掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究

地下坑道掘进中布置炮眼方法研究摘要：在光爆掘进作业中，周边孔的位置误差越大，巷道断面的超欠挖量也越大。

巷道岩壁上出现的两排炮之间的接茬台阶随之增高，这样势须增加喷射混凝土作业的材料消耗，造成很大的浪费，进而影响工程质量，打好周边孔，布孔是关键。

目前国内一般都采用手工和目测相结合的布孔方法，这种传统的布孔方法费工费时，布孔误差也较大，尤其是大断面巷道，布孔难度更大。

多年来，有关科研部门和施工单位对布孔方法进行了一些改进，制作了扇形尺等专用布孔工具，并配合激光定向仪等先进的测量工具，虽然使布孔精度得到一定的提高，但仍不能满足施工工艺要求。

本文结合作者实际工作经验，提出了自己的地下坑道掘进中布置炮眼方法，并阐述了现行国际流行在地下坑道掘进中布置炮眼方法应用的一些新技术。

关键词：地下；坑道；掘进；布置；炮眼；方法。

一、有关地下坑道掘进方面的概述1、地下勘探坑道分类在勘探矿床时，为了揭露、追索和圈定矿体以及研究矿体地质所掘进的地下坑道。

地下勘探坑道按其空间位置不同分为水平、倾斜、垂直勘探坑道。

（1）水平勘探坑道指沿近似水平方向掘进的地下坑道。

按其作用和空间位置的不同，分为平硐、石门、沿脉和穿脉。

以穿脉为例，穿脉是从沿脉或石门向矿体掘进的、与地面无直接出口的一种水平坑道。

要求垂直矿体走向掘进，以了解矿体及其顶、底板围岩在厚度方向的变化。

穿脉是取得地质资料和样品的主要坑道。

因此，对穿脉的方向、规格、间隔、深度以及取样工作面的平整度等都有较严格的要求。

（2）倾斜勘探坑道。

倾斜勘探坑道与水平面斜交或沿矿体倾斜方向掘进的地下坑道，包括斜井、上山、下山。

以斜井为例，是从地面沿矿体或围岩掘进的倾斜坑道。

用于地形和矿体倾斜较急，不宜采用平硐，而又必须利用坑道来查明地表以下的矿体产状和矿石质量以及采取选矿加工样品的矿区。

斜井倾角一般不超过35°（即小于岩矿石的安息角）。

（3）垂直勘探坑道。

沿铅直方向掘进的坑道，包括竖井、天井、盲井。

矿井三维模型可视化系统的设计与实现之五兆芳芳创作摘要：巷道包含了庞杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要.本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型.系统主要包含不合断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等.关头词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种庞杂的三维空间信息系统，不但能够存储、阐发和表达真实矿山中各类空间实体对象的属性信息，并且涉及大量庞杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和办理.因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计较机中抽象的矿山世界的桥梁[1].本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现.通过数字矿山扶植至少可以在以下几个方面给矿山企业带来利益：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、增强矿山的平安办理，积极的预防矿难事故；3、下降决策的风险性，提高企业快速反响能力.本文针对煤矿井下情况抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3].2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采取Java开发的应用程序提供2D/[4-5]标准中的API和几近所有第三方开发商的扩展提供完整拜访，并且集成了AWT和Swing界面组件.JOGL函数库的复杂抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8].3矿井三维模型可视化的设计巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样复杂.