一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备及装药方法与流程

本发明涉及智能装药，具体为一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备及装药方法。

背景技术：

1、露天矿开采是矿产资源开发的重要方式之一，在露天矿的开采过程中，穿孔爆破技术是实现高效开采的关键环节。穿孔爆破流程包括钻孔、装药、堵塞和起爆这几个主要步骤，其中，装药环节对爆破效果具有决定性影响，装药量的多少、炸药的类型以及装药的均匀性都会直接影响到爆破的破碎效果，如果装药量不足，会导致岩石破碎不彻底，影响开采效率；装药量过多则会导致资源浪费，甚至引起过度破碎，增加后续的清理工作量，同时也增加了安全风险。

2、近年来，随着智能化、自动化技术的发展，智能装药技术逐渐应用于露天矿的开采，并且带来了显著的优势。例如，公开号为cn117053643a的中国专利提供了一种智能爆破炮孔装药机器人及装药方法，该发明中，智能爆破炮孔装药机器人通过装药行走模块承载着药包存放模块、抓取药包模块、炮孔装药模块、岩屑回填模块和装药信息处理模块的整体设计，解决了投放炸药包人力使用较多的问题。

3、但是，现有技术没有综合考虑露天矿的地质特征、炮孔的相关信息和爆破对周边环境的影响，导致对每个炮孔装药量的精确控制存在不足，进而造成资源浪费和爆破安全性降低。

4、为此，提出一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备及装药方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备及装药方法，智能装药设备包括移动底盘、装药泵、存储仓、装药机械臂、输药管、输药管伸缩机构和控制器；首先，通过控制器分析每个炮孔的最优装药量区间，计算每个延时段内的最大允许单段爆破药量，根据最优装药量区间和最大允许单段爆破药量确定每个炮孔的最优装药量；然后，根据最优装药量，通过控制器控制装药泵、存储仓、装药机械臂和输药管伸缩机构对每个炮孔完成装药，实现智能装药的精确控制。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备，包括：移动底盘、装药泵、存储仓、装药机械臂、输药管、输药管伸缩机构和控制器；所述装药泵和所述存储仓位于所述移动底盘上；所述存储仓包括第一装药开关、第二装药开关、药罐和重量传感器；所述药罐位于存储仓内部；所述药罐安装在所述重量传感器上；所述药罐的第一端连接所述装药泵，连接部位安装所述第一装药开关；所述药罐的第二端连接所述输药管的第一端，连接部位安装所述第二装药开关；所述输药管的第二端通过所述输药管伸缩机构进行伸缩；所述输药管伸缩机构与所述装药机械臂末端执行器连接；所述控制器位于所述移动底盘内部；所述控制器与所述装药泵、所述存储仓、所述装药机械臂和所述输药管伸缩机构进行通信；所述控制器用于分析炮孔的最优装药量，并根据所述最优装药量控制所述装药泵、所述存储仓、所述装药机械臂和所述输药管伸缩机构对炮孔完成装药；所述控制器分析炮孔的最优装药量的步骤包括：分析每个炮孔的最优装药量区间；计算每个延时段的最大允许单段爆破药量；根据所述最优装药量区间和所述最大允许单段爆破药量确定每个炮孔的最优装药量。

4、优选的，所述控制器根据所述最优装药量对炮孔完成装药具体包括：

5、控制装药机械臂将所述输药管伸缩机构对准炮孔口；

6、控制所述输药管伸缩机构将所述输药管伸入炮孔至预定深度；

7、记录所述重量传感器的初始值，并实时监测所述重量传感器的当前值；

8、开启所述第一装药开关、所述第二装药开关和所述装药泵，进行装药；

9、实时计算所述当前值与所述初始值之差，得到实时装药量；

10、当所述实时装药量达到所述最优装药量，关闭所述第一装药开关、所述第二装药开关和所述装药泵，完成装药。

11、优选的，所述控制器通过分支注意力融合模型分析所述最优装药量区间；所述分支注意力融合模型包括输入层、特征提取层、注意力机制层、特征融合层和输出层；分析所述最优装药量区间的步骤包括：

12、获取露天矿的地质参数和炮孔的随钻参数；

13、通过所述输入层对所述地质参数和所述随钻参数进行预处理和特征构建，得到第一特征向量集合x＝{xg,xd}；其中，表示第一地质参数特征向量；an表示所述第一地质参数特征向量中第n个特征的可学习权重；表示所述第一地质参数特征向量的第n个特征；n表示所述第一地质参数特征向量中的特征数量；表示第一随钻参数特征向量；bm表示所述第一随钻参数特征向量中第m个特征的可学习权重；表示所述第一随钻参数特征向量的第m个特征；m表示所述第一随钻参数特征向量中的特征数量；

