視角·觀點(diǎn)┃李萍豐院士：智能爆破關(guān)鍵技術(shù)裝備創(chuàng)新與工程應(yīng)用

爆破是非煤礦山開采的首要工序，是礦山勞動(dòng)密集型最危險(xiǎn)的工序。爆破工藝不連續(xù)性、安全風(fēng)險(xiǎn)性和行業(yè)特殊性，爆破智能化研究和建設(shè)相對(duì)滯后。目前爆破智能化取得突破性進(jìn)展，獲得了多項(xiàng)從0到1的原始創(chuàng)新突破，初步建成了全球首個(gè)礦山開采全生產(chǎn)鏈智能示范工程。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第3期"視角·觀點(diǎn)"欄目

作者簡(jiǎn)介：李萍豐，俄羅斯工程院外籍院士，正高級(jí)工程師，博士、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、總工程師，主要從事工程爆破、礦山開采等相關(guān)方面的研究。E-mail：hdbplpf@163.com

作者單位：宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）；山東大學(xué)；湖南金聚能科技有限公司

引用格式：李萍豐，許獻(xiàn)磊，趙國(guó)瑞，等.智能爆破關(guān)鍵技術(shù)裝備創(chuàng)新與工程應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(3)：11-17.

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智能爆破建設(shè)階段和總體框架

智能爆破是通過(guò)感知系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)爆破全生產(chǎn)工序和全生命周期的自感知、自學(xué)習(xí)、自執(zhí)行和自決策的智能化管理，實(shí)現(xiàn)爆破全過(guò)程全工序感知，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握爆破運(yùn)行動(dòng)態(tài)，為爆破提供安全、少人、本質(zhì)安全的工作環(huán)境。

1.1 智能爆破發(fā)展階段

爆破智能化建設(shè)從2008年開始發(fā)展分為3個(gè)階段。

（1）初級(jí)階段從2008年汪旭光院士提出信息化是爆破行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)開始，進(jìn)入起步和初級(jí)階段。

（2）中級(jí)階段從2020成立智能爆破研究中心開始，開展了從0到1的原始創(chuàng)新，研究智能爆破的理論，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、穿孔、地面站、裝藥、堵塞、起爆和安全管理等方面的數(shù)據(jù)提取感知裝備的突破性進(jìn)展，目前我國(guó)智能爆破研究和建設(shè)處于中級(jí)階段。

（3）高級(jí)階段為實(shí)現(xiàn)爆破全過(guò)程全工序智能化，人工干預(yù)決策過(guò)渡到智能決策，打造國(guó)際領(lǐng)先的安全、高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展的新型現(xiàn)代化爆破模式。

1.2 爆破智能化總體架構(gòu)

爆破智能化總體架構(gòu)包括1理論+1平臺(tái)+7關(guān)鍵器材裝備和技術(shù)+4算法，智能爆破總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能爆破總體架構(gòu)

（1）1理論是指炸藥能量與巖體破碎能量匹配理論。

（2）1平臺(tái)是指智能露天礦全生產(chǎn)鏈數(shù)據(jù)融合決策平臺(tái)。

（3）7關(guān)鍵器材裝備和技術(shù)是指爆破地質(zhì)智能探測(cè)車、智能鉆機(jī)、智能混裝車、智能堵塞車、智能起爆器材、智能安全管理和智能爆破效果。

（4）4算法是指混裝炸藥能量與巖體破碎能量匹配算法、鉆機(jī)鉆進(jìn)能耗與巖體破碎能量特征算法、三維塊度分布智能算法和爆破價(jià)值鏈共享智能算法。

智能爆破關(guān)鍵技術(shù)及裝備

為解決傳統(tǒng)露天礦爆破作業(yè)工藝不連續(xù)，機(jī)械化、信息化程度低、數(shù)字化感知能力差、安全風(fēng)險(xiǎn)高、效率低，難以與生產(chǎn)環(huán)節(jié)形成全生產(chǎn)鏈數(shù)據(jù)融合等問(wèn)題，研制感知能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)提取數(shù)據(jù)的智能化設(shè)備。

2.1 爆破地質(zhì)智能探測(cè)車

爆破地質(zhì)智能探測(cè)車包括超深天線車載控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)高速采集及傳輸系統(tǒng)、測(cè)距裝置、視頻模塊、天線保護(hù)裝置、車載機(jī)械臂及其控制系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)同步控制和采集，膠輪底盤與探測(cè)車系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)低頻地質(zhì)雷達(dá)天線有效安全掛載以及智能化探測(cè)作業(yè)。目前實(shí)現(xiàn)探測(cè)深度為50m，天線掃描速度0.03m/s。主要用于探測(cè)爆破區(qū)域內(nèi)巖層分布情況，實(shí)現(xiàn)快速采集數(shù)據(jù)、建立爆破地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建爆破地質(zhì)透明地圖，為智能爆破的安全可靠實(shí)施提供技術(shù)支撐。爆破地質(zhì)智能探測(cè)車如圖2所示，爆破地質(zhì)智能探測(cè)車原理如圖3所示。

