煤矿巷道掘进爆破智能设计系统及应用探讨

刘亚　孙建峰　黄传贤

摘要：煤矿工程区地理环境、地区质量、岩石区的稳定性、地表岩石层断面的形状、地底瓦斯赋存量、施工队的开采条件及岩石开采过程中的力学等是煤矿巷道掘进爆破智能设计方案所要涉及的内容，煤矿的开采是复杂的理论与技术含量相结合的高难度问题。要进行煤矿巷道爆破智能设计系统方面的研究，必须使研究理论成果和实践经验相结合。

关键词：煤矿工程区；巷道掘进爆破；智能设计系统；智能布孔；煤矿开采 文献标识码：A

中图分类号：TD235 文章编号：1009-2374（2015）30-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.032

1 研究煤矿巷道掘进爆破智能系统设计的意义

随着世界能源的大幅度减少，地下矿产开采次数越来越频繁，各地区巷道工程建设任务也越来越繁重，同时由于煤炭巷道安全方面的隐患，使得建设者们面临的压力也越来越大。我国目前的巷道爆破工程就普遍存在着施工速度低且安全隐患大的问题，在煤矿巷道挖掘的过程中，掘进爆破依然采用的是人工钻孔，难免会出现工作效率低、工作成功率不高的情况。这些情况不仅影响巷道工程开挖的进度，还给施工者留下很大的生命威胁。新世纪的计算机科技的飞速发展，使得专家们看到关于煤炭开采工程的另外一种可能，就是在巷道掘进爆破施工中利用计算机智能进行辅助，经过专家们潜心的研究和无数次的试验，最终设计出了煤矿巷道掘进爆破智能系统。专家们认为煤矿巷道掘进爆破智能系统就是解决目前巷道掘进爆破工程中出现问题的最理想办法。

2 煤矿巷道掘进爆破智能系统的内在形式

2.1 煤矿巷道掘进爆破智能系统的组成

通过煤矿巷道爆破领域的专家们对传统巷道爆破设计系统和工艺方面的深入研究，把所有参加研究的煤矿巷道爆破领域的专家们的研究理论成果和实践经验、失败原因进行细致的分析和总结，最终基本确立了爆破系统下的各组成部分的构造方法和主要组织形式，其主要是由主用户界面、系统数据库、计算机内部推理机构、计算机系统知识获取机构四个部分构成。

2.2 煤矿巷道掘进爆破智能系统的数据库

通过煤矿巷道爆破领域专家们的系统研究和后期工作人员们的资料整理，最终将关于巷道掘进爆破的数据划分为五大类型板块，分别是用户信息基础、系统经验知识库、爆破数据资料、掏槽模式参数、统筹设计图表。本文所指的数据库是工作人员们采用Microsoft Access进行编辑。

3 煤矿巷道掘进爆破智能系统设计的案例

3.1 智能布孔设计

兖矿集团的杨村煤矿采用的就是智能系统设计中的布孔设计，其煤矿区的巷道断面多采用拱形设计，长、宽、高等固定指标都是经过核算后达到的最精确的数据：宽5.2m×高4.2m～宽2m×高2m，掏槽的形状大多采用的是楔形。杨村煤矿中一个宽4.8m×高3.6m的巷道根据自适应智能布孔原理，采用的是单楔形掏槽的拱形断面。拱形断面轮廓线绘制就是在智能系统中建立一个固定的坐标系，按照系统比对顺序输入断面控制点，利用控制点区域形成的坐标表示控制点间的曲线特征参数，然后将区域内控制点用曲线连接起来生成一条断面轮廓线。在主用户界面中，输入经由计算得到的断面参数后即可得到需要的断面轮廓线。

在操作过程中，最重要的就是掏槽孔的布置。根据系统经验数据库及由断面轮廓线得到的断面参数来确定最终循环进尺以及爆破点的孔深，选择最合适的掏槽角并根据其确定孔口间距后，可以根据所得到的结果在断面直角坐标系下得到准确的布孔位置，从而布置出掏槽孔。在杨村煤矿中系统计算下，又经现场反复测试出的掏沟槽倾角位置在68°～79°之间最为合理。最后在系统的用户界面中输入参数就可以得到楔形掏槽孔最终的布置图。根据前期计算后得出的掏槽孔布置图来布置掏槽的周边孔。用布置图中曲线弧的圆心为圆心、以布置图的曲线半径，再减去掏槽周边孔孔口与开挖轮廓线的距离为半径作与其曲线弧等角度的弧线。然后，根据掏槽周边孔的间距对应的弧长从前一个控制点开始布置，全部按控制点间序号顺序的顺时针方向来布置周边孔位置。准确地布置掏槽孔的位置后，就可以开始布置掏槽孔周边辅助孔的位置。再由系统的用户界面中获取辅助孔参数后，以两点间的排距为单位，由掏槽区域的边界向煤矿巷道两侧开始布置炮孔排，然后以相同的孔距在各排掏槽区域的上下相同距离范围内进行布置炮孔以及辅助孔。最后系统计算结果和煤矿巷道布置完成、掏槽区的掏槽孔挖掘完毕后，就开始进行巷道掘进爆破布孔的设计方案。

3.2 智能爆破布孔设计的结果

根据巷道掘进爆破布孔的方案，最后进行由系统计算确定底孔的距离和崩落眼的距离，最终完整的炮孔布置图就是按照掏槽孔和辅助孔眼的两种相同布孔方式相结合得到的。方案的实施过程中，掘进爆破的设计参数都基本合理，试验得出的爆破效果比较理想。将专家根据反复的试验后得出的设计方案与智能系统中的设计方案、最终的实验结果进行比较，发现利用巷道掘进爆破智能设计系统，能够优化爆破过程中的参数，计算机也能够自适应智能布孔成图，可以在较短时间内完成巷道掘进爆破设计，缩短时间，减少人力上的浪费，提高了施工质量和进度，保障了施工人员的安全。

4 结语

根据巷道掘进爆破技术经验、成果和新型计算机智能系统的理论，进行煤矿巷道掘进爆破智能设计的全方位系统功能的研发以及功能，通过对各个模块设计的研究结合计算机模拟技术，实现根据巷道基本参数自动生成炮孔布置图，从而提高巷道掘进爆破的工作效率和成功率，这就是新型的煤矿巷道掘进爆破智能系统。

参考文献

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（责任编辑：秦逊玉）endprint