巷道图元与巷道图元间采取非直线形式，以实际角度进行弧形连接.按照巷道的不合用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型.模型依照断面分类，可以复杂分为矩形断面巷道，梯形断面巷道，拱形断面巷道，圆形断面巷道.各例巷道图元按照其断面形状，自然具备其属性数据[9].在点线面模型中，最根本的是点和线，面和体是通过线复合而来的，所以设计巷道的主要思路为点和线的确定，然后组成面和体[10].巷道图元的整体设计，绘制起点设定在笛卡尔坐标系的原点，巷道向屏幕z 轴负标的目的延伸.笛卡尔坐标系如图3.1所示.比方矩形断面巷道：矩形断面巷道需要接受的参数包含：矩形宽，高，以及巷道的长.当给定参数后开始建模，按照点绘制面，进而组成体.如上所述，修建的起点位于笛卡尔坐标系原点，绘制的标的目的为先绘制矩形左竖直面，然后依照顺时针标的目的，将其他面逐渐构出.使用OpenGL 函数按照点坐标绘制出三角形，然后再拼成巷道模型.如图3.2所示：按照以上三维模型阐发，在OpenGL 情况下可以从点坐标入手，以相应绘制模式构建出三角形面，继而构建成为矩形面，最终构建成不合类型的巷道模型，实现各类巷道模型的可视化成立[11].液压支架三维模型阐发液压支架的型式良多.煤矿液压支架有以下属性特点，按照中间顶杠的有力伸缩，支架高度可以调节；支架前面板可以自由旋转角度，以灵活的支撑采区顶部.由此，可以在设定了其单个支架的大小后，连续排在采区进行模图3.1 笛卡尔坐标系 图3.2 矩形巷道数学模型成立拟.其三维模型需要考虑以下问题：一是液压支架的连动部分是按照其两排支柱的伸缩来控制，二是前支架面板的旋转角度可以自由设定.由上阐发，设支柱高度参数为PlankHeight，支架前面板水平旋转角度参数为FrontPanelAngle.如图3.3所示，当支柱凹凸伸缩时，左边随之旋转的面板旋转角度设为LeftTurnAngle，而左边上下两块面板的旋转夹角设为InterturnAngle.此处还有一个假定数据是面板长度，假定液压支架的上下两块面板大小一样，左边两块随动面板与上下两块面板大小也都一样.图3.3 液压支柱数学模型巷道图元的连接三维矿井情况下，使用已经抽象出的巷道图元，搭建走向不合的巷道时需要将巷道图元以一定的角度连接起来，从而组建成为真正的三维矿井走向图.以下是巷道仰望连接拐角图：补齐圆办法矩形连接拐角的主要功效是将两个矩形巷道图元连接起来，所需要的参数就是两个矩形巷道图元的对接参数，包含两个巷道宽度，高度，标的目的.将两个巷道的参数输入，就可得到图元拐角.如图3.4所示：这种算法，称为“补齐圆法”，即便用所给参数将两巷道图元用弧形连接起来，而内外的这两段弧形必是某圆上的一段，而这个圆唯一.按照图元连接坐标战争缓长度将圆补齐，再按照圆心角和半径求出平缓过渡的单元坐标.由于三维矿井的概念是开放性的，所以本文的设计并不是是针对某一矿井，而是按照特定矿井实体数据构建出三维模型，将矿井巷道以及其他设备图元化，按照实体数据搭建模型.另外，在搭建总体的三维虚拟矿井时，也需要一些其他东西做渲染帮助，如光照.系统提供两种光照方法，散光源和点光源.两种光源都是为模拟不合场景提供选择使用.如图3.6所示：4 系统运行图3.4 矩形巷道连接拐角 图3.6 构建巷道综合显示效果就是将液压支架放入巷道的采区中，再配合光照和交互，进行实际的巷道模拟进行综合的显示.运行效果如图4.1所示：图4.1 采煤区综合显示5 结论本文按照矿井三维可视化的需求，主要对矿井三维模型可视化做了阐发和设计.将矿井内巷道、液压支架等多个实体参数综合到计较机中.本文的设计和阐发对提高煤矿企业效益，构建数字矿山等都具有深远意义.。

掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究爆破是目前破碎岩石的主要手段，爆破操作是一种技术性很强的工作，操作的正确与否不仅直接影响到爆破质量的好坏，更重要的是会严重的威胁职工的安全。

