臺階爆破的發(fā)展趨-于老師

臺階爆破的發(fā)展趨勢北京科技大學于亞倫臺階爆破是爆破的主要方式之一，廣泛地應用于采礦、水利水電、交通運輸等國民經濟各個部門的爆破作業(yè)中。臺階爆破的發(fā)展與這些部門的發(fā)展密不可分。例如：露天開采的發(fā)展方向是設備大型化、生產集約化、綠色環(huán)?；凸I(yè)連續(xù)化。作為露天開采主要工序的穿爆作業(yè)必然朝著設備大型化、自動化的方向發(fā)展。當今時代是信息化時代，信息時代就是信息產生價值的時代。信息化是當今時代發(fā)展的大趨勢，代表著先進生產力。信息社會與農業(yè)社會和工業(yè)社會的最大區(qū)別，就是不再以體能和機械能為主，而是以智能為主。信息時代爆破技術的發(fā)展也必然遵循這一規(guī)律。信息時代爆破技術的發(fā)展趨勢就是爆破數字化，在發(fā)展步驟上可分為三階段，即爆破作業(yè)自動化、爆破作業(yè)數字化和爆破作業(yè)智能化。爆破作業(yè)自動化是爆破作業(yè)數字化的基礎，爆破作業(yè)的智能化是爆破作業(yè)數字化發(fā)展的高級階段。1.爆破作業(yè)自動化1.1自動化的定義《中國大百科全書》的解釋機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)節(jié)中解放出來，而且能擴大人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。此定義包含三層意思：一是機器是在無人干預的情況下運轉的；二是機器的運行是按照程序或指令進行的；三是自動化延伸了人類的器官功能，包括體力的或部分腦力的功能。1.2臺階爆破自動化的核心技術1.2.1穿孔、爆破、鏟裝、運輸四大作業(yè)設備的自動化技術（1）對鉆機、挖掘機采用精確的GPS設備定位技術

國內牙輪鉆機穿孔直徑為250mm和310mm，國外已有直徑559mm的牙輪鉆機。有些礦山在鉆機、挖掘機安裝高精度（<1cm）的GPS系統(tǒng)，可以使鉆機的鉆孔深度隨著標高的變化而變化，保證了底板的平整度；可以使挖掘機保持在最大作業(yè)率的水平，使其返工率達到最小。（2）裝藥車的自動計量、裝藥系統(tǒng)、

從硝酸銨工廠大規(guī)模的集中制備乳膠基質和多孔粒狀硝酸銨，向爆破現場直接配送。利用裝藥車的自動計量、裝藥系統(tǒng)在爆破現場進行混裝裝藥，以滿足每個炮孔和整個爆區(qū)對爆破能量的不同需求。（3）先進測量技術的應用、使爆破作業(yè)進入自動化階段

根據鉆機數據統(tǒng)計分析，得出實際鉆孔的坐標偏差；生成三維數字化爆區(qū)；根據爆區(qū)不同巖性進行差異性和個性化的爆破設計與施工。（4）采用先進的信息技術建立現代調度系統(tǒng)

采用先進的GPS定位系統(tǒng)、物聯網RFID射頻識別技術、GPRS技術、視頻抓拍技術、自動計量技術及軟件管理技術，對傳統(tǒng)的人工調度系統(tǒng)及管理體制進行改造，通過采集生產設備動態(tài)信息，適時監(jiān)控和優(yōu)化調度卡車、電鏟等設備的運行，從而形成一種自動化、信息化、智能化的新型現代調度控制系統(tǒng)和全方位的生產管理控制自動化決策平臺。1.2.2穿孔、爆破、鏟裝、運輸四大作業(yè)設備的遙控技術（1）工作人員在操縱室內遙控穿孔、爆破、鏟裝、運輸設備的運轉，既安全又高效利用遠程遙控起爆器，爆破員可以在距爆區(qū)1km以外起爆，確保人員安全。司機可以在地面遙控操作井下鏟運機等運輸設備，既安全又高效。（2）機器人在礦山等危險行業(yè)自動化中的應用