14、通过所述特征提取层对所述第一特征向量集合内的元素分别进行特征提取，得到第二特征向量集合x′＝{x′g,x′d}；其中，x′g表示第二地质参数特征向量；xd′表示第二随钻参数特征向量；

15、通过所述注意力机制层对所述第二特征向量集合内的元素分别进行注意力计算，得到第三特征向量集合x″＝{x″g,x″d}；其中，x″g表示第三地质参数特征向量；x″d表示第三随钻参数特征向量；

16、通过所述特征融合层对所述第三特征向量集合内的元素进行融合，得到融合特征xgd；

17、通过所述输出层处理所述融合特征得到所述最优装药量区间的上下界。

18、优选的，所述输入层包括第一地质参数分支和第一随钻参数分支；所述特征提取层包括第二地质参数分支和第二随钻参数分支；所述注意力机制层包括第三地质参数分支和第三随钻参数分支；所述第一地质参数特征向量通过所述第一地质参数分支得到；所述第一随钻参数特征向量通过所述第一随钻参数分支得到；所述第二地质参数特征向量通过所述第二地质参数分支得到；所述第二随钻参数特征向量通过所述第二随钻参数分支得到；所述第三地质参数特征向量通过所述第三地质参数分支得到；所述第三随钻参数特征向量通过所述第三地质参数分支得到。

19、优选的，所述分支注意力融合模型的训练数据集包括历史露天矿穿孔爆破中的历史地质参数、历史随钻参数以及对应的历史最优装药量区间。

20、优选的，所述控制器计算最大允许单段爆破药量的步骤包括：

21、获取爆破源距离；所述爆破源距离为爆破中心点和周边建筑的最小距离；

22、根据历史爆破的主振动频率和周边建筑类型确定爆破的允许振动速度限值；

23、根据所述爆破源距离和所述允许振动速度限值通过最大允许单段爆破药量方程计算每个延时段的所述最大允许单段爆破药量。

24、优选的，建立所述最大允许单段爆破药量方程的步骤包括：

25、获取历史露天矿穿孔爆破中每次爆破的历史质点峰值振动速度、各个延时段的单段爆破药量最大值以及历史爆破源距离，得到爆破振动数据集；

26、通过多元回归分析所述爆破振动数据集，建立振动衰减方程；

27、根据所述振动衰减方程建立所述最大允许单段爆破药量方程。

28、优选的，所述控制器通过二次规划算法确定延时段内每个炮孔的最优装药量，具体包括：

29、建立目标函数，用于最小化每个炮孔的所述最优装药量与所述最优装药量区间的中心值之间的偏差；

30、建立约束条件；所述约束条件包括区间约束和总量约束；所述区间约束用于确保每个炮孔的装药量在所述最优装药量区间内；所述总量约束用于确保延时段内所有炮孔的总装药量不超过所述最大允许单段爆破药量；

31、使用二次规划求解器得到每个炮孔的所述最优装药量。

32、优选的，在所述二次规划算法中引入松弛技术，具体包括：在所述区间约束中引入松弛变量；在目标函数中加入松弛变量惩罚项。

33、一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药方法，应用所述的一种露天矿矿岩穿孔爆破智能装药设备。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、1、发明采用分支注意力融合模型来分析每个炮孔的最优装药量区间；模型通过历史数据训练，模型可持续优化，适应性强；包括输入层、特征提取层、注意力机制层、特征融合层和输出层，能够同时处理地质参数和随钻参数两种类型的数据，适应复杂多变的地质环境；在输入层设计可学习的特征权重，通过反向传播自动选择重要特征；在注意力机制层对不同特征进行注意力计算，突出重要信息；采用分支注意力融合模型分析最优装药量区间为后续最优装药量的确定奠定了基础。

36、2、本发明通过多元回归分析历史爆破数据，建立振动衰减方程，进而推导出延时爆破中每延时段的最大允许单段爆破药量方程；该方法考虑了爆破源距离、振动频率、周边建筑类型等多个因素，能够准确计算每个延时段内的最大允许单段爆破药量，能够有效降低对周边环境的影响，有助于装药量的精确控制，进而避免了过量装药造成的资源浪费。

37、3、本发明采用二次规划方法确定每个炮孔的最优装药量；通过建立目标函数和约束条件，在满足最优装药量区间和最大允许单段爆破药量的前提下，最小化每个炮孔的装药量与理想值的偏差，同时引入松弛技术，提高了优化过程的灵活性和适应性；实现了多目标优化，既保证了单孔装药的合理性，又确保了每延时段总装药量的安全性，得到每个炮孔的最优装药量，减少资源浪费。