，并且从当前结果中选择优先化距离。爆破设计系统从近似结果列表中获取潜在的抵抗线和间距配置。爆破设计系统根据尺寸规则获取并且检查830潜在的抵抗线和近似间距。爆破设计系统根据初始图案进尺和潜在的优先化距离来计算832最大非优先化距离和最小非优先化距离。爆破设计系统可以基于等式19和等式20计算最大和最小非优先化距离。

间距 ≤ 抵抗线 ≤ 1.4 * 抵抗线 等式19

抵抗线 ≤ 间距 ≤ 1.4 * 距离 等式20

爆破设计系统将非优先化距离步进834 0.1(或者，如果使用英尺，则步进.5)。在该步骤之后，爆破设计系统检查836潜在的非优先化距离是否<最大非优先化距离。如果潜在的非优先化距离不小于目标阈值，则爆破设计系统从当前结果中选择828下一个优先化距离。如果潜在的非优先化距离小于目标阈值，则爆破设计系统计算838新的图案进尺，该新的图案进尺等于：优先化距离*潜在的非优先化距离。爆破设计系统进行检查840以查看新的图案进尺是否在目标范围内。例如，目标范围可以为最小PattF<新的PattF<最大PattF。如果新的图案进尺在目标范围内，则新的图案进尺结果被附加842到最终结果列表。如果新的图案进尺不在目标范围内，则爆破设计系统对潜在的非优先化距离添加844步长。

爆破设计系统进行检查846是否已经尝试所有的优先化距离。如果尚未全部尝试，则爆破设计系统从当前结果中选择828下一个优先化距离。如果已经尝试所有的优先化距离，则爆破设计系统对最终结果列表进行排序848以获得最佳适合(例如，首先是最小余数)，并且爆破设计执行用于生成孔水平细节的方法，如图10中所描述。

图9是方法900，爆破设计系统可以使用该方法来尝试902找到适合爆破现场的优先化距离。在此方法中，爆破设计系统尝试为找到最佳适合的优先化距离(例如，抵抗线或间距)。最佳适合意味着上溢或下溢最小(即余数接近或等于零)。例如，对于宽度为50m的爆破现场，如果抵抗线为5米，则没有余数，因为相隔5米的10个孔＝50m。作为另一示例，4.9米的抵抗线针对10个孔产生1米下溢的余数、或者针对11个孔产生3.0m上溢的余数。

爆破设计系统可以对抵抗线进行舍入904并且生成906步长(例如，对于米为0.1、对于英尺为.5)。通过对抵抗线添加步长，调整908舍入的抵抗线。爆破设计系统检查910舍入后的抵抗线是否在目标范围内，具体地，是否大于最小抵抗线且小于最大抵抗线。如果舍入后的抵抗线不在范围内，则爆破设计系统返回图8A，以尝试找到适合的优先化距离。如果舍入后的抵抗线在范围内，则爆破设计系统使用抵抗线来确定912现场规划的长度的余数。例如，对于50m的爆破宽度和5m的抵抗线，由于10个孔*5m＝50m，因此没有余数。在另一示例中，当抵抗线为4.9m，且爆破宽度保持在50m时，针对10个孔具有1m下溢的余数，或者针对11个孔具有3.9m上溢的余数。系统将余数和抵抗线附加914到近似结果列表。

图10展示了用于针对给定的抵抗线和间距(例如，分层配置、先钻、顶部填塞、中间填塞和粉末柱长度)生成孔水平细节的方法1000。粉末柱长度是用爆炸物填充的爆破孔部分的长度。使用方法1000的爆破设计系统遍历1002潜在的抵抗线和间距，并且检查优先化距离、非优先化距离、图案进尺和余数。爆破设计系统确定1004是否已经使用所有潜在的抵抗线和间距。爆破设计系统从潜在的抵抗线和间距列表中选择1006下一个项。该系统检查1008抵抗线和间距对于爆破区域不太大，并且计算粉末柱长度、先钻和顶部填塞以及中间填塞。

爆破设计系统可以构建分层1010并且计算爆炸物的质量。爆破设计系统可以基于以下标准来构建分层1010。顶部与中间分层将具有相同的粉末柱和爆炸物质量。中间分层和底部分层可以具有相同的高度(底部分层高度不包括先钻)。由于先钻的原因，底部分层可能具有不同质量的爆炸物。由于顶部填塞，顶部分层将具有不同的高度。

图11展示了用于测试所规划的爆破设计的有效性的方法1100。使用方法1100的爆破设计系统可以执行一系列有效性检查。例如，爆破设计系统可以执行能量和质量检查、每单位体积能量检查、和抵抗线-刚度检查。

对于能量和质量检查，爆破设计系统进行检查1104以查看针对分层的爆炸物质量是否小于关键地震仪每单位延时质量磅数，并且每个分层每次质量检查的最小能量是否小于分层能量并且分层能量是否小于每个分层每次质量检查的最大能量。分层能量计算可以为：

每单位体积能量检查可以用于检查1106每单位体积最小能量是否小于分层能量，进而分层能量是否小于每单位体积最大能量。

如果每单位体积的能量在爆破设计内，则该解决方案被添加1108到潜在的解决方案列表。爆破设计系统从所有分层计算1110抵抗线-刚度比，并且返回孔的最差抵抗线-刚度比的结果。抵抗线-刚度比检查可以用于确定1112抵抗线-刚度额定值是否>2。

