三維數(shù)字化爆破質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)

王倩倩 中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司

前言：隨著科學(xué)技術(shù)的空前發(fā)展，爆破技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了很大的進(jìn)步，爆破中的各個(gè)環(huán)節(jié)更容易被掌控，其產(chǎn)生的效果也與預(yù)期效果所差不多，同時(shí)對(duì)爆破質(zhì)量的評(píng)價(jià)要求也逐漸增高。傳統(tǒng)針對(duì)爆破質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要基于主動(dòng)觀測(cè)，并且主要采取抽樣的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)、線進(jìn)行測(cè)量。而目前來(lái)看，若想使爆破技術(shù)得以突破，首先要在全面、精準(zhǔn)的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破質(zhì)量的評(píng)估，以評(píng)估結(jié)果來(lái)展開爆破技術(shù)的更新是其發(fā)展中的必要環(huán)節(jié)。本文將通過三維激光掃描技術(shù)，通過建立三維模型，對(duì)爆破結(jié)構(gòu)面、爆堆形態(tài)展開全方位的測(cè)量，并在分析的基礎(chǔ)上做出對(duì)爆破質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

1 三維激光掃描技術(shù)與工程爆破

三維激光掃描技術(shù)是一種新型測(cè)繪工具，能夠?qū)⒇?fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)體進(jìn)行比例精確的實(shí)景復(fù)制，并建構(gòu)出三維模型。該技術(shù)的精確度非常高，并且有著高效率、非接觸以及信息豐富等優(yōu)勢(shì)特征。三維激光掃描將能夠利用激光進(jìn)行測(cè)距，不管是水平方向還是垂直方向的角距值都可經(jīng)過計(jì)算實(shí)現(xiàn)測(cè)量，并能夠?qū)⒈粶y(cè)物體表面展現(xiàn)出的密集點(diǎn)，通過三維坐標(biāo)以及反射率信息等表現(xiàn)出來(lái)，可以快速精準(zhǔn)的在電腦中描繪出物體的立體三維模型。該技術(shù)運(yùn)用的是激光進(jìn)行測(cè)量，因此可以使測(cè)量的精準(zhǔn)度達(dá)到非常高的數(shù)值，且不會(huì)受到外部光線的影響。

工程爆破是通過炸藥爆炸、爆炸沖擊載荷以及材料結(jié)構(gòu)相應(yīng)等多要素進(jìn)行影響的一種復(fù)雜過程，在其爆破的過程中由于受到多方面的影響，無(wú)法對(duì)各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到控制，進(jìn)而很難獲得理想的爆破效果。而三維激光掃描技術(shù)的運(yùn)用，將能夠?qū)崿F(xiàn)工程爆破作業(yè)的數(shù)字化與規(guī)范化，通過評(píng)估爆破質(zhì)量來(lái)為下一次爆破提供參數(shù)依據(jù)，在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上可以推動(dòng)爆破作業(yè)的數(shù)字化，進(jìn)而達(dá)成對(duì)爆破質(zhì)量的控制。

2 爆破對(duì)象三維數(shù)字化研究

在爆破的過程中，首先需要使用三維激光掃描技術(shù)對(duì)爆破的對(duì)象進(jìn)行掃描，并通過將爆破對(duì)象的三維點(diǎn)云信息進(jìn)行分析，處理成實(shí)景模型。由于每一個(gè)模型上的點(diǎn)都有著詳細(xì)的坐標(biāo)信息，可以實(shí)現(xiàn)在模型上的測(cè)量與設(shè)計(jì)。在爆破設(shè)計(jì)中，可以使用傳統(tǒng)的軟件來(lái)進(jìn)行，能夠方便點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)面的立體模型。在對(duì)象爆破以后，需要對(duì)爆堆進(jìn)行掃描，達(dá)成爆堆三維模型的建立，這樣將有助于獲取爆破塊的各種參數(shù)。對(duì)爆堆的殘?jiān)幚硪院笮枰俅芜M(jìn)行掃描，這樣將會(huì)為下一次爆破提供數(shù)據(jù)支撐，并能夠?qū)纱蔚膾呙杞Y(jié)果進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而精確的將爆破方量得到計(jì)算。在這樣的技術(shù)上，對(duì)新型軟件的研發(fā)很有幫助，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)測(cè)量。

在建立三維立體模型時(shí)，首先需要對(duì)爆破對(duì)象的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些點(diǎn)云將能夠使爆破對(duì)象的模型得到建構(gòu)，要使每一個(gè)點(diǎn)都具備著三維坐標(biāo)信息，這樣可以使爆破對(duì)象的數(shù)字化得到呈現(xiàn)。另外，點(diǎn)云可以靈活的轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏螏缀文Ｐ停瑸楹笃谠O(shè)計(jì)提供有力的基礎(chǔ)。

