本文關(guān)鍵詞：露天礦爆破智能設(shè)計(jì)與模擬優(yōu)化系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用研究

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【摘要】：黑岱溝露天煤礦是我國(guó)超大型露天煤礦,現(xiàn)年產(chǎn)能已突破3000萬(wàn)噸。隨著生產(chǎn)規(guī)模的快速提升,各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均感到了前所未有的壓力,生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量的提高與現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件不足的矛盾日益突出。為保質(zhì)保量完成生產(chǎn)任務(wù),改善、提高現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件成為迫切需要解決的首要任務(wù)。而爆破作為巖石剝離的首個(gè)環(huán)節(jié),其爆破效果的好壞直接影響后續(xù)采裝、運(yùn)輸?shù)男?因此爆破設(shè)計(jì)技術(shù)需要做進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)絕大數(shù)露天礦沒(méi)有專業(yè)設(shè)計(jì)軟件,依靠CAD軟件制圖,WORD軟件編輯,加之地質(zhì)信息查看極其不方便,炮區(qū)巖石性質(zhì)基本靠經(jīng)驗(yàn)判斷,導(dǎo)致爆破設(shè)計(jì)工作效率低下、設(shè)計(jì)不精細(xì),從源頭制約著爆破質(zhì)量的進(jìn)一步提高。2006年以來(lái),黑岱溝露天煤礦租用奧瑞凱公司的Shotplus軟件作為爆破設(shè)計(jì)平臺(tái),但囿于該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程與我國(guó)礦山實(shí)際工作流程匹配程度不高,且爆破設(shè)計(jì)技術(shù)人員提出的新功能需求無(wú)法得到滿足與提升。針對(duì)目前露天煤礦爆破設(shè)計(jì)中存在的技術(shù)落后、效率低下、功能不完備、靈活性差等問(wèn)題,從2008年開始,借助“十一五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2007AA06Z131)支持,經(jīng)過(guò)近五年的努力,筆者成功研發(fā)了“露天礦爆破智能設(shè)計(jì)與模擬優(yōu)化系統(tǒng)”,主要包括:礦用三維圖形處理平臺(tái)、地質(zhì)地形信息管理系統(tǒng)、爆破智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)、拋擲爆破爆堆形態(tài)模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口等。1.立足露天煤礦臺(tái)階深孔爆破設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)需求,擯棄AutoCAD面向?qū)ο笮虯PI模型進(jìn)行二次開發(fā)的傳統(tǒng)做法,采用三維顯示技術(shù)從底層研究,開發(fā)了具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的露天煤礦通用三維圖形處理系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)爆破設(shè)計(jì)智能化、可視化與科學(xué)化提供了三維圖形處理平臺(tái)。該圖形平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)全三維條件下圖形的繪制、編輯和顯示功能:實(shí)現(xiàn)在三維空間下繪制基本設(shè)計(jì)圖形單元,如點(diǎn)、線(直線與曲線)、形(多邊形與文字)等;繪制爆破設(shè)計(jì)專用圖元,如炮孔孔跡、設(shè)計(jì)連線、坡頂(底)線、坡面、煤頂(底)板等;實(shí)現(xiàn)在三維視圖下查看各種投影圖,如俯東西(南北)向俯視、東北-西南(西北-東南)向俯視等,以及手動(dòng)設(shè)置任意角度的投影功能;實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)任意平移及旋轉(zhuǎn)圖形功能;實(shí)現(xiàn)在三維視圖下任意縮放、查看圖形全局及局部細(xì)節(jié)。2.針對(duì)礦山巖體非均質(zhì)、不連續(xù)以及信息的不完整性,形成實(shí)時(shí)地質(zhì)地形條件下的礦山爆破工程設(shè)計(jì)與爆破效果預(yù)測(cè)的數(shù)字化信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)勘探時(shí)期的鉆孔信息、地形等值線信息以及采礦生產(chǎn)過(guò)程中揭露的地質(zhì)狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)和素描,為爆破設(shè)計(jì)與施工組織提供重要參考依據(jù),確保礦山生產(chǎn)爆破的高效與安全。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)地形信息數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形庫(kù)之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新,可以方便高效的將地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)(如礦巖種類、物理力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)等)、采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)(如制定區(qū)域內(nèi)礦巖的地質(zhì)屬性參數(shù)和采場(chǎng)地表實(shí)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及新剝露地質(zhì)屬性參數(shù)等)直接導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中;在爆破智能設(shè)計(jì)過(guò)程中能對(duì)給定爆破設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)地層屬性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)查詢、識(shí)別和計(jì)算處理;根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求,提供地質(zhì)屬性自動(dòng)查詢與對(duì)比參考。