定向爆破装药设计与效果评价方法及系统

1.本发明属于采矿技术领域，尤其涉及定向爆破装药设计与效果评价方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.煤炭是最主要的能源之一，在地下采矿工程中，当进行顶板爆破定向崩矿作业时，常由于爆破后冲作用严重、爆破块度不均等现实问题而影响采矿的后续作业。
4.但是，在目前的矿井顶板定向切缝爆破中，并不能使岩石得以充分破碎，爆破效率较低，且无法有效地控制爆破危害效应。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供定向爆破装药设计与效果评价方法及系统，通过科学定量计算确定爆破孔装药量等装药参数，在减少炸药用量的同时保证爆破效果。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明的第一个方面提供定向爆破装药设计与效果评价方法，其包括：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。
7.进一步地，所述装药参数包括根据顶板的力学参数和钻孔深度，确定的聚能管数量和炮泥长度。
8.进一步地，所述装药参数包括根据炮孔参数、聚能管直径、装药直径、顶板的力学参数、导向裂纹的长度和炸药的爆速，确定的钻孔装药量。
9.进一步地，所述顶板的力学参数包括抗压强度、抗拉强度和弹性模量。
10.进一步地，在进行装药时，基于装药参数，将炸药装入开设有圆孔的各个聚能管中。
11.进一步地，在进行装药时，在聚能管的底部安装倒v型的炸药阻滑装置。
12.进一步地，所述顶板中，不同的两个相邻钻孔之间的间距不同。
13.本发明的第二个方面提供定向爆破装药设计与效果评价系统，其包括：数据获取模块，其被配置为：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；
计算模块，其被配置为：对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断模块，其被配置为：判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。
14.本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。
15.本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了定向爆破装药设计与效果评价方法，其通过科学定量计算确定爆破孔装药量等装药参数，减少炸药用量的同时保证爆破效果。
17.本发明提供了定向爆破装药设计与效果评价方法，其通过定向聚能管实现对顶板的定向预裂爆破。能够将炸药爆破能量集中到具体的方向，提高了爆炸能量的利用率，减少了对其他方向岩体的损伤，而且能有效对顶板定向预裂爆破的致裂效果进行探测，保证致裂效果评价的精确性。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1是本发明实施例一的定向爆破装药设计与效果评价方法的流程图；图2是本发明实施例一的顶板定向预裂爆破装药示意图；图3是本发明实施例一的聚能管连接示意图；图4是本发明实施例一的聚能管剖面图；图5是本发明实施例一的定向预裂爆破外部贯穿率效果评价图；图6是本发明实施例一的定向预裂爆破内部贯穿率效果评价图。
具体实施方式
20.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
21.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.实施例一本实施例提供了定向爆破装药设计与效果评价方法，如图1所示，包括：步骤1：开展顶板取芯，取芯长度与钻孔9深度一致，确定顶板岩性，做好编录工作，同时开展围岩力学参数实验，获得顶板的力学参数，确定顶板围岩（岩性）分区。
23.其中，顶板的力学参数包括：抗压强度、抗拉强度、弹性模量等，当然不受局限。
24.步骤2：根据顶板的力学参数和钻孔9深度，确定每个钻孔9所需定向聚能管7数量及炮泥8长度，炮泥8长度一般为钻孔长度的1/3。
25.步骤3：根据顶板岩性分区，确定钻孔9装药量。