由于無(wú)法掌握爆破對(duì)象的幾何信息，只能在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上來(lái)給出原則的設(shè)計(jì)參數(shù)，而無(wú)法確立炮孔的具體坐標(biāo)。對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，也只能按照其預(yù)期的設(shè)計(jì)方案，憑借著其本身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)對(duì)炮孔進(jìn)行布置，這樣很容易導(dǎo)致炮孔的實(shí)際抵抗線與預(yù)期設(shè)計(jì)值不符的情況出現(xiàn)，在地形不規(guī)則的情況下，這種現(xiàn)象更容易發(fā)生。那么在三維激光掃描技術(shù)的運(yùn)用下，可以在三維點(diǎn)云模型的構(gòu)建中，實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破對(duì)象的精準(zhǔn)測(cè)量，并且可以直接在點(diǎn)云上實(shí)行炮孔的設(shè)計(jì)。同時(shí)，也能夠使三維電源轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格構(gòu)成的三維模型，以此來(lái)展開炮孔的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，首先要對(duì)任意結(jié)構(gòu)的剖面進(jìn)行觀察，并檢測(cè)其參數(shù)是否在合理范圍之內(nèi)，尤其是最小抵抗線，要從多方面進(jìn)行考慮，以此來(lái)保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。設(shè)計(jì)結(jié)果將可以形成爆破的參數(shù)表，使每一個(gè)炮孔的具體參數(shù)與精確地目標(biāo)都能夠得到直觀的展現(xiàn)。這將會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔作業(yè)提供有力的參數(shù)依據(jù)。

3 爆破質(zhì)量三維數(shù)字化評(píng)價(jià)

爆破質(zhì)量涵蓋了爆破對(duì)象的破碎效果，以及其呈現(xiàn)的爆破輪廓形態(tài)，下文將分別展開具體的分析。

3.1 破碎效果

在爆破以后，三維激光掃描技術(shù)可以將整體的爆破區(qū)域?qū)嵕斑M(jìn)行建構(gòu)，以爆堆的定量來(lái)具體的評(píng)價(jià)其效果。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)爆堆表面覆蓋著一些巖塊，能夠?qū)崿F(xiàn)幾何測(cè)量。

圖1 爆破堆塊度測(cè)量

由圖1可知，多數(shù)巖塊粒徑都在0.3cm左右，而有些快數(shù)較大的粒徑接近1m左右。通過將爆破前與爆破后進(jìn)行掃描的結(jié)果展開對(duì)比，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)爆破結(jié)構(gòu)面的坡面角度、長(zhǎng)度等參數(shù)都能夠得到呈現(xiàn)。

3.2 爆破輪廓

在研究光面爆破與地下爆破時(shí)，在破碎效果的基礎(chǔ)上，可以對(duì)爆破以后控制面上的平整度、裂隙等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。在采用三維激光掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠基于設(shè)計(jì)的目標(biāo)，來(lái)將爆破以后的數(shù)據(jù)效果與目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)展開三維質(zhì)量的評(píng)價(jià)。就拿地下隧道爆破來(lái)說(shuō)，在這種類型的爆破種，可以借助三維激光掃描技術(shù)，由于該技術(shù)不受到光線的影響，在地下沒有光源的情況下也能夠得以運(yùn)用，并能夠建立起三維立體模型。

通過將設(shè)計(jì)中的模型與實(shí)際建立的三維模型進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)在任意點(diǎn)存在著超欠挖的現(xiàn)狀。通過對(duì)超欠挖的地點(diǎn)與范圍進(jìn)行探測(cè)，確定其分布與范圍的狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上能夠?qū)Σ蓸拥臄?shù)據(jù)展開分析，進(jìn)而得出結(jié)論。除此之外，爆破前后會(huì)產(chǎn)生不同的三維點(diǎn)云模型，將兩種模型進(jìn)行對(duì)比，能夠?yàn)楸瀑|(zhì)量的評(píng)定提供有效的依據(jù)。那么從三維模型中，將可以看出爆破的差異很大，需要基于定量數(shù)據(jù)的支持，才能規(guī)范的調(diào)整炮孔深度。

4 結(jié)束語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)手段具有經(jīng)濟(jì)性、便捷性以及精確等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可以被用于爆破質(zhì)量的評(píng)估當(dāng)中。在數(shù)字化信息技術(shù)的運(yùn)用下，爆破設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了與安全質(zhì)量系統(tǒng)之間的融合，進(jìn)而使遠(yuǎn)程服務(wù)的手段得到了充分的運(yùn)用，并實(shí)現(xiàn)了爆破專業(yè)水平的提升。并且，三維激光掃描技術(shù)在掃描時(shí)對(duì)色度較為敏感，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地址信息的精準(zhǔn)把握，為爆破的精細(xì)化設(shè)計(jì)提供有力的支撐。通過研究此技術(shù)在爆破質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用，會(huì)加快爆破行業(yè)的發(fā)展步伐，并將有利于爆破的創(chuàng)新與發(fā)展。