中深孔爆破炮孔布置优化设计研究.pdf

第３４卷 第３期 ２０１７年９月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３４ Ｎｏ． ３  Ｓｅｐ． ２０１７ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ -４８７Ｘ． ２０１７． ０３． ０１４ 中深孔爆破炮孔布置优化设计研究 郭进平， 王 靖， 李角群 （西安建筑科技大学材料与矿资学院， 西安７１００５５） 摘 要 中深孔爆破广泛用于金属矿山开采， 针对传统炮孔排面布置设计方法绘图工作量大、 计算繁重、 炮 孔总长难以得到最优化的缺点， 根据最短路径寻优原理， 以孔底距限定选择排面炮孔， 将起始炮孔作为起始 点， 炮孔长度作为权值， 把炮孔布置转化为单源最短路径问题， 利用Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法， 在ＡｕｔｏＣＡＤ平台上进行二 次开发， 对中深孔排面布孔设计进行优化研究。实现了中深孔爆破布置设计数字化及其炮孔排面布置方案 最优化。结果表明 基于最短路径算法的炮孔布置方案可使炮孔总长缩短约１０％， 降低了凿岩成本， 经济效 益显著。 关键词 炮孔布置优化；最短路径问题；Ｄｉｊｋｓｔｒａ；ＡｕｔｏＣＡＤ二次开发 中图分类号 ＴＤ２３５． ３ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ -４８７Ｘ（２０１７）０３ -００７９ -０６ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｈｏｌｅ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ Ｈｏｌｅ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ＧＵＯ Ｊｉｎ-ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ，ＬＩ Ｊｉａｏ-ｑｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ，Ｘｉ′ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ ７１００５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ｔｒａ- ｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｗｏｒｋｌｏａｄ，ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｇｅｔｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ｉｓ ｄｅｆｉｎｅｄ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｈｏｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｈｏｌｅ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｉｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｓｏｕｒｃｅ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ ｐｒｏｂｌｅｍ． Ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｄｉｊｋｓｔｒａ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ＡｕｔｏＣＡＤ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｓｃｈｅｍｅ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｂｏｕｔ １０％ ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ；ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ ｐｒｏｂｌｅｍ；Ｄｉｊｋｓｔｒａ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ＡｕｔｏＣＡＤ 收稿日期２０１７ -０４ -０８ 作者简介郭进平（１９７０ -）， 男， 副教授、 硕士， 主要从事采矿工程 及矿山安全的教学与科研工作，（Ｅ-ｍａｉｌ）ｇｕｏｊｉｎｐｉｎｇ＠ ｘａｕａｔ． ｅｄｕ． ｃｎ。 