CN113223158A - 一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,涉及工程***技术领域。该方法首先以炮孔岩性分布数据为样本,在***区域范围内按长方体实体网格进行插值,生成岩体三维实体模型,再使用采场台阶三角形和***区域范围多边形先后对岩体三维实体模型进行裁切,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型;再建立炮孔点三角形网格,得到炮孔三角形集;并根据炮孔三角形集,得到炮孔影响多边形;继而根据炮孔影响多边形及裁切后的***区域岩体三维实体模型,得到炮孔的影响实体单元;最后根据炮孔的岩性分层和影响实体单元,计算炮孔装药量。该方法充分利用***区域岩体三维实体模型,准确计算各类岩体的体积来提高炮孔装药量计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及工程***技术领域,尤其涉及一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法。
背景技术
随着智能钻机的研发和使用,能够准确地获得***区域的岩层数据。如何充分利用***区域的岩层数据,建立岩体三维实体模型,准确计算各类岩体的体积,创新炮孔装药量计算方法,达到提高***效果和降低***成本,是一个急需研究和解决的问题。
目前普遍采用的计算炮孔装药量的方法中,***单耗主要依据地质勘探资料进行估计,炮孔的***体积由孔距、底盘抵抗线和段高相乘得到。在这个方法中,是将炮孔所在的区域做为一个整体,取同一个岩性的***单耗。由于所依据的地质勘探钻孔密度太大,往往无法准确提供炮孔的岩性分布,会对***效果和***成本产生较大的影响。为提高***效果和降低***成本,很多学者和工程技术人员在炮孔装药量辅助计算和***效果分析等方法已经做了很多研究。1985年,缪纯组研究了露天矿***采用体积公式计算炮孔装药量的偏差与调整。2005年,郑明焦使用排孔装药系数来计算炮孔装药量。这些研究由于技术的限制,均未涉及到建立岩体三维实体模型,准确计算各类岩体的体积来提高炮孔装药量计算精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,实现对炮孔装药量的计算。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,包括以下步骤:
步骤1:建立***区域岩体三维实体模型;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对在***区域范围内按一定的长、宽和高划分的长方体实体网格进行插值,生成岩体三维实体模型,再使用采场台阶三角形和***区域范围多边形先后对岩体三维实体模型进行裁切,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型,具体的模型构建方法如下:
步骤1.1:插值生成岩体三维实体模型;
按照给定的实体单元的长、宽和高尺寸,对***区域范围空间进行实体单元划分,得到整个***区域的实体单元集E0={e1,e2,…,ei,…en},其中,ei为第i个实体单元,i∈[1,n],n为***区域的实体单元总数;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对实体单元集E0中的每个实体单元进行岩性插值,为每个实体单元赋上岩性,生成岩体三维实体模型;
步骤1.2:使用采场台阶三角形裁切岩体三维实体模型;
对采场的台阶线进行三角形剖分,得到三角形集Tc={t1,t2,…,tj,…tm},其中,tj为采场台阶的第j个三角形,j∈[1,m],m为采场台阶的三角形总数;使用采场三角形集Tc裁切***区域的实体单元集E0,保留采场台阶三角形以下部分的岩体三维实体,即为采场裁切的岩体三维实体模型,记为E1;
步骤1.3:使用***区域范围多边形裁切采场裁切的岩体三维实体模型,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型;
使用***区域范围多边形生成三角形网格,得到***区域范围三角形集Tb={tb1,tb2,…,tbi′,…tbl},其中,tbi′为第i′个三角形,i′∈[1,l],l为***区域范围多边形生成的三角形总数;使用***区域范围三角形集Tb裁切采场裁切的岩体三维实体模型E1,保留***区域范围内部的岩体三维实体,即为裁切后的***区域岩体三维实体模型,记为E={e1,e2,…,ej′,…ek},其中,ej′为第j′个实体单元,j′∈[1,k],k为***区域范围内部的实体单元总数;
步骤2:计算炮孔的影响范围,具体方法为:
步骤2.1:建立炮孔点三角形网格,得到炮孔三角形集;