要想获得良好的爆破效果，就必须了解和掌握工程爆破的基本要求以及影响爆破效果的主要因素，特别是岩石的性质和爆破工程的地质条件﹑爆破技术的基本理论和基本方法等。

炮眼布置是影响爆破效果的重要因素之一。

影响炮眼布置的主要因素：岩石性质﹑巷道断面﹑炸药性能和炮眼装药量等。

由于地下地质条件变化很大，工作面的炮眼布置不能一成不变，必须根据具体地质情况进行布置和调整。

近些年国内外地质信息可视化模型的研究发展较快，提出了各种三维数据模型。

有许多文献已经对三维建模方法进行了系统评价和分类，已产生一些面向煤矿开采、石油开采等领域的商品化软件。

三维建模与可视化在资源勘探与开发中具有十分重要的意义, 建立通用可扩展的地质三维信息模型, 可直接对矿产资源勘探、区域环境地质综合分析等提供决策依据。

目前已有很多文献对炮眼布置做出了详细地论述, 但缺乏三维直观效果和可视化计算分析功能。

笔者开发的程序不但给出了炮眼布置科学﹑准确的二维图例和详细的工程量表，而且实现了相应的可视化的三维模型。

用户可以方便的根据三维模型修改炮眼参数，以便使爆破效果更加理想。

1：炮眼的分类按照用途不同，炮眼可以分为四类。

（1）掏糟眼——用于爆破出新的自由面，为其他炮眼创造有利的爆破条件。

（2）辅助眼——用来进一步扩大掏糟眼爆破形成的自由面。

（3）崩落眼——破碎煤岩的主要炮眼，经掏糟眼﹑辅助眼爆破后，崩落眼就有足够大的平行或大致平行于炮眼的自由面，在该自由面方向上形成较大的爆破漏斗。

（4）周边眼——也称轮廓眼，主要用途是使爆破后的巷道断面﹑形状和方向符合设计要求。

按周边眼的位置可分为顶眼﹑帮眼和底眼。

2：炮眼的布置2.1 糟眼的布置：掏糟眼一般位于巷道断面中央靠近底板，这样便于钻眼时掌握方向，并且有利于上部炮眼爆破时岩石借自重而崩落。

开掘工作面的炮眼布置用爆破方法掘进巷道，炮眼布置是否合理，是取得良好爆破效果和保证安全生产的重要前提。

对于掘进工作面来说，爆破后巷道断面和轮廓应符合设计要求，对顶帮围岩的震动和破坏小，有利顶板管理，崩落的煤岩块不打倒支架，块度均匀便于装运，炮眼利用率高，所消耗的雷管和炸药量要少。

掘进工作面的炮眼布置基本分为三种：掏槽眼，它的作用就是在工作面中下部掏出一个槽窝，增加新的目由面，使其他炮眼能充分发挥爆破作用；辅助眼布置在掏槽眼的周围，起爆破后扩大掏槽的效果；周边眼布置在设计轮廓线上，爆破后使巷道成型。

合理的选择掏槽形式，能够在自由面上形成一个适当的空腔，作为一个新的临空面，使周围其余部分的岩石都顺序向这个空腔方向崩落，以获得较好的爆破效果。

掏槽爆破炮眼布置，可分为两大类:斜眼掏槽和直眼掏槽。

斜眼掏槽适用于各种岩层，并能获得较好的掏槽效果，但其炮眼深度受巷断面限制，尤其在小断面巷中更为突出，故在巷施工中很少使用，常用于井筒施工；直眼掏槽炮眼深度不受巷断面限制，可实现中深孔爆破，当炮眼深度改变时，掏槽布置可不变，只需调整装药量即可，但其施工中，需要较多的炮眼数目和较多的炸药。

由于炮眼垂直于工作面布置，方式简单，易于掌握和实现多台钻机同时作业和钻机机械化，所以在巷施工中应用普遍。

控制爆破炮孔要适当加密，才能有效地形成断面裂缝。

在工程实践中可以知道，周边眼孔距不能过大，装药孔起爆后，裂缝明显地只朝距离较近的空孔发展。

孔距过大，断面裂缝不可以形成；孔距也不能过小，过小要增加工作量，一般孔距控制在孔径的10~20倍。

为保证爆破的良好效果，精确的钻眼极为重要。

对钻眼质量的控制要求是:“平、直、齐、准”。

所谓平就是所有周边眼应彼此平行，并且其深度一般不应比其他炮眼深；直是指各炮眼均应垂直于工作面，实际施工中，周边眼不可能完全与工作面垂直，必然有一个角度，根据炮眼深度，一般此角度为3°~5°；齐就是个炮孔孔底要落在同一铅垂面上，以使爆出的断面整齐，便于下一循环作业；准就是钻眼位置，要准确，偏差值不应大于30mm。

煤矿岩巷炮掘工艺的炮眼布置方式探讨与改进【摘要】本文煤矿岩巷炮掘工艺的炮眼布置方式进行了探讨，并针对丁集煤矿开拓103队遇到的炮眼布置方式问题提出了改进措施，在提高了进尺效率的同时，也大大提高了排矸效率，可在硬岩的炮掘进尺中推广应用。

【关键词】煤矿岩巷；炮掘工艺；炮眼布置方式；改进1、引言随着淮南矿区及全国煤矿对瓦斯治理的高度重视，一面四巷的布置方式在各大矿井普遍推广应用，大大增加了岩巷工程的掘进量，工作面的准备时间也大幅提高，采掘衔接紧张的问题日益明显。