圖2 爆破地質(zhì)智能探測(cè)車

圖3 爆破地質(zhì)智能探測(cè)車原理

2.2 智能混裝車

露天礦山現(xiàn)場(chǎng)乳化炸藥混裝車勞動(dòng)強(qiáng)度大、裝藥質(zhì)量較難控制、炸藥密度較難實(shí)時(shí)調(diào)整、裝藥計(jì)量不準(zhǔn)、工作效率較低、不適合爆區(qū)場(chǎng)地、自動(dòng)化和智能化程度不高等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找炮孔、裝藥實(shí)時(shí)計(jì)量、炸藥車故障自診斷等功能，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)乳化炸藥混裝車裝藥如圖4所示。

圖4 傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)乳化炸藥混裝車裝藥

（1）智能混裝車結(jié)構(gòu)

智能混裝車主要由底盤系統(tǒng)、動(dòng)力輸出系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、敏化系統(tǒng)、乳化基質(zhì)料倉(cāng)、泵送系統(tǒng)、裝填系統(tǒng)、水汽清洗系統(tǒng)、尋孔和對(duì)孔系統(tǒng)等部分組成。整車動(dòng)力來(lái)源于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)取力器驅(qū)動(dòng)液壓油泵，液壓油泵、再將壓力油泵送到基質(zhì)泵馬達(dá)、伸縮油缸、對(duì)孔油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、卷筒馬達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，智能混裝車結(jié)構(gòu)總體示意如圖5所示。

圖5 智能混裝車結(jié)構(gòu)總體示意

（2）智能混裝車技術(shù)指標(biāo)

智能混裝車技術(shù)指標(biāo)主要包括：裝藥效率為70~150kg/min；主體設(shè)備輸送壓力為0.3~1.2MPa；勞動(dòng)定員2人、駕駛員1人、中/近距離遙控操作1人；裝藥范圍15.6m、平面旋轉(zhuǎn)270°；乳化炸藥安全性指標(biāo)，摩擦感度0%、撞擊感度0%、無(wú)雷管感度、熱感度合格；乳化炸藥性能指標(biāo)，密度1.0~1.25g/cm、爆速≥4000m/s。

（3）智能混裝車關(guān)鍵技術(shù)

智能混裝車接收炮區(qū)和炮孔參數(shù)提示、停放位置和移動(dòng)軌跡，采用視覺(jué)圖像處理系統(tǒng)通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)孔，進(jìn)行一鍵式智能裝藥，自動(dòng)進(jìn)行裝藥量精準(zhǔn)計(jì)量與退管。配備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)集成了裝藥密度調(diào)節(jié)、乳膠基質(zhì)長(zhǎng)距離輸送減阻敏化、智能混裝車安全智能管理與故障智能診斷功能，高精度裝藥參數(shù)感知流程如圖6所示，裝藥密度自適應(yīng)調(diào)節(jié)流程如圖7所示。

圖6 高精度裝藥參數(shù)感知流程

圖7 裝藥密度自適應(yīng)調(diào)節(jié)流程

2.3 智能混裝車無(wú)線起爆系統(tǒng)

智能混裝車無(wú)線遠(yuǎn)距離起爆系統(tǒng)包括無(wú)線起爆模塊、起爆控制器、中繼器，主要包括5個(gè)特點(diǎn)，智能混裝車無(wú)線起爆原理如圖8所示。

圖8 智能混裝車無(wú)線起爆原理

（1）基于工業(yè)電子雷管的無(wú)線起爆系統(tǒng)保留工業(yè)電子雷管三碼綁定，信息可追溯、起爆控制安全。

（2）通過(guò)起爆控制器以無(wú)線傳輸方式與中繼器、無(wú)線起爆模塊及數(shù)碼電子雷管進(jìn)行通信。

（3）無(wú)線起爆模塊通過(guò)有線與工業(yè)電子雷管連接，考慮成本、效率、操作人員的熟練程度以及爆破作業(yè)環(huán)境，工業(yè)電子雷管可單獨(dú)連接，也可每20發(fā)工業(yè)電子雷管串聯(lián)后與無(wú)線起爆模塊連接。

（4）無(wú)線起爆模塊和中繼器（無(wú)人機(jī)搭載）采用頻段為2.4000～2.4835GHz、射頻功率0.65W、通信帶寬最大600Mbit/s。

（5）中繼器（無(wú)人機(jī)搭載）和起爆控制器采用頻率為433Hz的LoRa無(wú)線技術(shù)。

智能混裝車無(wú)線遠(yuǎn)距離起爆系統(tǒng)突破了3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）無(wú)線起爆模塊集成了雙向通信、讀取工業(yè)電子雷管信息、提供工業(yè)電子雷管起爆能量，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)電子雷管超低壓安全檢測(cè)，提高了爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的本質(zhì)安全性。

（2）起爆控制器與工業(yè)電子雷管實(shí)現(xiàn)無(wú)線雙向通信，確保了爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境下的正常通信、可靠起爆。