以炮孔位置点集P={p1,p2,…,pf,…pF}和***区域范围多边形顶点进行三角形剖分,得到炮孔三角形集Tr={tr1,tr2,…,trh,…trH},其中,pf为第f个炮孔位置点,f∈[1,F],F为***区域范围多边形内炮孔位置点总数,trh为第h个剖分三角形,h∈[1,H],H为通过炮孔位置点和***区域范围多边形顶点进行剖分得到的三角形的总数;
步骤2.2:根据炮孔三角形集,得到炮孔影响多边形;
对于每一个炮孔,从炮孔三角形集Tr中,得到所有与炮孔位置点相连接的三角形的边,这些边有的与其它炮孔相连,有的与***范围边界点相连,炮孔影响多边形就是由这些边的中点或顶点连接而成,如果边与其它炮孔相连,取边的中点,否则取边的顶点;所有炮孔影响多边形集记作PL={pl1,pl2,…,plm,…,plF},其中,plm为第m个炮孔的影响多边形,m∈[1,F];
步骤3:根据炮孔影响多边形及裁切后的***区域岩体三维实体模型,得到炮孔的影响实体单元;
使用每一个炮孔影响多边形与裁切后的***区域岩体三维实体模型求交集,得到每一个炮孔的影响实体单元;设第m个炮孔的影响多边形plm分别与裁切后的***区域岩体三维实体模型E求相交,得到第m个炮孔的影响实体集Cm={cm1,cm2,…,cmy,…,cmr},其中,cmy为第m个炮孔的第y个影响实体单元,y∈[1,r],r为第m个炮孔的影响实体单元总数;
步骤4:根据炮孔的岩性分层和影响实体单元,计算炮孔装药量,具体方法为:
按不同的岩性所需要的***单耗qx分别计算炮孔的各影响实体单元所需的***量,将炮孔的所有影响实体单元所需***量相加得到炮孔装药量,如下公式所示:
其中,Qm为第m个炮孔所需要的***量,vy为第y个影响实体单元的***体积,qx为第x类岩层的***单耗。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明提供的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,为了准确计算各类岩体的体积,建立***区域岩体三维实体模型。以炮孔位置和***范围多边形顶点进行三角形剖分,得到炮孔影响多边形,从而得到炮孔影响范围。根据炮孔的岩性分层和影响范围,计算炮孔装药量。突破了现有炮孔装药量计算方法存在的缺陷,充分利用***区域岩体三维实体模型,准确计算各类岩体的体积来提高炮孔装药量计算精度,进而提高***效果和降低***成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的***区域岩体三维实体模型的示意图;
图3为本发明实施例提供的***范围三角形网的示意图;
图4为本发明实施例提供的炮孔影响范围多边形示意图;
图5为本发明实施例提供的炮孔三维岩体模型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本实施例以锡林浩特某露天煤矿的***区域岩性分布数据为基础,建立该***区域岩体的三维实体模型,通过本发明的基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法实现对炮孔装药量的计算。
本实施例中,一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤1:建立***区域岩体三维实体模型;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对在***区域范围内按一定的长、宽和高划分的长方体实体网格进行插值,生成岩体三维实体模型,再使用采场台阶三角形和***区域范围多边形先后对岩体三维实体模型进行裁切,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型,具体的模型构建方法如下:
步骤1.1:插值生成岩体三维实体模型;
按照给定的实体单元的长、宽和高尺寸,对***区域范围空间进行实体单元划分,得到整个***区域的实体单元集E0={e1,e2,…,ei,…en},其中,ei为第i个实体单元,i∈[1,n],n为***区域的实体单元总数;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对实体单元集E0中的每个实体单元进行岩性插值,为每个实体单元赋上岩性,生成岩体三维实体模型;
步骤1.2:使用采场台阶三角形裁切岩体三维实体模型;
对采场的台阶线进行三角形剖分,得到三角形集Tc={t1,t2,…,tj,…tm},其中,tj为采场台阶的第j个三角形,j∈[1,m],m为采场台阶的三角形总数;使用采场三角形集Tc裁切***区域的实体单元集E0,保留采场台阶三角形以下部分的岩体三维实体,即为采场裁切的岩体三维实体模型,记为E1;
