GPS技术下的露天矿山爆破设计及布孔

董强 张印帅

摘    要：研究表明，使用GPS技术进行爆破布孔，可以最大化地提高孔位的布设精度，操作简单，效率相比较之前也有显著提高，满足了矿山精确化的爆破要求，使得最终的爆破效果得到改善。根据现场统计，最终爆破大块率降低40%，减少了处理大块时间，满足露天矿山采装的要求，收获了较好的经济效益。

关键词：GPS技术;露天矿山;爆破;布孔

1  GPS技术

GPS定位系统是指利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。GPS定位系统功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素;这三个要素缺一不可;GPS定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，已遍及国民经济各种部门。基于以上优点，将GPS技术应用于矿山的地形测量和钻孔位置的确定等有着极大的优势。

1.1  GPS的工作原理

基准站、数据链和流動站组成了实时动态定位系统，要保证实时动态的检测就要建立无线数据通讯，它的原理就是以精确度比较高的控制点作为基准点，安装一台接收机做参考站，开始对卫星连续观测，流动站安装的接收机接收卫星信号时通过无线电传输设备接收到基准站上观测的数据.然后流动站上的计算机会根据相对定位的原理实时得出流动站的三维坐标和测量的精度，这样在矿山测量的过程中就可以实时检测情况，而且十分精确，节省了测量的时间，从而提高了工作效率。

1.2  GPS技术应用优势

（1）操作简便、效率高。只要处于GPS基站的覆盖范围之内，且四周地势不复杂的情况下，就可以方便地完成作业任务。在整个操作过程中，1名作业人员就可以完成整个操作，作业难度几乎为零，大大增加工作效率，实现降本增效。

（2）定位精度高、数据安全性强。在基准站覆盖到的区域范围内，GPS技术的精度可达到毫米级别，增加了现场布孔的精度，增加了爆破安全性。

（3）数据处理更高效。该项技术基于专业设备而建，操作十分简便，可以极快的速度完成对基准数据的对比和比较，并返回到手簿当中。

2  工程项目应用

爆区概况某铁矿采场东西长4700m，南北宽1100m。为保证该矿业公司2-48线采场生产能力持续稳定，按照矿山生产采剥计划要求，需在该铁矿西采场南帮1468m段18-23-1线之间进行爆破工作。爆区位置主要岩性为白云岩型磁铁矿，爆区中间赋存部分的矿层长度为527m，宽度55m。

爆破质量的好坏与现场地质资料的准确度有极大的关系，如若爆区边界不准确，设计准确更是无从谈起，而且现场很容易出现边排孔被电铲挖掉的现象，爆区边界更加不准确。因此，在电铲收区之后，必须认真仔细地对爆破区域现场进行测量，以使采集到的现场数据能够真实详细地反映出爆区现场的实际情况和特征，满足设计要求和爆区目标。该铁矿使用的GPS设备为南方测绘S86T，其精

度高，信号强，覆盖范围广，可以用来对爆区进行数据采集工作。爆区坡顶线位置测量的准确与否，直接影响着接下来爆区设计的准确性，可以说，爆区的形状和位置就是由坡顶线决定的。故在使用GPS设备时，要注意保证该爆区坡顶线的测量精度，保证测绘出的爆区形状与现场相符，在收集现场数据的过程中，基站架设的标准与野外移动站的架设要求有区别爆破质量不同于地质数据库关系的精度，如果爆炸带边界不准确，设计不准确，且现场很容易出现侧排孔被铲状，爆炸带边界就更不准确。因此，在铲土面积确定后，必须对爆破面积进行仔细的测量，以便收集现场数据，能够真实地反映爆炸区域的实际情况，符合设计要求和爆破区域目标的详细情况和特点。基础要稳固，高度要高，坐高要高，容易放置。基准站的附近要避免有大功率无线电发射器以及高压电线，他们产生的磁场会对GPS信号产生干扰;且附近要远离高大的建筑物或者构筑物，因为大的建筑物或构筑物会阻挡或遮挡信号的传递。在建立基准站时，附近的大面积水域应避开或干扰卫星信号的物体，信号接收效果不佳，产生多径效应。

使用移动站时，应注意危险边帮和坡底。如在采集坡顶线和坡底线时，应避免交叉打点，且在坡顶线和坡底线处应注意上部岩石垮塌风险，在保证安全的情况下保证采集的精度。当使用移动站点收集数据时，注意收集的数据被划分为同一步内边界上的点和边界上的点进行区分。在地形极其复杂的情况下，应注意爆炸区域，对采集点进行分类，并用图形标注，便于后期数据处理的校正。

3  孔网设计

该铁矿选用穿孔设备为YZ55B牙轮钻进行穿孔作业;采掘设备为WK-10C电铲，运输设备为MT3700B、830E、MT4400电动轮运矿车进行采装作业，以此进行爆破孔网参数的设计。现场爆区的形状根据该爆区的岩性分布和爆区形状，在CAD中设计该爆区的孔位图。该爆区上部水平平均标高为1483.11m，下部水平标高为1469m。本区域穿孔面积约为25072.3m2，根据设计孔网参数，预计穿孔462个，穿孔米道7854m;钻孔孔径310mm，平均段高为13.62m，超深3.5m，孔深17m，孔距9m，排距6m。根据爆炸区域的形状和矿石、岩石的分布情况，对加工后的现场爆炸区域进行初步布设电子地图计算，为排和方阵设计和布设炮眼位置。在CADThe设备中使用VBA管理，加载并运行“CoodSheet.DVB”插件，拾取并按顺序加载标注设计好的孔，并将每个标注好的孔的坐标输入到Excel中，保存文件，并将文件后缀改成CSV，这样原始后缀XLS文件更改为可被测量系统识别的CSV文件，就可以被测量并通过数据传输文件到手机。

现场放样时要确保GPS移动台信号在覆盖范围内的参考站内，信号强度良好，根据孔的设计，现场布置相应的标志和拾取顺序。需要注意的是，在野外布置作业时，要保证GPS移动站杆的垂直线和水柱的圆心，以保证布孔的精度。放置好孔位后，用一定的措施保证孔不被磨损和移动，且易于识别，提高布孔的质量。

为了突出本次爆破采用GPS布孔的优势，本次爆破作业采用内蒙古红旗化工生产的高精度管雷管，并选取了5种雷管：17ms地表头排连接雷管、42ms地表头排连接雷管、65ms地表排间连接雷管、100ms地表排间连接雷管、500ms孔内高精度雷管，采用逐孔微差起爆方式。

爆破效果评价岩体的密度和爆破桩的形状是衡量爆破质量是否合格的重要指标，岩体的大小直接影响到后期矿山配套设备的磨损和更换成本。传统控制方法用于爆破孔分布、爆破岩石大小不均匀，体积率高，爆破是尽量避免减少大块的概率，等待时间大量矿石搬运工和无效使用大型液压shovelsIt需要时间使正常的装运是不可能的。

4  结束语

通过GPS打点取样采集数据，经过后期处理生成准确的爆区CAD图，并在此基础上进行爆破设计工作，拾取每个孔的坐标之后，再利用GPS进行布孔，提高了孔网的布设精度。最终的结果表明，该露天铁矿应用GPS技术在现场布孔取得了良好的应用效果，且最终的爆破效果良好。但需要指出的是，爆区坡顶线处布孔时，可能会遇到头排抵抗线过大但小于排距的情况，因此现场应格外注意前两排孔的布设。

参考文献：

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[3] 郑彦涛，姜贵川，向品倪.基于GPS的矿山爆破设计及爆破效果优化分析[J].世界有色金属，2019.