3.基于地質(zhì)地形信息管理系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐,開發(fā)了臺(tái)階深孔爆破計(jì)算機(jī)智能設(shè)計(jì)子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)巖石定向斷裂爆破及礦山生產(chǎn)爆破的參數(shù)智能化選取、爆區(qū)的(拋擲、預(yù)裂、加密)布孔設(shè)計(jì)、裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、起爆網(wǎng)絡(luò)(連線)設(shè)計(jì)、爆破參數(shù)影響系數(shù)分析與反饋調(diào)整、爆破過(guò)程模擬以及消耗火工品計(jì)算等功能;自動(dòng)輸出爆破方案的各種圖表,如:布孔圖、孔長(zhǎng)圖、等時(shí)線圖、起爆網(wǎng)絡(luò)圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、巖石初始移動(dòng)方向圖、裝藥量計(jì)算表和設(shè)計(jì)說(shuō)明書等施工組織文檔等,極大的提高了爆破設(shè)計(jì)的可靠性和準(zhǔn)確性,極大的提高了工作效率,基本達(dá)到實(shí)用化水平。4.圍繞露天煤礦拋擲爆破設(shè)計(jì)的實(shí)際需求,開發(fā)了拋擲爆破爆堆形態(tài)模擬系統(tǒng),模擬拋擲爆破設(shè)計(jì)區(qū)域的爆堆形態(tài)和拋擲率、松散系數(shù)等爆破參數(shù),實(shí)現(xiàn)與實(shí)際爆破起爆順序時(shí)間間隔相對(duì)應(yīng)的模擬起爆過(guò)程,顯示不同裝藥結(jié)構(gòu)、起爆點(diǎn)和連線方式,顯示不同爆破方案模擬起爆后所產(chǎn)生的不同位置的爆堆形狀剖面圖及炮區(qū)后沖和側(cè)沖情況;同時(shí)通過(guò)調(diào)整模擬效果不理想的參數(shù),反饋調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù),以達(dá)到礦山爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。5.圍繞各個(gè)子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的實(shí)際需求,開發(fā)了與外部數(shù)據(jù)連接的數(shù)據(jù)接口系統(tǒng),軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)采用access數(shù)據(jù)庫(kù),爆破基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以直接從txt/xls文件中讀取并導(dǎo)入至數(shù)據(jù)庫(kù)中;數(shù)據(jù)庫(kù)中的爆破設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和爆破結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出到word文檔或excel表格中,方便查看和編輯。軟件與目前礦山最常用的繪圖軟件autocad實(shí)現(xiàn)對(duì)接,可實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化與顯示功能;圖片以jpg格式保存,普通的圖像軟件都可以打開、打印。黑岱溝露天礦實(shí)際工程應(yīng)用表明,“露天礦爆破智能設(shè)計(jì)與模擬優(yōu)化系統(tǒng)”的建立與應(yīng)用,可以大大提高拋擲爆破設(shè)計(jì)質(zhì)量和爆破效果,充分發(fā)揮拉斗鏟倒堆剝離工藝效能,大幅度提高生產(chǎn)效率。該項(xiàng)技術(shù)研究成果基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,形成以拉斗鏟倒堆工藝為主的綜合開采工藝設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù),填補(bǔ)我國(guó)露天采煤領(lǐng)域的一項(xiàng)空白,大幅度提高露天煤礦爆破設(shè)計(jì)與爆破效果模擬優(yōu)化的智能化水平;對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)礦山信息分析與應(yīng)用、礦山地質(zhì)勘察與管理、礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)、評(píng)估與監(jiān)控、礦山工程模擬與決策等方面的應(yīng)用,對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字化有深遠(yuǎn)的意義;可以在交通、建筑、水電、能源等領(lǐng)域的爆破工程中推廣應(yīng)用,有利于促進(jìn)我國(guó)資源開發(fā)的順利進(jìn)行,進(jìn)而對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)健的發(fā)展作出貢獻(xiàn),必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【關(guān)鍵詞】：露天煤礦 智能設(shè)計(jì) 模擬優(yōu)化 系統(tǒng)研發(fā)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD824.2
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 引言14-24
• 1.1 選題的目的與意義14-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 爆破機(jī)理研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 爆破設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀16
• 1.2.3 爆破技術(shù)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.4 爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線21-24
• 1.4.1 研究方法21-22
• 1.4.2 技術(shù)路線22-24
• 第二章 系統(tǒng)架構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)24-32
• 2.1 系統(tǒng)架構(gòu)24-26