步骤1.3:使用***区域范围多边形裁切采场裁切的岩体三维实体模型,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型;
使用***区域范围多边形生成三角形网格,得到***区域范围三角形集Tb={tb1,tb2,…,tbi′,…tbl},其中,tbi′为第i′个三角形,i′∈[1,l],l为***区域范围多边形生成的三角形总数;使用***区域范围三角形集Tb裁切采场裁切的岩体三维实体模型E1,保留***区域范围内部的岩体三维实体,即为裁切后的***区域岩体三维实体模型,记为E={e1,e2,…,ej′,…ek},其中,ej′为第j′个实体单元,j′∈[1,k],k为***区域范围内部的实体单元总数;
本实施例在***范围内按一定的间距(长度、宽度和高度)划分成若干长方体实体,其中长度为2m,宽度为2m,高度为2m,每个长方体实体作为***区域岩体三维实体模型的图元,以炮孔岩性数据对每个图元进行插值,得到图元的岩性。选用距离平方反比法对指定位置的图元的岩性进行插值。
在进行插值前,应根据图元的位置确定参与插值的炮孔,具体分两步进行:
第一步,根据搜寻范围40m,找到***范围内的所有炮孔;
第二步,对第一步得到的炮孔,按离图元位置的距离从近到远及夹角20度进行插值。
本实施例最终共生成51975个实体单元,如图2所示。
步骤2:在***范围多边形内,每个炮孔都在其位置附近具有一定影响范围,因此需要计算炮孔的影响范围,具体方法为:
步骤2.1:建立炮孔点三角形网格,得到炮孔三角形集;
以炮孔位置点集P={p1,p2,…,pf,…pF}和***区域范围多边形顶点进行三角形剖分,得到炮孔三角形集Tr={tr1,tr2,…,trh,…trH},其中,pf为第f个炮孔位置点,f∈[1,F],F为***区域范围多边形内炮孔位置点总数,trh为第h个剖分三角形,h∈[1,H],H为通过炮孔位置点和***区域范围多边形顶点进行剖分得到的三角形的总数;
步骤2.2:根据炮孔三角形集,得到炮孔影响多边形;
对于每一个炮孔,从炮孔三角形集Tr中,得到所有与炮孔位置点相连接的三角形的边,这些边有的与其它炮孔相连,有的与***范围边界点相连,炮孔影响多边形就是由这些边的中点或顶点连接而成,如果边与其它炮孔相连,取边的中点,否则取边的顶点;所有炮孔影响多边形集记作PL={pl1,pl2,…,plm,…,plF},其中,plm为第m个炮孔的影响多边形,m∈[1,F];
本实施例中,有165个有效炮孔,通过炮孔位置点和***区域范围多边形顶点进行剖分得到390个三角形,如图3所示,由这些三角形确定炮孔的影响范围,如图4所示。
步骤3:根据炮孔影响多边形及裁切后的***区域岩体三维实体模型,得到炮孔的影响实体单元;
使用每一个炮孔影响多边形与裁切后的***区域岩体三维实体模型求交集,得到每一个炮孔的影响实体单元;设第m个炮孔的影响多边形plm分别与裁切后的***区域岩体三维实体模型E求相交,得到第m个炮孔的影响实体集Cm={cm1,cm2,…,cmy,…,cmr},其中,cmy为第m个炮孔的第y个影响实体单元,y∈[1,r],r为第m个炮孔的影响实体单元总数;
本实施例以每个炮孔的影响范围多边形裁切***区域岩体三维模型,得到炮孔的影响实体集,即得到所有炮孔的三维岩体模型,如图5所示。
步骤4:根据炮孔的岩性分层和影响实体单元,计算炮孔装药量,具体方法为:
按不同的岩性所需要的***单耗qx分别计算炮孔的各影响实体单元所需的***量,将炮孔的所有影响实体单元所需***量相加得到炮孔装药量,如下公式所示:
其中,Qm为第m个炮孔所需要的***量,单位为kg,vy为第y个影响实体单元的***体积,单位为m3,qx为第x类岩层的***单耗,单位为kg/m3。
本实施例通过对每一个炮孔三维岩体模型中各影响实体单元所需***量计算,得到各炮孔所需要***量如表1所示。
表1部分炮孔装药量
孔号 | 装药长度(m) | 装药量(Kg) |
ZK2032 | 6.821 | 214.275 |
ZK2031 | 6.549 | 205.744 |
ZK2030 | 6.31 | 198.228 |
ZK2051 | 5.665 | 177.96 |
ZK2029 | 6.181 | 194.181 |
ZK2050 | 3.446 | 108.26 |
ZK2028 | 6.202 | 194.854 |
ZK2071 | 3.863 | 121.373 |
ZK2049 | 3.501 | 109.982 |
ZK2027 | 6.253 | 196.445 |
… | … | … |
合计 | 727.311 | 22849.147 |
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (6)
