基于GPS的礦山爆破設計及爆破效果優化分析

鄭彥濤，姜貴川，向品倪

（1.貴州化工建設有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州息烽磷礦有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

爆破是礦山開采作業過程中的必備環節，雖然爆破設計的方式有很多，但是基礎工作中都要涉及到施工現場地形勘查、巖體種類、所用炸藥種類等，然后制定爆破設計方案，施工團隊按照設計內容進行作業。近年來，礦山爆破作業過程中的不安全因素都與爆破設計有關，因此如何將設計成果利用可視化技術進行作業前的呈現，并建立三維立體空間模型，結合GPS的精確定位，實現爆破施工作業的自動化布孔、網路設計及爆破數據成果的分析及輸出等，成為當前提升礦山爆破設計優化工作的重要依據。

貴州息烽磷礦是我國建礦較早，生產規模較大的重要礦山之一，礦區地處云貴高原的中山丘陵地區，礦權區內中部全部為露采形成的“U”字型槽谷人工地形，區內最高海拔1010m（礦區西南部），最低為732m（礦區東北部），最大相對高差為278m，總體地勢南西高，北東低，屬高原剝蝕型中低山山地地貌類型。礦山現露天開采設計保有資源量即將枯竭，礦山準備從露采轉入地下開采，針對露采形成的高陡邊坡穩定性的影響，本文通過預裂爆破技術參數和效果的分析進行實時監測，保障采場邊坡的安全高效開采。

該礦露天開采主要是使用預裂爆破。裂爆破是常用的爆破控制技術之一，它是沿爆破邊界一定間距布置一排預裂爆破鉆孔，在鉆孔中裝較少量的不耦合藥包，在主爆破鉆孔之前先起爆預裂鉆孔，使巖體的沖擊波達到預裂面時便被折射、擴散、擾動和吸收、破壞作用大大折減，從而可以避免或者大為減少主爆破孔對預裂面以外巖體的破壞及松動作用，提高邊坡穩定性。結合礦山地質、礦層條件，對預裂爆破技術進行改進和應用，效果顯著。預裂爆破是在設計的開挖邊界線上鉆鑿一排間距較密的炮孔，每孔裝少量炸藥，采用不耦合裝藥，在主爆孔前起爆，形成一條具有一定寬度，能反射應力波的預裂縫，并減弱應力波對邊坡的破壞。爆破后也能沿設計輪廓形成平整的光滑面，并減少超、欠挖量，而且運用預裂縫將開挖區和保留區巖體分開，使開挖區爆破對應力波在預裂面產生反射，而透射到保留區巖體的應力波則大為減弱，同時，還使地震效果大大降低，從而并有效地保護保留區的巖體和建筑物。對礦山開采來講，將減少總剝離量，增加開采量，并帶來巨大經濟效益。

1 礦山三維地形展示方式

在礦山爆破設計之初，都要針對爆破點附近及其范圍內的地形進行勘查，大多數勘查數據都會以二維形式進行布圖，呈現的立體效果較差，地形的動態分布難以實現，鑒于此，建立以計算機技術為基礎的三維立體空間模型，根據視點與被測物體之間的距離大小，分別可選擇采用不同精細程度的模型。

2 GPS RTK技術簡介

GPS技術是結合衛星導航系統，實現的對測量區域的精確定位，由于具備觀測時間長，測量數據準確和儀器操作簡便等優勢，因此可應用于礦山地形勘查、數據輸出、爆破布孔定位等作業環節中。

2.1 載波相位差分技術

載波相位差分技術可根據收集的數據信息，結合地形三維布局，實時的建立可供觀察和處理的2個測站載波相位，并實現高精度的輸出。將觀測量傳輸給移動站，將載波相位進行對比分析，從而實現觀測值的實時處理。

2.2 GPS測量功能的實現

GPS測量功能的實現主要包含點測量功能和點放樣的功能，結合使用的軟件，讓其保持固定解的狀態，經過簡單的數據處理后，結合軟件，形成三維礦山模型。為節省爆破過程中的布孔工作，利用GPS技術可以實現爆破布孔的準確操作，并可有效的確定實際的布孔位置，結合軟件的使用，控制器可發出操作過程中的指令聲音提示。

3 基于GPS的礦山爆破設計

3.1 工程概況

貴州息烽磷礦建設規模20萬t/年，最大的開采深度為250m，具體的參數數據有：臺階高度12m，孔徑為150mm，按照一側的爆破為4排炮孔。

3.2 布孔及爆破設計流程分析

采用選定的測繪軟件，首先對爆破的區域進行數據收集，保證坡頂線的精度。在基準站架設點選擇時，應選擇便于安放的較高水平點，遠離高達的障礙物和大面積的水域區域。

其次，在爆破方案的設計中，得到對應的平臺地形，760平臺地形中的炮孔多為水孔，因此在炸藥的選擇過程中，多選用乳化炸藥，選用潛孔型的鉆機，按照軟件使用的需求，合理輸入對應的參數數據，計算得到對應的孔網參數。

最后對選擇的炮孔進行調整、刪除和補孔等。

3.3 爆破路網的選擇

本項目試驗采用的是逐孔起爆的方式，選用不同類型的3種雷管，分別是17ms，65ms和275ms，選擇合理的延期時間，實現爆破網路設計的優化。

3.4 現場布孔及驗孔

現場布孔和驗孔的過程中，必須要結合炮孔的坐標，將選擇好的布孔數據復制到對應的SD卡中，并結合測量點的放樣，進行布孔及驗孔。在實際的布孔及驗孔的過程中，應合理控制炮孔位置的精確定，避免使得桿豎直，且使得水泡居中。

4 爆破效果優化

以爆破設計參數、爆破流程及方法為主要的評估對象的爆破效果分析，直接會影響到礦山開采的成本和總預算，從實際的爆破效果分析，由于爆破方案及項目開展的預算需求不同，理論上存在“最低爆破效果”，從爆破優化設計的角度，尋求“最佳爆破效果”是實現爆破作業精確評價、爆破作業過程優化的重要內容，因此按照爆破流程及技術內容選擇合理的最佳爆破效果，成為當前爆破設計優化模型建立的重要內容，并可實現應用于生產過程中。

5 結語

綜上所述，不論是爆破作業方案的選擇、布孔流程還是爆破效果的優化，都應建立在良好的工作環境基礎上，以安全操作為主，利用三維可視化的立體模型構建爆破風險預估系統，建立爆破三維模型，并結合GPS軟件提高工作效率。本文首先以礦山三維地形展示方式及GPS RTK技術理論為指導，分析了爆破設計及布孔流程，對爆破設計優化進行了簡要分析，為礦山爆破作業提供一定理論參考。