通讯作者李角群（１９７０ -） ， 男， 副教授、 博士， 从事矿山数字化、 矿 山计算机辅助设计软件开发教学研究工作，（Ｅ-ｍａｉｌ） ４０４５６７３８３＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 无底柱分段崩落法具有生产能力大、 机械化水 平高、 安全性好等优点， 是开采厚大矿体的首选采矿 方法［ １，２］。其回采进路通常是垂直矿体走向， 上下 分层为菱形布置的［ ３］， 回采进路中采用上向扇形中 深孔爆破。炮孔参数确定后， 扇形排面炮孔的布置 的优劣直接影响凿岩爆破的成本及其爆破效果。设 计质量不好， 可导致扇形排面炮孔总长度偏大、 炮孔 利用率低、 矿块不均匀， 生产成本高， 甚至会出现悬 顶等安全隐患问题。为克服上述问题， 应在一定的 孔网参数条件下， 减少扇形排面炮孔总长度。中深 孔爆破设计的发展经历了三个阶段 手工阶段、 人机 交互参数化阶段、 计算机辅助设计自动化阶段， 其中 万方数据 中深孔布孔设计仅仅是计算机辅助作业代替手工作 业， 停留在设计阶段， 而以往的“ 摆角法” 、 “筛选法” 也只得到可行方案， 未能进一步对其进行优化研究。 基于地下矿山中深孔爆破设计发展现状， 根据最短 路径寻优原理， 把炮孔布置设计看作是一个单源最 短路径问题， 利用Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法对中深孔排面布孔 设计进行优化算法研究， 在ＡｕｔｏＣＡＤ平台上进行二 次开发， 获取炮孔布置最短路径， 从而达到炮孔总长 最短， 实现炮孔排面最优化布置。 １ 炮孔布置设计发展现状 中深孔爆破炮孔布置设计主要包括两个方面内 容 一是竖向切割爆破排线位置的小剖面， 即单一扇 形排面爆破的边界范围。小剖面包括本分层进路断 面和上分层左右相邻进路断面， 以及矿岩界限等信 息， 以便绘制出爆破设计的爆破外边界。二是中深 孔排面布孔设计。根据钻机型号确定扇形孔发射中 心， 根据炮孔起始角度和终止角度确定布孔范围， 相 邻两个炮孔的孔底距， 要满足最小孔底距和最大孔 底距的限定要求， 合理布置出布孔范围内的炮孔位 置及数量， 统计出炮孔长度及矿量计算。 从设计所包括的两个方面内容来看， 彼此是相 互独立， 因此两个作业内容都有自己的历程。爆破 设计小剖面绘制主要经历了三个阶段 一是由手工 绘制阶段； 二是人机交互参数化绘制阶段； 三是计算 机辅助设计自动切割阶段。中深孔排面布孔设计主 要经历了四个阶段 一是由手工设计阶段； 二是人机 交互设计阶段； 三是计算机辅助自动设计阶段； 四是 中深孔排面布孔优化设计阶段。可以看出， 爆破设 计小剖面绘制并不存在优化内容， 它追求的是怎样 能将小剖面快速、 准确的绘制出来。中深孔排面布 孔设计才有优化问题， 即在确定的爆破孔网参数的 前提下， 寻找扇形排面炮孔总长度最短的炮孔排面 布置方案。中深孔爆破设计的一般其流程是 炮孔 排线布置、 炮孔排面切割及爆破外形建立、 中深孔布 孔设计［ ４］。 １． １ 小剖面设计 小剖面手工绘制阶段和人机交互参数化绘制阶 段皆没有摆脱手工作业模式， 因此不做说明， 现阶段 只有计算机辅助设计自动切割阶段已经完全脱离了 手工作业模拟。所依据的是三维实体巷道模型、 三 维实体矿体模型等。无需参数驱动， 可实现任意剖 面切割自动绘制， 作图效率有了质的飞跃。 随计算机软硬件的发展，ＡｕｔｏＣＡＤ已经成为非 常优秀的三维矢量绘图平台。由实测数据通过程序 可以非常方便的建立出三维实体巷道。在上下分层 三维实体巷道模型基础上， 编制相应程序完成爆破 设计小剖面自动切割绘制。如图１、 图２所示。 图１ 上下分层三维实体巷道 Ｆｉｇ． １ Ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｌａｙｅｒｓ ｅｎｔｉｔｙ ｔｕｎｎｅｌ 图２ 小剖面自动切割绘制 Ｆｉｇ． ２ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ０８爆 破 ２０１７年９月 万方数据 １． ２ 中深孔排面布孔设计 手工设计阶段和人机交互设计阶段与爆破设计 小剖面绘制的人机交互参数化绘制阶段相似， 本质 上还在完全模拟手工作业方式。