摘要：煤矿工程区地理环境、地区质量、岩石区的稳定性、地表岩石层断面的形状、地底瓦斯赋存量、施工队的开采条件及岩石开采过程中的力学等是煤矿巷道掘进爆破智能设计方案所要涉及的内容，煤矿的开采是复杂的理论与技术含量相结合的高难度问题。要进行煤矿巷道爆破智能设计系统方面的研究，必须使研究理论成果和实践经验相结合。

关键词：煤矿工程区;巷道掘进爆破;智能设计系统;智能布孔;煤矿开采

引言

煤矿巷道掘进爆破智能设计系统是计算机数字化计算与煤矿巷道掘进爆破技术的完美结合，系统涉及的内容很广，包括围岩稳定性、断面形状、工程地质、计算机技术、通信技术等。煤矿巷道掘进爆破智能设计系统需大量理论研究的支持，该系统的设计需要煤矿巷道掘进爆破领域与计算机智能设计领域的有机融合，系统底层是多个数据库，包括典型案例数据库、煤矿巷道掘进爆破理论库、煤矿巷道掘进爆破规范库等。此外，该系统可对煤矿巷道掘进爆破设计进行优化设计，通过二次开发的CAD绘图模块进行自动绘图，最大限度节约人力成本，提高爆破施工的安全性。

1巷道爆破设计专家系统结构

系统包括人机接口、知识库、推理机、绘图子系统和解释机5个部分组成。

1.1人机接口

人机交互界面是实现用户与系统、知识工程师与系统进行交互的窗口，是用户应用系统功能的平台。基于用户的思维及视觉角度去考虑系统界面的管理和设计，基于煤矿技术人员的使用习惯和易于接受的方式进行模块化布局。

1.2知识库

（1）知识库知识的获取。

①典型爆破案例知识库。提取国内较大矿业集团所属不同煤矿一百余个不同典型巷道爆破掘进实例纳入案例知识库。基于系统知识库、推理机和设计需要，制定了煤矿巷道典型案例调查问卷，针对不同矿区选取施工条件特殊以及实际工程爆破效果理想的方案进行信息采集，委托现场技术业务骨干填写问卷，并进行问卷的分析、整理和总结，作为典型案例爆破知识库的基础性资料。

②专家经验知识库。煤矿巷道爆破领域专家理论及现场技术人员经验知识。主要包括相关高校和科研单位专家学者著作，现场多年来从事煤矿巷道爆破的专家经验性知识，生产现场总结的经验性的知识。知识的获取主要采取调查问卷、现场访谈、专家著作知识提取等方式。针对不同方式获取的知识按照专业性原则进行分类，并进行合理科学的知识表示。

③巷道爆破理论研究成果及规则知识库。总结分析巷道爆破相关领域学术专著、论文、技术报告、鉴定成果等文献资料。

1.3推理机

推理机的作用是使知识库的知识得到充分、合理、有效地利用，使各个组成部分构成一个统一的协调一致的有机整体。巷道爆破设计专家系统提供产生式以及最大匹配度推理策略，基于规则和爆破典型案例两种推理途径。

1.4绘图子系统

采用面向对象的编程技术及ObjectARX接口技术开发出通用的基于AutoCAD平台的绘图系统，并在此基础上实现系统与“专家”知识库的结合，使之具有较高的智能化水平。系统实现了基于爆破方案的自动绘制炮眼布置三视图，爆破效率参数表，爆破说明书等。

1.5解释机

解释部分是一组程序，一个专家系统必须能够解释它所给出的决策和建议。系统解释机能够解释巷道爆破方案专家系统两种推理策略的推理过程、推理结果、相关计算公式依据，系统操作说明、知识库知识来源、意义以及适用条件等。

2煤矿巷道掘进爆破智能设计系统的实际案例

2.1煤矿巷道掘进爆破智能设计系统的智能布孔

本文以某煤矿的巷道掘进爆破智能设计系统为例，巷道断面采用拱形设计，宽高范围（宽×高）：5.2×4.2m～2×2m，掏槽为楔形，中宽×高为4.8×3.6m。首先根据巷道断面在系统中建立基准坐标，按照系统设计流程输入断面各个坐标点，利用模拟的坐标控制曲线特征参数，形成完整的断面轮廓线。