由于煤巷掘进机械化技术及设备的高度成熟，解决此类问题的根本方法则是要进一步提高岩巷的掘进速度。

目前，我国岩巷掘进中最普遍使用的仍是钻眼爆破破岩，即炮掘工艺，而正确的炮眼布置方式则是取得良好爆破效果的前提。

因此，本文对煤矿岩巷炮掘工艺的炮眼布置方式进行探讨，并针对丁集煤矿现有的炮眼布置方式提出了改进措施。

2、炮眼布置方式及原则炮眼必须根据岩石性质、巷道断面形状以及所使用的炸药等影响因素合理布置，并科学计算出各类炮眼的装药量才能获得良好的爆破效果。

2.1掏槽眼的布置方法及原则掏槽眼最基本的布置方法为斜眼掏槽法和直眼掏槽法。

1）斜眼掏槽法这种掏槽方法的特点是可以充分利用自由面，掏槽面积较大，但倾斜炮眼深度受到巷道断面尺寸的限制。

在岩巷掘进中常使用锥形掏槽和垂直楔形掏槽。

2）直眼掏槽法这种掏槽方法的特点：所有掏槽眼都垂直于工作面，彼此间距较小，且严格保持平行；留下不装药的空眼，作为装药槽眼爆破时的自由面；槽眼的深度不受巷道断面大小的限制，可以进行深孔爆破；一般不宜在松软岩石和有瓦斯煤尘爆炸危险的巷道中使用。

在直眼掏槽法中，空眼一般要比装药槽眼加深200mm左右。

为了加强槽腔的抛碴作用，空眼也可加深500mm左右，以便在加深的炮眼底部装填1～2卷炸药，待其他槽眼爆炸后再爆。

这种仅眼底装少量炸药的炮眼称为半空眼。

大直径空眼是用重型凿岩机与大直径钻头打凿的，但一般多用2～3个相互靠近的普通直径炮眼替代，也可获得良好的爆破效果。

三维可视化建模技术在矿山工程中的应用楚遵勇摘要：随着计算机技术的进一步发展，三维可视化技术已经在诸多领域中发挥出重要作用。

由于社会快速前行，对矿业生产领域提出了更高的要求，因此三维可视化技术被逐步应用到矿井勘测、参数测定以及矿产开发等方面，同系统中原有的软件体系有效兼容，保证矿山生产的稳定运行，具有十分重要的实际意义。

通过三维模型的构建，可以打破传统模式的束缚，也解决了图纸生产中诸多难题。

例如说：在矿产资源储量的精确测定方面，原有的二维构图方式只能通过面积参数来估测储量指标，但是借助三维模型就可以将储量指标转化成标准报告，切实反应出实际矿产资源的分布情况。

由此来说，三维可视化技术将会进一步融入到矿山开发之中，推动矿业领域的稳步前进。

关键词：矿山；三维建模；可视化伴随计算机科学的快速发展，三维可视化技术正朝着更加完善的趋势发展，可以通过三维模型将抽象的结构直观体现出来。

所以，三维可视化技术必将在未来发展中占有一席之地。

将矿山结构转变成三维模型，也就是通过计算机技术来描述矿山的真实情况，将各项参数指标，诸如地质条件、矿产资源等信息以数字化方式展现出来，将各项数据信息进行整合后便能够全景展示出矿山模型。

相较于传统的二维建模来说，三维模型可以带来更好的视觉体验，在真实性方面远远超出二维模型。

基于目标物的三维参数，可以构建出不同角度的视图，每个视图之间也有着紧密联系，为生产生活带来诸多便利。

不仅如此，三维技术还可以将目标物的透视图和轴测图展示给用户，这也是二维模型所无法完成的。

搭建模型所需要的数据较为简洁，可以有效节省资源消耗，计算机学习速率快，可以看作是人工构图的延展。

矿山三维模型一旦搭建完成后，用户便可以按照自主意愿查找指定位置的三维图像。

1矿山三维可视化的应用将获取的各项参数信息进行整合即可搭建出三维模型，为矿山操作人员提供数据参考。

首先来说，矿山整体结构中最为核心的便是矿体资源，可以通过三维模型直观分析矿体所处的空间位置和分布情况，以及矿体的形状参数等。