• 2.1.1 系統(tǒng)總體流程及數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)24-25
• 2.1.2 系統(tǒng)開發(fā)邏輯流程25-26
• 2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)26-29
• 2.2.1 系統(tǒng)功能分析26-28
• 2.2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖28-29
• 2.3 用戶界面與菜單設(shè)計(jì)29-30
• 2.4 模塊的開發(fā)原則30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第三章 三維圖形處理系統(tǒng)32-62
• 3.1 概論32-33
• 3.2 三維顯示技術(shù)33-51
• 3.2.1 圖形變換概念33-34
• 3.2.2 二維圖形的幾何變換34-36
• 3.2.3 三維圖形的幾何變換36-38
• 3.2.4 三維圖形的投影變換38-43
• 3.2.5 三維顯示與變換的函數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)43-51
• 3.3 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)51-60
• 3.3.1 邏輯流程與功能分析51-52
• 3.3.2 部分模塊的功能實(shí)現(xiàn)52-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 第四章 地質(zhì)地形信息管理系統(tǒng)62-88
• 4.1 概述62-63
• 4.2 巖體可爆性分級(jí)方法研究63-69
• 4.2.1 分級(jí)指標(biāo)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)63-64
• 4.2.2 巖體可爆性分級(jí)模型64-69
• 4.3 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)69-87
• 4.3.1 邏輯流程與功能分析69-71
• 4.3.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理71-74
• 4.3.3 地質(zhì)數(shù)據(jù)提取、插值與顯示74-76
• 4.3.4 爆破設(shè)計(jì)時(shí)地質(zhì)數(shù)據(jù)的使用76-79
• 4.3.5 圖形與數(shù)據(jù)庫(kù)信息交換79-87
• 4.4 本章小結(jié)87-88
• 第五章 臺(tái)階深孔爆破智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)88-118
• 5.1 概論88
• 5.2 微差爆破巖石拋擲機(jī)理研究88-93
• 5.2.1 排間微差爆破的必然性88-89
• 5.2.2 孔間微差爆破的拋擲機(jī)理89-91
• 5.2.3 影響拋擲爆破效果的因素91-93
• 5.3 確定爆破設(shè)計(jì)參數(shù)93-95
• 5.3.1 炸藥單耗的確定93-94
• 5.3.2 填塞長(zhǎng)度與超深的確定94
• 5.3.3 孔距、排距的確定94
• 5.3.4 延時(shí)的確定94-95
• 5.4 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)95-117
• 5.4.1 系統(tǒng)功能分析95-98
• 5.4.2 布孔設(shè)計(jì)98-107
• 5.4.3 自動(dòng)連線設(shè)計(jì)107-109
• 5.4.4 前排孔智能調(diào)整109-111
• 5.4.5 短孔深度智能調(diào)整111-112
• 5.4.6 爆破延時(shí)智能調(diào)整112-113
• 5.4.7 爆破施工文檔的自動(dòng)輸出113-117
• 5.5 本章小結(jié)117-118
• 第六章 拋擲爆破爆堆形態(tài)模擬系統(tǒng)118-132
• 6.1 概論118-119
• 6.2 拋擲爆破爆堆預(yù)測(cè)方法119-126
• 6.2.1 計(jì)算非線性函數(shù)因子貢獻(xiàn)值120-121
• 6.2.2 一般非線性函數(shù)中各因子貢獻(xiàn)值大小的判別方法121
• 6.2.3 非線性函數(shù)的離散化和因子貢獻(xiàn)值的計(jì)算121-122
• 6.2.4 建立炮堆預(yù)測(cè)模型122-123
• 6.2.5 實(shí)證分析123-126
• 6.3 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)126-130
• 6.3.1 功能說(shuō)明126
• 6.3.2 爆破延時(shí)模擬126-127
• 6.3.3 拋擲爆破爆堆形態(tài)模擬127-130
• 6.4 本章小結(jié)130-132
• 第七章 礦山爆破設(shè)計(jì)工程應(yīng)用132-170
• 7.1 概述132
• 7.2 黑岱溝露天煤礦概況132-135
• 7.2.1 地理位置及資源條件132-133
• 7.2.2 開采現(xiàn)狀133-134
• 7.2.3 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)參數(shù)134-135
• 7.3 設(shè)計(jì)實(shí)例135-165
• 7.3.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備136-145
• 7.3.2 爆破設(shè)計(jì)145-153
• 7.3.3 設(shè)計(jì)修改與完善153-156
• 7.3.4 爆破藥量-時(shí)間圖156-157
• 7.3.5 爆破設(shè)計(jì)結(jié)果輸出157-163
• 7.3.6 爆破過(guò)程模擬163-165
• 7.4 工程應(yīng)用評(píng)價(jià)165-169
• 7.5 本章小結(jié)169-170
• 第八章 總結(jié)與展望170-174
• 8.1 主要結(jié)論170-171
• 8.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)171-172
• 8.3 進(jìn)一步研究方向172-174
• 參考文獻(xiàn)174-184
• 致謝184-186
• 作者簡(jiǎn)介186-188
• 附錄188-195
• A:系統(tǒng)菜單說(shuō)明188-190
• B:系統(tǒng)窗體說(shuō)明190-192
• C:系統(tǒng)模塊說(shuō)明192-195

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：678708