26.具体地，对于每个钻孔9，在爆破前，获取炮孔参数（包括炮孔装药密度、炮孔长度）、聚能管直径、装药直径、顶板的力学参数（包括断裂韧度和抗拉强度）、导向裂纹的长度、炸药的爆速，计算得到钻孔装药量（即炮孔装药量）：度、炸药的爆速，计算得到钻孔装药量（即炮孔装药量）：度、炸药的爆速，计算得到钻孔装药量（即炮孔装药量）：上式中，qe为炮孔装药量；db为聚能管直径，dc为装药直径，m；p0为炮孔装药密度，kg/m3；le为炮孔装药系数；l为炮孔长度，m；k
ic
为岩石的断裂韧度，mpa.m
1/2
；dv为炸药的爆速，m/s；a为导向裂纹的长度，m；为岩石的抗拉强度，mpa。
27.需要注意的是，炮孔（钻孔）是指安装聚能管、炸药、雷管、炮泥的爆破孔，顶板预裂爆破流程为：打孔
→
装药
→
起爆，为了实现顶板预裂爆破首先需要根据钻孔角度、深度、间距，施打钻孔，，在此基础上通过装药量参数设计获得合理参数，在钻孔中安装聚能管、炸药、雷管、炮泥；通过起爆器启动雷管进行爆破，实现顶板定向预裂效果。
28.另外，本实施例所采用的定向预裂爆破技术，一方面需要通过聚能管来实现内部贯穿（沿炮孔深度方向贯穿），另一方面需要通过设计装药参数实现外部贯穿（相邻炮孔之间贯穿），即导向裂纹是外部贯穿的效果的关键指标。
29.步骤4：安装炸药。基于步骤2和步骤3得到的装药参数（炮泥长度、钻孔装药量和定向聚能管7的数量），将若干卷炸药3，按照爆破参数设计要求装入各定向聚能管7中，如图2所示。
30.其中，炸药3为乳化炸药，装药方式为正向装药。
31.其中，定向聚能管7可实现定向爆破切缝，如图4所示，定向聚能管表面有两列均匀等距圆孔（即聚能管孔），两列聚能管孔关于定向聚能管7的中轴线对称，炸药爆炸时，聚能射流，提高爆破效率，减少对其他方向岩体的损伤。
32.步骤5：安设雷管并连接导线。在每根定向聚能管7最下端炸药中安设雷管1，将雷管导线2从定向聚能管孔引出与导爆母线4连接。
33.具体的，将各雷管1导线2从定向聚能管孔引出后，均与母线4连接，实现各雷管间的并联，确保爆破效果，降低哑炮影响。
34.步骤6：安设租滑器。每支定向聚能管7装药完成后，在其底部安装炸药阻滑装置5。
35.其中，炸药阻滑装置5为倒v型，炸药阻滑装置5的两端从聚能管孔中外露，形成底部托底阻止炸药下滑，且炸药阻滑装置5具有较强的刚度，可有效防止炸药在定向聚能管中滑落，材质可为合金钢，当然不受限制。
36.步骤7：连接聚能管。使用定向聚能管连接器6将相邻定向聚能管7连接。
37.定向聚能管连接器6为两端开口的圆管，且内壁开设有螺纹，如图3所示，定向聚能
管连接器6为双向等长螺纹圆柱形装置，可紧固连接两根定向聚能管，同时保证定向聚能管方向一致。
38.步骤8：定向聚能管7连接完成后，利用伸缩杆将定向聚能管推入到钻孔9中。
39.步骤9：填充炮泥。根据步骤2得到的炮泥长度，使用自动冲泥装置向钻孔9中填充炮泥8。
40.其中，炮泥8为高性能吸水吸附聚合物，可有效附着在钻孔内壁，保证密封效果。
41.步骤10：将母线4与起爆装置连接，检查电压电流，进行顶板定向预裂爆破。
42.步骤11：现场开展不同钻孔间距爆破实验方案，参考图6所示，k1、k2、k3为不同的钻孔间距，即不同的两个相邻钻孔9之间的间距不同。
43.需要说明的是，钻孔9在爆破后，可称为爆破孔9。
44.步骤12：根据爆破效果评价结果，确定最佳装药参数，达到最优爆破效果。
45.在爆破后，获取每个爆破孔内壁上的裂缝的长度和深度、两爆破孔间距；并对每个爆破孔，判断钻孔内壁两侧切缝（裂缝）延伸率和相邻两个钻孔之间贯穿率是否达到要求（即评价效果是否符合要求）；若所有爆破孔达到要求，则将顶板定向预裂爆破装药参数（包括钻孔装药量、聚能管数量和炮泥长度）作为最优装药参数（最终装药参数）；否则，返回步骤2。
46.具体的，爆破评价通过使用数字式全景钻孔窥视系统，数字式全景钻孔窥视系统包括高清摄像镜头10、影像记录仪11、深度编码器12和计算机13。
47.在爆破后，将高清摄像镜头10深入钻孔9，深度编码器12记录高清摄像镜头10的进入深度；高清摄像镜头10采集包含爆破后钻孔内壁裂纹的视频，通过影像记录仪11记录包含爆破后钻孔内壁裂纹的视频，并将视频数据导入计算机，识别出视频中的每个爆破孔内壁上的裂缝的长度和深度，进而输出每个爆破孔的内壁两侧切缝延伸率、以及与相邻钻孔之间的贯穿率。
48.当钻孔的内壁两侧切缝延伸率达到90%以上，同时与相邻钻孔之间的贯穿率达到90%以上时，即：，，lb=l
b1
+l
b2
，达到要求。
49.如图5所示，la为两爆破孔间距，h1为钻孔深度，h2为爆破完成后爆破孔内壁上的裂缝的延伸长度，lb为爆破完成后两爆破孔之间的裂缝的延伸距离，l