1.一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:建立***区域岩体三维实体模型;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对在***区域范围内按一定的长、宽和高划分的长方体实体网格进行插值,生成岩体三维实体模型,再使用采场台阶三角形和***区域范围多边形先后对岩体三维实体模型进行裁切,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型;
步骤2:计算炮孔的影响范围,具体方法为:
步骤2.1:建立炮孔点三角形网格,得到炮孔三角形集;
步骤2.2:根据炮孔三角形集,得到炮孔影响多边形;
步骤3:根据炮孔影响多边形及裁切后的***区域岩体三维实体模型,得到炮孔的影响实体单元;
步骤4:根据炮孔的岩性分层和影响实体单元,计算炮孔装药量。
2.根据权利要求1所述的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,其特征在于:所述步骤1的具体方法为:
步骤1.1:插值生成岩体三维实体模型;
按照给定的实体单元的长、宽和高尺寸,对***区域范围空间进行实体单元划分,得到整个***区域的实体单元集E0={e1,e2,…,ei,…en},其中,ei为第i个实体单元,i∈[1,n],n为***区域的实体单元总数;以炮孔岩性分布数据为样本,使用距离平方反比法对实体单元集E0中的每个实体单元进行岩性插值,为每个实体单元赋上岩性,生成岩体三维实体模型;
步骤1.2:使用采场台阶三角形裁切岩体三维实体模型;
对采场的台阶线进行三角形剖分,得到三角形集Tc={t1,t2,…,tj,…tm},其中,tj为采场台阶的第j个三角形,j∈[1,m],m为采场台阶的三角形总数;使用采场三角形集Tc裁切***区域的实体单元集E0,保留采场台阶三角形以下部分的岩体三维实体,即为采场裁切的岩体三维实体模型,记为E1;
步骤1.3:使用***区域范围多边形裁切采场裁切的岩体三维实体模型,得到裁切后的***区域岩体三维实体模型;
使用***区域范围多边形生成三角形网格,得到***区域范围三角形集Tb={tb1,tb2,…,tbi′,…tbl},其中,tbi′为第i′个三角形,i′∈[1,l],l为***区域范围多边形生成的三角形总数;使用***区域范围三角形集Tb裁切采场裁切的岩体三维实体模型E1,保留***区域范围内部的岩体三维实体,即为裁切后的***区域岩体三维实体模型,记为E={e1,e2,…,ej′,…ek},其中,ej′为第j′个实体单元,j′∈[1,k],k为***区域范围内部的实体单元总数。
3.根据权利要求1所述的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,其特征在于:所述步骤2.1的具体方法为:
以炮孔位置点集P={p1,p2,…,pf,…pF}和***区域范围多边形顶点进行三角形剖分,得到炮孔三角形集Tr={tr1,tr2,…,trh,…trH},其中,pf为第f个炮孔位置点,f∈[1,F],F为***区域范围多边形内炮孔位置点总数,trh为第h个剖分三角形,h∈[1,H],H为通过炮孔位置点和***区域范围多边形顶点进行剖分得到的三角形的总数。
4.根据权利要求1所述的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,其特征在于:所述步骤2.2的具体方法为:
对于每一个炮孔,从炮孔三角形集Tr中,得到所有与炮孔位置点相连接的三角形的边,这些边有的与其它炮孔相连,有的与***范围边界点相连,炮孔影响多边形就是由这些边的中点或顶点连接而成,如果边与其它炮孔相连,取边的中点,否则取边的顶点;所有炮孔影响多边形集记作PL={pl1,pl2,…,plm,…,plF},其中,plm为第m个炮孔的影响多边形,m∈[1,F]。
5.根据权利要求1所述的一种基于***岩体三维实体模型的炮孔装药量计算方法,其特征在于:所述步骤3的具体方法为:
使用每一个炮孔影响多边形与裁切后的***区域岩体三维实体模型求交集,得到每一个炮孔的影响实体单元;设第m个炮孔的影响多边形plm分别与裁切后的***区域岩体三维实体模型E求相交,得到第m个炮孔的影响实体集Cm={cm1,cm2,…,cmy,…,cmr},其中,cmy为第m个炮孔的第y个影响实体单元,y∈[1,r],r为第m个炮孔的影响实体单元总数。
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GR01 | Patent grant | ||
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