目前，機器人在礦山自動化的應用尚處于初級階段，但是隨著機器人研究的不斷深入和發(fā)展，礦山機器人應用的領域將越來越寬廣。特別是在一些危險作業(yè)中將首先得到應用，例如：特殊煤層采掘機器人、鑿巖機器人、井下噴漿機器人、瓦斯、地壓巡檢機器人、搶險救災機器人等。相信隨著人工智能、傳感器技術、計算機技術、通信技術等機器人關鍵技術的發(fā)展，在未來實現無人化礦井方面機器人將發(fā)揮關鍵作用。（3）機器人在全礦山自動化建設中的應用機器人除了完成上述任務以外，進一步發(fā)展是突破過去關于單種機器人的單兵作戰(zhàn)的概念，在建設全礦山自動化過程中，要從整體礦山與全作業(yè)流程的自然控制、協調、適應、保護、調整、修復甚至再生的角度出發(fā)，采用分布式協調、智能決策等技術實現多種類、多數量機器人編班協同工作，真正實現整個生產、管理工程的自動化，而不是單個機器人的“孤軍作戰(zhàn)”。（4）遙控爆破在礦山自動化建設中的作用地下開采設備的發(fā)展方向是遙控化、微型化和大型化。遙控鏟運機的出現不但大大降低了作業(yè)的難度，而且降低了生產成本。微型鏟運機在地下危險部位和小空間區(qū)域的作業(yè)可以發(fā)揮了重要的作用。另一方面，地下載重汽車與電動鏟運機朝著大型化方向發(fā)展。露天開采設備的發(fā)展方向是大型化、液壓化。露天開采設備大型化有利于提高礦床資源的采出量。據統(tǒng)計，國外露天開采液壓設備使用率較高，其中液壓挖掘機的使用率達25%，液壓電鏟的使用率接近50%

不難看出，隨著新技術的發(fā)展，無論是地下開采還是露天開采，將會實現從穿孔、裝藥、爆破、鏟裝和運輸全過程的遙控化。1.2.3建立現代生產過程的控制、指揮系統(tǒng)將高精度的GPS測量系統(tǒng)、設備定位和礦體地圖集成，通過自動化調度（如INTELLIMINE），自動地控制、指揮各項生產活動，例如：裝載設備進行挖掘、鉆機定位、對中和控制孔深、礦石堆放、汽車運輸、推土機平整場地等作業(yè)。將來自設備傳感器上的數據和生產作業(yè)成本的變化結合在一起，把不同炸藥方案選擇所造成的影響轉為定量化表示。例如：汽車數量、運輸距離、循環(huán)時間等，各種參賽變化都能和生產率的不同標準進行對比，對生產過程控制作出最佳選擇生產過程控制的目的就是保持生產作業(yè)穩(wěn)定和最佳化，即投入最小的生產成本，而獲得最大的經濟效益。1.3全礦山自動化的內容1.3.1利用遠程通訊系統(tǒng)對生產程序和生產管理進行監(jiān)控設備一邊執(zhí)行程序，一邊收集信息，并將信息發(fā)展到各計劃、程序、模型和最優(yōu)化程序上，形成一個閉路控制系統(tǒng)。例如：遠程通訊系統(tǒng)對現場機械管理，將鉆孔關鍵數據（鉆孔開始時間、結束時間和鉆孔效率等）及時地傳輸給生產管理者，便于有效地管理。隨著遠程通訊系統(tǒng)的發(fā)展，人們將會只需坐在辦公室里控制操作桿，就能操作現場的穿爆、鏟裝設備的運轉，實現無人爆破，無人開采。1.3.2采礦計劃編制采礦計劃就是以精確的數據建立科學的礦山模型并且以此模型幫助決策者做出最佳決策，從而使礦山生產經營活動得到最佳效果。好的采礦計劃，能在“正確的時間、地點開采出效益最佳的礦石”。地理信息系統(tǒng)（GIS）、三維圖形顯示和計算機輔助設計等數據收集和分析技術是采礦計劃編制的有效工具。當礦山設計、生產計劃、礦堆進度計劃、設備應用以及規(guī)模擴大等各方面參數發(fā)生變化時，管理人員可以利用上述技術全面細致地研究和分析客觀情況，保證公司投資實現最佳化。1.3.3設備保養(yǎng)監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)設備保養(yǎng)和維修提高到新高度，不是被動地去保養(yǎng)、去維修，而是與操作相互作用，設備中的維修程序帶有預見性，不會產生災難性的事故。集成系統(tǒng)在機器計算機系統(tǒng)里的預期診斷功能，將機器可靠性提高到一個新水平。潛在的錯誤將被事先發(fā)現，使問題在惡化成意外停工之前得到解決。1.3.4爆破作業(yè)自動化是全礦山自動化的重要內容