同样事先设计好相 应模板， 应用模板首先给出一个设计的假设结果， 在 此基础上再调整炮孔位置及数量。还需要人为参 与， 设计方式与手工作业一致。 计算机辅助自动设计阶段完全实现了数字化作 业， 其经历了两种不同方法 一是采用“摆角法”设 计； 二是采用“ 筛选法”设计。两种方法都有共同特 点， 无需人工参与自动完成布孔设计。 （１） “ 摆角法” 中深孔排面布孔设计 最早进行中深孔排面布孔自动设计时， 所采用 的方法是“ 摆角法” 。此方法是从起始边炮孔开始， 按设定的摆角（ 如２０） 增加角度进行下一个炮孔绘 制， 每绘制完成一个炮孔都要计算其与起始炮孔的 孔底距， 直到炮孔的孔底距满足最小孔底距与最大 孔底距的限制要求才得以保留， 并以此炮孔为新的 起始边炮孔， 再次寻找下一个炮孔， 依次类推。当最 后一个炮孔与终止边炮孔的孔底距刚好满足要求 时， 中深孔布孔设计完成。如果大于最大孔底距， 或 小于最小孔底距， 则程序自动改变最小孔底距的值， 使其增加指定步距， 再重新进行设计， 中深孔布孔设 计完成（ 见图３） 。 图３ 摆角法中深孔设计 Ｆｉｇ． ３ Ｓｅｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ 这种思路设计的炮孔孔底距比较均匀， 但设计 所用时间较多， 主要浪费在很多无用的孔底距计算。 为提高设计速度， 会提高设定的摆角， 摆角设定过 大， 会出现特例的中深孔布孔设计， 即炮孔数量多一 个， 最后一个炮孔的孔底距小于最小孔底距要求， 炮 孔数量少一个， 最后一个炮孔的孔底距又大于最大 孔底距。除极个别特例情况下， 无需人为参与可以 自动完成中深孔布孔设计。 （２） “ 筛选法” 中深孔布孔设计 鉴于“ 摆角法”中深孔布孔设计比较耗时的缺 点， 受模板设计启发， 对“摆角法”设计做了进一步 优化， 提出了“ 筛选法”中深孔布孔设计。此方法不 再按摆角一个一个寻找炮孔， 而是按设定好的角度 步距， 一次布置好所有炮孔， 比如角度步距为３０′， 起始边炮孔为４０， 终止边炮孔为１４０， 则一次布置 ２０１个炮孔， 在所有炮孔里按孔底距要求进行筛选， 筛选办法还是与“摆角法”一致， 确定起点和终点， 不断变换起始边的下一组炮孔， 逐个寻找下一个炮 孔， 直到所有炮孔满足孔底距要求， 得到一组可行的 炮孔布置方案（ 见图４） 。 图４ 筛选法中深孔设计 Ｆｉｇ． ４ Ｓｉｅｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ 这种方法设计炮孔总数已经控制， 筛选的效率 大大提高了， 但是合适的角度步距难以确定， 而且需 要不断地变换紧挨起始边的炮孔， 直到所有炮孔满 足孔底距后，得到一组的可行的布孔设计。采用 “ 筛选法” 寻找炮孔时， 每次都是按照特定的步距寻 找， 固得到的炮孔步距都是一致的， 本质思想还是与 “ 摆角法” 一致。 可以看出， 无论采用“摆角法”设计， 还是采用 “ 筛选法”设计， 都能够实现计算机自动设计， 但是 没有优化过程， 仅仅给出了一个可行的设计方案， 难 以得到最优方案。而炮孔总长过长会导致凿岩成本 过大， 炸药损耗严重， 经济效益差等缺点， 因此， 需要 对炮孔长度进行优化。 １８第３４卷 第３期 郭进平， 王 靖， 李角群 中深孔爆破炮孔布置优化设计研究 万方数据 ２ 中深孔布置算法与方案优化 中深孔排面布孔设计从几何构图来说， 是在两 个多边形（巷道轮廓线和爆破外形边界轮廓线）之 间， 在满足炮孔孔底距要求前提下的炮孔布置。在 此约束条件下可有无数个可行方案， 以往的设计往 往根据一个简单的方法（甚至人工辅助） ， 找到一个 可行方案即可， 完全没有优化概念［ ５，６］。为最大程 度降低凿岩成本， 中深孔炮孔排面布置设计实际可 归结为一个最短路径优化问题， 依据最短路径寻优 理论能够在无数的可行方案中找到最优布孔方案。 ２． １ 最短路径算法选择 最短路径是图论研究中的一个经典算法， 旨在 寻找图中两结点之间（由结点和路径组成的）的最 短路径。最短路径又分为单源最短路径问题和多源 路径问题［ ７，８］。 用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路 径算法” ， 有时被简称作“路径算法” 。