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我国矿业管理的信息化水平较低,严重影响了资源评价及储量监管的水平、效率和可信度,同时降低了矿山设计和计划编制的效率与可靠性,使得矿业的生存与发展面临着空前的困境。巷道掘进是矿山开采的必要工序之一,而爆破是目前巷道掘进采用的主要手段,由于爆破作业具有高费、高危、结果不可逆等特点,给工程技术人员安排设计爆破方案带来了困难,同时提高了掘进爆破作业入门的门槛。针对我国矿产资源的特点和矿山企业对数字矿山建设的实际需求,通过产学研联合攻关,开发具有自主知识产权的数字化采矿关键技术与软件,建立具有中国特色的矿业自动化产业体系具有重要意义。
针对上述情况,为了方便技术人员设计爆破方案,帮助新手尽快熟悉作业环境,本文研发了一款掘进爆破模拟系统,使工程技术人员可以在真实作业前通过在计算机上进行虚拟爆破方案设计,在不同参数下观测仿真结果,以此检验并调整爆破方案。本文主要从爆生流体模拟和爆炸破坏效应模拟两个方面对巷道掘进爆破模拟展开研究,取得了如下成果:
首先,深入研究、分析了流体模拟的理论和关键技术,将Jos Stam的基于Navier-Stokes方程的稳定流体解算框架扩展到了三维空间中。并分别在二维和三维中编程实现了该算法。
其次,采用一种基于连接的体素方法建立了岩石模型。利用体素表示不可再分割的原子碎块,通过加权连接将体素彼此联系,以连通无向图的形式将体素组织起来构成各种岩石模型。根据牛顿物理学建立了岩石抛掷模型和碰撞模型。通过断裂连接的方式,建立了岩石的破碎机制。
然后,通过对采矿经验公式进行归纳,总结出了影响爆破效果的关键参数。
最后,结合上述所有工作设计并实现了一个巷道掘进爆破仿真系统。