b1
和l
b2
均为一个爆破孔内壁上的裂缝的深度。
50.本实施例提供的定向爆破装药设计与效果评价方法，通过科学定量计算确定爆破孔装药量等装药参数，减少了炸药用量的同时保证爆破效果。
51.本实施例提供的定向爆破装药设计与效果评价方法，通过定向聚能管实现对顶板的定向预裂爆破。能够将炸药爆破能量集中到具体的方向，提高了爆炸能量的利用率，减少了对其他方向岩体的损伤，而且能有效对顶板定向预裂爆破的致裂效果进行探测，保证致裂效果评价的精确性。
52.实施例二本实施例提供了定向爆破装药设计与效果评价系统，其具体包括：数据获取模块，其被配置为：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；计算模块，其被配置为：对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断模块，其被配置为：判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。
53.此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
54.实施例三本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。
55.实施例四本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。
56.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，包括：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。2.如权利要求1所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，所述装药参数包括根据顶板的力学参数和钻孔深度，确定的聚能管数量和炮泥长度。3.如权利要求1所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，所述装药参数包括根据炮孔参数、聚能管直径、装药直径、顶板的力学参数、导向裂纹的长度和炸药的爆速，确定的钻孔装药量。4.如权利要求2或3所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，所述顶板的力学参数包括抗压强度、抗拉强度和弹性模量。5.如权利要求1所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，在进行装药时，基于装药参数，将炸药装入开设有圆孔的各个聚能管中。6.如权利要求1所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，在进行装药时，在聚能管的底部安装倒v型的炸药阻滑装置。7.如权利要求1所述的定向爆破装药设计与效果评价方法，其特征在于，所述顶板中，不同的两个相邻钻孔之间的间距不同。8.定向爆破装药设计与效果评价系统，其特征在于，包括：数据获取模块，其被配置为：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；计算模块，其被配置为：对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断模块，其被配置为：判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的定向爆破装药设计与效果评价方法中的步骤。

技术总结
本发明涉及采矿技术领域，提供了定向爆破装药设计与效果评价方法及系统，包括：在对顶板中的每个钻孔，根据装药参数进行装药和爆破后，获取每个钻孔内壁上的裂缝的长度和深度；对某个钻孔，将裂缝的长度与钻孔深度的比值作为切缝延伸率，并将该钻孔与相邻钻孔的裂缝的深度的加和作为两钻孔间裂缝延伸距离，将两钻孔间裂缝延伸距离与两钻孔间距离的比值作为贯穿率；判断所有钻孔的切缝延伸率和贯穿率，是否达到要求，若达到要求，则将装药参数作为最终装药参数；否则，重新确定装药参数，并重新进行装药和爆破。减少炸药用量的同时保证了爆破效果。破效果。破效果。


技术研发人员：王琦 薛浩杰 邓玉松 宋晓洋
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/10/7