最常用的路 径算法有Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法、ＳＰＦＡ算法／ Ｂｅｌｌｍａｎ-Ｆｏｒｄ算 法、Ｆｌｏｙｄ算法／ Ｆｌｏｙｄ-Ｗａｒｓｈａｌｌ算法、Ｊｏｈｎｓｏｎ算法、 Ａ*算法等［ ９］。其中 Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法是解决单源最短 路径问题的经典算法，Ｆｌｏｙｄ算法给出了多源最短路 径问题的经典算法。 给定一个带有权值图Ｇ ＝（Ｖ，Ｅ）， 每条边的权 值为一个非负实数。另外，还给定Ｖ中的一个顶 点， 称为源。现在要计算从源到所有其他各顶点的 最短路径长度。这里的长度是指路上各边权值之 和。这个问题通常称为单源最短路径问题［ １０］。如 图５所示。 图５ 单源最短路问题 Ｆｉｇ． ５ Ｓｉｎｇｌｅ-ｓｏｕｒｃｅ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ 中深孔排面布孔设计是一个起始边和终止边都 确定的最短路径问题， 是一种单源最短路径问题， 经 过深入的分析研究，Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法， 其结果是可求出 从某一个顶点到其余各顶点的最短路径， 算法本身 是一种贪婪算法， 适于求单源、 无负权的最短路径， 稀疏图效果较佳、 时间复杂度低且较为稳定。因此 选择Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法作为本设计的优化算法设计。 Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法是由荷兰计算机科学家狄克斯特 拉于１９５９年提出的， 因此又叫狄克斯特拉算法［ １１］。 是从一个顶点到其余各顶点的最短路径算法， 解决 的是有向图中最短路径问题。迪杰斯特拉算法主要 特点是以起始点为中心向外层扩展， 直到扩展到终 点为止。 该算法的思想是 如果Ｐ是Ｇ中从Ａ到Ｅ的最 短路径， 则路径Ｐ上的任意节点， 都是从节点Ａ出 发到此节点的最短路径， 即按路径长度递增次序产 生最短路径。见表１。 表１ Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法执行过程 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｄｉｊｋｓｔｒａ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ 迭代ＳｕＢ１Ｂ２Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｅ 初始［Ａ］-５３∞∞∞∞ １［Ａ，Ｂ２］Ｂ２５３∞５７∞ ２［Ａ，Ｂ２，Ｂ１］Ｂ１５３８５７∞ ３［Ａ，Ｂ２，Ｂ１，Ｃ２］Ｃ２５３８５７７ ４［Ａ，Ｂ２，Ｂ１，Ｃ２，Ｃ３］Ｃ３５３８５７７ ５［Ａ，Ｂ２，Ｂ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ１］Ｃ１５３８５７７ 算法伪码如下 Ｄｉｊｋｓｔｒａ（Ｇ，Ｗ，ｓ） １． ＩＮＩＴＩＡＬＩＺＥ-ＳＩＮＧＬＥ-ＳＯＵＲＣＥ（Ｇ，ｓ） ２． Ｓ←Φ ３． Ｑ←Ｖ［Ｇ］ ４． Ｗｈｉｌｅ Ｑ≠Φ ５． ｄｏ ｕ←ＥＸＴＲＡＣＴ-ＭＩＮ（Ｑ） ６． Ｓ← Ｓ∪ ｛ｕ｝ ７． ｆｏｒ ｅｖｅｒｙ ｎｏｄｅ ｖ∈Ａｄｊ［ｕ］ ８． ｄｏ ＲＥＬＡＸ（ｕ，ｖ，ｗ） ２． ２ 中深孔布孔优化设计 根据孔底距介于最小孔底距和最大孔底距之间 作为附加限定， 选择出符合要求的炮孔并标记， 把起 始炮孔作为有权值得起点， 其他炮孔作为过程点， 权 ２８爆 破 ２０１７年９月 万方数据 值为炮孔长度。这样排面炮孔布置就变成单纯的单 源最短路径问题。 图６、 图７中可以发现， 从炮孔１出发， 到炮孔Ｎ 结束， 任何一个联通的路径都是一个可行设计方案， 所以说可行设计方案有无数个。把炮孔长度（Ｌｎ） 作为边的权值， 此中深孔布孔设计就转换为单源最 短路径问题， 重复上述Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法的运算， 即可得 到最短路径以及最短路。起点为起始边炮孔， 终点 为终止边炮孔， 是从无数可行方案中找最优布孔方 案， 即炮孔总长最短， 凿岩工程量最低。基于此原理 编制的中深孔设计， 实现了中深孔优化设计。 