爆破的研究己经历了一个漫长的年代,在现代化建设中都发挥了极其巨大的作用,在理论、工艺和器材等方面均有较快的发展且达到了较高的水平。

1959年,Bodn从能量的角度出发,初步研究了露天矿破碎的预测;1952年苏联的缅尔尼科夫研究了爆炸气体和冲击波相互作用的破岩机理,1963年,Faverau采用由于爆炸气体和冲击作用而产生破碎的动态模拟来进行详细的爆破设计和破碎预测;1973年,Kuzlezov和Cunningham采用爆破参数与平均块度的经验公式来进行台阶爆破平均块度尺寸的预测。国内也同样有许多研究人员从事露天矿台阶爆破块度和爆堆形状等项目的研究。而且他们的研究成果也都为露天矿的发展作出了贡献。

80年代以来,计算机技术进入爆破领域,爆破智能研究方面亦有许多成果,如由美国进行的爆破鼓包运动的动态模拟研究,1987年ICI炸药集团采用计算机图解计算法、炸药与岩石相互作用解析法来预计台阶爆破效果;1988年,Kleine和Leung将破碎理论应用到原岩矿块进行破碎块度预测、炸药选择和爆破设计。我国马鞍山矿山研究院、长沙矿山研究院、中国矿业大学、北京科技大学、武汉理工大学等单位最早从1984年开始分别对工程爆破的数学模拟做了大量工作,但在生产应用上取得效果尚少。另外,国内外一些高校和研究机构从事土岩爆破专家系统和决策系统的研究,所采用的研究方法有神经网络法、模糊推理法等。

随着国民经济的迅猛发展,各种基础设施雨后春笋般地兴建,如矿产开采、公路、铁路、隧洞、水利水电、军事工程及其他建筑物等,这些设施的建设都会涉及到大量土石方的开挖,如三峡工程的土石方开挖量就达一亿多立方米。作为一种高效、快速的施工方法,爆破常常被优先选择用于土石方的开挖工程。但是,如何在实际工程中比较科学经济地利用爆破,这一直是广大爆破工程师所关注的难题。基于目标导向的爆破参数智能优化旨在研究出一种能获取理想的爆破块度、降低爆破成本、减少爆破危害和二次破碎量的最优爆破效果爆破设计方案,而且这也是大家一直所希望的。

由于爆破广泛应用于矿山、公路、铁路、水利水电、土建和军工等领域,基于目标导向的爆破参数智能优化研制成功具有很高的理论意义和实用价值。基于目标导向的爆破参数智能优化研究成功并投入实际爆破工程，将创造最好的爆破效果，降低大块率，得到合适的级配，极大地简化爆破施工，对促进爆破工程施工的自动化和智能化有很高的时机意义；另外，基于目标导向的爆破参数智能优化研究成功将从更高层次上控制爆破危害、减少爆破事故的发生；最后，基于目标导向的爆破参数智能优化研究成果的使用可在一定程度上降低爆破费用，减少浪费。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容为在台阶爆破中，针对不同岩性的岩体以及不同的爆破块度级配目标，对其炸药参数、孔网参数、起爆延时参数、装药结构进行智能优化。

其中，岩性分为岩石普氏系数、节理发育程度等；炸药参数分为炸药类型、爆速、爆压、猛度、做功能力等；孔网参数分为孔距、排距、抵抗线、孔深、超深、堵塞长度、炸药单耗等；起爆延时参数分为起爆顺序、孔间和排间延时等；装药结构分为耦合装药、不耦合装药、连续装药、不连续装药、雷管的布置位置等。

拟采用的技术方案为采用基于Takagi-Sugeno模糊系统的神经网络。输入参数为岩石性质(岩石性质系数、岩石的抗压抗剪强度、岩体节理发育程度系数、地下水含量等)和爆破要求(合适的级配),系统输出为炸药的性能系数(炸药的爆速、猛度、殉爆距离、做功能力等)、孔网参数(孔距、排距、抵抗线、孔深、堵塞长度、炸药单耗等)、起爆参数(起爆顺序、毫秒延迟)、装药结构(耦合装药、不耦合装药等)。

本系统通过给定的样本自行进行学习，当误差代价函数小于设定的目标时的,学习结束,同时系统获得较优的连接权值和较优的隶属函数中心和宽度值。当输入新的参数时,系统进行推理计算,最后输出一组最优的爆破参数。