（3）無(wú)人機(jī)搭載中繼器的無(wú)線起爆模式，解決了單臺(tái)起爆器1次起爆雷管數(shù)量限制，擴(kuò)大了爆破作業(yè)規(guī)模，降低了爆破作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了復(fù)雜地理環(huán)境下起爆站位置設(shè)置受限的難題。

全生產(chǎn)鏈智能礦山示范工程應(yīng)用

露天礦山全生產(chǎn)鏈智能化建設(shè)在華潤(rùn)肇慶大排砂石骨料礦（簡(jiǎn)稱大排礦）工程示范應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量、穿孔、爆破（裝藥、堵塞、連線、起爆）、運(yùn)輸、安全管理等功能，以下工程應(yīng)用情況主要針對(duì)測(cè)量、爆破（裝藥、堵塞、連線、起爆）的部分器材和裝備。

3.1 爆破地質(zhì)智能探測(cè)車工業(yè)應(yīng)用

2023年5月17—22日，爆破地質(zhì)智能探測(cè)車在大排礦共完成探測(cè)25條測(cè)線。工作時(shí)采用直接耦合法，天線平放于地面，探測(cè)開始后拖動(dòng)天線，爆破地質(zhì)智能探測(cè)車工業(yè)性實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖9所示。在大排礦西采區(qū)+300平臺(tái)東西方向等間距布置9條測(cè)線，淺部存在1處巖性分界面和2處裂縫發(fā)育異常，西采區(qū)+300平臺(tái)巖石分界面、裂縫分布見(jiàn)表1，西采區(qū)+300平臺(tái)巖性分界面雷達(dá)圖譜如圖10所示。

圖9 爆破地質(zhì)智能探測(cè)車工業(yè)性試實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

表1 西采區(qū)+300平臺(tái)巖石分界面、裂縫分布

圖10 西采區(qū)+300平臺(tái)巖性分界面雷達(dá)圖譜

3.2 智能混裝車工業(yè)應(yīng)用

對(duì)比人工條裝成品裝藥、普通混裝炸藥車和智能混裝車比較結(jié)果見(jiàn)表2。分析可知總裝藥工效（每人、每分鐘裝藥量）智能混裝車是普通混裝車的2倍、人工裝藥的4.7~7.0倍。

表2 條裝成品藥、混裝車與智能混裝車效率比較

3.3 無(wú)線起爆器工業(yè)應(yīng)用

無(wú)線起爆器從2022年3月起在大排項(xiàng)目部進(jìn)行常態(tài)化工業(yè)應(yīng)用，共計(jì)使用工業(yè)電子雷管760發(fā)，起爆炸藥約91200kg，全部安全順利起爆，爆破效果良好。2023年6月30日深孔+淺孔爆破無(wú)盲炮，無(wú)飛石，爆堆整體向上隆起，達(dá)到預(yù)期效果。爆堆表面僅有少量大塊（表面超過(guò)1m約3塊），爆堆松散，平均挖運(yùn)效率4min/車，爆堆內(nèi)大塊率小于1.5%，大排項(xiàng)目部無(wú)線起爆常態(tài)化試驗(yàn)場(chǎng)景如圖11所示，起爆方式對(duì)比見(jiàn)表3。

圖11 大排項(xiàng)目部無(wú)線起爆常態(tài)化試驗(yàn)場(chǎng)景

表3 起爆方式對(duì)比

無(wú)線起爆器材現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的人工連接相比，無(wú)線智能起爆技術(shù)簡(jiǎn)單快捷，減少了進(jìn)入爆破作業(yè)區(qū)域的人數(shù)和時(shí)間，取消物理導(dǎo)線后，起爆站設(shè)置不受地形制約，可設(shè)在最方便和較遠(yuǎn)位置完成遠(yuǎn)程起爆，使得爆破工程向本質(zhì)安全爆破作業(yè)更進(jìn)一步。

總結(jié)

（1）智能爆破是提高爆破企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)爆破行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要條件，智能爆破關(guān)鍵器材和裝備具有全面感知、自動(dòng)提取、少人操作、連續(xù)作業(yè)等特點(diǎn)，在大排礦進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了爆破施工多場(chǎng)景、全工序感知、互聯(lián)與協(xié)同的工業(yè)應(yīng)用，具有良好的效果。

（2）在大排礦的工業(yè)應(yīng)用中，爆破地質(zhì)探測(cè)車識(shí)別巖層分界面與裂隙異常，智能混裝車工效達(dá)普通混裝車的2倍（總裝藥效率14kg/min），無(wú)線起爆系統(tǒng)縮短起爆準(zhǔn)備時(shí)間至18min，減少作業(yè)人員暴露風(fēng)險(xiǎn)。建成了全球首個(gè)全生產(chǎn)鏈智能示范工程，推動(dòng)爆破工序向少人化、連續(xù)化與本質(zhì)安全轉(zhuǎn)型，為礦山智能化升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤科總院出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)成立于2015年，擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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