基于GIS 的大型露天矿山三维爆破安全系统设计及应用

杨保国

（西山煤电西曲矿 通风科，山西 太原 030021）

矿山爆破是指对矿山矿产资源的开采与开发过程，企业在对矿产进行开采时，爆破工作是必不可少。随着爆破工作的日益深入，采矿、地质、石油开采等领域均得到广泛应用，但是爆破环节会出现误伤或者在及短的时间下产生爆破，如果不能进行适当治理，会造成较大规模的伤害，这是当前资源开采急需解决的问题[1]。因此，提出一种三维爆破安全系统，利用三维空间来处理矿山爆破带来的问题，但是，很多矿山所采用的爆破开采方法尚不完善，所要针对此问题，构建一个较为完善安全的爆破系统，并应用到实际当中[2]。

1 工作面概况

所研究的矿区工作地位于北西方向，GIS的应用与传统领域当中，利用其最短的生成路径，为三维安全爆破系统提供解决问题的新方案。GIS为三维矿山爆破信息提供可靠的平台，结合相关的地质信息数据、矿山地质遥感成像以及自定义三维数据模型，将其结合控制爆破理论当中，会出现爆破工程的负面影响，形成一个以集成空间进行分析为主，图文报表、数字模拟以及决策支持等的一体化综合信息管理系统[3]。

工作面地质构造条件中等，根据掘进资料和上覆地质回采资料分析，矿山地质工作面回采中会受到8条落差为0.8-3.5米的矿山断层影响，受断层影响，地质构造附近节理、裂隙发育。

矿山爆破工作面的倾斜长为220米，走向长度为759米，矿厚1.85—2.35米，平均2.20米，矿层结构0.50（0.04）1.66米，矿层整体倾向西南，倾角3°—6°，一般为5°。矿层结构简单，中下部普遍含有一层泥岩夹石，夹石厚度变化不大[4]。根据矿山地质软件系统构架与信息管理业务，以GIS为平台，对三维爆破安全系统进行开发建设，结合矿山工程的实际情况，选用适当的三维安全爆破系统。通过信息处理软件，对矿山地质的基础数据进行采集整理，并采用GIS文件，进行功能一体化功能处理，实现交换操作及矿山地质信息查询影响处理分析。

本文系统是利用矿山矿城地质纹路表面信息，利用卫星多光谱扫描仪的影像，得到矿山地质的具体数据，更有效的提高图像空间分辨率，有益于识别矿山地质精准度[5]。

2 系统功能实现情况

2.1 功能模块

为了实现基于GIS的三维爆破安全系统的功能，对此系统的主要功能模块，如下所示：

（1）基础功能：以空间距离量算以及三维显示为主，实现了三维空间基本的浏览功能，对三维空间内的距离、点位坐标进行量算；书签定位，此定位方式是为了实现不同页面与角度的快速定位，对地质的当前视点与目标进行记录；设计一条规定路径漫游系统，用户可以通过这一漫游路径，进行矿上工程目标点的自动调节，调整其位置，并利用动漫浏览方式进行系统浏览；动画制作方式是通过，对路径进行设计或者对工作矿区场景进行普通漫游，并制作出飞行动画模式。

（2）特色功能。矿山爆破的决策支持，这是针对一般的爆破因子的评价而言，根据分析得到的经验公式，进行数值模拟，并得出所评价的结论，此结论可以为分析决策人员提供有价值的参考，并进行科学合理的利用；生成节能减耗路径，并计算出矿山的坡度与起伏度加权后的成本，并以最低的方法进行计算，得出爆破点到矿山开采加工区域的最短路径，以方便在矿山爆破后，对废弃的材料运输路径进行整合[6]。

2.2 爆破模块的实现

空气冲击波是高度爆破，在进行爆破时，会在空气中形成一团，瞬间占据炸药原有的高压气体与空间，这团气体会猛烈的带动周围气体，这样的气体会对四周产生一系列的压缩波动，它也是各个压缩当中，最终产生叠加状态[7]。

生成的爆破声压级的应用公式如下所示：

式中，Δp 为爆破声压，Lp为声压级，P0为参照声压值，C 为装药量，R 为爆破中心距离。

分析过程中，首先对坐标中心点，爆破深度，炸药量等原始资料进行转换，得到矿山工程爆破数据格式。

2.3 矿山爆破振动危害

在爆破作用下引起的振动波称之为爆破振动，这是一种较为复杂的随机振动波，为了更加方便的对其进行研究，在一般情况下，假定介质在较为均匀的情况下，各向同性的弹性体质，形成介质点的简谐式运动，而矿山的爆破振动速度，是利用介质点振动来进行描述。

在矿山开采区的路径制定不仅要受到地形的限制，还需要对矿山爆破的炸药以及其他物品的成本等因素。因此，新建路径成本要少，路径要短。

3 基于三维爆破的实际应用

本次数据分析主要通过在正常矿山开采过程中三维爆破安全系统设进行合理科学的应用，矿山炸药埋藏的深度、抽采矿产以及抽采量这几项数据对工程施工的变化影响。

开发本系统的主要目的是为了安全进行矿山爆破，其是依托GIS平台将矿山生产的工作需要，对矿山地质数据进行详细分析，并将属性数据相互结合，以GIS的平台作为媒介，实现了矿山爆破中矿山模型数据以及全面平台的整合，达到资源整合与数据统一管理的模式。在此基础上，提供矿山爆破的危害性预测，对报表进行统计，并生成合理方案，这样可以提供科学规范的矿山爆破工作策略。以GIS为平台媒介的三维矿山爆破信息系统，结合合理的地质信息资源并加以利用，最终形成一个较为完整的矿山爆破信息管理整合平台，从而实现了矿山爆破信息资源的整合，为矿山爆破工作提供科学合理的方案，为工程进度提供参考依据。GIS的三维矿山爆破信息系统的流程主要有两个，分别为爆破流程与三维矿山爆破安全系统。

4 三维矿山爆破模块研究

图1 爆破过程波及范围

矿山的爆破系统模块分为两个放马，第一，是在空气当中，爆破冲击波所带来的危害，该波及的范围较广，该冲击波是指矿山在经过爆破时，所产生的高压气体，这些气体会通过高压进行不断扩散，在空气中形成一种噪声污染。爆破过程在空气当中的冲击波爆破深度与噪音污染形成了正比。爆破引起的振动是由爆破的高压气体所引起，其对周围的环境或者周围其他矿山会造成影响，搏击范围较广泛，如图1所示，爆破所波及的范围。

5 结语

随着时间的推移，矿产开采总量的不断增加，矿产开采的深度也不断延伸，随之而来矿产资源的使用量也越来越大，在矿层间距较近时，由于本矿层在进行开采之前均达标，采矿区内的矿产资源作企业运行的核心，也存在采集量不高的情况，通过对GIS三维矿山爆破信息系统的技术研究，改进了矿山地质信息，为矿山现场开采提供了技术方面和方法，同时，也改进了矿山爆破系统。也为爆破系统提供了安全辅助，要制定不同的治理方案，并在实践中不断改进。