智能爆破|北京理工大学杨军等：露天台阶爆破智能设计系统研发及应用

近年来，随着5G通信和大数据等信息技术的融合与发展，我国矿山智能化建设在国家政策引导和企业面临的生产安全压力的双重作用下迅速发展。在矿山爆破技术领域，高精度延时、逐孔起爆等技术的广泛应用极大促进了爆破理论和设计理念的发展。为改变露天台阶爆破参数设计、爆破效果预测和评价等大多依赖现场经验，难以适应矿山数字化进程需求的局面，爆破设计软件及各种专家系统的研发受到国内外学者的高度重视，发展极为迅速。

北京理工大学杨军教授以VC++作为开发平台，Open GL作为3D图形引擎，由底层自主开发了一套露天台阶爆破智能设计系统。该系统基于高精度延时逐孔起爆条件下单孔拟柱体（炮孔分担区域）破碎理论模型，结合人工智能和台阶爆破设计原理，实现三维布孔自动化、起爆网络连接自动化、爆破参数选取智能化和设计图表规范化等目标。

单孔破碎区域拟柱体模型

爆破智能设计水平直接体现于爆破效果，而影响爆破效果的因素又是多方面的，既有矿岩地质条件、台阶参数及设备能力等先决条件，又有炮孔布置、起爆方式和装药量等爆破参数，还有安全要求、爆破质量、成本控制等人为要求因素。在诸多影响因素中，决定岩石爆破效果的除了矿山自然地质因素、采矿条件、人为要求等条件外，一个非常重要因素就是装药量

利用单位体积岩石炸药消耗量来计算平均装药量的方法，在高精度延时逐孔起爆条件下已经难以维系。原因是逐孔起爆条件下各排第一个起爆孔与其他孔自由面条件不同；各孔分担范围除自由面外，还受前排相邻孔和同排先爆孔爆破效果的影响，很难达到一致。如果采用逐排起爆平均分配药量的方法，各孔的爆破质量难以保证。若要准确得出各孔合适的装药量，就必须先搞清楚各孔的准确分担范围。现有的爆破漏斗理论和圆柱体破坏范围划分方法显然难以满足要求。

单孔柱状药包周围岩体的破坏范围为拟柱体，台阶下部会形成楔形的破碎区域，与顶部距离越近，楔形体体积会稍微增大，台阶顶部填塞段也会形成一个近似拟柱体的破碎范围，由此提出了露天台阶爆破岩石破碎拟柱状理论。该理论的核心思想是在逐孔起爆条件下各炮孔分担的岩石破碎范围与孔距、排距、台阶高度及自由面条件等相关，尤其是同排先爆炮孔对岩石破碎质量的影响尤为明显。这是因为炮孔起爆时可以同时利用前排炮孔及同排先爆孔所提供的自由面，所以在水平方向上，岩石破碎范围近似为平行四边形；同时由于台阶坡面角存在，岩石破碎体通常不是立方体，而是斜立方体，呈拟柱体破碎特征。

JKMRC破碎模型

系统研发及功能设计

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

供稿：曾文旭

编排：余思晨

审核：王小兵

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