以計算機為核心的自動化技術是當前臺階爆破乃至整個土石方爆破的發(fā)展主流。計算機輔助設計、計算機優(yōu)化設計和管理信息系統(tǒng)的應用已顯示出巨大的生命力。以檢測、采樣、計量、操作控制、數據分析處理、參數優(yōu)化以及圖文信息顯示和輸出等功能組成的集成系統(tǒng)已成為礦山自動化的發(fā)展模式。爆破作業(yè)作為礦山開采的主要工序之一，它的自動化必然成為礦山自動化的內容之一，它的發(fā)展也促進了礦山自動化的發(fā)展。

2爆破作業(yè)數字化數字爆破源于數字地球，數字中國、數字礦山。是數字地球，數字中國、數字礦山的引伸。2.1數字爆破的引入數字地球的概念是美國副總統(tǒng)戈爾于1998年1月31日在加利福尼亞科學中心所作的“數字地球—認識21世紀我們這棵星球”的演講中提出的新概念。數字地球是指充分利用地球的所有信息，以促進社會進步和經濟發(fā)展。他認為現在我們一方面擁有大量的可以發(fā)揮積極作用的信息，一方面又讓它閑置起來慢慢地過時而變得無用。正像一方面眾多人群面臨著饑餓死亡的威脅，一方面大量的糧食堆積在地窖霉爛變質一樣。解決這一矛盾的方法，便是建立“數字地球”。（1）數字地球（2）數字中國江澤民主席在1998年6月1日接見兩院院士時說：前幾年提出了“信息高速公路”，隨后又提出“知識經濟”，最近美國副總統(tǒng)戈爾又提出了“數字地球”的概念，真是日新月異啊。數字地球的概念提出后，在一些國家中引起積極的反響。從本質上講，數字地球不是一個孤立的項目，而是一項整體性的、導向性的發(fā)展戰(zhàn)略措施，它反映了科學技術乃至經濟和社會的跨世紀發(fā)展的國家目標。在中國跨世紀的發(fā)展中，從國家目標出發(fā)我們也迫切需要一個“中國數字地球”，或“數字中國”。建設數字中國，是保證我國走向可持續(xù)發(fā)展道路的重要保證。人口多、土地資源有限、農業(yè)生產仍以傳統(tǒng)方式為主、自然災害頻繁是我國基本國情。為改變上述情況，“數字中國”可發(fā)揮重要作用。（3）數字礦山概念數字地球、數字中國、數字城市的概念被提出之后，數字礦山的研究和探索就成為研究的重點。數字礦山是由數字地球、數字中國引伸而來。圖2.管控一體化系統(tǒng)（2）目標長遠目標——實現資源與開采環(huán)境數字化、技術裝備智能化、生產過程控制可視化及自動化、信息傳輸網絡化、生產管理與決策科學化。具體目標——有如下兩點：①采用成熟的計算機軟件系統(tǒng)，實現從礦山資源、開采方案優(yōu)化、設計、生產計劃與開采環(huán)境的數字化、模型化與可視化。②建立以光纖、泄露電纜或無線通訊為主體的多媒體通訊網絡，形成語音、視頻與數據同網傳輸的網絡體系，實現礦山數據的分布式共享。（3）理論基礎礦山科學技術信息科學人工智能計算機科學（4）支撐條件高新礦山觀測網絡技術（5）我國數字礦山建設的現狀①數字化建設促進安全生產和提高管理效益正成為礦山企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。②數字化礦山系統(tǒng)正從分散孤立向集成方向發(fā)展。例如：神華寧夏煤業(yè)集團公司、北京天大天科科技發(fā)展公司、天地（常州）自動化股份公司三家合作開發(fā)了“數字化礦山建設集成技術研究”，實現了礦井現場作業(yè)環(huán)境和生產過程環(huán)節(jié)的可視化，實現了安全生產實時數字在線分析。③安全生產的關鍵環(huán)節(jié)已成為數字礦山建設的重要切入點和突破口。④專業(yè)化的數字化服務產業(yè)正在逐步擴大、⑤目前，國際上占主導地位的三維數字化礦山軟件有英國的Datamine、加拿大的Grecom、美國的Minsight及澳大利亞的Surpac和Micromine等。這些軟件從空間數字庫的建立、地質體邊界的圈定和連接、儲量計算、開采評估和生產管理等多方面對礦業(yè)發(fā)展起到了巨大的推動作用。