图12展示了用于计算有效设计的特定特征的方法1200。方法1200测试所规划的爆破设计的有效性。爆破设计系统计算1202关键振动。 其中“a”可以总是正的(例如，a＝1.6)。爆破设计系统可以计算1204孔的数量，计算1206爆炸物的总重量，计算材料的总重量，计算材料的体积，计算1208被爆破岩石的体积，计算1210粉末因素，计算1212总钻孔长度，计算1214填塞体积，并且返回1216结果。

图13展示了基于振动来评分的爆破规划结果的图形1300，曲线由振动1302拟合。存在最佳得分1306、1312和OK得分1308、1310和1314。在一些实施例中，不选择最高得分，而是选择最高振动的80％的点1304处的得分。为了实现这点，爆破设计系统根据类似于图形1300的多项式来拟合振动结果。然后，一旦根据多项式来拟合结果，得分就在y轴线上。为了对爆破规划结果进行评分，爆破设计系统可以基于以下方法之一进行评分：1)最少的分层数量、2)最少的孔数量、3)抵抗线刚度比、或4)振动得分。前三种方法通过选定的标准对结果进行排序。

图14展示了用于编辑抵抗线和间距的方法1400。在一些实施例中，用户可能能够使用这种方法来编辑抵抗线和间距。用户可以输入期望的抵抗线和/或间距。

例如，此方法1400可以用于编辑使用图8A至图9中概述的这些方法确定的抵抗线和间距。由于抵抗线和间距是作为生成爆破设计的步骤来计算的，因此调整这些参数可能需要部分地执行用于生成爆破设计的方法(例如，在图7中，该方法可以针对给定的抵抗线和间距生成704孔水平细节、执行706有效性检查(例如，能量检查、抵抗线刚度检查和振动检查)、并且计算708有效爆破的特征(例如，爆炸物的重量、材料的重量、材料的体积、孔的数量、碎裂尺寸))。

使用该方法1400的系统检查1402图案进尺是否被锁定。被锁定的图案进尺指示图案进尺在抵抗线或间距被编辑后保持不变。如果图案进尺被锁定，则系统接收1412指示抵抗线或间距的输入。如果输入的是间距，则系统基于间距计算1414抵抗线。如果输入的是抵抗线，则系统将基于抵抗线计算1416间距。如果图案进尺未被锁定，则系统接收1404指示抵抗线和间距的输入，并且输出1406图案进尺。

系统可以进一步执行1408图案进尺检查。例如，系统可以检查图案进尺是否大于或等于原图案进尺并且小于或等于原图案进尺的110％。

系统可以进一步执行1410图案比率检查。例如，系统可以检查间距≥1.5x孔直径，以及间距≤1.5x抵抗线。

本文所披露的示例和实施例应理解为仅为说明性和示例性的，而不是以任何方式限制本披露的范围。受益于本披露的本领域技术人员将清楚的是，可以在不脱离本披露的基本原理的情况下对上述实施例的细节作出改变。

Claims (10)

1.一种用于生成爆破规划的方法，该方法包括：

接收爆破数据，该爆破数据包括待爆破的爆破现场的台阶的几何特性和地质特性、以及可用爆炸物产品的直径和爆炸特性，其中，该台阶的几何特性包括该台阶的面高度；

确定图案进尺，该图案进尺能够被位于该台阶中的爆破孔中的该可用爆炸物产品适当地碎裂，其中确定该图案进尺包括确定该面高度、该可用爆炸物产品的比能和该台阶的地质特性之间的关系；

根据该图案进尺确定抵抗线和间距；以及

使用该抵抗线和该间距生成爆破规划。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定该图案进尺包括计算该面高度与特异于该台阶的地质特性的该可用爆炸物产品的直径的几何关系，以确定原始图案进尺。

3.如权利要求1所述的方法，其中，确定该图案进尺包括将该面高度与该可用爆炸物产品的直径的比率作为变量输入到等式中以确定原始图案进尺，该等式的地质常数凭经验拟合来自先前爆破中的先前爆破数据，所述先前爆破数据已经使得这些先前爆破的特定台阶材料适当碎裂。

4.如权利要求3所述的方法，其中，该等式包括一阶多项式。

5.如权利要求4所述的方法，其中，该一阶多项式包括:

将第一地质常数乘以该面高度除以该可用产品的直径的相除值的自然对数；以及

将该结果减去第二地质常数。

6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，确定该图案进尺进一步包括：基于该可用爆炸物产品的比能与在这些先前爆破中使用的爆炸物产品的比能之间的差异来调节该原始图案进尺，来自这些先前爆破的先前爆破数据已被用于生成该等式。

7.如权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，确定该图案进尺进一步包括基于该可用爆炸物产品的体积来调节该原始图案进尺。

8.如权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，该可用爆炸物产品的直径包括位于该台阶中的该爆破孔的直径，并且该可用爆炸物产品包括散装爆炸物。

9.如权利要求1所述的方法，其中，确定该图案进尺包括在爆破规划中限定孔周围的区域，其中，该图案进尺包括基于这些地质特性和该面高度的第一因素、基于该可用爆炸物产品的比能的第二因素、和基于该可用爆炸物产品的直径的第三因素的乘积。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：通过以下来计算该第一因素：

计算第一地质因素乘以面高度除以该可用产品的直径的相除值的自然对数的结果；以及

将该结果减去第二地质因素。