图６ 中深孔优化设计示意图 Ｆｉｇ． ６ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ 图７ 中深孔优化程序设计框图 Ｆｉｇ． ７ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ３ 实例 以西北某金矿１１４０中段为例， 其分段高度和进 路间距１２． ５ ｍ， 钻机高度１． ５ ｍ， 孔底距２． ２ ｍ， 起 始角度５５。基于ＡｕｔｏＣＡＤ平台的二次开发， 采用 “ 摆角法” “ 筛选法” 设计， 布置情况如图８所示。 上述排面炮孔布置炮孔孔底距比较均匀， 能够 实现计算机自动设计等优点， 然而设计结果只是众 多可行性方案中的一种， 没有进行优化， 单排面炮孔 总长１６８． ０９ ｍ， 以４５ ｍ进路为例， 进路炮孔总长为 ３６９７． ９８ ｍ。 对于同样条件和参数的中深孔设计， 采用优化 算法优化后的炮孔布置， 如图９所示。 在同样满足孔底距限定要求情况下， 中深孔布孔 优化后的排面炮孔总长为１５０．６２ ｍ， 进路炮孔总长度 ３４７４．２５ ｍ。与传统方法相比， 炮孔总长缩短了１０． ３４％， 减少了减少凿岩工程量， 提高了矿山效益。 人机交互法是由人为参与， 没有软件设计方法 技术可言； “ 摆角法” 、 “筛选法”设计给出了设计方 法， 通过一定规律的搜索， 主要是按孔底距介于最小 孔底距和最大孔底距之间作为附加限定。在无法找 到可行设计方案时， 作为搜索条件的最小孔底距是 同步增加的， 不同炮孔间的孔底距要求也同时发生 了改变， 这并不符合初衷。使用这种方法可以在无 数可行设计方案中找到一个可行设计方案， 但无法 ３８第３４卷 第３期 郭进平， 王 靖， 李角群 中深孔爆破炮孔布置优化设计研究 万方数据 证明其最优性。采用最短路径的中深孔布孔优化设 计， 首先是找到所有的可行方案， 然后在这无数可行 方案中找到最优解。 图８ 摆角法中深孔设计 Ｆｉｇ． ８ Ｓｅｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ 图９ 最短路径法中深孔优化设计 Ｆｉｇ． ９ Ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ４ 结论 本文通过对中深孔爆破扇形炮孔排面优化设计 进行深入研究， 得出以下结论 （１） 地下矿山中深孔爆破是影响矿山生产的重 要因素， 扇形炮孔排面布置优化设计实质为最短路 径问题， 即炮孔总长最短的优化布置。 （２） 传统设计方法“摆角法” 、 “筛选法”能够实 现计算机自动设计， 但是只能从众多方案中选择一 个可行的设计方案， 难以确定最优方案。 （３）对于相同孔网参数的中深孔设计， 将基于 最短路径寻优原理的优化设计与“摆角法” 、 “筛选 法” 设计相比， 一个炮孔排面的炮孔总长可减少约 １０％， 大大减少凿岩工程量， 矿山经济效益显著。 （４） 本方法主要是针对以孔底距作为控制参量 的深孔扇形排面来进行优化， 而以露天矿平行孔布 置是以最小抵抗线为控制参量， 其炮孔布置主要是 有炮孔参数、 起爆顺序等决定， 因此优化有所区别。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 郭建来．对无底柱分段崩落采矿法的工艺研究［Ｊ］．河 北企业，２０１５（５） １５４． （下转第８９页） ４８爆 破 ２０１７年９月 万方数据 ［４］ ＺＨＡＮＧ Ｌ Ｐ，ＹＵ Ｈ Ｊ，ＨＵ Ｓ Ｘ． Ｏｐｔｉｍａｌ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｐａｒａｍｅ- ｔｅｒｓ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖ Ｓｃｉ，２００５，６（６） ５２８-５３４． ［５］ 王 莉， 赵 彬， 张德明， 等．矿岩爆破参数预测新方 法研究［Ｊ］．爆破，２０１０，２７（４） ２７-３０． ［５］ ＷＡＮＧ Ｌｉ，ＺＨＡＯ Ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｄｅ-ｍｉｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｅｗ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］． Ｂｌａｓ- ｔｉｎｇ，２０１０，２７（４） ２７-３０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 康 虔．