之后进行掏槽孔设计，根据基层数据库与断面轮廓线设计最佳的爆破孔深，同时选择合适的掏槽角，确定孔口间距，根据数据模型优化相关数据，最后将这些数据布置在虚拟坐标中，可得出掏槽的最佳倾斜角范围为68°～79°，最后通过智能绘图模块自动生成布孔图。

2.2系统智能布孔的结果

根据分析推理模块得出的布孔方案，进行底孔距离与崩落眼距离的设计，最终炮孔设计方案以掏槽孔与辅助孔的结合设计得出，通过施工人员审核与爆破施工效果可看出，系统设计的爆破方案比较合理，符合实际施工要求。通过系统爆破方案与施工人员设计方案的对比，可看出煤矿巷道掘进爆破智能设计系统设计的参数更加合理，系统设计流程更加简单，可有效缩短工程周期，最大限度减少了人力浪费，提高了煤矿巷道掘进爆破施工的整体质量，此外，该系统的爆破设计方案符合国家设计标准，有效消除了爆破施工中的隐患。

3煤矿巷道掘进爆破智能系统设计的案例

3.1智能布孔设计

在操作过程中，最重要的就是掏槽孔的布置。根据系统经验数据库及由断面轮廓线得到的断面参数来确定最终循环进尺以及爆破点的孔深，选择最合适的掏槽角并根据其确定孔口间距后，可以根据所得到的结果在断面直角坐标系下得到准确的布孔位置，从而布置出掏槽孔。在杨村煤矿中系统计算下，又经现场反复测试出的掏沟槽倾角位置在68°～79°之间最为合理。最后在系统的用户界面中输入参数就可以得到楔形掏槽孔最终的布置图。根据前期计算后得出的掏槽孔布置图来布置掏槽的周边孔。用布置图中曲线弧的圆心为圆心、以布置图的曲线半径，再减去掏槽周边孔孔口与开挖轮廓线的距离为半径作与其曲线弧等角度的弧线。然后，根据掏槽周边孔的间距对应的弧长从前一个控制点开始布置，全部按控制点间序号顺序的顺时针方向来布置周边孔位置。准确地布置掏槽孔的位置后，就可以开始布置掏槽孔周边辅助孔的位置。再由系统的用户界面中获取辅助孔参数后，以两点间的排距为单位，由掏槽区域的边界向煤矿巷道两侧开始布置炮孔排，然后以相同的孔距在各排掏槽区域的上下相同距离范围内进行布置炮孔以及辅助孔。最后系统计算结果和煤矿巷道布置完成、掏槽区的掏槽孔挖掘完毕后，就开始进行巷道掘进爆破布孔的设计方案。

3.2智能爆破布孔设计的结果

根据巷道掘进爆破布孔的方案，最后进行由系统计算确定底孔的距离和崩落眼的距离，最终完整的炮孔布置图就是按照掏槽孔和辅助孔眼的两种相同布孔方式相结合得到的。方案的实施过程中，掘进爆破的设计参数都基本合理，试验得出的爆破效果比较理想。将专家根据反复的试验后得出的设计方案与智能系统中的设计方案、最终的实验结果进行比较，发现利用巷道掘进爆破智能设计系统，能够优化爆破过程中的参数，计算机也能够自适应智能布孔成图，可以在较短时间内完成巷道掘进爆破设计，缩短时间，减少人力上的浪费，提高了施工质量和进度，保障了施工人员的安全。

4结语

煤矿巷道掘进爆破设计专家系统基于爆破专业知识和专家经验建立内容丰富的知识库和解释系统，设计了科学合理、高效稳定的推理机，采用爆破工程典型案例与规则两种推理途径，基于CAD二次开发技术完成了绘图子系统，从而使煤矿巷道掘进爆破设计系统具备智能设计和图表自动生成一体化的特征。应用系统对实际煤矿巷道爆破方案进行决策，其推理方案与实际工程吻合，证实了系统推理的可靠性和合理性。系统的开发和应用为煤矿开采技术和数字矿山技术的发展提供了参考，为巷道爆破设计提供了一种新的方法。

参考文献

[1]高尔新，杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社2020，86（3）：465-7456