⑥國內礦業(yè)界比較普及的的軟件是AutoCAD和MAPGis，這兩款軟件以二維繪圖為主要開發(fā)目的，重點在解決過去手工繪圖的效率和工作強度。日前，MAPGis已經是國土資源部指定資料匯編的軟件之一。在儲量計算方面，多數是沿用了國內傳統(tǒng)的塊段法。(6)實例——大紅山銅礦數字化建設大紅山銅礦位于云南省玉溪市境內，是一座大型的采選聯合礦山，2006年起，全面啟動了礦山數字化建設。通過數字礦山建設實現了礦區(qū)的三維可視化和數字化、建立了以綜合通訊平臺為基礎的礦山生產管理與調度、生產數據在線采集的數字化礦山管理平臺（圖3～圖5）。①三維地質建模及開采環(huán)境可視化通過應用Dimine數字礦山軟件平臺，建立了礦山地質模型和工程實體模型，以三維形態(tài)直觀可視的反應礦山的地質情況及開采環(huán)境。并以此為基礎開展三維采礦設計、測量數字自動成圖、數字化的資源儲量管理等應用工作，極大地提高了地質、測量、采礦等各專業(yè)工作的精度和效率。②基于光纖和WiFi接入點的有線/無線綜合通信平臺大紅山銅礦綜合通信平臺主要基于光纖通信技術、WiFi無線網絡技術、TCP/IP技術，是一個包括語音、視頻、數據同網傳輸的綜合平臺。該平臺由冗余環(huán)網單模光纖干線、各分區(qū)光電復合纜、無線接入點等組成。③井下語音、跟蹤定位和視頻應用系統(tǒng)井下語音通訊系統(tǒng)，由WiFi手機、SVP服務器、DHCP服務器、PBS等設備組成，實現無線IP電話之間、IP電話及公網電話之間的無線通話。跟蹤定位系統(tǒng)由WiFi電子標簽、跟蹤定位服務器及虛擬現實分析組成。在三維虛擬環(huán)境下，系統(tǒng)動態(tài)地顯示井下人員或設備移動狀態(tài)及移動軌跡，并將監(jiān)控數據保存在SQLSERVER數據庫中。系統(tǒng)提供查詢和統(tǒng)計功能。根據監(jiān)控數據對生產效率、設備能力等進行統(tǒng)計和分析。視頻監(jiān)視系統(tǒng)由網絡攝像機、視頻服務器和電視墻組成。通過遍布于井下各關鍵區(qū)域的63部網絡攝像機，實現對重要工作場地的實時視頻監(jiān)視。圖3.礦山三維可視化模型圖4.三維采礦模型圖5.礦山調度指揮中心2.2.3數字爆破(1)定義數字爆破是爆破行業(yè)進行信息化建設的一項重大專項工程。在爆破行業(yè)應用計算機、通訊、軟件、數據庫、網絡、網格、GPS/GIS（衛(wèi)星定位技術/地理信息）、CA身份認證（數字認證）等高新技術，以行業(yè)數據庫為基礎，利用行業(yè)資源和數據信息，實現信息互聯互通、資源共享，為爆破行業(yè)快速發(fā)展服務。(2)當前工作內容①中爆專網建設②行業(yè)數據庫建設③行業(yè)應用系統(tǒng)軟件研究④數字檔案館⑤遠程測振平臺⑥數字爆破器材的研發(fā)與應用(3)建設“數字爆破”的幾項工作①網站集群建設②數據庫集群技術③行業(yè)網站域名技術④爆破行業(yè)電子認證服務中心⑤數字檔案館⑥數字測振2.3智能爆破智能是知識和智力的綜合。其中知識是一切智能行為的基礎，而智力是獲取知識并運用知識求解問題的能力，是頭腦中思維活動的具體體現?！冬F代漢語詞典》對智能的解釋是智慧和能力。生活和生產中冠以“智能”的例子越來越多，例如：目前已從智能手機、智能家具發(fā)展到智能爆破測振儀、礦井智能爆破監(jiān)控系統(tǒng)等。爆破設計、施工和管理的智能化、可視化已成為爆破技術發(fā)展的方向。2.3.1定義智能爆破是以物聯網為核心的新一代信息技術為基礎，實現對爆破行業(yè)全生命周期的數字化、可視化及智能化，將新一代信息技術與現代爆破行業(yè)技術緊密相機會，構成人與人、人與物、物與物相連的網絡，動態(tài)詳盡地描述并控制爆破行業(yè)全生命周期，以高效、安全、綠色爆破為目標，保證爆破行業(yè)的科學發(fā)展。圖6.智能爆破總體框架圖2.3.3智能爆破應用系統(tǒng)（1）爆破器材智能管理主要研究爆破器材智能管理中的重要組成部分——智能追溯系統(tǒng)主要包括爆破器材