缓倾斜厚大矿体无间柱开采地压监测及控制 ［Ｄ］．长沙 中南大学，２０１６． ［６］ ＫＡＮＧ Ｑｉａｎ． Ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｎｏｎ-ｐｉｌｌａｒ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｌｏｗｌｙ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｏｒｅ ｂｏｄｙ［Ｄ］． ＣｈａｎｇｓｈａＣｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２０１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ ＡＢＤＵＬＬＡＨ 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ｐｒａｃ- ｔｉｃｅ ｏｆ ｐｉｌｌａｒｌｅｓｓ ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｃａｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． Ｃｈｉｎａ Ｍｉｎ- ｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００４，１３（２） ６０-６２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ 邹 勇．金川二矿区深部采矿回采进路布置与回采顺 序优化研究［Ｄ］．长沙 中南大学，２００７． ［３］ ＺＯＵ Ｙｏｎｇ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａ- ｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ ｓｅｃｏｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｏｆ Ｊｉｎｃｈｕａｎ［Ｄ］． ＣｈａｎｇｓｈａＣｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． ［４］ 兰 建．计算机技术在地下矿山中深孔设计中的应用 研究［Ｄ］．西安 西安建筑科技大学，２００３． ［４］ ＬＡＮ Ｊｉａｎ． ＡＰＰｌｉｅａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｔ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｍｉｎｅｓ［Ｄ］． Ｘｉ′ａｎＸｉ′ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］ 易洪武．向上扇形中深孔爆破参数优化［Ｊ］．现代矿 业，２０１５，５５５（７） ３９-４０，５１． ［５］ ＹＩ Ｈｏｎｇ-ｗｕ． Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｕｐ- ｗａｒｄ ｍｅｄｉｕｍ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ［Ｊ］． Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｉｎｉｎｇ，２０１５， ５５５（７） ３９-４０，５１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 陈星明， 肖正学， 谭 诚．小型露天采石场中深孔爆破 方案优化设计［Ｊ］．爆破，２０１２，２９（１） ４５-４７． ［６］ ＣＨＥＮＧ Ｘｉｎｇ-ｍｉｎｇ，ＸＩＡＯ Ｚｈｅｎｇ-ｘｕｅ，ＴＡＮ Ｃｈｅｎｇ． Ｏｐｔｉ- ｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ-ｌｅｎｇｔｈ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｍａｌｌ- ｓｃａｌｅ ａｎｄ ｏｐｅｎｃａｓｔ ｑｕａｒｒｙ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１２，２９（１） ４５-４７．（ｉｎ 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